矿物加工学-第三章-浮选药剂课件.ppt

第三章 浮选药剂1 浮选药剂的分类和作用浮选药剂的分类和作用2 捕收剂捕收剂 2.1 捕收剂的分类 2.2 捕收剂的结构 2.3 硫代化合物类捕收剂(巯氢基捕收剂)2.4 有机酸类(烃基含氧酸类或氧化矿)捕收剂 2.5 胺类捕收剂 2.6 非极性油类捕收剂3 调整剂调整剂 3.1 活化剂 3.2 抑制剂 3.3 介质调整剂4 起泡剂起泡剂1 浮选药剂的分类和作用使用浮选药剂的使用浮选药剂的目的目的：由于自然界的大部分矿物大部分矿物都是亲水的，为了使矿物之间分离，必须人为地控制矿物的浮选行为，如采用捕收剂就可以选择性提高某些矿物的疏水性，使用抑制剂可选择性提高某些矿物的亲水性，人为提高不同矿物之间的润湿性差异，从而达到分离矿物的目的。因此浮选药剂是浮选研究的核心浮选研究的核心。浮选药剂捕收剂：凡事能选择性地提高矿物表面疏水性，并且增大矿物在气泡上的附着力和缩短附着时间的有机物质。其主要作用发生在固-液界面上。起泡剂：能使空气在矿浆中弥散，增加分选气-液界面，并能促使气泡在矿化和升浮过程中机械强度的一类药剂。调整剂调整(促进和阻碍)捕收剂与矿物表面的相互作用，调整矿浆性质，能提高浮选选择性的一类药剂。抑制剂抑制剂：能削弱或消除捕收剂与矿物的相互作用，从而降低或恶化矿物可浮性的一类药剂。活化剂活化剂：能增强捕收剂与矿物的相互作用，从而促进矿物可浮性的一类药剂。介质调整剂介质调整剂pH调整剂：改变浮选介质的pH值矿泥分散剂絮凝剂和凝聚剂 浮选药剂的分类和作用浮选药剂的分类和作用目的矿物非目的矿物气泡捕收剂起泡剂抑制剂2 捕收剂(Collector)glassglasswaterglassglasswater石蜡亲水疏水石蜡就起了捕收剂的作用。极性基非极性基oreore极性基极性基决定药剂在矿物表面固着强度和选择性决定药剂在矿物表面固着强度和选择性非极性基非极性基决定药剂在矿物表面疏水性决定药剂在矿物表面疏水性hydrophilichydrophobicPolar groupNon-polar group2.1 捕收剂的分类捕收剂非极性油类捕收剂：煤油、变压器油异极性捕收剂非离子型捕收剂：酯、多硫化物离子型捕收剂阴离子捕收剂：如黄药、黑药、脂肪酸阳离子捕收剂：如胺类两性捕收剂：如十六烷基二醋酸2.1 捕收剂的分类 2.2 捕收剂的结构 以黄药(xanthate)为例：HHHCHHCOCSSNa非极性基极性基(亲固基)联结原子中心核原子亲固原子(键合原子)非疏水离子 非极性基决定了矿物表面的疏水能力，烃链长度越长，疏水能力越大，水化作用越小，捕收剂的用量减小，即药剂的捕收能力越强。但捕收剂非极性长度要适当，既要保证其具有强的捕收能力，又要使具有良好的选择性。影响非极性基疏水能力的因素：a）烃链长度 非极性基烃链长度增加，使非极性间分子的色散力提高，增加了药剂在矿物表面的固着强度，导致水化作用减弱，表面接触角增大，使矿物可浮性提高。但药剂的疏水性并不与烃链中的CH2数成正比，烃链CH2数增加，接触角增加，捕收剂用量下降，但接触角的增长幅度下降，或捕收剂用量的减小幅度下降。因此捕收剂长度要适当，以保证其有强的捕收能力和良好的选择性。用量长度CH3-C2H5-C3H7-C4H9-C5H11-b）烃基支链 非极性基烃链长度越长，非极性应越强，故烃基支链对浮选不利。但有特例，如异丙基黄药比正丙基黄药的捕收能力强。支链愈靠近亲固基，捕收能力越强。但也有例外，如环状链烃一般捕收能力弱，在实践中没有得到广泛应用极极性性基基，也称亲固基，决定着药剂在矿物表面的固着强度和选择性。极性基中的亲固原子是亲固基中与矿物表面金属离子发生键合作用的原子。常用的捕收剂的亲固原子有：S2-。半径大，1.82，电负性小，易被极化，能形成离子键、共价键和金属键。该原子与硫化矿物表面的金属离子的键合作用较强，具有含有该原子的药剂用来浮选硫化矿物。O2-。与氧化矿物表面离子键合能力强。:N3+。有孤对电子能与一些金属离子共用形成共价键，可用于硅酸盐矿物浮选。没有亲固原子。如烃类油，用于天然疏水性矿物的浮选。