矿物浮选第5章浮选剂(作用原理(2)

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2)氧化还原性质 ROCSSNa---ROCSS-+Na+ 2 ROCSS-—(ROCSS)2+2e
E0(V)
烷基
黄药
一硫代碳酸盐 ROCOSNa
黑药 (RO)2PO2Na
甲基
乙基 正丙基 正丁基 正戊基 正已基
-0.004
-0.057 -0.090 -0.128 -0.158
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0.02
0.002 -0.022 -0.038 -0.080 -0.12

是浮选过程的三个基本参数。
3 捕收剂-硫化矿物的电化学反应
3.3 静电位对巯基捕收剂电化学反应的影响 概念 电极电位:一个氧化还原电对相对于标准氢电极的热 力学可逆电位。 硫化矿静电位(EMS):在电极上没有净电流通过时,硫 化矿物电极相对于标准氢电极的电位。 硫化矿物静电位EMS与捕收剂氧化还原反应的关系
0.30 0.55
0.50 0.51
0.70 1.50
2 硫化矿物浮选体系的基本性质 2.3 硫化矿浮选捕收剂
硫化矿的的捕收剂以黄药为代表,硫化矿浮选理论以研究黄药与矿
物的作用机理为主,同时也是学术上长期争论的问题。
需要说明的:硫氮类、黑药类药剂 、硫胺酯、胺基黄原酸腈酯、黄 原酸等非离子型极性捕收剂 也在工业上达到越来越重要的应用。 1)化学性质
浮选捕收剂;同时是硫化矿物表面上硫化矿物与捕收剂的作
用产物。
2 硫化矿物浮选体系的基本性质 2.3 硫化矿浮选捕收剂
3)烃链的影响 (1)氧化还原性
烃链的越长,还原性越强,在较小电位下被氧化为二聚物。
(2)捕收剂金属盐的溶度积
lgS=a-bN
S-溶度积;a,b-常数 (3)捕收性能
3 捕收剂-硫化矿物的电化学反应
若用MS表示硫化矿物,X-表示乙基黄原酸根阴离子,则电化学反应为: 阴极反应为溶液中溶解氧的还原: O2+2H2O+4e→4OH阳极反应包含了下面几种反应: X-→Xads +e 2X-→X2 +2e MS+2X-→MX2+S0+2e MS+2X-+4H2O→MX2+SO42-+8H++2e
3 捕收剂-硫化矿物的电化学反应
LMX n n [X ] [ ] Lsp [OH ]
1
它的意义在于反映了黄药离子和氢氧根离子在硫化 矿物表面的竞争吸附结果。经典的硫化矿浮选理论认 为,黄药类捕收剂泡沫浮选的根本特征是:在特定的 表面活性剂(黄药为代表)作用下,控制浮选矿浆pH 值,以及捕收剂,调整剂浓度,使硫化矿物表面疏水 或亲水,从而达到浮选分离的目的。
2 硫化矿物浮选体系的基本性质 2.1 硫化矿物
表 常见硫化矿物的Eg值
硫化矿物 方铅矿 闪锌矿 黄铜矿 黄铁矿 Eg(ev) 0.41 3.60 0.50 0.90 硫化矿物 辉锑矿 辉铜矿 黝铜矿 辉钼矿 Eg值(ev) 1.72 2.10 金属导电性 金属导电性
2 硫化矿物浮选体系的基本性质 2.2 硫化矿物的氧化还原性
2 硫化矿物浮选体系的基本性质 2.1 硫化矿物
和一般非硫化矿物相比较,硫化矿物除了具有一些基本的 物理化学性质以外,还具有半导体性质。 固态化合物可以依据电子能态结构分为: 导体,Eg=0,或者说空带与满带互相重叠; 半导体, Eg=0-2ev,空带与满带之间有一禁带; 绝缘体, Eg>2ev.
