泡沫浮选法

形成泡沫的气泡集合体包括两个部分，一是泡， 形成泡沫的气泡集合体包括两个部分，一是泡，两个 或两个以上的气泡，二是泡与泡之间以少量液体构成 或两个以上的气泡，二是泡与泡之间以少量液体构成 的隔膜(液膜)是泡沫的骨架。 的隔膜(液膜)是泡沫的骨架。 泡沫不是很稳定的体系， 泡沫的稳定及层内排液 泡沫不是很稳定的体系，气 泡与气泡之间仅以薄膜隔开， 泡与气泡之间仅以薄膜隔开，此隔膜也会因彼此压力 不均或间隙液的流失等原因而发生破裂， 不均或间隙液的流失等原因而发生破裂，导致气泡间
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类： 矿物浮选： 矿物浮选：矿石和脉石离子的分离 粗粒浮选：粒子直径大致1～ 粗粒浮选：粒子直径大致 ～10mm 微粒浮选：粒子直径为1µm ～1mm 微粒浮选：粒子直径为 粒子浮选和分子浮选： 粒子浮选和分子浮选：分离非表面活性粒 子或分子， 子或分子，加入浮选捕集剂与被分离组分 形成难溶或不溶物， 形成难溶或不溶物，后以浮渣形式脱除 • 沉淀浮选：改变溶液的 值或加入某种絮 沉淀浮选：改变溶液的pH值或加入某种絮 凝剂等方法，使需脱除的粒子形成沉淀， 凝剂等方法，使需脱除的粒子形成沉淀， 再利用浮选法将沉淀脱除
的合并现象，或由于小气泡的压力比大气泡高， 的合并现象，或由于小气泡的压力比大气泡高，因此气 体可以从小气泡通过液膜向大气泡扩散，导致大气泡变 体可以从小气泡通过液膜向大气泡扩散， 小气泡变小，以至消失。 大，小气泡变小，以至消失。 泡沫的稳定性一般与溶质的化学性质和浓度，系统温度 泡沫的稳定性一般与溶质的化学性质和浓度， 和泡沫单体大小、压力、溶液pH值有关 值有关。 和泡沫单体大小、压力、溶液 值有关。表面活性剂 的浓度愈是接近临界浓度，气泡愈小，气泡的寿命愈长。 的浓度愈是接近临界浓度，气泡愈小，气泡的寿命愈长。 典型的三个气泡集合体的结构见图，泡与泡之间壁为平 典型的三个气泡集合体的结构见图， 面，三个泡的共同交界处形成有一定曲率半径的小三角 形柱体，由于这个曲率半径， 形柱体，由于这个曲率半径，使液膜中位于平面内的液 体所受的压力要比位于三角柱体壁内的液体所受压力高 很多， 很多，这一压力梯度会导致液膜中液体由膜向小三角柱 体流动，从而使平壁逐渐变薄，最后在阻力的平衡下， 体流动，从而使平壁逐渐变薄，最后在阻力的平衡下， 膜达到一定的厚度。 膜间夹角为120°时，压力差最 膜达到一定的厚度。当膜间夹角为 ° 泡沫稳定。 小，泡沫稳定。
捕收剂
• 与铜、铅、锌、铁等硫化矿物伴生的金，在浮选时常用有 机硫代化合物作浦收剂．例如，烷基（乙、丙、丁、戊基 等）二硫代碳酸钠（钾），又称黄原酸盐，俗称黄药。如 NaS2C·OCH2·CH3，在含金多金属矿石的浮选时，多采用 乙基黄药和丁基黄药。烷基二硫代磷酸或其盐类，如 (RO)2PSSH，式中R为烷基，俗称黑药．烷基二硫代氨基 甲酸盐和黄原酸盐的酯类衍生物等也是硫化矿物常用的捕 收剂。也是浮选含金多金属硫化矿的常用描收剂，常与黄 药类同时使用．非极性型极性捕收剂的分子不解离，如含 硫酯类，非极性捕收剂为烃油（中性油），如煤油、柴油 等。
