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1、,浮选的基本原理（1）矿物表面润湿性与浮选,浮选课程,1 润湿性理论,1.1润湿现象与润湿过程,润湿理论浮选是利用各种矿物表面润湿性的差异来实现的；润湿涉及三个相，而且其中两个相为流体；矿物表面润湿性可以通过药剂作用来调节的。,1 润湿性理论,1.1润湿现象与润湿过程,上式中 SG 固体-空气界面自由能;LG 水-空气界面自由能;SL 固体-水界面自由能。,杨氏（Young）方程,1 润湿性理论,1.1润湿现象与润湿过程,三种基本的润湿现象(a)沾湿；(b)铺展；(c)浸湿,1 润湿性理论,1.1润湿现象与润湿过程,系统消失了固-气界面和水-气界面，新生成了固-水界面单位面积上位能降低为：W
2、SL=SG+LG-SL=-G(1)上式中 SG 固体-空气界面自由能;LG 水-空气界面自由能;SL 固体-水界面自由能。如果 SG+LG SL，则位能的降低是正值，沾湿将会发生。,a 沾湿,1 润湿性理论,1.1润湿现象与润湿过程,系统消失了固-气界面，新生成了固-水界面和水-气界面单位面积上：W=SG-SL-LG=-G（2）若 SG SL+LG，水将排开空气而铺展，为了达到很好的润湿,须使 LG和 SL降低，而不降低 SG。,b 铺展,1 润湿性理论,1.1润湿现象与润湿过程,系统消失了固-气界面，新生成了固-水界面，单位面积上 W=SG-SL（6-3）因此，自发浸没的必要条件是 SG S
3、L，但这还不充分。因为固体进入水中必需通过气-水界面，这样就必须满足其他有关的条件。,c 浸没,1 润湿性理论,1.1 润湿现象与润湿过程,c 浸没,使每个连续阶段成为可能的必要条件是：由阶段到阶段 SG+LG SL 由阶段到阶段 SG SL 由阶段到阶段 SG LG+SL如果第三阶段是可能的，则其他阶段亦皆可能。因此浸没润湿的主要条件是：SG-SL LG所以浸没润湿与铺展润湿的条件相同。,1 润湿性理论,1.2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。如果固体表面形成的角很小，则称其为亲水性表面；反之，当角较大，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，则固体表
4、面亲水性越强。,1 润湿性理论,1.2固体颗粒表面润湿性的度量,图a表示可以被水完全润湿的固体，水滴可沿整个表面展开，值近于零。图b表示，当 90时，可被水润湿，属亲水性固体。图c、d，当 90时，此固体表面不易被水润湿，属于疏水性固体。图e所示当=180，说明此固体表面不被水润湿，是绝对疏水的固体。,1 润湿性理论,1.2固体颗粒表面润湿性的度量,润湿功与润湿性,水在固体表面粘附润湿过程体系对外所能做的大功，称为润湿功W SL，亦称为粘附功。消失了固-气界面和水-气界面，新生成了固-水界面，单位面积上位能降低为：W SL=SG+LG-SL=-G=LG(1+cos)如果 SG+LG SL，则位
5、能的降低是正值，沾湿将会发生。,润湿功亦可定义为：将固-液接触自交界处拉开所需做的最小功。显然，W SL越大，即cos越大，则固-液界面结合越牢，固体表面亲水性越强。浮选中常将cos称为“润湿性”。,杨氏（Young）方程,1 润湿性理论,1.2固体颗粒表面润湿性的度量,润湿功与润湿性,浮选涉及的基本现象是,矿粒粘附在空气泡上并被携带上浮。矿粒向气泡附着的过程是系统消失了固-水界面和水-气界面，新生成了固-气界面，即为铺展润湿的逆过程。该过程体系对外所做的最大功为粘着功WSG，则WSG=LG+SL-SG=-G W SG=LG（1-cos）W SG表征着矿粒与气泡粘着的牢固程度。显然，W SG越
6、大，即（1-cos）越大，固体表面疏水性越强。,1 润湿性理论,1.2固体颗粒表面润湿性的度量,浮选涉及的基本现象是,矿粒粘附在空气泡上并被携带上浮。矿粒向气泡附着的过程是系统消失了固-水界面和水-气界面，新生成了固-气界面，即为铺展润湿的逆过程。该过程体系对外所做的最大功为粘着功WSG，则WSG=LG+SL-SG=-G W SG=LG（1-cos）W SG表征着矿粒与气泡粘着的牢固程度。显然，W SG越大，即（1-cos）越大，固体表面疏水性越强。,1 润湿性理论,1.2固体颗粒表面润湿性的度量,粘着功与可浮性,W SG表征着矿粒与气泡粘着的牢固程度。显然，W SG越大，即（1-cos）越大
7、，则固-气界面结合越牢，固体表面疏水性越强。因此，浮选中常将（1-cos）称为“可浮性”。接触角、润湿性cos、可浮性（1-cos）均可用于度量固体颗粒表面的润湿性，且三者彼此之间是互相关连的。当矿物完全亲水时，=0，润湿性cos=1，可浮性（1-cos）=0。此时矿粒不会附着气泡上浮。当矿物疏水性增加时，接触角增大，润湿性cos减小，可浮性（1-cos）增大。,1 润湿性理论,1.3润湿性与可浮性,改变固体间表面润湿性差异的方法,添加特定浮选药剂的方法来扩大物料间润汲性的差别。,捕收剂：主要作用是使目的矿物表面疏水、增加可浮性，使其易于向气泡附着。起泡剂：主要作用是促使泡沫形成，增加分选界面
