矿物浮选第3章浮选的基本原理(1)
第一章 浮选基本原理
第一章浮选基本原理1.1概述一、浮选及浮过程（1）浮选浮游选矿又名浮选，它是根据矿物表面物理化学性质的不同，对细粒矿物进行分选的方法。
浮选的对象：物料粒度细，粒度和密度作用小，重选方法难以分离的矿物；磁性和电性差别不大难以用磁选和电选分离的矿物。
浮选过程：在气、液、固三相体系中完成的复杂的物理化学过程。
其实是疏水的有用矿物粘附在气泡上，亲水的脉石矿物留在水中，从而实现，从而实现彼此分离。
（2）浮选过程①磨矿：先将矿石磨细，使有用矿物与其他矿物或脉石矿物分离②调浆加药：调节矿浆浓度，加入浮选药剂，以提高浮选效率③浮选分离：矿浆在浮选机中充分浮选，完成矿物的分选④产品处理：主要是脱水固体细颗粒和水混合形成矿浆磨矿调浆，加药充气浮选精矿尾矿二、浮选发展简介在古老的金银淘洗加工过程中，人们已认识到利用矿物的天然疏水性或亲水性（亲油性）的不同来提纯矿物原料。
浮选作为一种工业规模的选圹方法出现，在国外大约是在19世纪末叶。
在我国，解放前只有少数几座有色金属和石墨浮选厂。
大部分分布在东北和安徽。
１、全油浮选法根据各种矿物亲油性及亲水性的不同，加大量油类与矿浆搅拌，然后将粘附于油层中的亲油矿物刮去，面亲水性的矿物仍留在矿浆中，从而达到分离矿物的目的。
――早期工业浮选的先驱。
２、表层浮选法在工业上的应用出现于1892年，将磨矿干粉小心轻轻撒布在流动的水流表面，疏水性矿物不易被水润湿依靠表面张力面漂浮水面上，聚集成薄层，成为精矿；易被水润湿的亲水性脉石流入水中作为废弃尾矿排出。
３、泡沫浮选法1877年出现选别石墨的泡沫浮选专利，水煮沸水蒸气气泡。
1886年出现化学法产生气泡进行浮选专利，气泡作为载体。
20世纪初，出现原始的泡沫浮选法，使浮选法向前推进一步，并出现了许多形式的泡沫浮选法。
（1）气体浮选法（2）电解浮选法（3）真空浮选法（4）正压力浮选法（5）机械充气搅拌浮选法４、药剂在浮选法发展过程中的作用在浮选法发展过程中，药剂的应用和发展起了巨大的作用。
浮选基本原理(安徽理工)
(3) 接触角的测定 接触角的测定方法有很多，如观察测 量法、斜板法、光反射法、长度测量法 和浸透测量法等等，
材料学院矿物加工工程教研组
2. 矿物表面的水化作用
（1）水化膜（层）的形成 润湿是水分子（偶极）对矿物表面的吸附 所形成的水化作用。水分子是极性分子，矿 物表面的不饱和键能也具有不同程度的极性。 因此，极性的水分子会在极性矿物表面吸附， 并在矿物表面形成水化膜。水化膜中的水分 子是定向、密集排列的，它们与普通水分子 的随机、稀疏排列不同。
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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
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1.3.2 矿物的表面电性与可浮性 矿物在水溶液中受水偶极及溶质的作用，表 面会带一种电荷。矿物表面电荷的存在影响 溶液中离子的分布：带相反电荷的离子会被 吸引到表面附近，带相同电荷的离子则被排 斥而远离表面，于是矿物—水溶液界面产生 电位差。这种在界面两边分布的异号电荷的 两层体系称为双电层。
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煤主要是由芳香网络所组成，即是多环芳 香族高分子化合物，是由大量苯核结合的 芳香族化合物，由多层平面碳网组成，但 也存在侧链。
