2浮选原理

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系统消失了固-气界面和水-气界
面，新生成了固 - 水界面，单位面积
上位能降低为：
W sg lg sl G
式中：σsg 为固体-空气界面自由能; σlg为水-空气界面自由能; σsl 为固体-水界面自由能。 如果 △G<0，即σsg+ σlg > σsl， 则：位能的降低是正值，附着润湿将会发生。
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(1)躺滴法和气泡法
液滴高度
滴底直径
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（2）水平液体表面法
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常用方法
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一些矿物的接触角测定值
矿物名称 0 矿物名称
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0
硫
滑石 辉钼矿 方铅矿 闪锌矿 萤石
78
64 60 47 46 41
实际上，固、水、气三相系统中最大接触角均<110°
据测定，石蜡所具有的接触角最大，为106°
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如何调整cos θ？或θ ？
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sg sl cos f ( sg , sl , lg ) lg
θ ↑， cos θ ↓，矿表润湿性↓，疏水性↑。 cosθ值界于 –l 至 1 之间，因此可定义： 润湿性＝cosθ 可浮性＝1-cosθ。 通过测定矿物接触角可大致评价矿物的润湿性和可浮性。
（+3.2mV）。
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向溶液中添加NaF，萤石表面会因吸附过多的F—而带负电。
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（3）吸附和电离
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某些难溶极性矿物，如石英，经破碎、磨碎后与水作 用，在界面上生成含羟基的两性化合物（酸类化合物）， 然后，一部分电离、并吸附H+或OH〄，使矿物表面荷电。
n
Fh (Me )
n
Fh ( X )

G h U s Fh
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如：碘银矿（AgI）:
Fh ( Ag ) -441 kJ/mol Fh ( I ) -279 kJ/mol
因此Ag+优先进入水中，在水中碘银矿的表面荷负电。
如：钾盐矿（KCI）:
矿粒从气泡上脱落，对浮选有利。
因此，阻滞现象对浮选过程的进行是有利的
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五、接触角的测定
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接触角的测定方法有：观察测量法、斜板法、光 反射法、长度测量法和浸透测量法等等。 一般测定方法：由于矿物表面的不均匀和污染等 原因，要准确测定接触角比较困难，再加上润湿阻滞 的影响，难于达到平衡接触角，一般用测量接触前角 和后角，再取平均值的方法作为矿物接触角。
面做切线经过液体内部到固-液界面的夹角。
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θ角越大说明矿物表面疏水性越强；
θ角越小，则矿物表面亲水性越强。
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当固液气三相界面张力平衡时，在三 相接触点处，各张力的合力为零。
sg sl lgcos
sg sl cos lg
杨氏（Young）方程 润湿方程
cos θ ↓，矿表润湿性↓，疏水性↑。 cos θ ↑，矿表润湿性↑，疏水性↓。
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当θ>90°时，矿物表面不易被水润湿，称为疏水表面 当θ<90°对，矿物表面易被水润湿，称为亲水表面。 原则上，取θ＝90°为分界线， θ＝0°～90°时成为亲水性表面， θ＝90°～180°时称为疏水性表面。
2.1 相界面性质与可浮性 2.1.1矿物表面的润湿性与可浮性
一、常见的润湿现象
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（1）亲水性，如水在干净的玻璃表面形成水膜。
（2）疏水性，如水在干净的石腊表面形成水滴。
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二、润湿过程与表面能
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三种基本润湿形式：附着润湿、铺展润湿和浸没润湿
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矿物表面离子的水化自由能 ΔGh：通过矿物离子的表面 结合能 ΔUs和气态离子的水化自由能 ΔFh计算。 对于阳离子Men+有：
Gh ( Me ) Us ( Me ) Fh ( Me )
对于阴离子X〄则有：
n
n
n
G h ( X ) U s ( X ) Fh ( X )
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2.1相界面性质与可浮性 2.1.1 矿物表面的润湿性与可浮性 2.1.2 矿物表面的电性与可浮性 2.1.3矿物表面氧化、溶解与可浮性 2.1.4 药剂在矿物表面的吸附与可浮性
2.2微细矿粒的分散与聚集
2.3气泡矿化 2.4浮选动力学
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扩大目的矿物和非目的矿物间的润湿性差异， 增大目的矿物表面的疏水性而附着于气泡上浮。
浮选Flotation 三、润湿性差异的衡量：接触角θ
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三相润湿周边：固体表面被润湿过程中，液、气、固三相接触线。 三相接触点：固体表面被润湿过程中，液、气、固三相都存在的点。
接触角θ ：当润湿周边处于平衡时，在任一三相接触点处，自液气界
CaCO3 Ca
破碎
2
CO3
2-
表面阳离子的水合作用： Ca 2
2H 2 O Ca(OH) 2 2H
2
CO 3 H HCO3
表面阴离子的反应：
CO2 (aq) H 2 O H 2 CO3 H 2 CO3 H HCO3

