浮选初级知识（二）

浮选是利用矿物表面（相界面）性质的差异来进行分选的。因此弄清楚矿物表面性质，对于理解浮选过程有着重要的意义。矿物表面与其内部的主要差别，就是靠近矿物表面的分子具有较大的自由能，液体内部分子A受到周围分子力的作用，所有这些力是平衡的，它们作用在A的合力等于零。可是位于液体表面的分子B却不同，在它的下面受到邻近分子的吸引力作用，但在它的上部却没有这些作用力。因此表面层的分子尚未达到平衡状态，存在不平衡的剩余力，这叫表面张力。矿物的表面与液体的表面有类似情况，因为矿物和其他物质一样，是由原子、离子或分子组成的，所以在矿物表面的分子同样有未平衡的力（又叫未饱和的键能）存在，因此就具有吸引外界分子（离子）的能力。正是由于这种表面键能的不平衡状态的存在，决定了矿物表面对水、溶液与浮选药剂的作用能力。

由于矿物表面性质具有某种特殊性，因此在浮选相界面上主要存在以下几个基本现象：（1）润湿现象（2）界面电现象（3）吸附现象（4）化学反应与氧化现象等。这些现象之间既有联系又有区别，我们研究这些现象产生的原因并认识这些现象的本质，就能更好地掌握浮选的基本原理，从而来指导浮选生产实践。下面将对以上问题分别叙述。

润湿现象是发生在固液界面的基本现象之一。把一滴液体置于矿物表面，液滴就会在表面展开，这种现象叫做固相表面被液相所润湿。如果水能在矿物表面展开，就说这种矿物是亲水的，反之，水不能在其表面展开不被水润湿的则叫疏水表面。例如在光滑的石英表面上放一滴水，那么水就在石英表面展开。说明石英的表面是亲水的。若将一滴水放在石蜡的表面时，水滴不扩展而成球形，说明石蜡的表面是疏水的。

矿物被水润湿是沿三相接触周边进行的，这三相就是矿物、水、空气。矿物润湿性的大小可用润湿接触角υ 的大小来表示（即通过水相的角υ）。

应当指出，润湿的速度是很重要，各种矿物由于润湿性及其速度的差异，所以矿粒能够选择性地附着于气泡。

某些浮选药剂可用来改变与调整矿物表面的润湿性。例如白钨矿（CaWO₄）的表面吸附了油酸后，其表面由亲水性转变为疏水性。这是由于油酸分子的极性基与白钨矿晶格中的钙离子发生作用后，而固着于矿物表面，油酸分子的非极性基向着水。因此，白钨矿的表面形成疏水表面。

润湿性是用来判断矿物可浮性好坏的重要标志之一。不易被水润湿（疏水）的矿物（如石墨、硫）就认为易浮的，或可浮的。反之，易被水润湿（亲水）的矿物，如石英就认为难浮，或不可浮。

对于矿粒表面的电位值能发生影响的是双电层内层与密集层中的离子。定位离子一般都是构成矿物晶格的成分，像Pb²⁺和S^2-是方铅矿的定位离子。但是，由于矿物表面的成分在水溶液中会发生一系列的反应，产生一系列的离子，都会影响到双电层的电性，对于一些难溶氧化物及硅酸盐类矿物来说，H^＋和OH^－是其定位离子。定位离子可以穿过固液界面，并力图在界面建立平衡，形成一定φ电位与ζ电位。

因为H^＋和OH^－是一些难溶氧化物及硅酸盐类矿物的定位离子。不同的PH值。表明溶液中有不同的H^＋和OH^－浓度。PH值越大，溶液中的OH^－越多，矿粒表面吸附的离子与它建立平衡后，在矿粒表面吸附的OH^－也越多。反之，PH值越小，溶液中H^＋多，矿粒表面吸附的H^＋增多。因此，PH值的大小直接影响到矿粒表面ζ电位。

H^＋和OH^－是石英的定位离子，用NaOH使溶液呈碱性，石英的ζ电位为-70~-120毫伏。PH值随HCl用量的增大而下降，当PH值为3.7±，继续增大HCl的用量时，可使其ζ电位越过零变为正。使ζ电位为零时的PH值称之为等电点。与此相似，使φ电位为零的PH值称之为零电点。φ值为零时，ζ值也为零，但是，φ值不为零时，ζ值也可以为零。因为当溶液中的离子强度很大时，扩散层中的异号离子可能都挤到紧密层中，致使滑动面内的配衡离子与定位离子电性相等。

在某些氧化矿（如刚玉和石英）的浮选中，捕收剂与矿物的作用是静电引力，必须使捕收剂离子在双电层的密集层中充当异号离子，对内层离子的电性起抗衡作用才能奏效。PH值低于等电点时，矿物表面荷正电，应该选用阴离子捕收剂。PH值高于等电点时矿物表面荷负电，应该选用阳离子捕收剂。

阴离子捕收剂十二烷基硫酸钠在PH＜2~3时，对石英浮选有效。在PH＜9.4时，对刚玉浮选有效。而十二烷基胺是阳离子捕收剂，对石英和刚玉的浮选，其PH值必须分别大于2~3和9.4。但在PH＞12时，十二烷基胺主要以水化胺分子形成出现，失去了捕收作用。