根据亲固原子不同，捕收剂可分成以下几类：含S2-的巯氢基阴离子捕收剂(sulphydryl collectors)ROCSS-ROROPSS-黄药(xanthate)黑药(dithiophosphate)含O2-的氢氧基阴离子捕收剂(oxyhydryl collectors)CO-OOSO-OOSO-OOCNO-OHAsO-O-羧基(carbosylic)硫酸基(sulphates)磺酸基 (sulphonates)O羟肟酸基Hydroximic acid砷酸基Arsonic acid 含:N3+的阳离子捕收剂(cationic collector)RNH3+RNH22.3 硫代化合物类捕收剂(巯基捕收剂)特点：亲固基中键合原子为S2-，疏水基短(C2C5)分子式(Me为Na或K离子)制法ROH+NaOHRONa+H2O；H 0RONa+CS2ROCSSNa；H 0总反应式：ROH+NaOH+CS2ROCSSNa+H2O；H 0备注1）放热反应，反应器要有散热设备。2）原料醇中的烃基和烃基衍生物的不同，可得到各种黄药；黄药 又称黄原酸盐，常用黄药为乙基黄药（低级黄药）和丁基黄药（高级黄药）。最重要的巯基(-SH)捕收剂，也是应用最广的捕收剂。短烃链具有捕收作用的原因：黄药在矿物表面附着，主要通过烃基起疏水作用，但黄药三维空间结构实体要占据矿物一定的表面积，这样减少了矿物表面与水分子的作用区域；此外它还能使水分子与表面相隔一定距离，从而有利于削弱表面与水分子的作用力，增强表面疏水性。1）黄 药一般物理性质：黄药常温下是淡黄色粉状或颗粒状物，因而得名。常因含有杂质而颜色较深，比重为1.31.7，具有刺激性臭味，有毒，可燃，易溶于水、丙酮与醇。在水中解离出ROCSS-阴离子，具有捕收作用。黄药性质不稳定，易吸水潮解，遇热分解加速。性质性质化学性质：稳定性：遇水、酸、碱、热分解p 在水中解离（电离）：ROCSSNa=ROCSS-+Na+p 黄原酸盐是弱酸盐，在碱性介质中是稳定的，在某些情况下（酸性）会水解：ROCSS-水解：ROCSS-+H2O=ROCSSH+OH-p 分解：ROCSSH=ROH+CS2 其分解速度远大于水解速度，水解反应是决定步骤。水解反应是决定步骤。水解作用与pH值有关 pH 3.4 5.6 8 半分解周期（分）10 1000 25天 研究表明，分子量越大的黄原酸，由于斥电子能力强，S-H键联结牢固，在水溶液中较稳定。在酸性矿浆中，低级黄药的分解速度比高级黄药快，故此时浮选时最好使用高级黄药。由于黄药稳定性较差，故使用黄药时，要注意以下几点：a)在碱性或弱碱性矿浆中使用。如需在酸性矿浆中使用，则需增加用量，且使用高级黄药；b)配制黄药不要用热水，且要随用随配；c)黄药放置于密闭容器中，并置于阴凉处，防晒、防火；d)不能保存很长时间。氧化性氧化性 黄药是还原剂，易被空气或高价态金属阳离子氧化。2ROCSS-2e=(ROCSS)2 (2X-2e=X2)即黄药易被氧化成双黄药。双黄药的结构式如下：S S ROCSSCOR 双双黄黄药药是一种非离子型的多硫化合物，为极性捕收剂，它在酸性介质中稳定，在碱性特别是强碱性介质中会分解成黄药阴离子。4ROCSS-+O2+2H2O=2ROCSS-SSCOR+4OH-即溶液中同时存在黄药阴离子和双黄药。黄药阴离子和双黄药。双黄药在浮选中的作用，有如下观点：双黄药在浮选中的作用，有如下观点：a）黄药对硫化矿的捕收只是在矿物表面发生电极反应生成双黄药时才有效；b）双黄药与硫化矿物表面可直接发生反应；c）在硫化矿表面可发生黄原酸和双黄药的共吸附。n黄药的捕收性能 取决于烃基的长度、结构及亲固基的性质。非极性基烃链越长，黄药的捕收能力捕收能力越强。%c戊基丁基丙基乙基甲基非极性强，色散力强，覆盖层越厚，疏水性越强。对戊基以上的长烃链黄药而言，异构体的捕收能力不如正构体强；而常用的短烃链黄药，异构体的捕收能力比正构体好些。选择性极性基(亲固基)与其作用活性的关系 S2-的特点是：离子半径很大(1.84)，极化率很高。它易和一些具有较强极化力和本身又容易被极化变形的金属阳离子（重金属离子和贵金属离子）相结合，并形成比较牢固的化学键。黄原酸盐的形成是黄药产生捕收作用的根据之一，其捕收作用的强弱与金属黄原酸盐的难溶性是一致的，即黄原酸盐愈难溶，则相应的金属或硫化矿物愈易被黄药捕收。a)黄药与碱土金属(如Ca2+、Mg2+、Ba2+等)反应生成的黄原酸盐易溶。即黄药在由碱土金属离子组成的矿物(如方解石、萤石、重晶石)表面不能形成牢固的吸附膜，因此黄药对碱土金属矿物也没有捕收作用。b)黄药与许多重金属离子和贵金属离子反应能生成难溶化合物。