2 硫化矿物浮选体系的基本性质
碱性体系(pH=9),从热力学角度,方铅矿的氧化反应(5)最容易:
2PbS+6H2O PbO+SO42-+10H++8e
实际上,方铅矿在上述条件下,电极电位在-0.258V的条件下,反应 (5)的反应速率很小,只有当电极电位在>0.75V的条件下,反应(5)的 才发生。 因此对于方铅矿而言,在碱性体系,表面的氧化反应是以反应 (2)\(3)\(4)为主。下表是电化学测量的方铅矿表面氧化时,不同电极电位条 件下表面产物的量之比。 极化电位(V) S2O32-/S0(重量比,%)
和多数非硫化矿物相比,硫化矿物中硫的不稳定,硫化矿物
中的硫一般以-2价或-1价存在。根据矿浆氧化还原气氛,硫可 以氧化至高氧化价态0,+2,+4,+6价。 氧化的深度和氧化产物的种类显着地影响硫化矿物表面性质 和浮选行为,这是硫化矿区别于非硫化矿物最重要的特征之一。
硫化矿物表面氧化产物受环境和氧化物浓度的影响,硫化矿
3.2 捕收剂在硫化矿物表面作用的电化学原理 根据硫化矿浮选电化学理论,浮选过程涉及了电化学反应,
一是硫化矿物表面的氧化;二是捕收剂在表面的反应以及捕收
剂产物的氧化或者还原。对于硫化矿物MS而言,假定发生了 以下反应:
MS 2 X MX 2 S O 2e
RT E1 E 1n[ X ] 2 2F
3.1 捕收剂浮选电化学的混合电位模型 有关硫化矿物与捕收剂作用,近年来进行了大量的研究,
一般认为是产生捕收剂金属盐和双黄药两种形式。
Yoon把捕收剂在硫化矿物表面上的吸附划分为四种混合电 位类型:(1)化学吸附(chemisorption);(2)催化氧化
(catalytic oxidation);(3)电化学机制(EC mechanism);
所谓混合电位就是在同一电极上两个或两个以上独立的阳 极反应和阴极反应,当阳阴电流大小相等、方向相反时,反建 立的稳定电位即为混合电位。
3 捕收剂-硫化矿物的电化学反应
3.1 捕收剂浮选电化学的混合电位模型 硫化矿浮选电化学理论认为:硫化矿浮选体系中,阳极反 应为捕收剂(黄药)与硫化矿物作用形成捕收剂金属盐或者捕 收剂的二聚物(双黄药),阴极反应则是矿浆中的氧接受阳极 反应给出的电子而被还原,捕收剂-硫化矿物-氧三者通过电化 学反应在硫化矿物表面形成疏水性产物导致其可浮。
了这种说法,通过硫化矿物表面中性硫(S0)的提取和化学分析也支持了
这种说法。 碱性体系:氧化产生S0、S2O32-、SO42MS+2H2O M(OH)2+S0+2H++2e 2MS+7H2O M(OH)2+S2O32-+10H++8e
2MS+6H2O M(OH)2+SO42-+10H++8e
2 硫化矿物浮选体系的基本性质 2.2 硫化矿物的氧化还原性
以方铅矿(PbS)为例 酸性体系: PbS Pb2++S0+2H++2e (1) 中性或碱性体系: PbS+H2O PbO+S0+2H++2e (2) E0=0.750V PbS+2H2O HPbO2-+S0+3H++2e (3) E0=0.841V 2PbS+5H2O 2PbO+S2O32-+10H++8e (4) E0=0.614V 2PbS+6H2O PbO+SO42-+10H++8e (5) E0=0.45V 如果假定pH=9,可溶离子的浓度为10-6mol/L,(2)反应的Nernst电位 为0.133V, (3)反应的Nernst电位为-0.133V, (4)反应的Nernst电位为0.088V, (5)反应的Nernst电位为-0.258V。 ΔG=-nFE
物的氧化速率取决于反应的表面积、氧的分压、硫化矿物的种 类、溶液的组成和温度等。
2 硫化矿物浮选体系的基本性质 2.2 硫化矿物的氧化还原性
酸性体系:硫化矿表面适度阳极氧化产生的中性硫分子(S0)
MS+H2O MO+S0+2H++2e S0是硫水物质,从而导致矿物浮选。硫化矿的伏安曲线研究结果支持
硫化矿表面氧化产生亲水物S2O32-、SO42- 、M(OH)2等,浮选受到抑制。
2 硫化矿物浮选体系的基本性质 2.2 硫化矿物的氧化还原性
硫化矿物的自然氧化速率
采用腐蚀电流定量来测定,硫化矿物的氧化速率取决于
反应的表面积、氧的分压、硫化矿物的种类、溶液的组成和
温度等。按电极电位确立氧化速度大小,硫化矿物的顺序如 下:黄铁矿>铜兰>黄铜矿>毒砂>斑铜矿>闪锌矿。
(1)弱酸性
