矿物浮选第3章浮选的基本原理(3)

强度取决于破坏水分子的有序结构，使吸附的阳离子或有机物极性基去水化
(Dehydration)所需能量。众多的实验研究表明，对于半径为R的球形粒子， 相互作用的水化排斥能为：
VHR Rh0 V
0 HR
H exp h 0
式中，V0HR为相互作用能量常数，与表面润湿性有关；h0为衰 减长度。
单宁、木质素等，由于其含有大量亲水基团，吸附有这些抑制剂
的矿物表面的水化斥力作用范围预计可以达到几十甚至上百纳米，
阻止矿粒之间的凝聚或矿粒与气泡间的粘附，从而对矿物浮选产 生抑制作用。
2 浮选中的分散与聚集 3）扩展DLVO理论
疏水力(Hydrophobic Attractive Force)—VHA
（ c）
2 浮选中的分散与聚集 1）微细矿粒的分散与聚集
2 浮选中的分散与聚集 1）微细矿粒的分散与聚集
桥联作用
高分子絮凝剂以自己的活性基团与粒子起作用，象架桥一样， 搭在两个或多个粒子上，并从而将粒子联接形成絮凝团。
絮凝剂的键合作用方式
静电键合 氢健健合 共价键合
2 浮选中的分散与聚集 1）微细矿粒的分散与聚集
子，另一个为非极性分子时，分子间的作用也主要表现为色散作用。
对于非极性分子，范德华作用的来源是瞬时偶极矩，它是原子中的电子相 对于原子核的瞬时位置偏折而产生的。瞬时偶极矩产生电场，引起周围中性 原子极化产生偶极矩，导致二者相吸，此时范德华作用就是色散作用一项。
2 浮选中的分散与聚集 2）微粒间相互作用的DLVO理论
选择性絮凝 在含有两种或多种矿物组分的悬浮液中加入絮凝剂， 由于各种矿物对絮凝剂助作用不同，絮凝剂将选择性 地吸附于某种组分的粒子表面，促使其絮凝沉降，其 余矿物仍保持稳定的分散状态，从而达到分离的目的。 矿物选择性絮凝的五个阶段 : 选择性絮凝 加药 吸附 分散 沉降分离
2 浮选中的分散与聚集 1）微细矿粒的分散与集
凝结：在某些无机盐（石灰、明矾）作用下，矿浆中的微细矿
粒形成凝块的现象。主要机理是外加电解质消除了表面电荷，
压缩双电层的结果。（a） 絮凝：主要是用高分子絮凝剂（淀粉）通过桥联作用，把矿浆 中的微细矿粒联结成一种松散的、网络状的聚集状态。 （b） 团聚：在矿浆中加入非极性油后，使矿浆中的微细矿粒聚集于 油相中形成团，或则由于气泡拱招，使矿粒聚集成团的现象。
2 矿物溶解对浮选过程的影响 矿物溶解离子的活化作用
金属离子对闪锌矿的活化
Me ZnS MeS Zn
2
2
[ Me2 ] △G 0' exp( ) [ Zn2 ] RT
Cu、Pb、Cd、Ag等硫化物溶解产生的金属离子能活化闪锌矿。
金属离子对黄铁矿的活化
Me FeS2 MeS Fe S
式中A为物体在真空中的Hamaker常数。 当δ→∞时，
VWA
A 12 H 2
2 浮选中的分散与聚集 2）微粒间相互作用的DLVO理论
（b）半径为R1及R2的两球间：
VWA RR A ( 1 2 ) 6 H R1 R 2
当R1=R2时
VWA AR 12 H
2 浮选中的分散与聚集 2）微粒间相互作用的DLVO理论
沉淀捕收剂
溶解的矿物阳离子在溶液中可以同捕收剂阴离子形成盐沉淀。
消耗捕收剂，增大药剂用量 。
2 浮选中的分散与聚集 1）微细矿粒的分散与聚集
分散状态：悬浮液中微细粒子呈悬浮状态，且各个 颗粒可自由运动。 聚集状态 ：悬浮液中微细粒子相互粘附团聚，团粒 尺寸变大 。
2 浮选中的分散与聚集 1）微细矿粒的分散与聚集
2 浮选中的分散与聚集 3）扩展DLVO理论
EDLVO理论不仅考虑了颗粒间相互作用的静电力和范
德华力，还考虑了其它一些因浮选剂的加入而产生的力，
其形式可表述如下： VEDT=VER+VWA+VHR+VHA+VSR+VMA+[VHD] 当VEDT>0时，颗粒间相互作用为排斥； 当VEDT<0时，颗粒间相互作用为吸引。 式中VER和VWA已在上节作了详细讨论，下面将分别 就其它各种相互作用力进行介绍 。