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(3) 煤的可浮性 煤是多环芳香族化合物，各基本单元和周围侧链及 官能团随变质程度不同有很大变化，因此 ，煤具有 如下性质： ① 组成不同，各组分实际无法分离，浮选好坏与各组 分含量和性质有很大的关系； ② 煤的主体是多苯芳香核，芳香核的化学性质不活泼， 具有疏水性。因此，煤的主要表面是疏水的； ③ 在芳香核的碳网上，有数量不等的侧链，在氧化过 程中很容易生成含氧官能团, 使煤的某些部位具有 亲水性； ④ 煤的结构中还含有一定数量的矿物质，多数矿物质 具有一定极性，因而使煤部分表面具有亲水性；
《磷矿浮选》第三章
第三章磷矿浮选的理论基础从技术的角度来看，浮选是指通过与第二流休相接触，从水悬浮液体中取出所选固体(目的矿物)的技术，如泡沫浮选用空气为第二流体，油浮选用油等。
不难看出，浮选至少涉及在各种浮选药剂存在下，三种界面的物理化学性质。
因此，从基础的角度看，浮选技术是界面化学的最重要应用，是非常复杂的界面化学问题。
为了有效地分离各种矿物，人们越来越认识到，必须掌握影响矿物浮选性能的各种因素。
即了解矿浆中发生的各种界面现象，搞清矿物与各种浮选药剂的作用机理，设想出各种反应模型，然而浮选体系是一种很复杂的多组分、多粒子的多相体系，要想全面弄清这种复杂体系中所发生的各种反应，无论从理论上和技术上都不是件易事，尽管人们做了大量研究，特别是近来，随着一些先进的表面测试技术的出现，这种研究有了很大的进步。
但总的来说，浮选理论的研究还落后于浮选实践。
尤其是对磷酸盐类矿物的研究，这种差距就更大。
这一方面因为磷矿物本身在组成和构造上比较复杂，另一方面是因为和磷矿物共生的脉石矿物常常是碳酸盐类矿物，它与磷酸盐类矿物的许多相似性质，使得研究工作更加难以控倒，精确的试验数据难以得到.所以本术所介绍的磷矿浮选理论基础主要是些较为成熟的研究资料和编者的试验总结，重点放在影响磷矿浮选的因素和浮选中各种药剂的作用机理上。
第一节磷矿物的特征及其可浮性这里讨论的磷矿物是指各种磷灰石和“胶磷矿”。
这是两种基本形式相同而结晶程度相异的两种主要磷矿物，前者呈晶形而后者属隐晶质。
然而它们的基本化学组成相近。
加之对磷灰石的研究也成熟些，所以这节主要介绍确灰石的特征与可浮性。
一、磷矿物化学组成磷灰石是一三离子晶体的微溶磷酸盐矿物。
矿物中磷常以P离子出现，与氧结合成稳固的[PO4]3-络阴离子，而[PO4]3-易与钙化合形成磷灰石，所以常见的磷矿物是钙磷酸盐类。
在磷矿物的形成过程中，其晶格离于常被一系列其它元素所替代，因而天然磷灰石实际上又是一系列置换(替代)产物，这就使得磷矿物在组成、结构和构造上呈现出多变性和复杂化，从而使得同为磷矿物却表现出不同的性质。
矿物加工学复习 ( 三 )
浮选复习第一章：浮选基本原理1.浮选法的依据是什么？表层浮选、多油浮选和泡沫浮选各自的原理？答：浮选是根据矿物表面物理化学性质的差异，而分选矿物的一种选矿方法。
①表层浮选：分选作用主要在水-气界面发生，将细矿石粉洒在流动水面，矿石中某些疏水亲气的矿物浮在水面，另一些亲水疏气的矿物则沉在水中，分别收集后实现分离。
②多油浮选：将细粒矿石与大量的油和水一起搅拌，分选作用主要在油-水界面发生，矿石中某些疏水亲油的矿物进入油中后浮起，其他亲水疏油的矿物则留在水中，然后从油和水中再分离出不同的矿物。
③泡沫浮选：利用矿浆中产生的气泡增加气液界面，提高分离效率，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。