• 世界范围内几乎有 亿吨矿石是经过浮选 世界范围内几乎有20亿吨矿石是经过浮选 处理的, 处理的 泡沫浮选显然是分离科学中重要的 一个方法。 一个方法。 • 六十年代：工厂污水表面活性剂（直链烷 六十年代：工厂污水表面活性剂（ 基磺酸盐、苯磺酸盐） 基磺酸盐、苯磺酸盐） • 七十年代初：有机废水（染料） 七十年代初：有机废水（染料） • 七七年：DNA 、蛋白质、液态卵磷酯等生 七七年： 蛋白质、 物活性物质（阴离子） 物活性物质（阴离子） • 八、九十年代：酶、白蛋白、血红蛋白、 九十年代： 白蛋白、血红蛋白、 激素等。 激素等。
成员：张贤顺、郭武杰、 成员：张贤顺、郭武杰、 牛牧歌、王海强、 牛牧歌、王海强、马晓轩
汇报： 汇报：马晓轩
原产中国，上始于何时无从考证， 原产中国，上始于何时无从考证， 明末已成规模
• 中国古代曾利用矿物表面的天然疏水性来 净化朱砂、滑石等矿质药物， 净化朱砂、滑石等矿质药物，使矿物细粉 飘浮于水面，而无用的废石颗粒沉下去。 飘浮于水面，而无用的废石颗粒沉下去。 在淘洗砂金时， 在淘洗砂金时，用羽毛蘸油粘捕亲油疏水 的金、银细粒，当时称为鹅毛刮金。 的金、银细粒，当时称为鹅毛刮金。明宋 应星《天工开物》记载。 应星《天工开物》记载。金银作坊回收废 弃器皿上和尘土中的金、银粉末时“ 弃器皿上和尘土中的金、银粉末时“滴清 油数点，伴落聚底” 油数点，伴落聚底”。这就是浮选法的最 早记载。 早记载。
若是三个以上，如四个气泡聚集在一起时，见图， 若是三个以上，如四个气泡聚集在一起时，见图，最 初可能形成十字形或其他结构，但它是不稳定的， 初可能形成十字形或其他结构，但它是不稳定的，在 相邻气泡间的微小压力差作用下，膜会滑动， 相邻气泡间的微小压力差作用下，膜会滑动，直至转 变成上述的三泡结构的稳定形式。 变成上述的三泡结构的稳定形式。这也是泡沫层内排 液的主要原因。 液的主要原因。
• 图a表示可以被水完全润湿的固体，水滴可沿整个 表示可以被水完全润湿的固体， 表示可以被水完全润湿的固体 表面展开， 值近于零 值近于零。 表面展开，θ值近于零。 • 图b表示，当θ< 90°时，可被水润湿，属亲水性 表示， 可被水润湿， 表示 ° 固体。 固体。 • 图c、d，当θ≥ 90°时，此固体表面不易被水润 、 ， ° 湿，属于疏水性固体。 属于疏水性固体。 • 图e所示当 所示当θ=180°，说明此固体表面不被水润湿， 所示当 ° 说明此固体表面不被水润湿， 是绝对疏水的固体。 是绝对疏水的固体。
• 泡沫浮选 含有固体粒子的悬浮液、 含有固体粒子的悬浮液、 胶体溶液。 胶体溶液。 • 泡沫分馏：针对已溶解得物质，可以有表 泡沫分馏：针对已溶解得物质， 面活性的物质。这包含两个方面，第一， 面活性的物质。这包含两个方面，第一， 被分离物本身就可以在气—液表面富集 液表面富集； 被分离物本身就可以在气 液表面富集； 第二，被分离物可以和某物质， 第二，被分离物可以和某物质，结合物可 以在气—液表面富集 液表面富集。 以在气 液表面富集。 • 由于本法很设计、原理、效果可以和精馏 由于本法很设计、原理、 相类比，故又叫泡沫分馏。 相类比，故又叫泡沫分馏。 • 泡沫浮选：分离不溶解的物质，按粒子性 泡沫浮选：分离不溶解的物质， 质不同（分子还是胶体、 质不同（分子还是胶体、是大颗粒还是小 颗粒、不同等）， ），分离方法不同分以下几 颗粒、不同等），分离方法不同分以下几
