表面物理化学分选.pptx
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1、固体颗粒间的分选与其表面化学性质有关。利用物固体颗粒间的分选与其表面化学性质有关。利用物料颗粒间的表面物理化学性质差异来进行分选,称料颗粒间的表面物理化学性质差异来进行分选,称为表面物理化学分选,也称为表面物理化学分选,也称界面分选界面分选 第1页/共71页6.1 6.1 颗粒表面润湿性与浮颗粒表面润湿性与浮选选浮选浮选利用矿物表面物理化学性质差异,利用矿物表面物理化学性质差异,(特别是表面润湿特别是表面润湿性性)在在固固液液-气三相界面,有选择性富集一种或几种目气三相界面,有选择性富集一种或几种目的矿物,从而达到与脉石矿物分离的一种选别技术。的矿物,从而达到与脉石矿物分离的一种选别技术。润湿
2、过程润湿过程 沾沾 湿湿 铺铺 展展 浸浸 没没第2页/共71页系统消失了固系统消失了固-气界面和水气界面和水-气界面,新生成了气界面,新生成了固固-水界面单位面积上位能降低为:水界面单位面积上位能降低为:W W W W SL SL SL SL=SG SG SG SG+LG LG LG LG -SLSLSLSL=-=-=-=-G G G G (6-1)(6-1)(6-1)(6-1)上式中上式中 SG SG SG SG 固体固体 -空气界面自由能空气界面自由能;LG LG LG LG 水水 -空气界面自由能空气界面自由能;SL SL SL SL 固体固体 -水界面自由能。水界面自由能。如果如果
3、SG SG SG SG+LG LG LG LG SLSLSLSL ,则位能的降低是正值,则位能的降低是正值,沾湿将会发生。沾湿将会发生。a a a a 沾湿沾湿沾湿沾湿第3页/共71页系统消失了固系统消失了固-气界面,新生成了固气界面,新生成了固-水界面水界面和水和水-气界面单位面积上气界面单位面积上 W=W=W=W=SGSGSGSG-SLSLSLSL-LGLGLGLG=-=-=-=-G G G G (6-26-26-26-2)若若 SG SG SG SG SLSLSLSL+LGLGLGLG,水将排开空气而铺展,为了达,水将排开空气而铺展,为了达到很好的润湿到很好的润湿,须使须使 LGLGLG
4、LG和和 SLSLSLSL降低,而不降低降低,而不降低 SGSGSGSG。b b b b 铺展铺展铺展铺展第4页/共71页系系统统消消失失了了固固-气气界界面面,新新生生成成了了固固-水水界界面面,单单位位面面积上积上 W=W=W=W=SG SG SG SG-SLSLSLSL (6-36-36-36-3)因此,自发浸没的必要条件是因此,自发浸没的必要条件是 SGSGSGSG SLSLSLSL,但这还不充,但这还不充分。因为固体进入水中必需通过气分。因为固体进入水中必需通过气-水界面,这样就水界面,这样就必须满足其他有关的条件。必须满足其他有关的条件。c c c c 浸没浸没浸没浸没第5页/共7
5、1页 使每个连续阶段成为可能的使每个连续阶段成为可能的必要条件必要条件必要条件必要条件是:是:由阶段由阶段到阶段到阶段 SG SG SG SG+LG LG LG LG SLSLSLSL 由阶段由阶段到阶段到阶段 SGSGSGSG SLSLSLSL 由阶段由阶段到阶段到阶段 SGSGSGSG LG LG LG LG+SLSLSLSL如如果果第第三三阶阶段段是是可可能能的的,则则其其他他阶阶段段亦亦皆皆可可能能。因因此此浸没润湿的主要条件是:浸没润湿的主要条件是:SGSGSGSG-SLSLSLSL LGLGLGLG所以浸没润湿与铺展润湿的条件相同。所以浸没润湿与铺展润湿的条件相同。c c c c