2.浮选在矿物精选工业中的地位。
为什么？答：浮选是应用最广且最有前途的选矿方法。
因为：①回收率高②适应性广③有效处理细泥3.煤泥浮选在煤炭分选工业中的作用是什么？答：煤泥浮选是利用煤与矸石表面物理化学性质的差异，并能过添加特定浮选药剂的方法来扩大煤与矸石间表机润湿性的差别，在固、液、气三相界面，选择性地富集低灰煤炭，从而实现煤与矸石分离的一种煤泥分选技术。
浮选之所以能广泛地应用于煤泥分选，重要的原因在于它能能过浮选药剂灵活地控制浮选过程，并按照人们的要求有效地实现煤与矸石分离，使煤炭资源得到综合高效利用。
4.浮选系统中气-水两相的结构特点有何同异处？答：气相中的水蒸气和液相中的水分子都是极性分子；气相中大部分气体是非极性分子，而水分子为极性。
之所以要单独提出同点，是因为气相中的水蒸气对浮选有影响，如水蒸气加速矿物表面的氧化等。
5.简述矿物表面的极性与非极性含义。
为什么矿物表面有极性与非极性之分？（答案见作业题第一题第二小问）6.矿物表面为何有亲水和疏水之分？答：因为矿物晶格破裂时，由于暴露在表面的键型不同，矿物表面性质也就不同。
当矿物表面具有较强的离子键、共价键时，其不饱和程度较高。
矿物浮选浮选的基本原理
浮选的基本原理（2）
——矿物表面电性
1 矿物表面电性起源
?离子的优先溶解
? 离子的吸附或解离 CaWO 4 ＋Ｈ２Ｏ
ＷＯ２－ ４
CaWO 4
ＷＯ２－ ４
Ca 2+
1 矿物表面电性起源
晶格离子取代
2 双电层结构及电位
2.1 双电层结构
?双电层紧密层:配衡离子受 定位离子的静电作用 ,在矿 物表面形成的单层吸附层
2 双电层结构及电位
2.1 双电层结构
表面电位（ψ 0）-颗粒表面与溶液之间的电位差。荷电的矿物表面与溶液之 间的电位差。对于导体与半导体，制成电极可以测定。
设矿物MA在水溶液中处于平衡，各组分在表面与溶液的化学
位应相等，对于正定位离子有： ?s,? ? ?b,?
?o s,?
?
RTlnas,?
?
nF?s
?零电点：荷电矿物表面与溶液之间的电位差为零时， Φ 0=0，溶 液中定位离子活度的负对数值定义为PZC(Point of zero charge) 。
?等电点：无特性吸附时，动电位（ ζ）为零时，溶液中定位离子 活度的负对数值定义为IEP （Isoelectric point) 。
?动电位（ζ）容易测定，在浮选中很重要，无特性吸附时， Φ 0=0时， ζ=0，所以用测定IEP 来确定PZC 。
2 双电层结构及电位
2.1 双电层结构
例1：
已知石英的pH PZC =1.8，计算pH=1.0 和7.0时，表面电位大小。
解：由（6-22）式，当pH=1.0 时，
? 0 ? 0.059?1.8 ? 1.0?? 0.047?V?? 47mV
当pH=7.0 时，
浮选基本原理
矿物表面的不均匀性
浮选研究常常发现同一种矿物可浮性差别相 当大，这是因为实际矿物很少是理想典型的 纯矿物。他们存在着许多物理不均匀性、化 学不均匀性和物理化学不均匀性（半导体）， 从而使其可浮性发生各种各样的变化。
1.矿物的物理不均匀性：矿物在生成及 经历地质矿床变化过程中，矿物表面呈 现宏观不均匀性和晶体产生各种缺陷、 空位、夹杂、位错、以及镶嵌等现象， 通称为物理不均匀性。
浓度稀时可用浓度代替。
a a 0
0
M
X
----为ψ0=0时正、负离子的活度，
浓度稀时可用浓度代替。
⑵斯特恩电位（ψδ）：紧密面与溶液之间的电 位差。
⑶动电位（ξ）：是指当矿物-溶液在外力下作