溶度积如下表所示：金 属Metal乙基黄原酸盐Ethyl xanthate丁基黄原酸盐Butyl xanthate二乙基二硫代磷酸盐DithiophosphateAu6.010-304.810-31Cu5.210-204.710-205.010-17Hg1.510-381.410-401.1510-32Ag8.510-195.410-201.310-16Pb1.710-177.510-12Cd2.610-142.0810-161.510-10Co5.610-13Zn4.910-93.710-111.510-2Fe8.010-8Mn10-2 一般来说，金属黄原酸盐越难溶，则其相应的硫化矿物越易被黄药捕收。如AuCo，溶度积很小，故黄药对这些矿物捕收能力强，Zn、Fe、Mn溶度积相对较大，故黄药对这些矿物的捕收能力弱。应用应用：)捕收金、银等贵金属和自然铜；)捕收有色金属硫化矿，如黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等；)捕收硫化后的有色金属氧化矿，如经硫化钠硫化后的菱锌矿、白铅矿等 黄药对脉石硅酸盐矿物、氧化物及碱土金属盐类矿物的捕收性能较差，故该药具有良好的选择性。黑药(dithiophosphate)又称二烃基二硫代磷酸酯。结构式为：ROROPSSMe(H,Na或NH4)制法：由醇或酚与五硫化二磷反应制得：4ROH+P2S5=2(RO)2PSSH+H2S 其酸式产物为油状黑色液体，中和成钠盐或铵盐后可制成固体产品。v用醇或酚与五硫化二磷作用得黑药，例如，甲酚黑药的制法如下：v生产丁铵黑药时，先合成二丁基二硫代磷酸（丁基黑药），再用氨中和则成丁铵黑药，用氢氧化钠中和则成丁钠黑药。4CH3CH2CH2CH2OH+P2S5 2(CH3CH2CH2CH2O)2PSSH+H2S(CH3CH2CH2CH2O)2PSSH+NH3 (CH3CH2CH2CH2O)2PSSNH4 其酸式产物为油状黑色液体，中和成钠盐或铵盐后其酸式产物为油状黑色液体，中和成钠盐或铵盐后可制成固体产品。可制成固体产品。7080 石油醚常用的黑药有：a)甲酚黑药甲酚黑药(二甲酚二硫代磷酸二甲酚二硫代磷酸)是甲酚与五硫化二磷混合加热制得，甲酚黑药根据制造时配方的不同，有以下几种牌号：15号黑药：配方中按原料重量计加入15%P2S5制得，该黑药起泡性能强，捕收能力弱。25号黑药：加入25%P2S5制得。该黑药捕收性能强于15号黑药，起泡性能弱，较为常用。31号黑药：25号黑药中加入6%白药制得。常用的黑药有：b)铵黑药铵黑药（正丁基二硫代磷酸铵）（正丁基二硫代磷酸铵）是正丁醇与P2S5按4:1配比，先合成二丁基二硫代磷酸，然后通往氨气中和后制得：4C4H9OH+P2S5=2(C4H9O)2PSSH+H2S C4H9O)2PSSH+NH4OH=(C4H9O)2PSSNH4+H2O 是白色、灰色粉末，易溶于水，性能稳定，不易变质。丁基铵黑药丁基铵黑药适用于铜、铅、锌、镍等硫化矿物的浮选，其特点是弱碱性矿浆中对黄铁矿和磁黄铁矿的捕收性能较弱黄铁矿和磁黄铁矿的捕收性能较弱，而对方铅矿的捕收性能较强方铅矿的捕收性能较强。C)胺黑药 由P2S5与相应胺合成，分子式(RNH2)PSSH，包括苯胺黑药、甲苯胺黑药和环己胺黑药。均为白色粉末，不溶于水。苯胺黑药对硫化铅、锌、铜矿物具有较强的捕收性能，选择性好，泡沫不粘，但用量较大。黑药的捕收性能：捕收性能弱于黄药，但选择性较好。捕收性能弱于黄药，但选择性较好。原因：烃基磷酸盐的溶解度大于相应的烃基碳酸盐。在实际生产中黑药和黄药配合使用。黑药比黄药稳定。黑药比黄药稳定。原因：磷酸的酸性比碳酸强，使黑药在水溶液中比黄药稳定，不易分解失效，故可用于酸性浮选。黑药不像黄药那样容易氧化。黑药不像黄药那样容易氧化。但遇到铜、铁等易还原的高价金属阳离子可长时间与空气接触可受热时，部分黑药也会氧化成双黑药。黄药(xanthate)黑药(dithiophosphate)相同点烃基RC2C5C2,CH3C6H4,C4键合原子S-S-差异点中心核4 价C5价P与S-键能CSSMeSMe捕收能力较强较弱选择性较黑药差较好化学稳定性较黑药差较稳定 黑药的应用黑药的应用：与黄药应用相同；选择性强。对闪锌矿(sphalerite)、黄铁矿(pyrite)捕收能力弱，可用于多金属分离(separation)，从闪锌矿(sphalerite)、黄铁矿(pyrite)中分离出方铅矿(galena)、黄铜矿(chalcopyrite)。可在酸性介质中使用。