选矿讲稿(5)-浮选

第六章浮选第一节浮选概述一、浮选定义及基本方法1.定义：浮选，亦称泡沫浮选，是根据各种矿物的表面性质的差异，从矿浆中借助气泡浮力，分选矿物的过程。2.方法：一定浓度的矿浆并加入各种浮选药剂，在浮选机内产生大量的弥散气泡，于是，呈悬浮状态的矿粒与气泡碰撞。下一步选择性分离。二、浮选过程：矿物的浮选过程是在固（矿物）、液（水）和气（气泡）三相界面上进行的，进行这一过程的关键在于：矿物表面性质（润湿性）差异，从矿浆中析出足够量的稳定而细小的气泡；有用矿物（欲浮矿物）有充分的机会与气泡群碰撞，并牢固地粘附在气泡上被浮到矿浆的表面，脉石矿物虽有机会与气泡碰撞，但不粘附，遗留在矿浆中，在这里气泡是分选的媒介，同时又是运载工具。浮选过程一般包括下列工序：1）矿石原料的准备，包括磨矿和分级，使入选矿物单体分离负荷浮选要求。2）矿浆的调整并加入浮选药剂。3）搅拌并造成大量气泡。向浮选机中引入空气并形成气泡，使矿粒在矿浆中悬浮，造成矿粒与气泡接触的机会。4）气泡的矿化。即矿粒向气泡附着。5）矿化泡沫的形成和刮出。图选矿过程示意图正浮选：上浮的泡沫产品为目的矿物的浮选过程。反浮选：上浮的泡沫产品为脉石矿物的浮选过程。优先浮选：将多种有用矿物依次分选为单一的精矿。混合浮选：将有用矿物共同分选出来，组成混合精矿，然后将混合精矿加以分选。三、浮选发展的三个阶段1全油浮选：1860年由英国人WillianHaynis首先取得专利权。分选作用主要在油-水界面发生，疏水矿粒进入油相，亲水矿粒进入水相。1898年这种工艺用于工业生产。2表层浮选：1907年由马克魁斯通（Macquiston）首先取得专利权。分选作用主要在水-气界面发生，疏水矿粒浮在水面上，亲水矿粒沉入水中。•以上两种浮选因其是在两相界面发生，因此又称为界面浮选。3泡沫浮选：1902年由Potter首先取得专利权。分选作用主要在气-水-固三相界面发生，疏水矿粒念附气泡上浮，亲水矿粒留于水中。四、浮选的特点1.优点：（1）对贫矿、细粒矿、杂矿石有更大适应性，处理细粒浸染的矿物特别有效。（2）分选效率高、富集比高；（3）有益于矿产资源的综合利用；2.缺点：（1）需要将矿石磨细；（2）浮选药剂较贵；（3）易造成环境污染；（4）辅助生产过程（浓缩、过滤、干燥等）交复杂。3.应用：浮选法原则上可选别所有矿石。目前，可选别各种黑色、有色、稀有金属、贵金属矿物100多种有用矿物。每年经浮选处理的矿石已超过十亿吨。可以肯定的说，浮选法是一种最重要的选矿方法。第二节浮选基本原理一、相界面、润湿现象与天然可浮性1.相界面：浮选过程中的充气矿浆，是有矿物颗粒、水、气泡组成的。矿粒是固相，水是液相，气泡是气相。通常把浮选过程中的充气矿浆叫做三相体系。相间的分界面叫相界面。2.润湿现象：润湿是自然界常见的现象。任意两种流体与固体接触，所发生的附着、展开或浸没现象（广义的说）称为润湿过程。其结果是一种流体被另一种流体从固体表面部分或全部被排挤或取代，这是一种物理过程，且是可逆的。润湿现象的产生是由于水分子结构的偶极现象及矿物晶格构造不同所引起的。判断矿物表面润湿性的大小,常用接触角表示，接触角的大小随着疏水程度的增大而增加，颗粒疏水性越高，越容易被稳定气泡吸附。图石英、石蜡被水浸湿情形接触角的大小与固-气(γSA),固-液(γSW)以及液-气(γWA)界面的表面张力有关，平衡状态时如右图所示。3.接触角的定义：三相润湿周边上任一点处的气液界面切线与固体表面之间包含液相的夹角称为接触角，用θ表示。若按照物理化学方面理解，在三个界面上分别存在三个张力（界面张力），用符号σ固水、σ固气、σ水气表示。根据几何关系，可列出平衡方程式：浸于水中的矿物表面所形成的接触角(5-2)接触角是反映矿物表面亲水性与疏水性强弱的一个物理量。接触角越大，表示矿物表面的亲水性越弱，疏水性越强，矿物在气泡表面的附着也就越稳固，因而越易浮选；反之，则难以浮选。