浮选溶液化学的研究

浮选溶液化学的研究[摘要]浮选剂、矿物和溶液的化学平衡，是决定复杂浮选体系行为的重要因素，本文简要的说明了浮选溶液化学研究的主要内容以及浮选溶液化学研究运用的方向和发展。

[关键词]浮选溶液化学平衡Abstract：Flotation agents, mineral and chemical solvents to balance complex flotation system is a decision of the important factors acts, this brief description of the main elements of flotation solution chemical research and the use of flotation solution chemical research direction and development..Keywords: Flotation Chemical solution Balance浮选是加工回收矿物的主要方法，它是利用物料的表面化学特性在固—液—气三相界面分选矿物的科学技术。

矿物的浮选行为取决于其表面的物理化学性质，如表面润湿性、表面电性、表面氧化及表面化学反应性等,这些基本性质又无一不与矿物颗粒的溶液化学行为密切相关。

如矿物的溶解、溶解组分与矿物表面及浮选剂的相互作用、矿浆电位、溶液的表面张力等。

1 浮选溶液化学研究的内容浮选溶液化学根据溶液化学的基础知识，研究浮选剂在溶液中的溶解、解离与缔合平衡，矿物溶解、解离与表面电荷平衡及浮选剂与矿物相互作用的各种平衡关系，以确定浮选剂对矿物起浮选活性的有效组分及浮选剂与矿物相互作用的最佳条件，进而确定矿物浮选或抑制的最佳条件。

并且为合理选择药方及药剂用量提供理论依据。

据此，浮选溶液化学研究的主要内容包括：⑴浮选剂在溶液中的平衡与浮选意义这方面主要研究浮选剂在溶液中的酸碱平衡、解离平衡、缔合平衡、在各界面的吸附平衡、无机离子的水解水化平衡及大分子浮选剂在溶液中的平衡。

⑵矿物溶解与表面电荷平衡主要讨论矿物溶解组分对矿物表面电性及浮选的影响。

通过平衡计算确定矿物表面零电点及表面电荷分布，讨论他们的浮选意义。

⑶浮选剂与矿物相互作用的平衡通过浮选剂与矿物离子相互作用的各种平衡计算，确定相互作用的最佳条件，介绍各种图解及计算方法及其在浮选研究中的应用。

包括各种溶度积、络合常数的平衡计算，浮选剂与矿物离子反应的浓度对数图， G－PH图，logβ/n－PH图，组分分布图，优势组分图以及三维变量图及他们的浮选应用。

在硫化矿浮选及无捕收剂浮选研究中，电化学平衡愈来愈重要，包括药剂溶液的电化学行为、矿物溶解过程的电化学以及药剂同矿物作用的电化学平衡及电位－PH图。

1.1 矿物－溶液平衡矿物颗粒与水接触时会发生溶解，溶解量依矿物种类和药剂的浓度而定,溶解的矿物离子又能进一步反应，如水解、络合、吸附甚至沉淀。

所有这些反应的复杂平衡可用于确定矿粒的表面性质以及它们的浮选行为。

例如，在大气条件下磷酸盐矿物在水中溶解时将伴随发生溶解离子的水解和络合。

根据各种溶液平衡和化学计量限制计算可知：在酸性pH 范围内Ca2+占优势，而在碱性pH范围内CO2-3和HCO-3占优势。

磷灰石中磷酸根组分主要是随pH 值而变的H2PO-4、 HPO2-4、PO-4。

在这些情况下，矿物－溶液平衡又主要进行以下方面的研究：⑴矿物溶解与表面电性：通过矿物溶解组分分布图、溶解图对数图、计算矿物表面理论等电位（ＩＥＰ）及表面ζ电位的变化规律，预测矿物浮选行为。