ROCSSNa---ROCSS-+Na+ ROCSS-+H2O—ROCSSH+OHROCSSH—ROCSS-+H+ (2)不稳定性 ROCSSH—CS2+ROH ROCSSNa+1/2H2SO4—ROCSSH+1/2Na2SO4
ROCSSH—ROH+CS2
2 硫化矿物浮选体系的基本性质 2.3 硫化矿浮选捕收剂
0 2
上式则对应了硫化矿表面的氧化产生亲水物M(OH)2等,浮 选开始受到抑制。

2 2MS 7H 2O 2M (OH ) 2 S 2O3 10H 8e
0 E2 E2
RT 23.03 RT 1n[ S 2 O32 ] pH 2F nF
从热力学角度而言,只有当硫化矿物的电极电位E处于E1和 E2之间时,硫化矿物才具有可浮性,即:
3 捕收剂-硫化矿物的电化学反应
3.2 捕收剂在硫化矿物表面作用的电化学原理
E10 RT RT 2.88 RT 0 1n[ X ] E E 2 1n[ S 2 O32 ] pH 2F 8F F
由上式表明,对于硫化矿物的浮选过程,Eh、pH 及捕收剂浓度C控制了矿物浮选的范围,Eh,pH,C
1 经典的硫化矿浮选理论
“化学反应溶度积理论”、“离子交换吸附假说 ”和“分子吸附假说”认为硫化矿物与黄药类捕 收剂的相互作用机理由一系列意义明确的反应组 成,在硫化矿物表面形成疏水性产物。这三大理 论被认为是近代硫化矿浮选的经典理论,它们的 理论基础是物理化学和表面化学。
1 经典的硫化矿浮选理论 有黄药存在时,硫化矿物的浮选存在黄药酸根离子 X- 与 OH- 根离子的竞争吸附,按照浮选溶液化学的观
表面物理化学分选
浮选剂与矿物的作用原理(2)
——硫化矿物捕收剂作用原理
1 经典的硫化矿浮选理论
Taggar 、 Gaudin 和 Wark 因此被认为是近代浮选理论的 三大奠基人。 1) Taggart等人提出了“化学反应溶度积理论”,这个 理论认为黄药与硫化矿表面发生了化学反应,捕收剂与硫 化矿物中金属离子化学反应产物的溶度积愈小,反应愈易 进行。 2 ) Gaudin 则提出了“离子吸附假说”,认为黄原酸离 子与硫化矿物表面的离子发生了交换吸附。 3)Wark和Cook提出了“分子吸附假说”,认为黄原酸 分子或者黄原酸离子在硫化矿物表面发生吸附而导致其表 面疏水。
点,形成黄原酸金属盐的反应,其自由焓变化为:
G RT1nLMX N RT1n[M n ][X ]n
LMX为MX的溶度积。
而金属离子形成氢氧化物的反应,自由焓变化为:
G' RT1nKSP RT1n[M n ][OH ]n
1 经典的硫化矿浮选理论 Ksp 为 Me(OH)n 的溶度积,达到平衡时,可以认 为是矿物可浮的临界点,故有:△G=△G′ 可以得到,矿物浮选时的Barsky公式:
0.315
0.255 0.187 0.122 0.086 -0.015
2 硫化矿物浮选体系的基本性质 2.3 硫化矿浮选捕收剂
2ROCOS---(ROCOS)2+2e 2 (RO)2PO2---[(RO)2PS2)]2+2e 2(C2H5)2NCS2---[(C2H5)2NCS2]2+2e 黄药类(硫氢类捕收剂)可以氧化为相应的二聚物,是
0 1
E1表示捕收剂在硫化矿表面形成疏水性产物的热力学平 衡电位,上式代表浮选的开始。
3 捕收剂-硫化矿物的电化学反应
3.2 捕收剂在硫化矿物表面作用的电化学原理
2 2MS 7H 2O 2M (OH ) 2 S 2O3 10H 8e
RT 23.03 RT 2 E2 E 1n[ S 2 O3 ] pH 2F nF
(4)置换转换作用(metathetical substitution)。 矿物表面的 疏水物质既可能是中性的捕收剂二聚分子(例如双黄药),也 可能是捕收剂-金属离子盐。捕收剂-金属离子盐的吸附及选择 性取决于硫化矿物中金属离子的特性;而中性的捕收剂二聚分 子的吸附是没有选择性的。
3 捕收剂-硫化矿物的电化学反应
浮选过程中,当黄药等捕收剂(包括黑药、硫氮类药剂) 在硫化矿物表面接触时,捕收剂在矿物表面的阳极区被氧化, 氧气(氧化剂)则在阴极区被还原;硫化矿物本身也可能被 氧化。 3.1 捕收剂浮选电化学的混合电位模型 把硫化矿物表面静电位与捕收剂在其表面生成产物联系起 来的混合电位模型的建立,形成硫化矿浮选电化学的基本理论。
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