由于颗粒的范德华作用是多个原子（分子）之间的集合作 用，因而其表现形式与单个原子相比有很大不同。假定颗粒中 所有原子间的作用具有加和性，那么便可求出不同几何形状的 颗粒间的范德华作用能。 （a）厚度为δ的二块厚板间
VWA A 12 1 1 2 2 2 2 H H 2 H
（1）Langmuir吸附等温方程
θ =bp/(1+bp) 或 V=Vmbp/(1+bp) 单分子吸附
（2）Freundlish吸附等温方程
V=Kp1/n 不均匀表面的多分子吸附，浮选中应用较多。
（3）BET吸附等温方程 （4）Temkin吸附等温方程
1 浮选中的吸附 2）浮选药剂在矿物-水溶液界面吸附分类 （1）按吸附物形态
2 浮选中的分散与聚集 2）微粒间相互作用的DLVO理论
DLVO理论作为经典的胶体化学理论之一，一直以来 被用来解释胶体的凝聚与分散现象，后被用来解释颗粒之
间的相互作用。它是基于胶体或颗粒间的静电力（VER）
和范德华力（VWA）的加和，在此基础上来预测胶体或颗 粒之间的存在状态的，即 VT=VER+VWA 当VT>0时，胶体或颗粒以分散（稳定）状态存在；
2 浮选中的分散与聚集 3）扩展DLVO理论
疏水力(Hydrophobic Attractive Force)—VHA 有关疏水相互作用的起因，大体上可归纳成以下几种： ①疏水力很强，形成了疏水键； ②疏水效应是体系的熵变，起因于疏水表面水分子的结构重排。 当两表面接近时，水分子进一步结构重排导致疏水相互作用，作 用范围比任何键都大； ③疏水相互作用是一种短程力，主要是氢键作用； ④宏观物体疏水相互作用归因于疏水表面水化膜的亚稳定性； ⑤早年还有人认为疏水相互作用，本质上仍是范德华力。
范德华相互作用（Lifshitz-Van-der-Waals Force）-VWA
极性分子的范德华相互作用由三部分组成：诱导作用(Induction)、定向作
用（Orientation）及色散作用(Dispersion)。除了尺寸很小的强极性分子，如 水分子等，大多数分子之间均以色散作用为主。当两个分子中一个为极性分
G 2rci exp( ) RT
o ads
1 浮选中的吸附 2）浮选药剂在矿物-水溶液界面吸附分类
半胶束吸附
o o o o Gads Gelec Gchem GCH 2
（1）药剂浓度很低时，表面活性剂仅为配衡离子吸附，只 o 有静电力吸附自由能 Gelec ； （2）若浓度已达到半胶束浓度程度，还应包括烃链间的分 o G 子键合自由能 CH2 ； （3）若表面活性剂与氧化物间有化学活性，还应包括化学 o G chem 。 吸附自由能
浮选课程
浮选的基本原理（3）
——浮选中的吸附、分散与聚集
1 浮选中的吸附 1）吸附理论
吸附是在体系表面自由能降低的同时，吸附质从各
体相向表面浓集的现象。
浮选中气固界面：影响疏水性
浮选中气液界面：影响泡沫层的形成
浮选中气固液面：浮选药剂在矿物表面的吸附
浮选中气液液面：影响液滴的分散
1 浮选中的吸附 1）吸附理论
2
2
0
[ Me2 ] △G 0" exp( ) 2 [ Fe ] RT
Cu2+、Ag+离子的活化作用强，Pb2+、Cd2+离子的活化作用小。
2 矿物溶解对浮选过程的影响
矿物溶解离子对捕收剂作用的影响
竞争吸附
矿物溶解离子与同电性捕收剂离子在矿物表面发生竞争吸附。 竞争吸附不利于捕收剂在矿物表面的吸附。
选择性絮凝的分离形式 浮选选择性絮凝，脱除细粒脉石在，絮凝沉淀物进 行浮选分离-----絮凝脱泥浮选
选择性絮凝后用浮选法浮去被絮凝的无用脉石矿物， 然后再浮选呈分散状态的有用矿物-----预先絮凝浮选脱 泥 在浮选过程中用絮凝剂絮凝脉石，然后浮选有用矿物
在浮选前进行粗细粒分级，粗粒浮选，细粒进行选择性 絮凝。
2 浮选中的分散与聚集 3）扩展DLVO理论
水化斥力(Hydration Repulsive Force)-VHR 在实际浮选体系中，亲水性矿物表面，或吸附有抑制剂的矿物表 面，或者难免离子（Ca2+、Mg2+等）在矿物表面的吸附，都将不