⑵矿物溶解与表面转化：矿浆中，一种矿物的溶解组分可与其他矿物表面发生化学反应，如萤石、白钨矿体系CaF2(s)+WO42-----CaWO4(s)+2F-这种反应导致矿物表面相互转化，使其表面电性与浮选行为发生显著变化，影响浮选分离过程，“表面转化”临界PH值是其判据。

⑶矿物溶解组分与浮选过程：不同的矿物溶解组分，具有不同的溶液化学性质，如矿浆PH值缓冲性，对矿物的活性，与浮选剂的竞争吸附等，对浮选过程产生重要影响。

综上，矿物的溶解平衡显然对决定矿粒表面的性质起重要作用。

1.2 浮选剂－溶液平衡除硫化矿外，大多数矿物的浮选都需要长链表面活性剂，它们在溶液中的行为取决于极性基、非极性基和溶剂的性质。

水解性浮选剂缔合后，对吸附和浮选性能均有影响。

例如，油酸pH值较高时解离形成离子(R-)；pH值较低时以中性分子(RH)的形式存在；pH值居中时，此油酸离子和中性分子缔合成离子-分子络合物。

由于捕收剂浓度的增大，溶液中的捕收剂会形成胶束或沉淀。

此外，在胶化之前表面活性剂离子能形成其它形)。

在这些情况下，浮选剂－溶液平衡又主要进行以下式的聚合体如二聚物(R2-2方面的研究：⑴浮选剂溶液PH值：根据浮选剂溶液平衡质子等衡式，可计算各种浮选剂溶液浓度－PH值关系，对于浮选矿浆PH值调节有重要意义。

⑵浮选剂溶解与解离平衡：浮选剂溶解与解离出各种组分，溶液平衡计算可确定这些组分起浮选活性的条件：如确定烷基胺、烷基脂肪酸盐等浮选矿物的PH值上、下限。

⑶浮选剂解离组分分布与浮选活性：通过溶液平衡计算，确定浮选剂解离组分分布，讨论其浮选活性。

例如：β－辛基胺基乙基膦酸（ONP）是二元酸，其解离组分分布φ是用这种药剂浮选盐类矿物的结果，可见，当组分ONP2-占优势时，矿物具有较好的可浮性， ONP2-离子是这种药剂的浮选活性组分。

次要的活性组分ONP2-只对表面带正电的萤石起捕收剂作用。

1.3 浮选剂－矿物相互作用溶液平衡有矿物和浮选剂存在的水溶液化学平衡将比仅有矿物或浮选剂时复杂得多除了浮选剂在固--液界面吸附之外还有溶解矿物组分与浮选剂离子的相互作用还应注意到在某些情况下，吸附过程与体相相互作用有相似性；而在另外一些情况下，化学吸附的溶液条件与表面活性剂在界面区域表面沉淀的条件一致，因而，可以认为化学吸附实际就是一种表面沉淀现象。

一些浮选剂可与矿物表面金属离子发生特殊的化学而具有专属作用。

考虑矿物表面金属离子的水解反应，浮选剂离子的加质子反应，计算这种反应产物的条件溶度积，预测浮选剂与矿物表面相互作用最佳条件，从而确定矿物捕收与抑制的条件。

例如整合剂辛基羟肟酸OHA可与Mn2+，Fe2+,Co2+,Ni2+等过渡金属离子生成难溶盐。

Mn2++ 2OHA－＝Mn(OHA)2Fe2++ 2OHA－＝Fe(OHA)22 浮选界面力理论20世纪60年代以来，随着开采的矿物资源愈来愈复杂贫细，细粒矿物浮选成为矿物加工研究的主要方向之一，随之出现了载体浮选、絮凝、油团聚、乳化浮选等细粒浮选新技术，细粒矿物选择性凝聚与分散问题，主要取决于颗粒间，界面相互作用力与流体动力学力。