6、浸没浸没浸没浸没第6页/共71页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,则固体表面亲水性越强。固体颗粒表面润湿性的度量固体颗粒表面润湿性的度量 第7页/共71页 图图a a表示可以被水完全润湿的固体,水滴可沿整表示可以被水完全润湿的固体,水滴可沿整个表面展开,个表面展开,值近于零。值近于零。图图b b表示,当表示,当 9011无无A A型型石英、云母、石英、云母、锡石、刚玉、锡石、刚玉、高岭石、方解高岭石、方解石等石等弱亲水弱亲水弱疏水弱疏水离子离子共价键共价键(部部分自身闭合分自身闭
7、合)1 1左右,左右,无,或无,或 很小很小A A型型 为为主主方铅矿、辉铜方铅矿、辉铜矿、闪锌矿等矿、闪锌矿等疏水疏水 分子键为主(层分子键为主(层面间),离子,共面间),离子,共价键为辅(层端断价键为辅(层端断面)面)11中等中等,40904090B B型型 为为主主滑石、石墨、滑石、石墨、辉钼矿、叶腊辉钼矿、叶腊石等石等强疏水强疏水 色散作用为主的色散作用为主的分子键分子键10(1-cos)0 矿化矿化 =SGSG-SL SL-LG LG 0 0 矿化矿化 =-=-LGLG(1-1-coscos)0 0 沾附气泡的矿粒上浮的条件应是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其上
8、浮力大于或等于下沉力 第16页/共71页表层浮选与粒浮表层浮选与粒浮表层浮选与粒浮表层浮选与粒浮因因0sin10sin10sin10PZC时,0 0时,矿物表面荷负电;当pH0时,矿物表面荷正电;例6-1:第22页/共71页(2)等电点特性吸附作用 由于一些特殊作用力,而导致溶液中某种离子在固体表面的吸附,称为特性吸附。等电点 电位等于零时,溶液中定位离子活度的负对数值。在没有特性吸附的情况下,当在没有特性吸附的情况下,当0=00=00=00=0时,时,0 0 0 0,即,即PZC=IEP PZC=IEP PZC=IEP PZC=IEP 零电点和等电点第23页/共71页动电现象动电现象 电渗电
9、渗电 渗 在外加电场作用下,液相沿着固相(毛细管、多孔隔膜、多孔塞、粉末等)移动。动电位测定测出电掺电流和液体的电渗流出体积 第24页/共71页电泳在外电场作用下,分散在液相中的固体粒子的移动。动电位测定第25页/共71页颗粒表面电性与浮选药剂吸附颗粒表面电性与浮选药剂吸附浮选药剂以静电力吸附于颗粒表面的条件pHPZC时,矿物表面带负电,阳离子捕收剂吸附pHPZC后,DAC在蓝晶石上发生吸附,矿物浮选回收率增大,如图6-9所示。用SDS及DAC浮选一些硅酸盐矿物与零电点pH值的关系与蓝晶石浮选相似,SDS在pH-PZC0浮选。第27页/共71页半胶束吸附半胶束吸附半胶束吸附半胶束吸附 当阴离子
10、表面活性剂浓度较低时,离子完全靠静电力吸附在双电层外层,起配衡离子作用,因此又称为“配衡离子吸附”。在浓度较高时,表面活性剂离子的烃链相互作用,形成半胶束状态,产生半胶束吸附半胶束吸附。第28页/共71页(1)药剂浓度很低时,表面活性剂仅为配衡离子吸附,只有静电力吸附自由能;(2)若浓度已达到半胶束浓度程度,还应包括烃链间的分子键合自由能;(3)若表面活性剂与氧化物间有化学活性,还应包括化学吸附自由能。半胶束吸附半胶束吸附半胶束吸附半胶束吸附 第29页/共71页6.3 6.3 矿物溶解对浮选过程的影矿物溶解对浮选过程的影响响矿浆pH值及其缓冲性质 氧化物矿物、硫化物矿物溶解后溶液氧化物矿物、硫
11、化物矿物溶解后溶液pHpH值一般无影响值一般无影响 大多数盐类矿物的溶解使溶液大多数盐类矿物的溶解使溶液pHpH值发生变化。值发生变化。矿物溶解度大小与可浮性 水化能大的,其溶解度大,矿物亲水性大,可浮性差。水化能大的,其溶解度大,矿物亲水性大,可浮性差。硫化矿,溶解度小,具有天然可浮性;硫化矿,溶解度小,具有天然可浮性;氧化矿,溶解度大,没有天然可浮性。氧化矿,溶解度大,没有天然可浮性。第30页/共71页矿物溶解离子的活化作用矿物溶解离子的活化作用2、金属离子对黄铁矿的活化 1、金属离子对闪锌矿的活化 Cu2+、Ag+离子的活化作用强,Pb2+、Cd2+离子的活化作用小。Cu、Pb、Cd、A