• 吸附胶体浮选：是以胶体粒子作为捕集剂， 吸附胶体浮选：是以胶体粒子作为捕集剂， 选择性吸附所需的溶质，再用浮选法除去。 选择性吸附所需的溶质，再用浮选法除去。 • 总体思路两个： 总体思路两个： • 1----泡沫除杂（反浮选）杂质在表面层富集， 泡沫除杂（ 泡沫除杂 反浮选）杂质在表面层富集， 除去泡沫的同时除去杂质。 除去泡沫的同时除去杂质。 • 2----泡沫提取（正浮选）目的提取物在泡沫 泡沫提取（ 泡沫提取 正浮选） 中富集， 预提取物。 中富集，收集泡沫的同时得到 预提取物。
被分离物性质
• 一、溶液 • 二、固体颗粒
固体颗粒
颗粒表面润湿与浮选
• 固体颗粒表面润湿性的度量
• 接触角可以标志固体表面的润湿性。如果固体表 接触角可以标志固体表面的润湿性。 面形成的θ角很小 则称其为亲水性表面；反之， 角很小， 面形成的 角很小，则称其为亲水性表面；反之， 角较大， 当θ角较大，则称其疏水性表面。θ角越大说明固 角较大 则称其疏水性表面。 角越大说明固 体表面疏水性越强； 角越小 角越小， 体表面疏水性越强；θ角越小，则固体表面亲水性 越强。 越强。 • 当矿物完全亲水时，θ=0°，润湿性 当矿物完全亲水时， ° 润湿性cosθ=1，此 ， 时矿粒不会附着气泡上浮。当矿物疏水性增加时， 时矿粒不会附着气泡上浮。当矿物疏水性增加时， 接触角θ增大 润湿性cosθ减小，可浮性增大。 增大， 减小， 接触角 增大，润湿性 减小 可浮性增大。
机理
• 本大法核心：粒子（离子、分子、分子团 等）在气—液表层富集现象。 • 一个前提:待分离物质本身具有表面活性。 待分离物质本身具有表面活性。 待分离物质本身具有表面活性 • 方法实质简述：用泡沫分离。 方法实质简述：用泡沫分离。
泡沫
• 泡沫的形成和组成部分 ： 泡沫是由被极薄的液膜 所隔开的许多气泡所组成的， 所隔开的许多气泡所组成的，当气体在含活性剂 的水溶液中发泡时， 的水溶液中发泡时，首先在液体内部形成被包裹 的气泡。在此瞬时， 的气泡。在此瞬时，溶液中表面活性剂分子立即 在气泡表面排成单分子膜，亲油基指向气泡内部， 在气泡表面排成单分子膜，亲油基指向气泡内部， 亲水基指向溶液， 亲水基指向溶液，该气泡会借浮力上升冲击溶液 表面的单分子膜。在某种情况下， 表面的单分子膜。在某种情况下，气泡也可从表 面跳出。此时，在该气泡表面的水膜外层上， 面跳出。此时，在该气泡表面的水膜外层上，形 成与上述单分子膜的分子排列完全相反的单分子 从而构成了较为稳定的双分子层气泡体， 膜，从而构成了较为稳定的双分子层气泡体，在 气相空间形成接近于球体的单个气泡。 气相空间形成接近于球体的单个气泡。许多气泡 聚集成大小不同的球状气泡集合体， 聚集成大小不同的球状气泡集合体，更多的集合 体集聚在一起形成泡沫。 体集聚在一起形成泡沫。