对矿物的润湿性与可浮性的量度，可用两个指标来衡量：润湿性指标：cosθ可浮性指标：1－cosθ由此可见，通过测定矿物的接触角，可以对各种矿物的天然可浮性作出大致的评价。θ角减小，润湿性提高，矿物表面亲水性增强，可浮性变差；θ角增大，润湿性降低，矿物表面疏水性增强，可浮性变好。结论：矿物的接触角越大，其表面疏水性越强，可浮性越好。表部分矿物的接触角矿物名称θ0矿物名称θ0硫78黄铁矿30滑石64重晶石30辉钼矿60方解石20方铅矿47石灰石0～10闪锌矿46石英0～4萤石41云母～0二、矿粒向气泡附着的基本过程矿粒向气泡选择性附着的过程是浮选的基本行为。1.矿粒向气泡附着前后的热力学条件分析设σ固水、σ固气、σ水气分别表示相应的界面自由能（J/m2）S水气、S固气S固水分别表示相应的界面表面积（m2）。附着前系统自由能Ea为：Ea=S水气·σ水气＋S固水·σ固水矿粒向气泡附着后系统自由能（假定附着面积为单位面积，1m2）Eb为：Eb=（S水气－1）·σ水气＋（S固水－1）·σ固水＋σ固气·1附着前后自由能变化值ΔE为：△E=Ea－Eb=σ水气＋σ固水－σ固气将式（5-2）代入，得△E=σ水气（1－cosθ）其中，σ水气气水界面自由能，水的表面张力。可以看出，ΔE仅与θ值有关。当矿物表面完全亲水时，θ＝0，cosθ＝1，1－cosθ＝0，则ΔE＝0，矿粒不能自动附着在气泡上。随着θ增大，矿粒疏水性增加，润湿性cosθ减小，ΔE增大，可浮性增加。随着ΔE增大，矿粒附着在气泡上的可能性越大，其可浮性越来越好。2.矿粒向气泡附着的动力学分析3.三个阶段：1）矿粒与气泡相互接近与接触阶段；2）矿粒与气泡之间的水化膜变薄与破裂阶段；3）矿粒在气泡上附着阶段（下页分析）。即矿粒与气泡之间的附着力2πr·σ水气sinθ必须大于重力效应（脱落力效应）。矿粒附着于气泡的过程能否实现，关键在于能否提高被浮矿物表面的疏水性，增大接触角θ值。第三节浮选药剂在浮选过程中，使用浮选药剂来改变矿物的表面性质，是控制矿物浮选行为的一种灵活有效的手段。一、浮选药剂的作用与种类1.作用：矿物能否浮选取决于矿物表面的润湿性。自然界中的矿物，绝大多数可浮性都很差，必须用浮选药剂来加强。而且这种加强必须要有选择性，即只能加强一种矿物或某几种矿物的可浮性，而对其他矿物不仅不能加强有时还要削弱。这样，就可以人为地控制矿物的浮选行为。浮选之所以能被广泛应用于矿物加工，重要的原因在于它能通过浮选药剂灵活、有效地控制浮选过程，成功地将矿物按人们的要求加以分开，使资源得到综合利用。2.种类：浮选药剂按其用体，可分为：捕收剂、起泡剂、抑制剂、活化剂、调整剂。部分药剂同时具有多种作用。二、捕收剂（一）捕收剂结构及分类1.定义：能选择性地作用于矿物表面并使其疏水的有机物为捕收剂。捕收剂作用于矿物一水界面，通过提高矿物的疏水性，使矿粒能更牢固地附着于气泡而上浮。选择性作用于矿物表面，使矿物表面疏水的有机物质。如，黄药、油酸、煤油等。2.应具有以下特点：（1）来源广，易于制取；（2）价格低，便于使用，即易溶于水，无臭、无毒，成分稳定，不易变质等；（3）捕收作用强，具有足够的活性；3.按照捕收剂的分子结构，捕收剂可分为以下三类：异极性捕收剂非极性油类捕收剂两性捕收剂4.捕收剂作用原理（1）异极性捕收剂如黄药（R－OCSSNa）、脂肪酸（R－COOH）、胺类（R－NH3）等。该类捕收剂的分子由极性基和非极性基（R－）构成。在极性基中由于有未被饱和的原子价，因此具有活性。非极性基中，全部原子价均饱和，因此，具有很低的化学活性，不被水所润湿，也不与其它化合物反映，对矿物表面起疏水作用。黄药分子选择性取向矿物表面固着，形成一层疏水性薄膜。它与矿物表面作用时，固着在矿物表面上（亲固基）。另外，异极性捕收剂又可分为离子型（阴离子型、阳离子型）和非离子型捕收剂。（2）非极性油类捕收剂（R－H），如煤油、变压器油等，对内以较强的共价键结合，对外则呈现为弱的分子键，因此易于附着在表面同样呈弱分子键的非极性矿物上，如石墨、辉钼矿等。