胶体化学中关于颗粒凝聚与分散行为的经典的DLVO理论成为细粒浮选的理论基础。

在DLVO理论中，颗粒间界面相互作用力包括静电力VＥ和范德华力V W，它们的和即颗粒间相互作用的DLVO力决定了颗粒间的凝聚或分散行为。

进入20世纪80年代后，许多研究发现，除了静电力和范德华力外，颗粒间还存在某种特殊的相互作用力，其值为静电力或范式力的10～100倍，称为非“DLVO”或“结构力”。

在亲水体系中，主要表现为水化排斥力，在疏水体系中，则为疏水引力，磁引力及空间排斥力存在于磁性粒子或吸附大分子药剂的颗粒之间的相互作用中，从而提出了扩展的DLVO理论（EDLVO）。

扩展的DLVO理论中，颗粒之间界面相互作用能VED由下式决定：V ED=V E+V W+V AB3 浮选剂分子设计理论 浮选剂是浮选成功的关键之一，浮选剂作用机理及新型高效浮选剂的研究与开发一直是矿物加工科技工作者研究的重点，构成了现代浮选化学的又一重要组成部分。

尽管溶度积假说、吸附理论、电化学反应在不同程度上解释了浮选剂作用机理，但直到1981年，《浮选剂作用原理与应用》一书的出版才开始了原子－电子层次的浮选剂结构性能理论研究。

1992年《矿冶药剂分子设计》一书的出版，使浮选剂结构性能理论研究更加完善，形成了系统的浮选剂分子设计理论。

针对待处理的矿石特点，定量设计选择性浮选药剂。

⑴价键因素：通过计算浮选剂极性基的基团电负性、各原子的电子密度、形式电荷、前线电子密度、超离域性，可确定极性基键合原子位置，形成正常配键或反馈配键的能力。

⑵亲水疏水平衡因素：通过浮选剂特性指数计算、亲水疏水平衡与碎片法计算，可确定浮选剂作为捕收剂、抑制剂、分散剂、起泡剂的烃链结构与大小、链长等。

⑶几何因素：通过药剂基团直径、范式体积的计算可确定浮选剂作用选择性。

因此，针对特定矿石，根据这些结构－性能因素，可定量设计新型浮选剂分子并预测其浮选性能。

4 浮选化学研究发展展望随着有用矿物资源的不断开发利用，易选富矿石愈来愈少，复杂贫细多金属矿物将形成主要的待处理矿物资源，在我国更是如此。

针对矿物资源变化的这些特点，浮选化学的研究应为开发处理这些矿物质资源的技术提供理论基础。

⑴在浮选溶液化学方面，重点研究多种矿物组分、多种浮选剂在矿物－溶液界面的各种化学反应，计算预测各种相互作用的条件，为解决铜铅锌氧化矿、铝土矿、复杂盐类矿物的浮选分离提供理论指导。

⑵在浮选电化学方面，重点研究磨矿－浮选回路中的机械－电化学行为，磨矿体系原生电位的形成机制与合理控制，进一步降低选矿生产成本。

优化电位调控浮选技术，发展低品味矿石和难处理金矿石生物浸出技术。

⑶细粒浮选方面，颗粒间界面相互作用力的理论研究仍是重点，要查清疏水矿粒间疏水力的起因及其对矿粒－气泡粘附的贡献，发展矿泥浮选新技术。

⑷在多金属共生矿中，具有较高浮选活性又易泥化的脉石矿物如黄铁矿、毒砂、蛇纹石、方解石、绿泥石、白云石等的选择性抑制是浮选剂研究开发的重点，根据浮选剂分子设计理论，开发这些矿物的新型高效低浮选剂，研究其结构－性能关系。

5 结论浮选体系中的溶液化学是复杂的，并且决定着混合体系矿物的浮选行为。

矿物溶解形成溶解矿物离子，主要取决于溶液条件如pH 值、离子浓度。

这些溶解离子与矿物相互作用可导致表面转化，相互作用可导致表面或体相沉淀。

通过对许多体系的吸附和浮选研究表明，可以通过选择适当的浮选剂和溶液条件来控制以获得较好的浮选选择性。

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