分离体系简介
• 无泡沫分离： 无泡沫分离： • 鼓泡但不定形成泡沫层。 鼓泡但不定形成泡沫层。 • 鼓泡分离：底部通气鼓泡，表面活性物质 鼓泡分离：底部通气鼓泡， 被气泡富集并上升至塔顶， 被气泡富集并上升至塔顶，使液相主体被 净化。 净化。 • 溶媒浮选：溶液顶部置有一种与其互不相 溶媒浮选： 溶的溶剂， 溶的溶剂，萃取或富集由塔底鼓出的气泡 所吸附的表面活性物质。 所吸附的表面活性物质。 • 泡沫分离： 泡沫分离： • 按分离对象分：溶液 按分离对象分： 泡沫分馏
水化膜
溶液
Gibbs(吉布斯)等温吸附方程 (吉布斯)
Γ为吸附溶质的表面过剩量，即单位面积上吸附溶质 为吸附溶质的表面过剩量， 为吸附溶质的表面过剩量 的摩尔数与主体溶液浓度之差,对于稀溶液即为溶质 的摩尔数与主体溶液浓度之差, 的表面浓度， 溶液的表面张力)与浓度c(溶 的表面浓度，可通过 σ (溶液的表面张力)与浓度 溶 质在Fra Baidu bibliotek体溶液中的平衡浓度)来求得； 为吸附分配 质在主体溶液中的平衡浓度)来求得；Γ/c为吸附分配 因子。 因子。
捕收剂
• 捕收剂能选择性地作用于矿物表面,提高矿物的疏水性 ,使 矿粒能更牢固地附着于气泡而上浮。捕收剂按其在水中解 离程度分为两大类:非极性捕收剂和极性捕收剂。非极性 捕收剂主要是非极性烃类和不溶性的酯类，前者是非极性 物。 • 自然界中除煤、石墨、硫磺、滑石和辉钼矿等矿物颗粒表 面疏水、具有天然的可浮性外，大多数矿物均是亲水的， 金矿物也是如此。加一种药剂能改变矿物颗粒的亲水性而 产生疏水性使之可浮。极性捕收剂由能与矿物颗粒表面发 生作用的极性基团和起疏水作用的非极性基团两部分组成。 当这类捕收剂吸附于矿粒表面时，其分子或离子呈定向排 列，极性基团朝向矿物颗粒表面，非极性基团朝外形成疏 水膜，从而使矿位具有可浮性。
起泡剂
• 起泡剂多数是极性表面活性剂 可以在气—液界面 起泡剂多数是极性表面活性剂,可以在气 液界面 可以在气 吸附浓缩 ,降低气 - 液表面能 使气泡体系能量降 降低气 液表面能,使气泡体系能量降 促使空气分散，生成直径较小的气泡， 低，促使空气分散，生成直径较小的气泡，并能 在相界面上进行定向排列，使其极性端指向水， 在相界面上进行定向排列，使其极性端指向水， 非极性端指向空气， 非极性端指向空气，由于极性端和水分子发生作 在气泡表面形成一层水化层， 用，在气泡表面形成一层水化层，阻碍了气泡的 兼并，同时还可以增加气泡抗变形及破裂的能力， 兼并，同时还可以增加气泡抗变形及破裂的能力， 使充入水中的空气易于弥散成气泡和稳定气泡。 使充入水中的空气易于弥散成气泡和稳定气泡。 起泡剂和捕收剂联合在一起吸附于矿物颗粒表面， 起泡剂和捕收剂联合在一起吸附于矿物颗粒表面， 使矿粒上浮。常用的起泡剂有：松树油， 使矿粒上浮。常用的起泡剂有：松树油，俗称二 号油、酚酸混合脂肪醇， 号油、酚酸混合脂肪醇，异构己醇以及各种酯类 等。