（3）另外，还有两性捕收剂。（二）硫化矿浮选常用的捕收剂（黄药、黑药）：1.黄药：学名烃基二硫代碳酸盐（ROCSSMe）。（1）黄药结构及种类：按烃基中碳原子数的多少，在黄药前冠以不同名称，CH3CH2OCSSMe称乙基黄药，CH3CH2CH2CH2OCSSMe称丁基黄药。黄药有钾盐和钠盐两种，分别称之为钾黄药和钠黄药。两者捕收性基本相同，钾黄药较稳定，钠黄药成本略低。黄药是硫化矿物最常用的捕收剂。（2）黄药的性质①物理性质—常温下是黄色粉末状固体，常因杂质的存在而使颜色稍深有刺激性臭味，有毒，可燃，易溶于水、丙酮和醇。②稳定性—黄药是一种不稳定的化合物，遇热分解，遇水或酸也可分解，遇水引起分解的速度较慢、遇酸则很快分解。分解后产物为醇、二硫化碳和苛性钠；黄药遇碱，或者本身含有游离的碱时可以引起分解而生成一些硫代碳酸盐、硫化物及其他一些杂质。③在水中解离：ROCSSMe＝ROCSS－＋Me＋实践中经常控制矿浆的pH值以防止黄酸离子的分解，矿浆pH值越低分解越快。在碱性矿浆中黄药是足够稳定的。（3）黄药捕收剂原理：二价硫离子（S2-）具有很大的离子半径，易被极化，可以形成离子键和共价键。当它和极化力很强的金属阳离子作用时可以产生彼此的极化形成金属键。硫化矿物晶体具有类似于金属的性质，如都具有金属光泽和导电性等。由于二价硫离子可以和矿物表面上极化力强的金属离子（Me+）形成离子键、共价键或金属键，故可使黄药阴离子牢固地固着于这类矿物表面。实践表明，黄药可以成功地浮选有色金属硫化矿和经硫化后的有色金属氧化矿。2.黑药：学名烃基二硫代磷酸盐－R2PO2SSH(Me)。黑药是仅次于黄药、应用较广的硫化矿捕收剂。生产中用的较多的是甲酚黑药和丁基胺黑药两种。甲酚黑药：为暗绿色油状液体，比重为1.1，微溶于水，有难闻的臭味，能烧伤皮肤，具有起泡能力。丁基胺黑药：是一种白色细粒结晶粉末，微臭，易溶于水。不易变质，较稳定，具有起泡性，无腐蚀性。由于黑药具有起泡性能，使用时用量不易过大，一般为25-100g/T。黑药多用于浮选含黄铁矿的硫化铜矿、铅锌及铜锌多金属矿。（二）氧化矿浮选常用的捕收剂：1.捕收剂类型常用的阴离子型捕收剂为脂肪酸及其皂类。其中较常用见是油酸（C17H33-COOH）或油酸钠。由于油酸、油酸钠是由植物油脂制取，来源受到限制，目前，常用氧化石蜡皂与塔尔油代替。2.石蜡皂和塔尔油物性（1）氧化石蜡皂是以石蜡为原料，经氧化、皂化制得。其通式为CnH2n＋1COONa（n=5-20）。外观呈暗黄色油脂膏状物，溶于水，起泡性能较差，捕收能力较差，但选择性好。（2）塔尔油是以木材为原料的碱法造纸厂产出的一种纸浆废液，由于含有部分脂肪酸，故可作为捕收剂使用。此外，还有甲苯砷酸、羟肟酸类、磺酸类和硫酸脂类等氧化矿捕收剂。3.应用：用来浮选非硫化矿物（例如白钨矿、锡石、磷灰石、萤石、重晶石、弱磁性矿物－赤铁矿、褐铁矿）。（三）硅酸盐矿物浮选常用的捕收剂：1.捕收剂类型：胺类捕收剂分子在水中解离出阳离子，阳离子上带有起疏水作用的烃基，属于阳离子捕收剂，常用的胺类阳离子捕收剂有十二烷基第一胺。在水中分解为：C12H25NH2+H2O→C12H25NH3++OH－式中的胺阳离子与矿物表面作用，形成疏水性表面。胺阳离子的浓度决定于溶液的PH值。在酸性及弱碱性溶液中，胺阳离子均占优势。当PH值超过9时，胺多以分子状态存在，胺在强酸性矿浆中捕收作用亦减低。2.用途：用于有色金属氧化矿、石英、长石、云母等铝硅酸盐和钾盐捕收剂。胺类捕收剂具有起泡性能。3.使用时注意事项：不能与阴离子捕收剂同时加入；水的硬度过高时，用量增大；胺能优先附着于矿泥上，浮选前应脱泥；可与中性油类捕收剂混合使用。（四）非极性矿物浮选常用捕收剂：1.非极性油类（烃油）捕收剂主要成分为脂肪族烷烃（CnH2n＋2），工业生产中，最常用的是煤油。2.非极性烃类油与矿物表面的作用机理矿物表面有极性