相对运动时，滑移面上的电位。也称“电动电
位”、“ξ-电位”。
3、零电点与等电点 （1）零电点（PZC）：是指当ψ0为零（或表 面净电荷为零）时，溶液中定位离子活度的
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。接 触角是反映矿物表面亲 水性与疏水性强弱程度 的一个物理量。成为衡 量润湿程度的尺度，它 既能反映矿物的表面性 质,又可作为评定矿物可 浮性的一种指标。
接触角的大小与 固-气 (γSA), 固液(γSW) 以及 液-气(γ WA) 界面的 表面张力有关，平衡状态时如右图所示。 接触角的定义 当气泡在矿物表面附着（或水滴附着 于矿物表面）时，一般认为其接触角处 为三相接触，并将这条接触线称为“润 湿周边”，在接触过程中，润湿周边可
一、浮选药剂在矿物-水溶液界面的吸附类型 1、按吸附物的形态
⑴分子吸附；被分散或被溶解于矿浆溶液中的 药剂分子在表面上的吸附。（吸附对象是分子，可 以是弱电解质（极性分子）、中性分子等。）
矿物浮选第3章浮选的基本原理教程
目 录
• 浮选概述与基本原理 • 矿物表面性质与可浮性 • 浮选药剂种类与作用机理 • 浮选工艺流程与操作参数优化 • 浮选实践案例分析 • 常见问题分析与解决策略
01 浮选概述与基本原理
浮选定义及目的
浮选定义
浮选是一种利用矿物表面物理化 学性质的差异，使矿物颗粒在气 泡或泡沫上选择性粘附，从而实 现矿物分离和富集的选矿方法。
表面电性
03
矿物表面常带有电荷，影响矿物颗粒之间的相互作用及与浮选
药剂的吸附。
矿物表面润湿性与可浮性关系
润湿性定义
指液体在固体表面铺展的能力，通常 用接触角来衡量。
润湿性与可浮性关系
润湿性好的矿物容易被水润湿，难以 被气泡吸附，因此可浮性差；反之， 润湿性差的矿物容易被气泡吸附，可 浮性好。
矿物表面电性与可浮性关系
03
药剂添加顺序和时间需严格控制，以确保最 佳浮选效果。
04
定期检查药剂质量和添加系统，确保药剂稳 定供应和准确添加。
04 浮选工艺流程与操作参数 优化
粗选、扫选、精选流程介绍
粗选
初步分离有用矿物和脉石矿物， 得到粗精矿和尾矿。粗选作业通 常采用较大的药剂用量和较粗的 磨矿细度。
扫选
对粗选尾矿进行再次分选，回收 其中的有用矿物，提高资源利用 率。扫选作业的药剂用量和磨矿 细度一般较粗选略低。
自动加药系统
根据矿石性质、给矿量等因素，自动调节药剂种类和用量 ，实现精准加药。
自动控制系统
通过检测矿浆浓度、流量、液位等参数，自动调节浮选机 充气量、搅拌速度等，实现浮选过程的自动控制。
在线检测与分析技术
应用X射线荧光光谱仪、在线粒度分析仪等在线检测与分 析技术，实时监测浮选过程中有用矿物的品位和回收率， 为操作参数调整提供依据。
浮选机工作原理
浮选机工作原理浮选机是一种常用的矿石选矿设备，用于对矿石中的实用矿物和非实用矿物进行分离。
它通过利用矿石中矿物与气泡的亲和性差异，将实用矿物与非实用矿物分离开来。
浮选机主要由槽体、搅拌装置、气泡发生装置、废渣排出装置等部份组成。
下面将详细介绍浮选机的工作原理。
1. 槽体：浮选机的槽体是一个容纳矿浆的大槽，通常呈长方形或者圆形。
槽体内部份为多个隔室，每一个隔室之间通过槽壁上的孔洞相互连接。
2. 搅拌装置：搅拌装置位于槽体底部，通过搅拌器将矿浆中的矿石和药剂充分混合，使其形成均匀的矿浆。
3. 气泡发生装置：气泡发生装置位于槽体底部，通过将空气或者其他气体注入槽体底部，产生大量微细气泡。
4. 废渣排出装置：废渣排出装置位于槽体底部，用于将非实用矿物的废渣排出。