硫氮类捕收剂（烃基二硫代氨基甲酸盐）硫氮类捕收剂（烃基二硫代氨基甲酸盐）NRRCSSNaR：C2H5 乙硫氮R：C4H9 丁硫氮 特点：捕收能力比黄药、黑药强，对FeS2捕收能力弱，一般与黄药配合使用在硫化矿浮选中。对黄铁矿的捕收能力较弱，故硫化矿浮选中具有较好选择性。硫氮类捕收剂（烃基二硫代氨基甲酸盐）硫氮类捕收剂（烃基二硫代氨基甲酸盐）乙乙硫硫氮氮：乙硫氮是一种优良的浮选Cu、Pb、Sb及其他金属硫化物的选择性好的捕收剂，用量少于黄药和黑药，对多金属硫化矿的浮选效果优于黄药和黑药。目前价格为9000元/t，较乙基黄药7000元/t贵些，跟丁基黄药差不多，比黑药1.2万元/t便宜。用量一般都为50100g/t。酯类捕收剂酯类捕收剂 黄药的酯类捕收剂 烃基硫代氨基甲酸酯ORCSSRNRCSORNRCSSRHH烃基一硫代氨基甲酸酯烃基二硫代氨基甲酸酯Z-200：O-异丙基,N-乙基-硫代氨基甲酸酯NC2H5COC3H7HSOC3H7CNC2H5Smineral特点：通过螯合作用与矿物发生作用，故捕收能力强，特别对铅锌矿物具有很强的捕收能力，但对黄铁矿(pyrite)的捕收能力较弱。故是多金属硫化矿选厂的良好选择性捕收剂。是硫化铜的优良捕收剂，其高效无毒并具有良好选择性而被世界各国广泛应用。本身还具有一定的起泡性能，适用于酸性或碱性矿浆。（5）其它硫代化合物类捕收剂 R-SH 硫醇或硫酚 S C6H5NHCNHC6H5 白药(硫代二苯脲)NSC SHNC SHNR噻唑硫醇噻唑硫醇咪唑硫醇咪唑硫醇 都有-SH(巯基)，均可作为硫化矿捕收剂。RSH较黄药捕收能力强，但难闻，未能推广。白药难溶于水，使用不便，已不使用。(6)硫代化合物类捕收剂的作用机理 早期见解：20世纪50年代提出了化学假说和吸附假说，而后当认识到氧和氧化作用的重要性后，又提出：1）氧对黄药与硫化矿物相互作用有影响，提出半氧化假说和半导体见解，即矿物适度轻微氧化对浮选有利，而深度氧化对浮选不利；2）双黄药的作用；3）黄药与重金属离子的生成物对硫化矿物的捕收作用；4）黄药及其产物在硫化矿物表面吸附固着形式多样化。化学假说化学假说：认为黄药与硫化表面发生化学反应，反应产物的溶度积越小，反应越易发生，即认为黄药与硫化矿物表面的作用，类似于溶液中所发生的一般化学反应。PbSPbS+O2PbSPbSmOn+X-PbSPb(X)2 该假说的作用：a)解释了黄药离子在方铅矿(galena)表面固着的事实；b)解释了黄药对不同硫化矿物发生选择性作用。吸附假说：认为黄药与硫化矿物的作用不是一般的化学反应，而是黄药阴离子与矿物表面阴离子(OH-)发生了离子交换吸附，如果溶液中黄药离子与矿物表面金属离子的浓度超过吸附溶度积时，黄药离子就能在矿物表面发生吸附，也有人认为黄药分子在矿物表面发生吸附。MMMMMMSSSSSS H2OMMMMMMSSSSSSOHOHOHHHHX-MMMMMMSSSSSSXHHHXX 半氧化假说(或称溶度积观点）：认为氧可使矿物表面形成半氧化状态，有利于黄药类捕收剂进行反应，因而提高矿物可浮性。主要观点：1）完全没有氧化的硫化矿物由于其溶度积很小，所以不能直接与黄药作用；2）经适度轻微氧化后生成介于硫化物与硫酸盐的一些中间产物(-SxOy)，这些中间产物转入溶液后，可提高矿物表面晶格金属阳离子化学键力的不饱和性，促使黄药与晶格金属阳离子发生化学反应，生成溶度积很小的捕收剂金属盐，提高黄药阴离子的化学吸附活性，使矿物可浮。3）过分氧化的硫化矿物，晶格外层甚至深部的S将完全或绝大部分都被氧化成SO42-离子，虽然矿物表面易和黄药起化学反应生成黄原酸盐，但由于重金属硫酸盐溶解度大，极易从矿物表面溶解脱落，故黄原酸盐也极易从矿物表面脱落，使矿物可浮性变坏，即水化超过氧的积极作用，使氧的有利因素转化成不利的因素。MMMMMMSSSSSS氧化前晶格MMMMMMSSSSSSOOOO硫氧化成SO42-的硫化物晶格MMMMMMSSSSSSO42-XXXSO42-溶解后的硫化物表面。过度氧化时，内层也生成MSO4，与矿物晶格的键断开，成为新相，黄药难以在表面吸附。近代见解：近代见解：电化学氧化（双黄药见解）机理 当矿物在溶液中的静电位大于黄药氧化成双黄药的可逆电位时，黄药能氧化成双黄药在矿物表面吸附，反之，则生成金属黄原酸盐。在硫化矿表面存在两个相互独立的电化学反应：a)2X-=X2+2e-X-被氧化 b)1/2O2+H2O+2e-=2OH-O2被还原 即 2X-+1/2O2+H2O=X2+2OH-黄药氧化成双黄药的平衡电位可以测定，硫化矿物在该溶液的静电位（电极电位）也可测定，由能斯特公式：如果矿物在溶液中的静电位大于黄药氧化成双黄药的平衡电位Eh，则生成X2，反之生成MX。