第二章浮选原理

❖当矿物完全亲水时，θ=0°，润湿性cosθ=1， 可浮性（1-cosθ）= 0。此时矿粒不会附着气 泡上浮。当矿物疏水性增加时，接触角θ增大， 润湿性cosθ减小，可浮性（1-cosθ）增大。
润湿过程与可浮性
实际润湿过程分为三种 : 沾湿、浸湿 及铺展润湿。
1. 沾湿
指液体与固体接触 , 形成固 / 液界 面 , 消失液 / 气及固 / 气界面的过 程。将气液界面与气固界面变为固液界 面的过程。
第二节 界面现象
一、矿物表面的水化作用 二、界面电现象surface charge 三、双电层Electrical double layer
一、矿物表面的水化作用
1.水化作用：极性的水分子在有极性 的矿物表面上吸附，水分子的定向排 列，形成水化层（水化膜）。
离子的水化作用：水分子在离子表 面的定向排列。
可以在固体表面上自动展开。
结合杨氏方程 , 上述三种润湿过程发生的条件为 :
沾湿：Ｗａ=δsｇ一δsL 十δLｇ= δLｇ(1-COSθ) ≥0 浸湿: Ａ=δsｇ－δsL =δLｇCOSθ ≥0 铺展：Ｓ=δsｇ－δsL - δＬｇ=δLｇ(COSθ-1) ≥0
上述三个方程将矿物表面润湿性与溶液表面张 力联系起来。
对于矿物一水体系 , 若水在矿物表面不发生 任何一种润湿 , 则矿物具有天然疏水性和可 浮性。若只发生沾湿 , 则矿物亲水性不大 , 仍有一定可浮性 ; 当矿物发生浸湿时 , 矿物 表面亲水性较大 , 可浮性较差 ; 当发生铺展 润湿时 , 矿物表面亲水性很强 , 难浮。
三、润湿阻滞
1.润湿阻滞:
（一）.液气界面的荷电
液气界面吸附表面活性离子，使液 气界面的吸附的正负离浓度不等，从而 带上电荷，多数带负电。
而矿粒从气泡上脱落时属于水排气， 润湿阻滞使水难于从矿物表面将气 泡排开，防止矿粒从气泡上脱落， 对浮选有利。
四、矿粒与气泡附着前后 自由能的变化与接触角关系
通常测定的接触角 , 是用小水滴或小气泡 在大块纯矿物表面测到的。实际浮选时, 是 磨细的矿粒向大气泡附着 , 这时要直接测 定其接触角是困难的 , 因此需要用物理化 学的方法进行分析。 矿粒向气泡附着前后 的情况如图 1-3 所示。
同时必须指出 ,上式是在一些假定条件下得出的简 化近似式。实际上, 当气泡与矿粒接触时,界面面积 的变化及气泡的变形,情况是相当复杂的,曾经有些 学者进行过较复杂的推算。但是，由于固 -液及固 -气界面能难于直接测定 , 平衡接触角不易测准 , 特别是在矿粒与气泡间的水化膜的性质变化等 , 所 以这方面的工作尚有待继续研究。
矿粒向气泡附着前后情况
命 (尔γ格l-/A厘、米γ2s)-A;γl-s分别表示相界面的自由能 积sl-(A、厘s米s-2A)、。sl-s、分别表示相应界面的表面 矿粒与气泡接触前 , 系统的自由能为 :
G 前 =S 液气γ液气 +S 固液γ固液 矿粒与气泡接触附着后的系统自由能 ( 假定
一、在矿物的表面形成半氧化物
二、氧电化学作用
第五节 气泡的矿化过程 Mineralised process of air bubble 一、气泡矿化过程的热力学分析energetics of Flotation 二、气泡矿化过程的动力学分析Kinetics of Flotation
教学内容
本章是本书的重要章节，从颗粒表面的性 质出发，叙述矿物颗粒表面润湿性与表面物 理化学分选的关系。
主要内容包括： 颗粒表面润湿性与浮选 双电层 吸附 矿物溶解对浮选过程的影响 硫化物固体颗粒表面的氧化还原反应与浮选 聚集与分散 泡沫
教学重点
1. 颗粒表面性质、双电层结构，颗粒 表面润湿性与其可浮性的关系；
2. 颗粒表面可浮选性的形成原理，颗 粒间的分散与凝聚行为、DLVO理论
矿物名称 硫 滑石
辉钼矿 方铅矿 闪锌矿
萤石
部分矿物的接触角
θ0
矿物名称
78
黄铁矿
64
重晶石

60
方解石
47
石灰石
46
石英
41
云母
θ0 30 30 20 0～10 0～4 ～0
由表可以看出,大部分矿物是亲水的。
接触角θ的大小与接触的三相界面所具有的
各界面张力有关，当各界面张力相互作用达到平
衡时，有
附着面积为单位面积):
G 后 =(S 液气一 1) γ液气十（ S 固液一 1）γ固液十
(1 ×γ固气 )
据此则接触附着前后的系统自由能变化为 :
G
G前
G后 1
液气
固液
固气
将γ固液一γ固气 = 一γ液气 COSθ代入上式
得:
△G= γ液气（ 1-cosθ）
此式就是浮选基本行为一一矿粒向气泡附着前后 的热力学方程式。它表明了自由能变化与平衡接 触角的关系 , 式中 γ液气就是液 -气界面自由 能 , 其数值与液体的表面张力相同 ( 例如水的 表面张力为 72 达因 / 厘米) , 这是可以由实 验测定的。于是△G 可以算出）。