浮选机的工作过程如下：1. 矿浆进料：将矿石经过破碎、磨矿等工艺处理后，形成矿浆，通过进料管道输入浮选机的槽体中。
2. 搅拌混合：搅拌装置将矿浆中的矿石和药剂进行充分混合，使其达到最佳的浮选条件。
3. 气泡注入：气泡发生装置将空气或者其他气体注入槽体底部，产生大量微细气泡。
这些气泡会附着在实用矿物表面，使其具有浮力。
4. 浮选分离：实用矿物与气泡结合后上浮到液面，形成浮泡。
而非实用矿物则沉入底部，形成废渣。
通过控制气泡的注入量和搅拌的强度，可以实现对实用矿物和非实用矿物的有效分离。
5. 废渣排出：废渣排出装置将废渣从槽体底部排出，以便进行后续处理或者废弃。
6. 实用矿物采集：浮泡中的实用矿物被采集起来，通常通过集中槽或者其他采集装置进行采集。
浮选机的工作原理基于矿物与气泡的亲和性差异。
实用矿物表面通常具有亲水性，而非实用矿物表面则具有疏水性。
当气泡被注入矿浆中时，它们会附着在实用矿物表面，形成浮泡，从而将实用矿物从矿浆中分离出来。
同时，搅拌装置的作用可以使矿浆中的矿石和药剂充分混合，提高浮选效果。
浮选机广泛应用于金属矿石、非金属矿石和希有金属等领域的选矿工艺中。
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浮选的基本原理（1）
——矿物表面润湿性与浮选
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1
1 润湿性理论
1.1润湿现象与润湿过程
润湿理论
浮选是利用各种矿物表面润湿性的差异来实现的； 润湿涉及三个相，而且其中两个相为流体； 矿物表面润湿性可以通过药剂作用来调节的。
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2
1 润湿性理论
1.1润湿现象与润湿过程
杨氏（Young）方程
上式中 SG ━ 固体 - 空气界面自由能; LG ━ 水 - 空气界面自由能; SL ━ 固体 - 水界面自由能。
接触角θ、润湿性cosθ、可浮性（1-cosθ）均可用于度量固体 颗粒表面的润湿性，且三者彼此之间是互相关连的。
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。
LG ━ 水 - 空气界面自由能;
SL ━ 固体 - 水界面自由能。
如果 SG + LG > SL ，则位能的降低是正值，沾湿将会发生。
.
5
1 润湿性理论
1.1润湿现象与润湿过程 b 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 （2）
若 SG > SL + LG，水将排开空气而铺展，为了达到很好的
润湿功亦可定义为：将固-液接触自交界处拉开所需做的最小 功。显然，W SL越大，即cosθ越大，则固-液界面结合越牢， 固体表面亲水性越强。浮选中常将cosθ称为“润湿性”。
.
11
1 润湿性理论
1.2固体颗粒表面润湿性的度量 润湿功与润湿性 浮选涉及的基本现象是,矿粒粘附在空气泡上并被携带上浮。矿 粒向气泡附着的过程是系统消失了固-水界面和水-气界面，新 生成了固-气界面，即为铺展润湿的逆过程。
图a表示可以被水完全润湿的固体，水滴可沿整个表面展开
，θ值近于零。
图b表示，当θ< 90°时，可被水润湿，属亲水性固体。
图c、d，当θ≥ 90°时，此固体表面不易被水润湿，属于疏
水性固体。
图e所示当θ=180°，说明此固体表面不被水润湿，是绝对疏
水的固体。
.