详细阐述可学习课程浮选电化学p 烃基酸类捕收剂的结构及性能p 主要的烃基酸类捕收剂羧酸(盐)类烃基磺酸盐和烃基硫酸盐烃基磺酸盐和烃基硫酸盐羟肟酸钠羟肟酸钠胂酸胂酸p 有机酸类捕收剂的作用机理2.4 有机酸类(烃基含氧酸类或氧化矿)捕收剂一、烃基酸类捕收剂的结构及性能1.烃基酸类捕收剂的分类及结构 烃基含氧酸阴离子型捕收剂的极性基含有键合氧原子，与含键合硫原子的硫化矿捕收剂相比，由于氧的电负性比硫的大得多，致使氧和金属原子结合形成的化学键离子性成分多一些，共价成分少一些；同时含氧酸极性基的水化性比硫代酸极性基的水化性也要强得多，因此，为了能在矿物表面产生比较牢固的吸附固着并造成足够的疏水性，烃基酸类捕收剂比硫代化合物非极性基的分子量(或烃链长度)要大得多，且药剂的用量一般也要大。按亲固基的组成和结构分类，大致可分为6类：（1）羧酸类（脂肪酸）：如油酸、氧化石蜡皂、环烷酸等（2）磺酸类：如磺化石油、烷基/芳基磺酸盐（3）硫酸酯类：如烃基硫酸酯按亲固基的组成和结构分类，大致可分为6类：（4）膦酸类：如苯乙烯膦酸等（5）羟肟酸类：如烷基羟肟酸（3）胂酸类：如混合甲苯胂酸 2.烃基酸类捕收剂的捕收性能 （1）烃基酸的捕收能力除与烃基长短和亲固基有关外，主要还与烃基的不饱和程度有关。碳原子数相同、不饱和程度越高的烃基，即烃基中双键数目越多，捕收能力越强，这是因为不饱和程度越高的烃基酸越容易溶解，临界胶束浓度愈大，捕收剂覆盖面积愈大，矿浆温度降低时这一影响更为明显。在温度较低的矿浆中，不饱和程度高的烃基酸的捕收活性不大，而饱和酸和不饱和程度低的酸的捕收能力却显著降低。2.烃基酸类捕收剂的捕收性能 （2）很多烃基酸类捕收剂能与Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+等碱土金属生成溶解度较小的盐。因此，含有碱土金属离子的非硫化矿物可以用该类捕收剂浮选，巯基类捕收剂却不能。另外，烃基酸与Pb2+、Mn2+、Fe2+等一些有色和黑色金属离子也能生成难溶的金属皂，故也可以捕收这些金属的非硫化矿物。烃基酸虽可以浮选硫化矿物，但实践上一般不用它，因为其选择性较巯基类捕收剂差，硫化矿中的脉石矿物也经常能被它浮起。3.烃基酸类捕收剂的实际应用含碱土金属阳离子的极性盐类矿物，如方解石、萤石、重晶石、白钨矿、菱镁矿、白云石和磷灰石等碳酸盐和硫酸盐类有色金属氧化矿物，如孔雀石和白铅矿等；赤铁矿、氧化锰和菱铁矿等黑色金属氧化矿物未被活化的硅酸盐不能被有机酸及其皂浮选，而经活化、表面吸附Ca2+、Mg2+、Fe2+等金属离子的硅酸盐才能被烃基酸浮选岩盐、硼矿物等易溶于水的含碱和碱土金属的可溶性矿物。二、主要的烃基酸类捕收剂1.羧酸(盐)类 羧酸通常分为脂肪酸和芳香酸。在浮选工业中，具有很活泼的羧基官能团的脂肪酸比较重要，几乎可以浮选所有的矿物，特别是油酸、亚油酸、亚麻酸和蓖麻油酸等不饱和酸。这些高级不饱和酸与相应的饱和酸(如硬脂酸)相比，其熔点较低，对温度敏感性差，化学活性大，凝固点低，捕收性能强。因此，浮选厂多用高级不饱和脂肪酸及其钠皂类。脂肪酸及其皂性质：烃基长度为C12C17。结构中的羰基极性强，与水分子作用能力强，故短碳链无捕收能力。溶解度小。故使用时要用有机溶剂溶或乳化使用，也可采用皂化后使用或加温使用(2030)临界胶束浓度(CMC)。即捕收剂达CMC时能形成胶束。临界半胶束浓度(HMC)，开始形成半胶束时的浓度，为浮选的起始浓度。RCOOH（Na,K）在水溶液中解离。在强酸性条件下主要以分子形式存在，中性及碱性条件下以离子形式存在，一定浓度时存在胶束，分子离子共存。与碱土金属生成难溶化合物。胶束(三维)Micelle(3D)胶束(二维)Micelle(2D)半胶束Hemi-micelle应用应用 含碱土金属阳离子的极性盐类矿物。如方解石(calcite)、萤石、重晶石、白钨矿(scheelite)等；氧化矿物。如赤铁矿(hematite)、氧化锰(manganese oxide)等；活化后的硅酸盐矿物：钙镁离子活化后矿物 可溶性盐。如岩盐(halite)、硼矿物(boron mineral)等；应用时应注意的问题：药剂具有起泡性；选择性差，故应严格控制用量，或与调整剂搭配使用；溶解性差，加温浮选。