浮选分离和泡沫吸附

贵州矿业
贵州省矿产资源丰富，在贵州这仅占全国总面积 1.84%的地方，至今发现的矿产达110种以上，发现各 类矿床、矿点3000余处。其中76种已程度不同地探明 了储量，全省探明储量的产地达1338处，这些矿种中 “煤、磷、铝、锑、金、锰”构成贵州主要的矿产资 源优势。根据全国保有储量对比排序，贵州有40种矿 产排列全国前十位，其中29种矿产列第一至第五位， 22种列入第一至第三位。全省已探明矿产价值3亿万 元以上，人均8.2万元，居全国第八位，单位国土面 积的矿产潜在价值和人均占有量，高于全国平均水平 ，在西部12省区中居前列，发展矿业在贵州具有广阔 的前景。
泡沫吸附分离方法的分类
鼓泡分离法
非泡沫分离
溶剂消去法
矿物浮选 粗粒浮选
泡沫分馏 泡沫分离 泡沫浮选
细粒浮选 沉淀浮选 离子浮选 分子浮选 吸附富集浮选
泡沫的形成
首先在液体内部形成被包裹的气泡，该气泡会借浮力上升冲击溶液表面的 单分子膜，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。许多气泡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。
离子浮选由于其选择性较高，因此为分 离性质相近的元素提供了一条新途径。 沉淀浮选可克服经典沉淀分离过滤费时 的缺点，且能方便处理大体积溶液； 溶剂浮选与吸光光度法的直接结合，即溶 剂浮选光度法，具有分离量大、选择性及 灵敏度高的独特优点。
泡沫吸附分离
定义：泡沫吸附分离是以泡沫作分离介质，并 利用各种类型的对象物质（离子、分子、胶体 颗粒、固体颗粒、悬浮颗粒等）与泡沫表面的 吸附相互作用，实现表面活性物质或能与表面 活性剂结合的物质从溶液主体（母液）中的分 离。 凡是利用“泡”（泡沫、气泡）作介质的分离 都统称为泡沫吸附分离。
溶质吸附在气 泡上并随之上 升
一、浮选分离概述
原理：表面活性剂在水溶液中易 被吸附到气泡的气液界面上。 表面活性剂极性的一端向着水 相，非极性的一端向着气相，含 有待分离的离子、分子的水溶液 中的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）作用连接在一起。当通入 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，形成泡沫 层，从而达到分离的目的。
式中： ε——回收率，%； ——原矿品位，%； β——精矿品位，%； γ——精矿产率，%。
100 % 100
④ 选矿比——原矿质量与精矿质量的比值，用它 可以确定获得1t精矿所需处理原矿石的吨数。常以 K 表示。 ⑤ 富集比——精矿品位与原矿品位的比值，常用 E表示，E=β/a ，它表示精矿中有用成分的含量比 原矿中该有用成分含量增加的倍数，即选矿过程 中有用成分的富集程度。
②欲富集离子先于适当的络合剂作用形成络合物离子缔 合物，然后通过浮选此种络合物而达到浮选目的。“有 机试剂或螯合离子”
例 污水中微铬的分离和富集 污水中微量Cr(Ⅵ)在 0.1molL1H2SO4溶液中，可与二 苯卡巴肼（PDCI）发生氧化还原 反应，络合生成Cr3+与二苯卡腙 （DPCO）的络阳离子。加入阴离 子表面活性剂十二烷基磺酸钠 （SDS）,形成疏水性离子缔合物 而被浮选。
离 子 浮 选 装 置
2、沉淀浮选
在捕集剂（或称载体）存在下，溶液中待分离
痕量金属离子，与某些无机或有机沉淀剂生成共沉
淀或胶体，然后加入与沉淀或胶体带相反电荷的表 面活性剂。通入气泡后，它们粘附在气泡上浮升至