12、g等硫化物溶解产生的金属离子能活化闪锌矿。第31页/共71页矿物溶解离子对捕收剂作用的影响矿物溶解离子对捕收剂作用的影响 (1)竞争吸附 矿物溶解离子与同电性捕收剂离子在矿物表面 会发生竞争吸附。竞争吸附不利于捕收剂在矿物表面的吸附。(2)沉淀捕收剂 溶解的矿物阳离子在溶液中可以同捕收剂 阴离子形成盐沉淀。消耗捕收剂,增大药剂用量。第32页/共71页6.4 6.4 硫化物固体颗粒表面的硫化物固体颗粒表面的氧化还原反应与浮选氧化还原反应与浮选硫化矿颗粒表面的氧化硫化矿颗粒表面的氧化1、pH的影响2、反应动力学因素的影响3、表面氧化程度的影响第33页/共71页的影响的影响 在中性或碱性水溶液中 硫
13、化矿在水溶液中的氧化反应通式在中性或碱性水溶液中 在酸性条件下,硫化物的氧化总是生成可溶的金属离子和疏水的元素硫;在中性和 碱性条件下氧化,则硫化物表面会生成亲水的金属氢氧化物以及元素硫或硫氧根离子。第34页/共71页反应动力学因素的影响反应动力学因素的影响反应动力学因素的影响反应动力学因素的影响(1 1)硫化矿自然氧化速度)硫化矿自然氧化速度表表6-5 6-5 在在pHpH缓冲溶液中,硫化矿物的静电位与自然氧化速率(缓冲溶液中,硫化矿物的静电位与自然氧化速率(1515)pHpHpHpH静电位和氧化速静电位和氧化速静电位和氧化速静电位和氧化速率率率率黄铜矿黄铜矿黄铜矿黄铜矿方铅矿方铅矿方铅矿方
14、铅矿黄铁矿黄铁矿黄铁矿黄铁矿毒砂毒砂毒砂毒砂4 40 0E Ecorrcorr(mVmV)59.0159.01-162.64-162.64218218176.0176.0I Icorrcorr(A(Acmcm2 2)7.7107.7102 20.1460.1460.250.250.33330.33336 68686E Ecorrcorr(mVmV)-11-11-180-1801211216.416.41I Icorrcorr(A(Acmcm2 2)2.78102.78102 23.16103.16102 24.44104.44102 23.78103.78102 29 91818E Ecorr
15、corr(mVmV)-83-83-230-2302424-53-53I Icorrcorr(A(Acmcm2 2)7.7107.7102 20.1460.1460.5560.5560.4160.41611110 0E Ecorrcorr(mVmV)-188-188-255-255-47-47-125-125I Icorrcorr(A(Acmcm2 2)8.3108.3102 20.26830.26831.131.131.171.17第35页/共71页 在中性在中性pHpH(pH=6.86pH=6.86),硫化矿物的氧化速度最小;),硫化矿物的氧化速度最小;黄铜矿与其它三种硫化物矿物相比,有两个
16、特点,黄铜矿与其它三种硫化物矿物相比,有两个特点,一是氧化速度较小(在一是氧化速度较小(在10102 2AAcmcm2 2数量级内),二是数量级内),二是受受pHpH的影响较小。的影响较小。在碱性(在碱性(pH9.18pH9.18)和强碱性()和强碱性(pH11pH11时),毒砂与时),毒砂与黄铁矿的氧化速度明显增大,同时,方铅矿与黄铜矿黄铁矿的氧化速度明显增大,同时,方铅矿与黄铜矿的氧化速度差也增大。的氧化速度差也增大。反应动力学因素的影响反应动力学因素的影响(1 1)硫化矿自然氧化速度)硫化矿自然氧化速度第36页/共71页在在pH9.18pH9.18pH9.18pH9.18、pH 11pH
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