常用的脂肪酸及其皂：油酸和油酸钠(C17H33COOH C17H33COONa)应用：由于价格贵，主要用于试验研究。一般用于稀有金属选别及萤石(fluorite)等含钙矿物的浮选。浮选温度14。塔尔油。是一种不饱和脂肪酸，是碱法造纸废液中提取的。具有强起泡性、捕收能力强、选择性差。氧化石腊皂。捕收能力差、起泡性较弱、经常与塔尔油混用。环烷酸和碱渣。石油工业副产品，用于磷灰石(apatite)和赤铁矿(hematite)浮选中。常用的脂肪酸及其皂（一）：1.油酸和油酸钠(C17H33COOH、C17H33COONa)物理性质：（1）油酸是天然不饱和脂肪酸中使用最广泛的一种，又名十八烯(9)酸，可由油脂的水解得到。纯油酸为无色油状液体，冷却后为针状结晶，熔点814，相对密度0.895。油酸容易氧化变成黄色，并产生酸败的气味。（2）油酸不易溶解和分散，实践中常需加溶剂乳化，矿浆温度不应低于熔点(14)。1.油酸和油酸钠(C17H33COOH、C17H33COONa)应用：主要用于浮选碱土金属的碳酸盐、金属氧化矿物、重晶石和萤石等。p矿浆中的二价碱土金属离子(Ca2+/Mg2+)易与油酸作用而消耗大量药剂，并影响浮选过程，因此，油酸不耐硬水，用量较大。p另外，油酸的选择性也较差，需要调整剂配合使用。常用的脂肪酸及其皂（二）：2.氧化石腊皂 氧化石蜡皂是暗黄色油脂膏状物质，易溶于水，其成分大致有三种：起捕收作用的主要成分为羧酸，其中饱和羧酸占80%、羟基酸约占5%10%对羧酸起稀释作用、未被氧化的高级烷烃或煤油，使羧酸在矿浆中易于分散，同时起辅助捕收剂的作用；未皂化的氧化产物，主要包括有起泡作用的醇、酮和醛等一些极性物质。2.氧化石腊皂的应用（一）温度较低时，氧化石蜡皂的浮选效果不好；常温下使用时，需要进行乳化。石蜡原料易得、价格较低，是应用较广的一种捕收剂，可用于浮选赤铁矿、磷酸盐矿、白钨矿、萤石和一些稀有金属矿石。731氧化石蜡皂是白钨矿最为常见的捕收剂，其捕收能力较差，起泡性也弱，通常与粗妥尔油混合使用。2.氧化石腊皂的应用（二）生产上还可用发烟硫酸或SO3磺化氧化石蜡，再用纯碱中和、皂化生成磺化氧化石蜡皂。举例：1.磺化氧化石蜡皂用于包钢选厂磁选铁精矿中赤铁矿等含铁矿物的正浮选，在40和14时，粗选精矿品位分别可达53.81%和54.32%，回收率分别为90.93%和85.35%，表明该捕收剂具有较好的选择性；2.当用于宝钢选厂弱磁选铁精矿反浮选除杂时，与氧化石蜡皂相比，选矿效率提高1.35%2.97%，药剂用量降低45%54%。常用的脂肪酸及其皂（三）：3.环烷酸环烷酸是石油炼制工业的副产品，石油的不同镏分用苛性钠洗涤时，碱洗液(碱渣)中含有石油的酸性成分即不同结构的环烷酸和其它有机物的混合物，其中环烷酸含量一般为40%左右、不皂化物约为15%，为绿色至褐色胶状物，其结构式随环烷基相对分子质量的不同而异。石油经镏分洗出的环烷酸为无色液体，其黏度随相对分子质量的增加而增大，其物理化学性质与直链脂肪酸相似。环烷酸可以作为油酸的替代品，用于浮选赤铁矿、碳酸盐和磷灰石等。常用的脂肪酸及其皂（四）：4.妥尔油及妥尔油皂：妥尔油是脂肪酸和树脂酸的混合物，还含有一定数量的非酸类的中性物，如粗硫酸盐皂、粗制和精制妥尔油，广泛用于磷灰石、氟石、锰矿石、铁矿石等氧化矿物的浮选。妥尔油以不饱和的油酸、亚油酸和亚麻酸等脂肪酸为主要成分。粗制妥尔油起捕收作用的有效成分较粗硫酸盐皂多，且成分稳定，浮选效果好，但其中含相当多的树脂酸，故起泡能力强，用量大时，泡沫过多、浮选操作困难、指标下降。生产实践中常将它与氧化石蜡皂混用。常用的脂肪酸及其皂（四）：4.妥尔油及妥尔油皂：精制妥尔油是将粗制妥尔油减压蒸馏，使树脂酸和不饱和脂肪酸分离，得到脂肪酸馏分，皂化后得妥尔油皂。精制妥尔油及其皂中不饱和脂肪酸的含量一般都在90%以上，捕收性能好，耐低温，是一种良好的羧酸类捕收剂。烃基磺酸（盐）类(RSO3Na)由石油精炼副产物磺化制得的，通常称为石油磺酸；煤油磺化得到的烃基磺酸盐，称为磺化煤油等。石油磺酸和石油磺酸钠在氧化矿的浮选中有很好的应用前景。烃基较短的烷基磺酸钠捕收能力不强，但起泡性较好，可做起泡剂。一般C12C18烃基磺酸钠作为氧化矿捕收剂，按其溶解特性分为水溶性和油溶性两类。烃基磺酸（盐）类(RSO3Na)二：油溶性磺酸盐烃基分子量较大、烃基为烷基时，烃链中含C原子20个以上就基本上不溶于水，其捕收性较强，主要用作非硫化矿的捕收剂，浮选氧化铁矿、萤石和磷灰石等非金属矿。