液面与母液分离，这种分离方法称为沉淀浮选。
根据所用载体的不同，共沉淀浮选可分为两类。
氢氧化物共沉淀浮选
泡沫分离法也有它一定的局限性和特点
对泡沫本身的结构研究少，它是一个非稳定体 系，无法直接测量，许多泡沫的性质还不清楚 在实际操作中，塔内的返混现象经常发生，影 响分离效果； 对高浓度的溶液分离效率较低 泡沫浮选分离的特点： ☆ 样品处理量大，0.5-2L ☆ 富集倍数大，100-10000 ☆ 回收率高，90%以上 ☆ 易于联用，成为超高灵敏度光度法
泡沫吸附分离
泡沫分离的操作是由两个基本过程组成：
1、待分离的溶质被吸附到气－液界面上；
2、对被泡沫吸附的物质进行收集并用化 学、热或机械的方法破坏泡沫，将溶质提 取出来。
因此它的主要设备为泡沫塔和破沫器。
间歇式泡沫分离
根据表面活性 剂消耗情况，间 歇地从塔底补充 表面活性剂
连续式泡沫分离
含表面活性剂的料液连续加入塔内，泡沫也和残叶被连续从塔中抽出。
泡沫浮选分离的应用
废水的处理、降低化学消耗量、回收有 机化合物等，也可以富集各种金属离子
环保工业
如：处理废水中的表面活性剂洗涤剂等，这些表面活性剂 对生态系统造成了严重的危害，表面活性剂会在水体表 面产生大量不易消失的泡沫，减弱了水体与大气之间的气 体交换，进而导致水体发臭，水体溶解氧，矿物耗竭，水 体富营养化等。
烘干机
浓缩机
选矿常用的工艺指标 ①品位——是指产品中金属或有用成分的质量与该产品质量 之比，常用百分数表示。通常用表示原矿品位；β表示精矿 品位；θ表示尾矿品位。 ②产率——产品质量与原矿质量之比，叫该产品的产率，通 常以γ表示。 ③回收率——精矿中有用成分的质量与原矿中该有用成分质 量之比，称为回收率，常用ε表示。回收率可用下式计算：
二、浮选分离的类型 1、离子浮选法 2、沉淀浮选
3、溶剂浮选（浮选萃取法）
1.离子浮选法：
在含有欲分离离子（或配离子）的溶液中，加入带有 相反电荷的表面活性剂，使之形成疏水性物质。通入气 泡流，表面活性剂就在气液界面上定向排列。同时表面 活性剂极性的一端与待分离的离子连接在一起而被气泡 带至液面。将其与母液分开后便可达到分离的目的。 实现离子浮选方式有两种： ①欲富集离子直接被浮选：“无机络阴离子或酸根离子”
一、浮选分离概述
理论之一------润湿理论
接触角的定义 当气泡在矿物表面附着（或水滴附 着于矿物表面）时，一般认为其接触角 处为三相接触，并将这条接触线称为 Air “润湿周边”，在接触过程中，润湿周 边可以是移动的，或者变大，或者缩小， θ 当变化停止时，表明该周边上的三相界 γSA 面的自由能（以界面张力表示）已达到 Solid 平衡，此时在润湿周边上任一点处，自 液－气界面经过液体内部到固液界面的 夹角叫“平衡接触角”（简称接触角）， 用θ表示。
有机试剂共沉淀浮选
氢氧化物共沉淀浮选
例：高纯锌中痕量铁和铅的富集 将试样溶于硝酸，加水稀释定容，加 入载体Bi3+再加入大量氨水使Zn(OH)2全 部溶解，产生的Bi(OH)3共沉淀捕集痕量 组分Fe和Pb。加入油酸钠的乙醇溶液进 行浮选。
氢氧化物共沉淀浮选分离应用
有机试剂共沉淀浮选
例：海水中微量银的富集和测定 取水样3L，在0.1mol/L HNO3酸性溶液中，加2—巯基苯噻唑 的丙酮溶液，搅拌30 min, Ag+与2—巯基苯噻唑生成难溶化合物， 而2—巯基苯噻唑也难溶于水，共沉淀析出，送气浮选。分离沉 淀，溶于丙酮，蒸发干后将有机沉淀湿法灰化，残渣溶于HNO3， 用原子吸收光谱法测定，定量下限为0.03ng／g。
γWA
γ SW
SA SW WACOS
SA SW COS WA
