分离科学-浮选法

（2）沉淀浮选 ）
向含有待分离离子的溶液中，加入沉淀剂(无机 向含有待分离离子的溶液中 ， 加入沉淀剂 无机 或有机沉淀剂) 生成沉淀， 或有机沉淀剂 生成沉淀 ， 再加入表面活性剂并通 入氮气或空气， 入氮气或空气 ，使表面活性剂与沉淀一起被气泡带 至液面，与母液分离。 至液面，与母液分离。 与经典过滤或离心沉淀法相比， 简便快速， 与经典过滤或离心沉淀法相比 ， 简便快速 ， 特 别适合于大体积极稀溶液。 别适合于大体积极稀溶液。影响沉淀浮选效率的主 要因素包括： 要因素包括： 捕集沉淀剂 表面活性剂 溶液pH 溶液 离子强度和中性盐
气泡大小 过大不宜形成稳定的泡沫层。 过大不宜形成稳定的泡沫层 。 采用微孔玻璃砂 芯或塑料筛板（额定孔径5-10µm） ， 控制气泡 芯或塑料筛板 （ 额定孔径 µ ） 直径0.1-0.5mm为宜； 为宜； 直径 为宜 为了防止微小气泡的重新聚集，可加入少了 （1%）有机溶剂如甲醇、乙醇、丙酮等； ）有机溶剂如甲醇、乙醇、丙酮等； 气流速度不宜太大， 气流速度不宜太大，1-2mL/cm2
泡沫浮选是独特的液固气三相分离方法。 泡沫浮选是独特的液固气三相分离方法。 液固气三相分离方法 分离与物质的密度无关, 分离与物质的密度无关 主要取决于其表面性质 的差异，其本质是表面的极性和不饱和键的性质。 的差异，其本质是表面的极性和不饱和键的性质 。 这些性质决定于组成物料颗粒元素的性质以及物料 的内部结构。 的内部结构。 浮选过程经历颗粒与气泡相互接近和接触, 浮选过程经历颗粒与气泡相互接近和接触 颗粒 与气泡之间的水化膜变薄和破裂, 与气泡之间的水化膜变薄和破裂 以及颗粒克服了 脱落力的影响附着在气泡上三个阶段。 脱落力的影响附着在气泡上三个阶段。 亲水性物料表面易被水润湿, 自然可浮性差; 亲水性物料表面易被水润湿 自然可浮性差 疏 水性物料表面难被水润湿, 自然可浮性好。 水性物料表面难被水润湿 自然可浮性好。
有机化合物
溶液pH：沉淀的表面电荷随pH变化 溶液 ：沉淀的表面电荷wenku.baidu.com 变化
Fe(OH)3 pH<9.6时 带正电荷 时 带正电荷, pH>9.6时 吸附 时 吸附OH-带负电荷 因此需用不同的表面活性剂 带负电荷, 带负电荷
100 80 60 % 40 20 6 8 10 12 14 pH 油酸钠 化
回 收 率
表面活性剂 中和捕集沉淀剂表面电荷，使亲水性变成疏水性； ① 中和捕集沉淀剂表面电荷，使亲水性变成疏水性； ② 在溶液表面形成稳定的泡沫层以支撑浮起的沉淀 物。 ③ 使用无机载体的浮选法可以不用表面活性剂，如 使用无机载体的浮选法可以不用表面活性剂， 使面积很大的Fe(OH)3 沉淀鼓泡浮起 ， 可在水样 沉淀鼓泡浮起， 使面积很大的 中加入1%的甲基溶纤剂或 中加入 的甲基溶纤剂或65ºC的石蜡乙醇溶液 的甲基溶纤剂或 的石蜡乙醇溶液 产生直径1mm以下的固体石蜡）。 以下的固体石蜡） （产生直径 以下的固体石蜡
捕集沉淀剂：为了成功浮选， 捕集沉淀剂 ： 为了成功浮选， 多采用比气泡直径大 得多的大分子絮凝剂捕集沉淀剂，可使微小气泡容 得多的大分子絮凝剂捕集沉淀剂， 易进入沉淀剂的孔隙及附着在气-液表面。 易进入沉淀剂的孔隙及附着在气 液表面。 液表面
常用的捕集沉淀剂
类型 无机化合物 化合物 Fe(OH)3, Al(OH)3, Cr(OH)3, Ti(OH)4, Zr(OH)4, Mg(OH)2, Sn(OH)4, Bi(OH)3, In(OH)3, Fe(OH)2, Co(OH)2, Ni(OH)2, Cu(OH)2, Zn(OH)2, Sb(OH)3, Th(OH)2, CdS, PbS 巯萘剂，双硫腙，对二甲氨基苯叉绕丹宁，1-亚硝基-2萘酚，2-巯基苯并噻唑，2-巯基苯并咪唑，α-安息香肟
