4.6 固体废弃物浮选解析

典型的异极性捕收剂有黄药、油酸等，图4. 28所示为黄 药分子与固体颗粒表面作用示意图。
极性基 非极性基
颗 粒
黄药分子
黄药分子
图 4.28 黄药分子与固体颗粒表面作用示意图
从煤矸石中回收黄铁矿时，常用黄药作捕收剂。黄药是工业上的 名称，学名是烃基二硫代碳酸盐，通式为：ROCSSMe，其中R为 烃基，Me为碱金属离子。烃链越长，捕收能力越强，但烃链过长， 药剂的溶解性下降，捕收效果下降。常用的黄药烃链中含碳数为 2～ 5个。凡是能与黄药反应生成难溶解盐化合物的废物颗粒都可 用黄药作为捕收剂，如含 Hg、 Au、 Bi、 Cu、Pb、 Co、 Ni等的废 物，它们与黄药生成的化合物的溶度积小于 10－10，都可用黄药作 为捕收剂。黄药捕收含铜化合物的反应式为：
4.6.2
浮选药剂Βιβλιοθήκη 利用欲分离的物料颗粒天然可浮性差异进行分选，分选效 率会很低，往往需要投入浮选药剂，人为改变物质颗粒的 可浮性。 正确地选择、使用浮选药剂是调整物质颗粒可浮性的主要 外因条件。 根据在浮选过程中的作用不同，浮选药剂分为捕收剂、气 泡剂和调整剂三大类。
⑴捕收剂 捕收剂的主要作用是增强欲浮的废物颗粒表面疏水性， 增加可浮性，增大其向气泡附着的可能性。 效果较好的捕收剂应具备： ①捕收作用强，活性高；
4.6 浮选
浮选也称泡沫浮选（是一种湿法分选），是指在气、 液、 固三相体系中，按照固体废物表面物理化学性 质的差异，实现各种细粒分离的复杂物理化学过程。 浮选实质是在固体废物与水调制的料浆中，加入浮选 药剂，并通入空气形成无数细小气泡，疏水的固体废 物粘附在气泡上（借助于气泡的浮力，上浮至液面成 为泡沫层，把液面上泡沫刮出，形成泡沫产物），亲 水的固体废物留在水中（料浆内），从而实现二者的 分离。
②选择性高，最好是专一性强；
③易溶于水，无毒、无臭、成分稳定，不易变质； ④价格低廉，来源广泛。
常用的捕收剂主要有异极性捕收剂和非极性油类捕收剂 两类。 异极性捕收剂的分子结构中含有极性基和非极性基两种 基团。一般的，极性基具有很强的亲水性，非极性基具 有很强的疏水性。 捕收剂与废物颗粒表面作用的基本原理：向料浆中投入 捕收剂，经搅拌后，捕收剂活泼的极性基能与废物表面 发生作用而吸附于废物表面，满足废物表面未饱和的性 能，非极性基则具有石蜡或烃类那样的疏水性，朝外排 水而造成废物表面的“人为可浮性”。
4.6.1 浮选的基本原理
固体废物表面分为亲水性的和疏水性的，它们与水分子作 用的程度不同，也可说被水润湿的程度不同，即润湿性不 同。亲水性物质颗粒表面与水分子的作用在一定范围内， 作用力超过水分子之间的作用力，因此亲水性颗粒表面吸 附的水分子量大而密集，水化膜厚而难破裂；与此相反， 疏水性物质颗粒表面与水分子的作用力比较弱，其表面吸 附的水分子少而稀疏，其水化膜薄而易破裂。
当疏水性颗粒与气泡发生碰撞时，气泡易于排开其表面薄 且易破裂的水化膜，使废物颗粒黏附在气泡的表面，从而 随着气泡的上浮而上浮至料浆表面，形成泡沫层，最后刮 出回收；
亲水性的颗粒表面与气泡碰撞时，颗粒表面的水化膜厚而 难破裂，气泡很难附着到颗粒表面，因此保留在料浆中， 进行适当处理，从而实现了不同性质颗粒的分离。
空气
θ θ
θ
液 气
θ θ
θ
图 4.27 固体表面的润湿角
在固体废物与水调制的料浆中，细粒表面的湿润特性是不 同的，引起物质颗粒表面润湿性差异的本质是其表面的极 性和不饱和键的性质，这些性质的差异一方面决定于组成 物料颗粒元素的性质；另一方面决定于物料的内部结构。 从浮选角度看，关键是在于其内部键的性质与强弱。物料 破裂以后，有的表面呈现一定亲水性，有的表面呈现一定 的疏水性，主要决定于表面键的性质。表面是强的离子键 或共价键，具有强的亲水性；表面是弱的分子键，具有较 强的疏水性。
亲水性和疏水性只是定性表示物质的润湿性，物质润湿性 可用气－液－固三相的接触角θ来定量表示（见图4.27）。 若物质表面极亲水，气相不能排开液相，接触角为0°；反 之，若物质表面极疏水，气相完全排开液相，则接触角为 180°。 但 实 际 情 况 是 ，物 质 的接触 角 还未发 现 有超过 180°的，所以各种物质的接触角都在0°～180°之间。接 触角θ的大小决定于气泡、矿物表面和三相界面张力的平 衡状态。
2R OCSSNa CuS ( R OCSS )2 Cu Na2 S
非极性油类捕收剂主要包括脂肪烷烃 CnH2n+2 、脂环烃 CnH2n 和芳香烃三类。这类捕收剂因难溶于水，不能解 离为离子而得名。 常用的非极性油类捕收剂有煤油、柴油、燃料油、重油、 变压器油等。目前，单独使用非极性油类捕收剂的，只 是一些天然可浮性很好的非极性废物颗粒，如粉煤灰中 回收未燃尽碳、废石墨等。
常用的起泡剂有松油、松醇油、脂肪醇等。起泡剂与捕收 剂之间的相互作用如图4.30所示。
气泡 表面活性 起泡剂 非表面活 性起泡剂
气泡
捕收剂
图 4.30 起泡剂与捕收剂的相互作用
⑶调整剂 调整剂的主要作用是调整捕收剂的作用及介质条件。 其中促进欲浮废物颗粒与捕收剂作用的称为活化剂，一般 为无机盐，如硫化钠、硫酸铜等； 抑制非欲浮颗粒可浮性的称为抑制剂，常用的抑制剂有无 机盐（水玻璃）和有机物（淀粉、丹宁等）； 调整介质pH的称为pH调整剂，主要为酸、碱类； 促使料浆中欲浮细粒联合变成较大团粒，以减小细泥对浮 选的不利影响，改善和提高浮选效果，这样的调节剂称为 絮凝剂，多为石灰、明矾、聚丙烯酰胺等； 促使料浆中非欲浮细粒成分散状态的药剂称为分散剂，常 用的分散剂为水玻璃和各类聚磷酸盐等。
⑵起泡剂
起泡剂是一种表面活性物质，主要作用在水-气界面上使 其界面张力降低，促使空气在料浆中弥散，形成小气泡， 防止气泡兼并，增大分选界面，提高气泡与颗粒的粘附和 上浮过程中的稳定性，以保证气泡上浮形成泡沫层。起泡 剂在气泡表面的吸附形式如图4.29所示。
起泡剂 气泡 气泡 气泡 气泡
图 4.29 起泡剂在气泡表面的吸附