必须指出，黄药作为金属硫化矿的捕收剂，药剂与矿物表面的作用不是靠静电引力。而是靠化学键力。所以，矿粒表面的电性对回收率影响很小，甚至没有实际意义。

烃油、双黄药等捕收剂分子本身不带电荷，它们与矿物作用，可以穿过双电层而不受界面电荷的阻挡。矿粒表面不带电荷也可以吸收捕收剂离子，例如用油酸浮选金红石时，当矿粒表面基本上不带电荷时回收率更高。

在浮选的相界面上，吸附是常见的现象，而且直接影响着浮选效应。例如，浮选时起泡剂分子在气－液界面的吸附，对于泡沫的形成与矿化有很大的影响，而矿浆中各种捕收剂、抑制剂、活化剂向矿粒表面的吸附改变了矿物的天然可浮性，改善了浮选指标。所以吸附现象与浮选的关系极为密切。

吸附现象的发生，主要是由于矿物表面具有不饱和表面所引起的。即矿石经磨碎后，其暴露的表面存在着断裂的残留键（如共价键、离子键、金属键或分子键等），使它很容易对周围的气体与液体质点发生吸附作用。各种矿物未饱和键能的大小，主要取决于矿物晶体内部质点间的键型。

药剂在矿物表面吸附的形式是多种多样的，吸附是相互的，吸附的类型主要取决于矿物表面键能与被吸附物的性质。例如非极性的烃类如煤油，在辉钼矿表面的吸附，因是靠分子间力发生的吸附，所以是物理吸附。据研究烃基硫酸盐等药剂在刚玉等氧化矿表面的吸附就比较复杂，开始吸附时，是单个的离子靠静电引力物理吸附在矿物表面上，但随着溶液中烃基硫酸盐的浓度升高而吸附量增大。因为长烃链烃基硫酸盐的离子能够依靠烃基与烃基间的色散力互相缔合，使单个离子的吸附就转变成半胶束吸附。

如果矿物和药剂之间存在形成氢键的条件，那么借助氢键的作用在矿物表面也可以发生物理吸附。

化学吸附是由浮选药剂和矿物间的化学键引起的。吸附强度大而且有选择性。

如黄药阴离子ROCSS^-在方铅矿（PbS）表面发生化学吸附时，是由于ROCSS^-中S^-与方铅矿表面的Pb^2＋之间发生的化学键引起。黄药阴离子与铜、铅、锌等金属硫化物的阳离子在一定条件下可形成化学键，因而有可能在它们的表面发生化学吸附。但不能在方解石（CaCO₃）、石英（SiO₂）等矿物表面发生化学吸附。因为S^-和Ca^2＋、SiO₂不可能形成化学键。所以，化学吸附是有选择性的。

此外，油酸及其皂类的阴离子RCOO^-和Ca²⁺、Fe^3＋等离子之间也可以形成化学键。所以萤石（CaF₂）、方解石（CaCO₃）、赤铁矿（Fe₂O₃）等矿物对羧酸阴离子在一定的情况下。也会发生化学吸附。

应当指出，物理吸附与化学吸附之间既有区别，也有联系。油酸虽然可以在具有Ca^2＋、Fe^3＋的矿物表面发生化学吸附，但是当PH值使大部分的油酸呈分子状态存在和油酸的用量很大时，油酸就可以在萤石和赤铁矿表面发生物理吸附，即在化学吸附的单分子层外面发生多分子层的物理吸附。

黄药是金属硫化矿的浮选的主要的捕收剂，但是只能有氧存在的条件下，黄药才会发生作用。有人做过试验，把方铅矿放在没有氧存在的水中磨矿，然后浮选，则方铅矿不能被黄药捕收。黄药与金属硫化矿作用时，氧起着十分重要的作用，关于氧的作用机理有着不同的观点，现归纳两点介绍如下：

①在矿物的表面形成半氧化物

研究表明：在浮选的过程中，硫化矿物表面经轻微的氧化作用后，将有利于浮选的进行，过深氧化将使可浮性下降，硫化矿氧化后大都在表面生成硫酸盐，因为硫酸盐的溶解度比相应硫化物要大的多，这就有利于黄药类的捕收剂与SO₄^2－ 之间进行离子交换。

选矿实践证明：氧化过深的的方铅矿，因其表面生成了很厚的硫酸铅皮壳，而硫酸铅的溶解度太大，很不稳定，捕收剂离子不能牢固吸附，所以方铅矿过深的氧化，其可浮性反而变坏。

研究表明：黄药阴离子在方铅矿表面的作用与矿物氧化程度有关。轻微的氧化作用，在方铅矿的表面生成的主要是单分子层的黄酸铅，其疏水性好；它在矿物表面覆盖到一定程度就足以使矿物浮游。而氧化很深的方铅矿，黄药阴离子能通过置换反应，在其表面生成黄酸铅的多分子层，即新的黄酸铅相，其疏水性反而比单分子层的黄酸铅薄膜还小，因此氧化过深的方铅矿，其可浮性下降。

②氧化程度受下列因素的影响

a.矿浆温度；b.氧化剂的应用；c.矿物表面氧化产物存在的情况；d.矿浆的PH值；e.充气时间与充气强度；f.水中含氧量等。

氧的存在消除了矿物表面的电位栅，促进了矿物表面的电化反应。

由于硫化矿物或多或少都含有杂质，存在着种种晶格缺陷，使它具有半导体性质，兼有阴极区和阳极区。