与相同碳原子数的脂肪酸相比，磺酸盐的水溶性较好，耐低温性能好，起泡性能和抗硬水能力较强，捕收能力稍低，有时有较好的选择性。（3）硫酸酯类(R-OSO3Na)1)烃基硫酸酯钠(R-OSO3Na)它由脂肪醇经硫酸酯化与中和制得，其结构不同于磺酸盐R-SO3Na。磺酸盐的硫原子直接和烃基中的碳原子相连接，不能水解成醇；烃基硫酸酯钠R-O-SO3Na的硫原子是通过氧和碳原子相结合，容易水解生成醇和硫酸氢钠。因此，烃基硫酸酯钠的水溶液放置过久，会水解并降低捕收能力。水解反应如下：R-O-SO3Na+H2O ROH+NaHSO4（3）硫酸酯类(R-OSO3Na)1)烃基硫酸酯钠(R-OSO3Na)C12C20的烷基硫酸钠盐是典型的表面活性剂，其主要代表是白色 结 晶、易 溶 于 水、有 起 泡 性 的 十 六 烷 基 硫 酸 钠（C16H33OSO3Na）。十六烷基硫酸钠的应用：可作为黑钨矿、锡石、重晶石、钾石盐等的捕收剂；对白钨矿、方解石等含钙矿物的捕收能力较油酸弱，选择性较好，可在硬水中使用；还可用于多金属硫化矿的浮选。它对黄铜矿有选择性捕收能力，对黄铁矿的捕收能力较弱，对粗粒和微细粒矿物均有良好的捕收能力，其浮选效果比戊黄药好，用量一般为20g/t30g/t。（3）硫酸酯类(R-OSO3Na)2)硫酸化脂肪酸(皂)不饱和脂肪酸（一般是油酸、亚油酸）经浓硫酸作用再皂化，可制得硫酸化脂肪酸皂，其结构式为：它有两个极性基（羧基-COO-，硫酸基-OSO3-），既有脂肪酸的强捕收能力，又有烃基硫酸盐的耐酸、耐硬水和选择性良好的优点，我国20世纪50年代用于浮选赤铁矿的大豆油脂肪酸硫酸化皂即属此类。（4）胂酸类 胂酸是砷酸的衍生物，有机胂酸种类很多，用作捕收剂的主要是苯胂酸类衍生物。国内目前生产的是含邻、对两种异构体的混合甲苯胂酸，它是白色或浅黄色粉末，易溶于热水或碱性溶液，难溶于冷水，常温下在水中的溶解度为3%5%；（4）胂酸类特点：可回收细泥中锡石，但成本较高，污染环境，难以推广。工业品中含有少量砒霜，有毒，但性质稳定，在弱酸性介质中，能与多种金属离子生成难溶性沉淀。虽然混合甲苯胂酸对锡石、黑钨矿、钽铌矿、稀土矿和氧化铅矿物都有捕收作用，但由于有毒，我国现已基本改用膦酸或羟肟酸。（5）有机膦酸类有机膦酸是磷酸的衍生物，作为捕收剂的主要是苯乙烯膦酸，其结构为：物理性质：纯的苯乙烯膦酸为白色结晶，可溶于水，其溶解度随温度的升高而增大，其选择性比甲苯胂酸稍差，但毒性较小，无起泡性，对温度较敏感。（5）有机膦酸类应用：苯乙烯膦酸能与Sn2+、Sn4+、Fe3+等生成难溶性盐，可用于浮选锡石、黑钨矿、金红石等。浮选金红石的捕收剂如苄基胂酸、油酸钠、肉桂酸钠、十二烷基硫酸钠、氨基酸、二膦酸和苯乙烯膦酸等中，最好的捕收剂是苯乙烯膦酸与脂肪醇(例如辛醇)混合物，该组合捕收剂可以替代苄基胂酸浮选金红石。苯乙烯膦酸浓度只有很高时，才能与Ca2+、Mg2+形成盐，故对含Ca2+、Mg2+的矿物捕收能力较弱。锡石浮选的膦酸类药剂还有烃基二膦酸、氨基二膦酸和烷基亚氨基二膦酸等。（6）螯合类捕收剂贫、细、杂难选氧化矿通常直接浮选，选择性较差，回收率一般很低，常规捕收剂无法满足浮选分离的要求。于是，螯合捕收剂以其选择性深受人们的关注。螯合捕收剂的深刻理解（一）：螯合捕收剂，必须至少有两个原子同时与同一个金属原子配位，这些原子通常是O、N和S。配位物质提供的这些给予体原子称为“配位体”。如果单个配位体分子或离子不只一个原子与金属离子配位，使其自身围绕中心原子弯曲成螯状，形成复杂的环状结构，称为“螯合物”。（6）螯合类捕收剂螯合捕收剂的深刻理解（二）：螯合类捕收剂有供电子原子(如硫、氮和氧、有时也包括磷)组成的碱性官能团或酸性官能团。碱性官能团含有能与金属阳离子反应的未配对电子的原子，其中重要的有-NH2(胺)、-NH(亚氨基)、-N=(无环或杂环叔氮)、-O-(酯或醚)、-N=OH(肟)、-OH(脂肪醇)、-S-(硫醚)、-PR2(取代膦基)等；酸性基团丢失一个质子而与金属原子配位，主要有-COOH(羧酸)、-SO3H(磺酸)、-PO(OH)2(磷酸)、-OH(烯醇和酚基)、=N-OH(肪)或-SH(硫醇和硫酚)。（6）螯合类捕收剂螯合捕收剂的推广（一）：尽管螯合剂的发展取得了飞速进步，但真正应用于浮选实践的仍很少，主要是这类药剂稳定性较差、价格昂贵，浮选理论也不够完善。在我国应用的比较好的螯合类捕收剂是柿竹园的CF和GY混合浮选黑白钨矿。