中南大学矿物浮选期末试卷A卷答案

中南大学考试试卷(A卷)

2016-2017学年第二学期考试时间：2017年6月20日上午10:00-11:40 矿物（浮选）课程 32学时 2.0学分考试形式：闭卷

专业年级矿物加工工程15级总分100分占总评成绩70% 注：此页不作答题，请将答案写在答题纸上。

一、名词解释

1.接触角

2.动电位

3.半胶束吸附

4.HLB值

5.矿物的晶体化学特性

6.临界胶团浓度

7.零电点

8.凝聚

接触角：指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的量度。

动电位：当矿物-溶液两相在外力（电场、机械力或重力）作用下发生相对运动时，紧密层中的配衡离子因为吸附牢固会随矿物一起移动，而扩散层将沿位于紧密层稍外一点的滑移面移动，此时，滑移面上的电位称为动电位或电动电位。

半胶束吸附：当阴离子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，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。

HLB值：称亲水—疏水平衡值，又称水油度。表面活性剂为具有亲水基团和亲油基团的两亲分子，分子中亲水基和亲油基之间的大小和力量平衡程度的量，定义为表面活性剂的亲水亲油平衡值。

矿物的晶体化学特性：矿物的晶体化学特性是指矿物的化学组成、化学键、晶体结构及其相互关系，是矿物最基本的特征之一。

临界胶团浓度：表面活性剂溶液的某些性质在某一浓度范围内发生突变，这一浓度范围称为表面活性剂的临界胶团区域，在这一浓度范围内取一浓度即为临界胶团浓度。

零电点：当表面电位为0时，溶液中定位离子活度的负对数值被定义为“零电点”，用PZC表示。

凝聚：在某些无机盐的作用下，悬浮液中的微细粒子形成凝块的现象称为凝聚。

二．简答题：

1.矿物内部结构按键能可分为几类？它们的解理面规律是什么？

【解】矿物内部结构按键能可分为四大类：

（1）离子键或离子晶格。

（2）共价键或共价晶格。

（3）分子键或分子晶格。

（4）金属键或金属晶格。

破碎时，矿物沿脆弱面——裂缝、解理面、晶格间含杂质区等处裂开，也会沿应力集中地区断裂。单纯离子晶格断裂时，常沿着离子界面断裂。

其解理面的规律是

（1）不会使基团断裂，如不会使方解石中的碳酸根离子拆开；

（2）往往沿阴离子交界面断裂，只有当没有阴离子交界层时，才可能沿阳离子交界层断裂；

（3）当晶格中有不同的阴离子交界层或者各层间的距离不同时，常沿较脆弱的交界层或距离较大的层面间断裂。共价晶格的可能断裂面，常是相邻原子距离较远的层面，或键能弱的层面。

2.简述黄药的主要性质及其硫化矿物的作用原理。

【解】黄药的主要性质：

（1）黄药的物理性质：

常温下为淡黄色粉状或颗粒状物，具有刺鼻性臭味，有毒，可燃，易溶于水、丙酮与醇。黄药性质不稳定，易吸水潮解，遇热分解加速。

（2）黄药的解离、水解和分解：

黄药在水中溶解度很大，容易发生电离：

+-+?Me ROCSS ROCSSMe

--+?+OH ROCSSH O H ROCSS 2

2CS ROH ROCSSH +?

（3）黄药本身是还原剂，存放过久的黄药除分解失效部分还会氧化成双黄药。

32222)(2

12CO Na ROCSS CO O ROCSSNa +?++ 黄药的作用机理：

（1）生成金属黄原酸盐，黄药与硫化矿表面作用，生成了仍与晶格内部联系牢固的硫化物—黄原酸盐的表面化合物，固着在矿物表面而起捕收作用。

（2）双黄药吸附，黄药氧化后生成了具有疏水作用的双黄药，吸附在矿物表面，使矿物表面疏水。

（3）黄原酸盐和双黄药共吸附，矿物表面仅有黄原酸盐和双黄药都不能使矿物很好的浮选，只有这两种产物共存时，才能使矿物表面具有足够的疏水性。

3.矿浆PH 值对药剂浮选活性有何影响？并举例说明。

【解】浮选所用的各种调整剂以及离子型捕收剂，常常是药剂解离出来的某种活性离子发生有效作用，在药剂用量一定的情况下，矿浆中各种药剂离子的浓度，或药剂以离子状态和以分子状态存在的比例，将主要取决于矿浆的PH值。（1）pH值可以调节矿浆中捕收剂离子的浓度。例如，非硫化矿浮选中常用的脂肪酸类捕收剂，由于它们只有在碱性矿浆中才易解离出较多的脂肪酸阴离子，调节pH值，则可调节矿浆中脂肪酸阴离子的浓度或阴离子数与分子数各组分间的比例。