8、，与捕收剂也有联合作用。调整剂：主要用于调整捕收剂的作用及介质条件，其中促进目的矿物与捕收剂作用的为活化剂；抑制非目的矿物可浮性的为抑制剂；调整介质pH的为pH调整剂。,1 润湿性理论,1.3润湿性与可浮性,泡沫浮选,气泡矿化过程,气泡矿化的必要条件：(1-cos)0,矿化=SG-SL-LG 0,矿化=-LG（1-cos）0,沾附气泡的矿粒上浮的条件应是其上浮力大于或等于下沉力,1 润湿性理论,1.3润湿性与可浮性,因0sin1，只要有足够大的接触角及液气表面张力LG，就能使颗粒浮起。颗粒越粗要求的及LG越大。,表层浮选,粒 浮,l3g l3g4 LG sin,l3g l2hg+4l LG c
9、os(180-)=l2hg-4l LG cos,1 润湿性理论,1.3润湿性与可浮性,可以通过添加化学药剂对矿物表面润湿性进行调控,进而达到改变矿物可浮性的目的，如图增大黄药浓度时，矿物表面接触角增大，矿物表面疏水，进而回收率提高。,1 润湿性理论,1.3润湿性与可浮性,捕收剂溶液中一水硬铝石的接触角和浮选回收率与pH值的关系图,1.Dodecylamine;2.Cetyltrimethyl ammonium bromide;3.Sodium oleate;4.Sodium dodecyl sulfate.,1 润湿性理论,1.4浮选体系中润湿性与可浮性的研究,水化作用,润湿是水分子（偶极）对
10、矿物表面的吸附形成的水化作用。水分子是极性分子，矿物表面的不饱和键能具有不同程度的极性，极性的水分子会在具有极性的矿物表面吸附，并在矿物表面形成水化膜。水化膜中水分子是定向排列的，与普通水分子的随机稀散排列不同。最靠近矿物表面的水分子，受表面键能吸引最强，排列最整齐严密。水化膜是界于固体矿物与普通水之间的过渡间界，故又称为间界层。通过表面化学研究，水化膜的厚度与矿物的润湿性成正比。例如：亲水的矿物石英、云母的表面水化膜厚度为1cm，而疏水的矿物石墨等仅为0.11m。,1 润湿性理论,1.4浮选体系中润湿性与可浮性的研究,结 构,特 性,图6-6 水化膜示意图a疏水性矿物（如辉钼矿），表面呈弱键
11、，水化膜薄；b亲水性矿物（如石英），表面呈强键，水化膜厚,水化作用,1 润湿性理论,1.4浮选体系中润湿性与可浮性的研究,矿粒表面可能与水的偶极分子发生不同性质及强度的作用，使表面不饱和键得到程度不同的补偿,水分子间的缔合能 Ew,Ew146x10-3Jm2,矿物颗粒表面与水分子作用获得的补偿能E,E=Ecom+Ea+Ehy+Em,水分子与矿粒表面的作用强烈；,水分子与矿粒表面的作用弱于水分子这间的作用,水化作用,1 润湿性理论,1.4浮选体系中润湿性与可浮性的研究,水化膜的薄化矿物表面水化性强（亲水表面），随着气泡向矿物接近，水化膜表面自由能增加，除非有外加的能量，水化膜不会自行薄化，亲水表
12、面不易和气泡接触粘附。矿物表面水化性弱（疏水表面），水化膜比较脆弱，有部分自发破裂，水化膜表面自由能减低，易和气泡接触粘附。但是到很接近表面的一层水化层，是很难排除。,水化作用,1 润湿性理论,1.5矿物价键特性与润湿性,（1）矿物表面润湿性的分类,备注：E为表面同水的作用能；Ew为水分子间缔合能。,1 润湿性理论,1.5矿物价键特性与润湿性,（2）矿物的表面键能与天然可浮性 浮选所遇到的矿物断裂面，具有不饱和的键能，能与水偶极的作用，将决定矿物的天然可浮性。沿较弱的分子键层面断裂的矿物，其表面是弱的分子键，对水分子引力小，为非极性矿物，可浮性好；内部结构属于离子晶格或共价晶格的矿物，矿物断裂
13、面呈现原子键或离子键，具有较强的偶极作用或静电力，因而亲水，可浮性小；实现矿物的浮选依靠人为改变矿物的可浮性。,1 润湿性理论,1.5矿物价键特性与润湿性,（3）矿物表面的不均匀性与可浮性 浮选所遇到的同一类矿物的天然可浮性相差很大，是由于不同产地矿物的物理不均匀、化学不均匀，导致其表面的不均匀性而形成的。物理不均匀矿物表面的宏观不均匀性（矿物破碎解离时形成）缺陷（间隙离子与空位）：间隙离子缺陷：某些离子进入晶格的间隙，而正常完整的位置空缺位错与镶嵌结构,1 润湿性理论,1.5矿物价键特性与润湿性,非化学计量组成特性闪锌矿（ZnS）：金属过量、带阴离子空位金属过量、带间隙阳离子非金属过量、带间
14、隙阴离子金属过量、带阳离子空位,杂质闪锌矿（ZnS）：杂质元素单一同晶形置换锌杂质元素在ZnS中形成机械夹杂杂质元素单一同晶形置换锌和杂质元素在ZnS中形成机械夹杂的复合形式。,化学不均匀,半导性晶格缺陷与半导性关系杂质对矿物半导性的影响,1 润湿性理论,1.5矿物价键特性与润湿性,三种二八面体型层状硅酸盐矿物层间断裂键的特征,铝硅酸盐矿物在蒸馏水中的接触角与pH值的关系,1 润湿性理论,1.5矿物价键特性与润湿性,高岭石各晶面上单位面积的断裂键数和键的类型,NSi-O（110）（010）（100）NAl-O（110）（010）（100）SL（110）（010）（100）（110）（010）（100）,