1937年Langmuir等提出可用于离子的富集。 年 等提出可用于离子的富集。 等提出可用于离子的富集 1959年南非学者 年南非学者Sebba较系统地提出离子浮选 年南非学者 较系统地提出离子浮选 技术。 技术。 80年代我国开始大量进行相关研究。 年代我国开始大量进行相关研究。 年代我国开始大量进行相关研究
分为离子浮选、沉淀浮选和溶剂浮选三大类 分为离子浮选、沉淀浮选和溶剂浮选三大类 离子浮选
（1）离子浮选 ）
待分离离子(或配离子 溶液， 待分离离子 或配离子) 溶液，加入带相反电荷 或配离子 的表面活性剂，形成疏水性离子缔合物。 的表面活性剂，形成疏水性离子缔合物。 通入气泡流， 通入气泡流 ， 疏水性离子缔合物吸附在气泡表 面上浮至溶液表面，与母液分离。 面上浮至溶液表面，与母液分离。 影响无机离子浮选效率的主要因素包括： 影响无机离子浮选效率的主要因素包括： 溶液pH 溶液 离子强度 表面活性剂 气泡大小
应用： 应用： HCl溶液中金属的浮选 溶液中金属的浮选
Ga3+, In3+, Tl+, Tl3+, Cr3+, Mn2+, Fe3+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+, Sn4+, Pb2+, Sb3+, Bi3+, Al3+, Tl4+, Zr4+等20个离子的浮选分离， 个离子的浮选分离， 个离子的浮选分离 采用十六烷基吡啶（ 采用十六烷基吡啶（CPC，2-4×10-3mol/L），其中 2+, Sb3+, Bi3+ ， × ） 其中Zn 分别在1.2， 介质中被完全分离。 分别在 ，0.75， 0.4mol/L HCl介质中被完全分离。不形成或仅 ， 介质中被完全分离 形成不稳定氯络阴离子的Ni 等不被浮选， 形成不稳定氯络阴离子的Ni2+, Co2+, Mn2+, Tl4+, Zr4+等不被浮选， 控制适当条件可以分离。 控制适当条件可以分离。
例：天然水中痕量铜的富集分离
操作程序： 在盛有300mL水的烧杯中加入 的标准溶液 ， 2mL 水的烧杯中加入Cu的标准溶液 操作程序 ： 在盛有 水的烧杯中加入 的标准溶液， 1×10-2mol/L邻二氮菲溶液 ， 调 pH2.5-3， 放置 分钟 ， 加入 邻二氮菲溶液， 分钟， × 邻二氮菲溶液 ， 放置10分钟 加入1mL 1×10-2mol/L十二烷基硫酸钠溶液，倒入浮选池中，以45mL/min的 十二烷基硫酸钠溶液， × 十二烷基硫酸钠溶液 倒入浮选池中， 的 速度通N 浮选，将泡沫导入已盛有2mL异丙醇的小烧杯中，收集泡 异丙醇的小烧杯中， 速度通 2浮选，将泡沫导入已盛有 异丙醇的小烧杯中 分钟， 比色管中， 沫10分钟，所得泡沫倒入 分钟 所得泡沫倒入25mL比色管中，加1mL HNO3 ，以水稀 比色管中 释至刻度， 测定Cu，可用于天然水中µ 级 的测定。 释至刻度，以AAS测定 ，可用于天然水中µg/L级Cu 的测定。 测定
发展历史
20世纪初，浮选分离用于选矿。 世纪初，浮选分离用于选矿。 世纪初 1932年，Tallmud和Pochil用该法精制蔗糖，首 年 用该法精制蔗糖， 和 用该法精制蔗糖 次引入到化学领域。石灰乳加到饱和蔗糖溶液中， 次引入到化学领域 。 石灰乳加到饱和蔗糖溶液中 ， 慢慢
通入空气生成泡沫，大部分杂质集中在泡沫里，容易除去。 通入空气生成泡沫，大部分杂质集中在泡沫里，容易除去。
浮选分离
离子、 分子、 胶体、 固体颗粒、 离子 、 分子 、 胶体 、 固体颗粒 、 悬浮微粒等物 质因其表面活性不同，可被吸附或粘附在从溶液中 质因其表面活性不同， 升起的泡沫表面上， 升起的泡沫表面上， 从而与母液分离的方法称为浮 选分离。 选分离。 本身没有表面活性的物质， 本身没有表面活性的物质 ， 经加入表面活性剂 后可变成有表面活性的物质，也可用此法进行分离。 后可变成有表面活性的物质， 也可用此法进行分离 。
特点
