浮选理论与选矿药剂

我国早在明代宋应星所著《天工开物》一书中，就叙述了鹅毛上醮以植物油浮选金的原理和方法，并实现细粒金的回收。对滑石、陶土等矿物加工时，宋用“淘、澄、飞、缺等工序。李时珍《本草纲目》也论述了赭石、雄黄云母等矿物的提纯。

１.浮选三要素

　  不断的研究表明，成功的浮选分离取决于等流中各种物理因素、化学因素和机械因素的总和。这种相互关系可以用一个分别代表浮选科学和工程三元素的三角形来说明。

通过加入捕收剂、抑制剂、活化剂和调整剂控制体系中矿物颗粒和气泡表面化学，从而控制整个矿浆的化学，可调节目的矿物的有效浮选。但是还有三角形的两个角由被处理矿石特性控制着。由此可知，浮选过程的复杂性。

2. 浮选中的吸附与表面活性

吸附：指吸附剂在表面力作用下，体系表面自由能降低的同时，吸附质从体相向表面浓集的现象。因此，吸附总是发生在相界面。浮选中主要的吸附体系：气—固、气—液、液—固、液—液。根据吸附力的本质，吸附分为物理吸附和化学吸附。在一些情况下，两种吸附可以同时存在，在一定条件下，物理吸附可以转化为化学吸附，吸附结果用吸附量Γ表示。对于液—气界面，吸附量Γ随吸附质浓度及表面张力的变化规律可用吉布斯等温方程表示。

3.浮选药剂在矿物—溶液界面的吸附作用分类

　　浮选是发生在固—液—气三相界面的复杂物理化学过程，其中最重要的是固—液界面上的吸附，这类吸附可分成几类。

A. 按吸附物形态

(1)分子吸附

　　非极性分子的物理吸附，主要是烃类油的吸附。捕收剂分子的物理吸附。羧酸盐、胺类、黄原酸盐类等捕收剂在水溶液中水解。弱酸、弱碱的分子，它们在矿物表面吸附主要是分子吸附。

(2)离子吸附

溶液中某种离子吸附在矿物表面上，黄药离子在PbS表面的吸附，羧酸离子在pH=7.5时在含钙矿物表面上的吸附。

(3)疏水性缔合物及半胶束吸附

长链捕收剂在溶液中可以通过烃链间的范德华力作用形成二分子以上，分子——离子及多分子聚合物并吸附在矿物表面上。当浓度高时，烃链相互缔合形成“半胶束”。

4.捕收剂在矿物表面或矿浆中反应产物的吸附

　 如黄药在矿浆中氧化可产生烃基——硫代碳酸盐ROCOS-，它可与被氧化了的矿物表面发生作用，起到捕收作用。

B. 按双电层中吸附位置分类

(1)双电层内层吸附

　　矿物表面吸附定位离子，吸附结果使表面电位改变数值和符号，单层吸附，不是不变。

(2)双电层外层吸附

　　在双电层外层吸附使电荷平衡的离子称配衡离子，这在以后的双电层理论中专门阐述。

C. 按吸附作用方式和性质分类

(1)交换吸附

溶液中某种离子与矿物表面上另一种同号离子发生等量交换而吸附在矿物表面上。如Cu2+与Zn2+交换，活化闪锌矿。

(2)竞争吸附

溶液中存在多种药剂时，它们在矿物表面上吸附量决定于它们对表面的活性及其浓度。

(3)特性吸附（或称专属吸附）

在浮选中，将静电力之外的作用力（如化学力、烃链缔合力等）引起的吸附成为特性吸附。如SO42-对刚玉有化学力吸附，结果使得电位变号。

5.捕收剂在矿物表面上的吸附

A. 物理吸附

　　其特点是吸附能量小（约为0.01～0.1电子伏特/g分子），吸附分子与固体表面距离较大。在固体表面上是有流动性，吸附力是范德华力或静电力。表面活性剂分子（离子）与矿物表面间不发生键合的电子转移或共有。物理吸附易于解吸，通常吸附量随温度上升而下降。

　　烷基磺酸盐在氧化铝表面上的吸附等温线由三条斜率明显不同的线段组成。Ⅰ区代表单个分子吸附，Ⅱ区代表半胶束吸附，Ⅲ区是静电力对抗作用区。

      离子型捕收剂单纯靠静电力在氧化矿表面发生物理吸附时，由于溶液pH值控制氧化物的表面电荷，pH值对吸附影响重大 ,对于阴离子捕收剂。当pH>PZC（零电点）时，吸附就会停止。当pＨ<PZC时，表面荷正电，利于吸附。阳离子捕收剂则相反，当pH>PZC时，表面荷负电，利于阳离子捕收剂的吸附。

B. 化学吸附

　　其特点是吸附能量大（约在1电子伏特/g分子），吸附分子与矿物表面距离小，表面活性剂与矿物发生键合的电子关系，吸附力本质上是化学力，吸附牢固，不易解吸，通常随着温度升高（在一定范围内）吸附量升高。通常，脂肪酸类捕收剂与含钙、钡、铁的矿物作用，胂酸、膦酸类捕收剂与含锡、铁的矿物，羟肟酸与铁、铜的氧化物作用，胺类阳离子与氧化铜、锌的矿物作用，都是化学吸附。　

      在PZC<pH时，随着油酸钠浓度的上升，矿物表面电动电位负值增大，这显然是由化学吸附引起的。因矿物表面荷负电，油酸根离子也是带负电。 配衡离子接近表面（δ）的最近距离为斯特恩平面，固体表面电位为ψ0，斯特恩平面上的电位为ψδ，而从斯特恩平面深入溶液相时电位降为零。