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系统消失了固-气界面，新生成了
固-水界面和水-气界面，单位面积上
W sg sl lg G
若 σsg > σsl + σlg，水将排开空气而 铺展，为了达到很好的铺展润湿, 须使
σlg和 σsl降低，而不降低 σsg。
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ΔGh↓，表明相应离子的水化程度↑，该离子将优先进入水溶液， 致使颗粒表面因残留有带相反电荷的离子而呈现荷电状态。



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☇对矿物表面上阳离子和阴离子呈相等分布的离子型 矿物，如果：
U s ( Me ) U s ( X )
则其表面电荷的符号取决于气态离子的水化自由能的大小：
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矿物表面润湿性及其调节是浮选过程的核心问题。
实际浮选过程，通过加浮选药剂对矿物表面润湿性进
行调节，扩大矿物颗粒间的润湿性差异。
（1）全油浮选：添加中性油。 使疏水亲油矿粒穿过油水界面进入油相，形成 比水轻的集合体，漂浮于水面或形成质量较大的球 团沉在水中而设法分离。 （2）泡沫浮选：加捕收剂、起泡剂和调整剂
Fh ( K ) -298 kJ/mol Fh (Cl ) -347 kJ/mol
所以，Cl〄优先溶入水中，在水中钾盐矿的表面荷正电。
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☇对组成和结构复杂的离子型矿物，则表面荷电将取 决于表面离子水化作用的全部能量。如，萤石：
G h (Ca ) U s (Ca ) Fh (Ca 2 ) 6117 (-1515) 4602 kJ/mol
1
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（2）气排水时的阻滞效应
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矿粒向气泡上附着的过程
气泡在浸在水中的矿物表面展开，气 体分子与矿物间的摩擦力为ϕ2
sg lgcos 2 sl 2 sg sl 2 cos 2 cos lg
2很小 2
由阶段Ⅰ到阶段Ⅱ σsg + σlg > σsl
由阶段Ⅱ到阶段Ⅲ σsg > σsl 由阶段Ⅲ到阶段Ⅳ σsg > σlg + σsl 如果第三阶段是可能的，则其他阶段亦皆可能。 因此，浸没润湿的主要条件是：
σsg -σsl >σlg
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如果矿物的亲水性强，如脉石矿物，石英、长石，则表面 能同时能充分满足三个阶段的条件，而浸入水中；
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系统消失了固 - 气界面，新生
成了固-水界面，单位面积上
W sg sl G
因此，自发浸没的必要条件：
sg sl
但这还不充分。因为固体进入 水中必需通过气 - 水界面，这样就
必须满足其他有关的条件。
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浸没过程分四个阶段：
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使每个连续阶段成为可能的必要条件是：
经过破碎、磨碎后的石英表面分别带有负电荷和正电荷。
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由于磨碎是在水介质中进行的，带负电荷的石英颗粒表 面将吸附水中的H+，而带正电荷的表面则吸引水中的OH〄， 使石英表面生成类似硅酸的表面化合物（H2SixOy）。
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（3）动态阻滞效应
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当平板倾斜使水滴能近于斜面流动，出现前角θ1>θ， 后角θ 2<θ，前角水排气，后角气排水。
θ1>θ>θ 2