10
1 润湿性理论ห้องสมุดไป่ตู้
1.2固体颗粒表面润湿性的度量
.
7
1 润湿性理论
1.1 润湿现象与润湿过程
c 浸没
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
.
14
1 润湿性理论
1.3润湿性与可浮性 改变固体间表面润湿性差异的方法
添加特定浮选药剂的方法来扩大物料间润汲性的差别。
捕收剂：主要作用是使目的矿物表面疏水、增加可浮性，使其易于向气 泡附着。 起泡剂：主要作用是促使泡沫形成，增加分选界面，与捕收剂也有联合 作用。 调整剂：主要用于调整捕收剂的作用及介质条件，其中促进目的矿物与 捕收剂作用的为活化剂；抑制非目的矿物可浮性的为抑制剂； 调整介质pH的为pH调整剂。
.
3
1 润湿性理论
1.1润湿现象与润湿过程
三种基本的润湿现象
(a) 沾湿； (b) 铺. 展； (c) 浸湿
4
1 润湿性理论
1.1润湿现象与润湿过程 a 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 (1)
上式中 SG ━ 固体 - 空气界面自由能;
.
15
1 润湿性理论
1.3润湿性与可浮性
气泡矿化过程
泡沫浮选
△矿化 = SG - SL - LG ≤ 0 △矿化 = - LG（1-cosθ）≤0
气泡矿化的必要条件： (1-cosθ)>0
sinV()gr 2rLG R
沾附气泡的矿粒上浮的条件应 . 是其上浮力大于或等于下沉16力
润湿, 须使 LG和 SL降低，而不降低 SG。
.
6
1 润湿性理论
1.1润湿现象与润湿过程
c 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
（6-3）
因此，自发浸没的必要条件是 SG > SL，但这还不充 分。因为固体进入水中必需通过气-水界面，这样就 必须满足其他有关的条件。
所以浸没润湿与铺展润湿的条件相同。
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8
1 润湿性理论
1.2固体颗粒表面润湿性的度量
接触角可以标志固体表面的润湿性。如果固体表面形成 的θ角很小，则称其为亲水性表面；反之，当θ角较大，则称 其疏水性表面。θ角越大说明固体表面疏水性越强；θ角越小， 则固体表面亲水性越强。
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1 润湿性理论
1.2固体颗粒表面润湿性的度量
该过程体系对外所做的最大功为粘着功WSG，则 WSG = LG + SL - SG = - ∆G W SG = LG（1- cosθ） W SG表征着矿粒与气泡粘着的牢固程度。显然，W SG越大，即 （1-cosθ）越大，固体表面疏水性越强。
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1 润湿性理论
1.2固体颗粒表面润湿性的度量 粘着功与可浮性 W SG表征着矿粒与气泡粘着的牢固程度。显然，W SG越大， 即（1-cosθ）越大，则固-气界面结合越牢，固体表面疏水性越 强。因此，浮选中常将（1-cosθ）称为“可浮性”。
该过程体系对外所做的最大功为粘着功WSG，则
WSG = LG + SL - SG = - ∆G
W SG = LG（1- cosθ）
W SG表征着矿粒与气泡粘着的牢固程度。显然，W SG越大，即
（1-cosθ）越大，固体表面疏水性越强。
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1 润湿性理论
1.2固体颗粒表面润湿性的度量
浮选涉及的基本现象是,矿粒粘附在空气泡上并被携带上浮。矿 粒向气泡附着的过程是系统消失了固-水界面和水-气界面，新 生成了固-气界面，即为铺展润湿的逆过程。
•润湿功与润湿性 杨氏（Young）方程
SGSLLGcos
水在固体表面粘附润湿过程体系对外所能做的大功，称为润湿功W SL，亦称 为粘附功 。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= LG(1+ cosθ) 如果 SG + LG > SL ，则位能的降低是正值，沾湿将会发生。