部分矿物的接触角
矿物名称
硫 滑石 辉钼矿 方铅矿 闪锌矿 萤石
θ
0
矿物名称
黄铁矿 重晶石 方解石 石灰石 石英 云母
θ
0
78 64 60 47 46 41
30 30 20 0～10 0～4 ～0
（3）有机溶剂的影响 少量有机溶列的存在会使表面活性剂泡沫变多，增加了泡 沫与欲富集成分的接触面积，从而提高浮选率。 （4）气体流速和气泡大小 气体流速不宜过大，如流速过大或通气过猛，会使浮选物 从气泡表面脱落，影响浮选。以缓慢上升的小气泡为最好，有 较长较多的接触机会。
浮选分离
三 种 方 法 的 比 较
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3、溶剂浮选法
溶剂浮选法又称浮选萃取法，它是在浮选溶液的表面加上 比水轻的有机溶剂。在鼓气过程中，被分离物质随气泡上升， 浮出水相，则溶于有机相中而成溶液，从而达到浮选分离目的。 溶剂浮选—光度法：饮用水中痕量Cu2+的测定 取水样，加入酒石酸和EDTA,以络合掩蔽干扰离子；调节pH 值为6-6.4,加入乙二氨基二硫代甲酸钠（Na-DDTC）使之与Cu2+ 形成螯合物，再加入异戊醇，通气浮选。Cu-DDTC螯合物沉淀微 粒随气泡上升，溶解于异戊醇中，分离溶剂层，就可以直接于 液相中用光度法测定Cu2+。
泡沫浮选分离的应用
如：处理放射性废水（铀）、电镀废水
医药和工程
蛋白质酶的分离纯化，生物 活体中金属含量的检验，以 及病毒的浓缩分离
用月桂酸、硬脂酰胺或辛胺作表面活性剂，对初
始细胞浓度为7.2×108个/cm3大肠杆菌进行泡沫分 离，结果用1分钟的时间能去除90％的细胞，用10 分钟时间就能去除99％的细胞。
矿物浮选过程
碎磨—搅拌槽（加药剂，矿物颗粒与药剂作用）—浮选机
（搅拌使矿浆悬浮，产生细小气泡）携带矿粒升到矿浆表面完
成浮选分离(正浮选工艺：矿化泡沫即精矿，槽底物即尾矿；反 浮选工艺：矿化泡沫即尾矿，槽底物即精矿）—产品脱水（浓
缩、过滤、有时也干燥）
浮选设备图
颚式破碎机
球磨机
磁选机
分级机
Байду номын сангаас浮选机
三、浮选效率的主要影响因素
溶液pH
表面活性剂
主要因素
有机溶剂的影响
气泡大小、气 体流速
影响浮选效率的主要因素
(1)溶液pH 溶液酸度主要影响到表面活性剂与欲富集成分于溶液中的存 在状态及所带电荷情况，所以溶液的最佳pH范围，应通过实验 来确定．从待测离子同络合剂及表面活性剂反应的角度进行选 择。 (2)表面活性剂 表面活性剂非极性部分链长度增加，会使它在气泡上的吸 附增加，从而提高分离效果。一般说来，烃链愈长浮选效果愈 好；但太长泡沫的稳定性增大，浮选平衡时间增长，反而对浮 选不利。烃链太短则表面活性下降．泡沫不稳定，使浮选率下 降。烃链的碳原于数以14一18为宜。
浮选分离
泡沫吸附分离
浮选分离
主要内容
一、浮选分离的概述
二、浮选分离的类型及应用
三、浮选效率的主要影响因素
一、浮选分离概述
定义：采用某种方式，向水中通入大量微小气泡， 在一定条件下使呈表面活性的待分离物质吸附或粘 贴于上升的气泡表面而浮生到液面，从而使某组分 得以分离的方法，称为浮选分离。
泡沫层
从底部通入 大量气泡
泡沫吸附分离
泡沫不是很稳定的体系气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，使大 气泡变大，小气泡变小。
泡沫的稳定性1、表面活性剂的浓度愈是接近临界浓度（CMC）， 气泡愈小，气泡的寿命愈长。 2、温度升高，气泡内压力增加，而且形成气泡沫的液体黏度降 低，气泡稳定性降低。