1 22浮选Fra biblioteklotation
润湿阻滞对浮选的影响：
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浮选过程中，矿粒向气泡附着时，属于气排水，相当于阻 滞效应中的后角， θ 2<θ 。即在矿物本身可浮性不变的情况 下，附着过程难，对浮选不利。 而矿粒从气泡上脱落时，属于水排气，相当于阻滞效应中 的前角， θ 1>θ 。使水难以从矿粒表面将气泡排开，防止
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（2）优先吸附
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通过矿物表面对水溶液中阴、阳离子的吸附而获得电 荷。当带某种电荷的离子在矿物表面吸附偏多时，即可引 起矿物表面荷电。
白钨矿在自然饱和溶液中，表面钨酸根离子较多而
荷负电。如向溶液中添加钙离子Ca2+，因表面优先吸附
钙离子Ca2+而荷正电。又如，在用碳酸钠与氯化钙合成 碳酸钙时，如果氯化钙过量，则碳酸钙表面荷正电
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四、润湿阻滞对浮选的影响
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润湿过程中，润湿周边展开或移动受到阻碍，使 平衡接触角发生改变的现象，称为润湿阻滞。 影响润湿阻滞的主要因素：润湿顺序、矿物表面组成、 化学成分、不均匀性、粗糙度及矿物表面润湿性等。 两种阻滞效应：水排气和气排水时的阻滞效应。
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（1）水排气时的阻滞效应
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矿粒从气泡上脱落的过程
水分子与矿物表面之间存在摩擦力ϕ1
若： sg lgcos（ 180 - 1） sl 1
则：水滴继续扩展，平衡时：
sg lgcos1 sl 1 sg sl 1 cos1 cos lg
2 2
G h ( F ) U s ( F ) Fh ( F ) 2573 (-460) 2113 kJ/mol
Gh ( F ) Gh (Ca 2 )
表明萤石表面的F〄比Ca2+更容易溶入水中
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重晶石（BaSO4）、铅矾（PbSO4）等与萤石情况相同。 白钨矿（CaWO4）、黑钨矿(Fe，Mn)WO4、方铅矿 （PbS）的解离与萤石相反。
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许多学者用润湿过程来说明浮选的原理，认为
（ 1 ）表层浮选基本上取决于矿物表面的空气是否 能被水所取代，如水不能取代矿物表面的空气，此矿 物就将漂浮在水面上； （ 2 ）全油浮选是由于被浮矿物表面的亲油性和疏 水性所造成的；
（ 3 ）泡沫浮选是由于被浮矿物经浮选剂处理，造 成了表面疏水性而附着于气泡上浮。
如果矿物的疏水性强，如石墨，辉钼矿，其表面能只能满 足Ⅰ→Ⅱ阶段的条件，不能满足Ⅱ→Ⅲ的条件，能很好地浮在 水面上，这是最好的不加任何浮选药剂的表层浮选； 如果矿物能满足Ⅱ→Ⅲ条件，不能满足Ⅲ→ Ⅳ的条件， 虽然大部分沉在水面下，但不会全部沉下去，这仍然符合表层 浮选的要求。
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黄铁矿
重晶石 方解石 石灰石 石英 云母
30
30 20 0~10 0~4 ~0
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2.1.2 矿物表面的电性与可浮性
一、矿表表面电性起源：四种类型
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（1）优先解离或溶解
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离子型矿物在水中，由于表面正负离子的表面结合能及受水偶极的 作用力（水化）不同而产生非等当量向水中转移的结果，使矿表荷电。 如：方解石的新鲜破裂面上露出晶格正离子Ca2+及负离子CO32-：