（2）pH值可以调节抑制剂及活化剂的离子浓度。例如，用氰化物抑制硫化矿物，提高矿浆pH值即可增加CN离子，从而可以加强氰化物的抑制作用并可避免剧毒HCN气体的溢出。

4.简述起泡剂结构如何影响起泡性能。

【解】目前广泛应用的起泡剂多数是异极性的表面活性剂，其分子结构中的极性基和非极性基的性质与起泡性能密切相关。

1）极性基对起泡性能的影响

（1）极性基对起泡剂溶解度的影响：起泡剂结构中的极性基与水分子作用力越强，极性基数目越多，起泡剂溶解度越大。起泡剂溶解度大小，对起泡剂性能及形成的泡沫特性有很大影响。

（2）极性基对起泡剂解离度的影响：非离子型起泡剂在水中不能解离，而离子型起泡剂在水中的解离收溶液中pH值的影响，因此，起泡能力也受pH值的影响。

（3）极性基水化能力对起泡性能的影响：起泡剂分子或离子，在水中与水偶极子作用，发生水化，在起泡表面形成一层水膜起泡不容易断裂，提高其稳定性。极性基水化能力较强的，起泡稳定性也较强。

2）非极性基对起泡性能的影响。

（1）非极性基碳链长度对起泡性能的影响：每增加一个CH2基，表面活性增大3.2倍。表面活性越大，起泡性能越强。但非极性基过长，溶解度会显著降低，反而会使起泡能力下降。

（2）非极性基性质对起泡性能的影响：

①正构烷烃和异构烷烃与起泡性能的关系：异构烷烃的范德华力的作用比正构烷烃小，溶解度高，使起泡性能得到改善。

②双键的影响：非极性基中含有双键时，起泡性能略有提高。

5.浮选药剂结构性能三要素及基本判据是什么？

【解】（1）浮选药剂结构性能三要素为：亲矿集团、亲水基团、烃基。

（2）基本判断依据为：

①溶度积理论：捕收剂与矿物表面的化学反应决定矿粒的浮选行为，药剂与矿物金属离子化学反应产物的溶度及越小作用能力越强，因此可用反应产物的溶度积大小衡量药剂的浮选作用能力。

②基团电负性：按照浮选药剂与矿物作用的基团特性，可将捕收剂分为硫化矿捕收剂、过渡金属氧化矿捕收剂和氧化矿捕收剂。硫化矿捕收剂的基团电负性较小，氧化矿捕收剂的基团电负性较大，过渡金属氧化矿的基团电负性中等。

③浮选剂性能的临界胶团浓度（CMC）判据：捕收剂和起泡剂大多为表面活性物质，用CMC来衡量其疏水—亲水性能是合适的。显然，CMC越小，药剂的疏水

性能就越强。

④捕收剂集合大小与作用的选择性：当药剂与矿物大小愈接近时，作用愈容易发生，容易得到较大的覆盖密度；如果药剂的几何大小比矿物晶格大很多，则不能形成一定对应的排列关系，只能以疏松的排列覆盖矿物表面，而使药剂同矿物的作用和药剂分子之间的作用都受到削弱。