二、润湿的接触角（the Contact Angle） 三、润湿阻滞 wet retardarce 四、矿粒与气泡附着前后自由能的变化与
接触角关系
一、矿物的润湿性
1.润湿现象：
润湿是自然界中常的现象，是由于液体固体表 面排挤在固体表面所产生的一种界面作用。液体 在固体表面展开和不展开的现象称为润湿和不润 湿现象。易被润湿的表面称为亲液（水）表面， 其矿物称为亲液（水）矿物；反之称为疏液（水） 表面，疏液（水）矿物。
矿物表面的水化作用：水分子在矿 物表面的定向排列。
2.水化作用的原理：
（1）矿物表面不饱和键的性质：离子、 共价、分子键。
（2）矿物表面不饱和键的键能：矿物 表面的极性。
（3）极性矿物表面水化作用强，水 化层厚，水分子排列紧密；
（4）非极性矿物表面水化作用弱， 水化层薄，水分子排列稀疏。
目前，人为改变调节润湿性（可 浮性）的方法有两大类：物理方法和 化学方法。
二、润湿的接触角
润湿性的度量用接触角测量法和润 湿测定法，常用接触角θ。
三相润湿周边：当气泡附着浸入水 中的矿物表面，达到润湿平衡时，气泡 在矿物表面所形成三相接触点围成的周 边。（变化---平衡）
接触角：过三相润湿周边上任一点P 作气液界面的切线δAW，切线与固液界 面δSW之间所形成的包括液相的夹角θ。
△Ｇ= δsL－δsｇ=-Ａ Ａ称为粘附张力或浸润功 ,
反映液体在固体表面上取 代气体的能力。 A ≥ 0 是恒温、恒压下浸湿发生 的条件。
3. 铺展润湿
指液体在固体表面铺展开 , 形成 固 / 液和液 / 气界面 , 消失固 / 气界面的过程 , 体系自由能的变化 为
△Ｇ= δsL ＋ δＬｇ－δsｇ=-Ｓ S 称为铺展系数。 S ≥0 表示液体
润湿性是表征矿物表面重要的物理化学特征之 一，是矿物好坏可浮性的直观标志，取决于矿物 表面不饱和键力与偶极水分子相互作用的强弱。
2.润湿现象在浮选中意义
矿物表面润湿性及其调节是实现各种 矿物浮选可分离的关键，所以了解和 掌握矿物表面润湿性的差异，变化规 律以及调节方法对浮选原理及实践均 有重要意义。
五、润湿接触角的测定方法及测量值
接触角的测量方法：观察测量法、斜板法、 光反射法、长度测量法、浸透测量法。等 等 , 可参考表面化学方面资料。但由于 矿物表面的不均匀和污染等原因 , 要准 确测定接触角比较困难 , 再加上润湿阻 滞的影响 , 难于达到平衡接触角 , 一般 用测量接触前角和后角 , 再取平均值的 方法作为矿物接触角。
体系自由能的变化为 :
△Ｇ= δsL —(δsｇ十δLｇ)=—Ｗａ 式中 Wa 为粘附功 , 代表固 / 液
界面结合能力大小。在恒温、恒压条件 下 , 沾湿发生的条件为 Wa≥0 。
2. 浸湿
指固体完全浸入液体中 的过程 , 形成固 / 液界 面 , 消失固 / 气界面 , 体系的自由能变化为
当矿物完全亲水时 , θ=00, 润湿性 cosθ=1, 可浮 性 1-COSθ=0 。此时矿粒不会附着气泡上浮 , 因 为自由能变化△G = γ液气(1 一 COSθ)=0 。
当矿物疏水性增加时 , 接触角增大 , 润湿性 cosθ减小 , 则可浮性 1-cosθ增大。此时△G也增 大 , 按照热力学第二定律 , 如过程变化前的自由 能 , 比变化后的自由能大 , 则该过程就有自发进 行的趋势。因此愈是疏水的矿物 , 自发附着于气泡 上浮的趋势就愈大。
第二章 浮选原理
第一节 矿物表面的润湿性Wettability (Hydrophilicity) of mineral surface 一、矿物的润湿性 (Wettability of mineral surface0 二、润湿的接触角（the Contact Angle） 三、润湿阻滞 wet retardarce 第二节 界面现象Interface 一、矿物表面的水化作用
SA SW WACOS
COS SA SW 杨氏方程
WA
接触角是三相界面张力的函数。说明：不仅与矿物表面 性质有关，而且与液相、气相的界面性质有关。凡能引
起改变任何两相界面张力的因素都可以影响矿物表面的
润湿性。
当θ>90o时，δSW > δSA 矿物表面不易被水润
湿，具有疏水表面，其矿物具有疏水性,可浮性好。
3.水化层的结构：
扩散结构：水化层内水分子的 定向排列程度是随着矿物表面的 距离增大而逐渐减弱。
水化层是介于矿物表面和普通 水之间的过渡区域，类似固体表 面的延续。
水化膜示意图 a—疏水性矿物（如辉钼矿），表面呈弱键，水化膜薄； b—亲水性矿物（如石英），表面呈强键，水化膜厚
4.水化层的性质
二、界面电现象surface charge 三、双电层Electrical double layer 第三节 吸附现象Interface adsorption 一、吸附及对浮选的意义