装置简单，处理量大，可自动化、连续化操作。 装置简单，处理量大，可自动化、连续化操作。 已用于Ag, As, Au, Be, Bi, Cd, Co, Cu, Cr, F, 已用于 Fe, Hf, Hg, In, Ir, Mn, Mo, Ni, Os, P, Pb, Pd, Pt, Rh, Ru, Sc, Se, Sn, Te, Ti, U, V, Zn, Zr等34种元素 等 种元素 的分离富集。 的分离富集。 适合于海水、河水、饮用水、岩石、矿石、 适合于海水、河水、饮用水、岩石、矿石、金属 和环境样品中微量元素的分离富集。 和环境样品中微量元素的分离富集。 富集系数通常可达10 富集系数通常可达 4。
竞争作用
络合剂： 络合剂：利用络合作用不同进行选择性浮选分离 V(V), U(VI) 与 CO32- 作 用 不 同 ， 其 中 U(VI) 与 CO32-生成 生成[UO2(CO3)3]4-络离子被浮选； 络离子被浮选； 溶液中， 以 在 0.5mol/L的 HCl溶液中 ， Hg以 HgCl42- 的形式 的 溶液中 存在， 仍然以正离子形式存在， 存在 ， Fe3+仍然以正离子形式存在 ， 使用季铵盐型 表面活性剂可浮选分离出Hg 表面活性剂可浮选分离出
HCl-HNO3溶液中金属的浮选
为表面活性剂， 种进行了浮选， 以CPC为表面活性剂，对31种进行了浮选，贵金属元素的浮选率和 为表面活性剂 种进行了浮选 选择性优于HCl体系。 体系。 选择性优于 体系
有机试剂溶液中金属的浮选
偶氮胂III、二苯卡巴肼、丁基黄原酸钾、对氨基苯磺酸胺、 偶氮胂 、二苯卡巴肼、丁基黄原酸钾、对氨基苯磺酸胺、邻二氮 菲等，作为配位剂与某些金属离子形成可溶的带电络合物， 菲等，作为配位剂与某些金属离子形成可溶的带电络合物，加入适 当表面活性剂， 当表面活性剂，可以浮选分离
络合剂
溶液pH：影响离子、 溶液 ：影响离子、表面活性剂的存在形式
十二烷基硫酸钠 S=C表面活性剂:C金属离子
pH8.5-11 主 要 以 Zn(OH)2 存在时，即使SDS浓度很 存在时， 即使 浓度很 低浮选效率仍高； 低浮选效率仍高； pH>10， 形成Zn(OH)3- 、 ， 形成 Zn(OH)42-，降低与SDS的 降低与 的 作用，捕集率下降； 作用，捕集率下降； pH<3 ， SDS 质 子 化 ， 捕 集率下降； 集率下降；
原理
表面活性剂在溶液中易被吸附到气泡的气-液界 表面活性剂在溶液中易被吸附到气泡的气 液界 面上。 面上。 表面活性剂极性一端向着水相， 表面活性剂极性一端向着水相，非极性一端向着 气相， 气相 ，表面活性剂的极性端与水相中的离子或极性 分子通过物理(如静电引力 或化学 如配位反应） 分子通过物理 如静电引力)或化学 （ 如配位反应 ） 如静电引力 或化学（ 作用连接在一起。 作用连接在一起。 通入气泡时， 通入气泡时，表面活性剂就将这些物质连在一起 定向排列在气－液界面，被气泡带到液面， 定向排列在气 －液界面 ，被气泡带到液面 ，形成泡 沫层，从而达到分离的目的。 沫层，从而达到分离的目的。
表面活性剂：浓度不超过CMC，其与离子络合物的 表面活性剂：浓度不超过 ， 表面张力控制气泡的形成。 表面张力控制气泡的形成。
Cd2+、Cu2+浓度差不多，且金属 浓度差不多， 离子浓度低于表面活性剂浓度时， 离子浓度低于表面活性剂浓度时， 金属离子全部与表面活性剂缔合， 金属离子全部与表面活性剂缔合， Cd2+缔合物表面张力低，优先分 缔合物表面张力低， 离； Cd2+、Cu2+总浓度大于表面活性 剂浓度时， 剂浓度时，金属离子之间存在竞 争， Cu2+优先分离 缔合物生成常数 Cu2+ ：lgK1=13.91, lgK2=6.45 Cd2+ ：lgK1=8.06, lgK2=7.00
表面活性剂：非极性链长增加，吸附增强， 表面活性剂 ： 非极性链长增加 ， 吸附增强 ，分离效 果变好，太长则泡沫稳定性好，浮选平衡时间增长， 果变好， 太长则泡沫稳定性好， 浮选平衡时间增长， 速度慢；链长太短不稳定， 为宜。 速度慢；链长太短不稳定，14-18C为宜。 为宜
离子强度：影响很大， 离子强度：影响很大，离子强度大对浮选不利