6.简述烃基酸类捕收剂种类及其作用机理

【解】烃基酸类捕收剂主要有：①羧酸类：如油酸，氧化石蜡皂。②烃基磺酸类：磺化石油、烷基芳基磺酸盐。③硫酸酯：烃基硫酸酯。④磷酸类：苯乙烯磷酸。 ⑤羟肟酸⑥胂酸类

作用机理：①在矿物表面双电层吸附

②静电力吸附

③在矿物表面的化学吸附

7.从能量角度如何判断矿粒表面润湿性的分界线？

【解】沾湿，系统消失了固-气界面和水-气界面，新生成了固-水界面，单位面积上位能降低为：

W SL = SG + LG - SL = - ?G

如果 SG + LG > SL ，则位能的降低是正值，沾湿将会发生。

铺展：系统消失了固-气界面，新生成了固-水界面和水-气界面，单位面积上 W = SG - SL - LG = - ?G

若 SG > SL + LG ，水将排开空气而铺展，为了达到很好的润湿, 须使 LG 和 SL 降低，而不降低 SG 。

浸没 系统消失了固-气界面，新生成了固-水界面，单位面积上

W = SG - SL

因此，自发浸没的必要条件是 SG >SL ，

使每个连续阶段成为可能的必要条件是：

由阶段Ⅰ到阶段Ⅱ SG + LG > SL

由阶段Ⅱ到阶段Ⅲ SG > SL

由阶段Ⅲ到阶段Ⅳ SG > LG + SL

如果第三阶段是可能的，则其他阶段亦皆可能。因此浸没润湿的主要条件是： SG -SL >LG 。所以浸没润湿与铺展润湿的条件相同。沾湿，系统消失了固-气

γγγγγγγγγγγγγγγγγγγγγγγγγγγγγγ

界面和水-气界面，新生成了固-水界面，单位面积上位能降低为：

W SL = SG + LG - SL = - ?G

如果 SG + LG > SL ，则位能的降低是正值，沾湿将会发生。

8.影响浮选工艺因素有哪些？该如何进行有效调控？

【解】影响浮选的工艺因素有：磨矿细度、矿浆pH 值、温度、浓度、矿石性质、浮选药剂、流程结构等。

（1）浮选工艺物理影响因素：粒度、矿浆浓度、搅拌强度

①粒度：

粗粒浮选时采用捕收能力较强的捕收剂；适当增加捕收剂用量；增大充其量，提供更多起泡；选择适用于粗粒浮选的浮选剂。

细粒浮选时添加分散剂，防止微细颗粒互凝；采用适于选别微细颗粒的浮选药剂；使微细粒选择性团聚，增大粒度；

②矿浆浓度：

浮选作用前矿浆的调节是浮选过程中的一个重要作业，针对不同的工艺条件采用不充气调浆、充气调浆、分级调浆。

③搅拌强度：

浮选过程中对矿浆的搅拌，可根据其作用分为两个阶段：一是矿浆进入浮选剂之前的搅拌；一是矿浆进入浮选机之后的搅拌。

（2）浮选工艺化学影响因素：

①矿石性质及浮选工艺的选择：

根据矿物泥化程度、氧化程度的不同采用不同的药剂、选矿方法、工艺流程，并根据嵌布粒度的差异采用不同的浮选流程。

②矿物酸碱度、水质、温度：

通过采用不同的药剂消除和控制水中难免离子对浮选的影响，加温可降低药剂用量，加速药剂的溶解。

③药剂制度的调节：

不同捕收剂的混合使用；调整剂的联合使用；加药顺序及加药地点与加药方式的调节。

三、论述分析题

1.某铅锌矿矿石中主要金属矿物为方铅矿、闪锌矿、黄铜矿，并含极少量白铅矿、白红银矿、辉银矿。脉石矿物主要为石英，其次为方解石、白云石等。试设计回收这三种有用成分的浮选原则及合理的药剂。

硫化铜最容易从矿浆中吸附硫化矿捕收剂，最常用捕收剂有黄药黑药硫氮类和硫胺脂类。硫化矿物 中，方铅矿的可浮性仅次于硫化铜矿物，属易浮矿物。一般的硫化矿物对方铅矿都有捕收作用，但硫氨脂类捕收剂对方铅矿捕收能力弱，可用于铜铅分离。黄药和黑药都能捕收方铅矿；方铅矿的抑制剂主要有硫化钠、重铬酸盐和铬酸盐。闪锌矿在酸性介质中很容易上浮，在碱性介质中需要Cu 2+活化。黑药黄药都是闪锌矿捕收剂，闪锌矿的抑制剂有硫酸锌，硫化钠、亚硫酸盐和硫代硫酸盐，活化剂用硫酸铜。浮选分离三种矿物采用优先浮选流程，γγγγγγ

优先分选出铜铅，然后进行铜铅分离、锌硫分离。

铜铅混浮段浮选铜铅矿物抑制锌硫矿物，抑制剂用碳酸钠或者氧化钙抑硫，抑制闪锌矿采用硫酸锌等，捕收剂用乙硫氮，起泡剂用2#油。铜铅分离抑铅浮铜，抑制剂用硫化钠重铬酸盐等，捕收剂用Z -200, 起泡剂用2#油。

锌硫分离先用活化剂硫酸铜活化闪锌矿，再用碳酸钠或者氧化钙抑硫，捕收剂用黄药，起泡剂用2#油。

原矿

铜精矿铅精矿

硫化铜铅锌浮选分离原则流程

2.已知针铁矿的pHpzc=6.7，计算pH=4和pH=8.5时针铁矿表面电位大小，并说明其表面电性质。根据根据表面电性质浮选针铁矿时，应如何选择捕收剂和控制矿浆条件才能较好的实现针铁矿的浮选回收。当石英与针铁矿浮选分离时，矿浆的pH 值应确定为多少最好，并选择什么样的捕收剂。（已知石英的PZC ＝1.8）。

【解】由，

当pH=4.0时,=0.059（6.7-4）=0.1573V

当pH=8.5时，=0.059（6.7-8.5）=-0.1062V

计算结果表明，当pH=4时， pH0时，矿物表面荷正电，应选择阴离

子表面活性剂浮选针铁矿；当pH=8.5时，pH>PZC ，<0时，矿物表面荷负电，

应选择阳离子表面活性剂浮选针铁矿；针铁矿与石英浮选分离时，pH 应在1.8-6.70ψ0ψ0ψ0ψ

之间，此时石英表面带负电，针铁矿表面带正电，用阴离子捕收剂可捕收针铁矿,用阳离子捕收剂可捕收石英。