（6）螯合类捕收剂（一）O-O型螯合剂1)羟肟酸类烷基羟肟酸有两种互变构体，两者同时存在(氧肟酸或异羟肟酸)式中：R为非极性基，可以是烷基，也可以是苯基，邻、间、对甲苯基等。（一）O-O型螯合剂羟肟酸类我国生产的羟肟酸主要有：（1）2-羟基-3-萘甲羟肟酸（2)水杨羟肟酸（3）苯甲羟肟酸（4）C7C9羟肟酸 价格偏高是其最大缺点。改进生产流程，提高产品质量和转化率，降低生产成本是生产羟肟酸急待解决的问题。实际应用的羟肟酸常为钠盐或铵盐。羟肟酸类捕收剂的应用（一）：羟肟酸可以浮选锡石、氧化铁矿、黑钨矿、白钨矿和白铅矿等。苯甲羟肟酸浮选黑钨矿的效果最好，且与731氧化石蜡皂混合使用，既能有效回收黑钨矿，也能很好的回收白钨矿。羟肟酸对赤铁矿、钛铁矿、红柱石、硅线石、黄绿石、钙钛矿、氟碳铈矿、硅孔雀石等具有较强的选择捕收性能，而与Ca2+、Ba2+等碱土金属离子则不易形成稳定的螯合物，故能有效地从含Ca2+、Ba2+的矿物中分选出稀土矿物。羟肟酸类捕收剂的应用（二）：羟肟酸浮选时，应注意其对钙、镁等碳酸盐也有一定的捕收作用，其选择性与矿浆pH、温度等有关，温度升高时，其吸附量和浮选回收率都增加。羟肟酸类捕收剂属于典型的O-O型螯合剂。苯甲羟肟酸对黑钨矿的捕收主要是生成五元环的螯合物，以化学吸附为主，从络合物的晶体场稳定能上看，黑钨矿表面的Fe2+能与苯甲羟肟酸形成更稳定的产物，是捕收作用的主要活性组分。1-羟基-2-萘甲羟肟酸能有效地捕收稀土矿物的机理也主要是羟肟基的两个氧原子与氟碳铈矿表面的Ce()形成O-C=N-O-Re()-O五元环的螯合物。三、有机酸类捕收剂的作用机理 物理吸附(physical adsorption)。通过静电作用(static action)在矿物表面吸附。如P327图20-17，十二烷基硫酸钠(dodecyl sodium sulfate)对针铁矿(geothite)浮选与动电位(-potential)的关系。1 用十二烷基硫酸盐(dodecyl sodium sulfate)为捕收剂(RSO4Na)2 用十二胺(lauryl amine)作捕收剂(RNH3+)化学吸附(chemiadsorption)。通过化学键合作用吸附。如油酸钠(sodium oleate)对金红石(rutile)动电电位的影响。10-6Ol-10-510-410-3pHPZC 6.7PZC 6.7 红外光谱(infrared spectrometry)测定表明，油酸(oleic acid)和油酸钙(calcium oleate)在萤石(fluorite)表面均有吸附，表明药剂在萤石表面发生物理和化学吸附(physics adsorption and chemical adsorption)。半胶束吸附(hemi-mellece)。在双电层(double electrical layer)紧密层(stern layer)吸附。如下图，刚玉(corundum)的动电电位与十二烷基磺酸钠(dodecyl sodium sulfonate)浓度的关系。刚玉(corundum)表面动电电位与电解质浓度的关系 RSO4Na吸附能改变动电电位符号，是一种半胶束吸附(hemi-micelle adsorption)。离子分子络合物吸附 油酸的溶液化学：RCOOH=RCOO-+H+RCOOH+RCOO-=(RCOO)2H-2RCOO-=(RCOO)22-可见，与CR2H-一致，回收率最大值对应于离子分子络合物浓度最大值，故该络合物吸附是导致矿物浮选的主要原因。8pH%2.5 胺类捕收剂主要是NH3的衍生物。第一胺RNH2用的较多。性质(property)难溶于水，常用C8C18胺，溶于酸中使用。属 长 烃 链 捕 收 剂，能 形 成 半 胶 束 吸 附。十 二 胺 的CMC=1.310-2mol/L。对pH值较敏感。酸性条件下以氨离子形式存在，碱性条件下主要以分子形式存在。RNH2(l)+H2O=RNH3+OH-k1=4.310-4RNH2(s)+H2O=RNH3+OH-k2=8.610-9RNH2(s)=RNH2(l)k3=210-5酸性介质中以RNH3+为主，pH=10.6时，RNH3+=RNH2，pH10.6时，生成RNH2(s)，以RNH2为主。应用 硅酸盐矿物，如石英(quartz)、绿柱石(beryl)、锂辉石(spodumene)、云母(mica)等。菱锌矿(ZnCO3),smithsonite。钾盐(KCl),potassium