可避免地使矿物表面产生水化斥力。对于大分子抑制剂，如淀粉、
（b）半径为R1为R2的同类粒子之间
VER
2 4 a R1 R 2 0 1n1 exp(kH ) R1 R 2
（c）半径为R1及R2的不同粒子间：
VER
a R1 R 2
2 2 2 01 02 ( 01 02 ) 2 p q 2 R1 R 2 01 02
1 exp(kH ) p 1n 1 exp(kH )
q 1n1 exp(2kH )
上式适用于电位恒定，κR1>10, κR2>10的情形、异凝聚体系及气泡与矿粒间 相互作用的静电力的计算。
2 浮选中的分散与聚集 2）微粒间相互作用的DLVO理论
当VT<0时，胶体或颗粒相互凝聚。
2 浮选中的分散与聚集 2）微粒间相互作用的DLVO理论
浮选体系中静电相互作用（Electrostatic Force）——VER 从热力学观点看，粒子相互接近时，静电相互作用能（VER） 随间距的变化就是带电颗粒由无限远处接近到间距H处时体系自 由能的变化，实际上也就是双电层自由能的变化。考虑到实际 浮选体系中，粒子间静电相互作用能计算的复杂性，在计算粒 子间静电相互作用能时，将根据相互作用的粒子形状及作用形 式分别论述。
（c）半径为R的球和无限的厚板间：
VWA
AR 6H
2 浮选中的分散与聚集 2）微粒间相互作用的DLVO理论
同相凝聚
当粒子的表面电位符号和大小 都相同，即Ψ1=Ψ2=Ψ时所产生 的凝聚现象
2 浮选中的分散与聚集 2）微粒间相互作用的DLVO理论
异相凝聚
表面电位不同(符号或数值不
同)的异类粒子的凝聚
（a）两平行板相同粒子间： 64 n 0 KT 2 VER 0 exp( kH ) k
式中，k-1为Debye长度，nm；n0为溶液中电解质浓度，离子数· cm-3；H为粒子间距， mm；n0与体积摩尔浓度的关系为：
n0 CN A 10000
2 浮选中的分散与聚集 2）微粒间相互作用的DLVO理论
2 矿物溶解对浮选过程的影响
矿浆pH值及其缓冲性质
•氧化物矿物、硫化物矿物溶解后溶液pH值一般无影响 •大多数盐类矿物的溶解使溶液pH值发生变化。
矿物溶解度大小与可浮性
•水化能大的，其溶解度大，矿物亲水性大，可浮性差。 •硫化矿，溶解度小，具有天然可浮性； •氧化矿，溶解度大，没有天然可浮性。
分子吸附 离子吸附 半胶束吸附 捕收剂及其反应产物的吸附。
1 浮选中的吸附 2）浮选药剂在矿物-水溶液界面吸附分类 （1）按吸附物形态
分子吸附 离子吸附 半胶束吸附 捕收剂及其反应产物的吸附。
1 浮选中的吸附 2）浮选药剂在矿物-水溶液界面吸附分类
半胶束吸附
当阴离子表面活性剂浓度较低时，离子完全靠静电力吸附在双电层外层， 起配衡离子作用，因此又称为“配衡离子吸附”。在浓度较高时，表面活 性剂离子的烃链相互作用，形成半胶束状态，产生半胶束吸附。
疏水作用是在水中发生的颗粒间的吸引作用，它的作用距离较短，发生在 10-25mm的间距内。但是它的作用能很大，通常比颗粒间静电作用能及分子
作用能大10-100倍。 由于非极性表面（疏水表面）同水分子的作用很弱，主
要表现为弱的色散作用。 矿粒进入水中引起周围水分子间的键合断裂，取而代之的是表面同水分子 的色散作用。 为了补偿断键的不饱和能量，界面水分子之间有增加彼此缔合 程度的趋势，表现为界面水的簇团中水分子数增加以及簇团内部或界面水的 缔合氢键的弯曲或自身闭合。总之，显著增强界面水的结构化，形成所谓的 “立法状笼架结构”。显然，这是一种熵值减不上的过程。
2 浮选中的分散与聚集 3）扩展DLVO理论
水化斥力(Hydration Repulsive Force)-VHR
当矿物表面吸附有阳离子，或吸附有含亲水基团（-OH、PO3-4、-N（CH3）-3、 -CONH2、-COOH等）的有机物，或者由于矿物表面极性区对邻近水分子的 极化作用，会形成水化膜。当两矿物粒子接近时，产生很强的水化斥力，其