中南大学矿物浮选期末试卷试卷及答案

《矿物浮选》考试试题及答案
1、请用热力学第二定律分析一个矿物表面疏水并与水溶液中的气泡相互作用的过程，并分析其上浮的可能性粘附的过程。

（1）矿粒向气泡附着的过程是系统消失了固-水界面与水-气界面，新生成固-气界面的过程，即铺展润湿的逆过程，该过程体系对外所做的最大的功为黏着功W SG，则：
W SG=r LG+r SL-r SG=-G
（r LG水-气界面自由能，r SL固水界面自由能，r SG固气界面自由能）
杨式方程代入得W SG=r LG（1-cosθ）（为接触角）
（1-cosθ）越大，则固-气界面结合越牢，固体表面疏水性越强，可浮性越强。

（2）气泡的矿化条件为：
r矿化=r SL-r SL-r LG≤0
将杨氏方程代入得：r矿化=-r LG（1-cosθ）≤0
得出，只有>0时，才有（1-cosθ）>0，才能使气泡矿化作用使矿粒上浮。

2、已知锡石的pHpzc=6.6，计算pH=4和pH=8时锡石表面电位大小，并说明表面电性质。

当石英与锡石浮选分离时，矿浆的pH值应该确定为多少最好，并选择什么样的捕收剂。

（已知石英的PZC=1.8）。

解：（1）当pH=4时，Ψ0=0.059（pH PZC-pH）=0.059（6.6-4）=0.1534(V)=153.4mV 当pH=8时，Ψ0=0.059（pH PZC-pH）=0.059（6.6-8）=-0.0826(V)=-82.6mV
计算结果表明，在定位离子是H+和OH-的情况下：
当pH（8）>PZC时，Ψ0 <0时，矿物表面荷负电，应采用阳离子捕收剂；
当pH（4）<PZC时，Ψ0 >0时，矿物表面荷正电，应采用阴离子捕收剂。

（2）当1.8<pH<4时，石英表面荷负电，锡石表面荷正电，如果要浮选锡石，应采用阴离子捕收剂，此时石英将不被捕收，因此应该选择1.8<pH<4条件下，使用阴离子捕收剂。

3、请写出丁基铵黑药的分子结构，请解释它与方铅矿表面作用并导致矿物表面疏水的电化学机理。

（1）丁基铵黑药的分子结构式是：
（2）与方铅矿作用机理：一般认为丁基铵黑药与方铅矿作用后，主要形成硫单质及捕收剂金属盐吸附在矿物表面，大大改善了方铅矿的疏水性，从而达到浮选的目的。

4、有一矿石，其中主要矿物是黄铜矿、方铅矿、黄铁矿、石英和方解石等，请给出对这个矿石进行浮选分离的原则流程和产品方案，并简述所使用浮选流程和浮选药剂。

有回收价值的是黄铜矿、方铅矿和黄铁矿，因此浮选产品为铜精矿、铅精矿和硫精矿。

根据矿物的浮选特性，可以采用铜铅混浮—铜铅分离—再浮硫的流程。

①铜铅混浮时，采用石灰抑制黄铁矿，乙硫氮作为捕收剂，起泡剂为2号油；
②铜铅分离时，采用重铬酸钾作为方铅矿的抑制剂，石灰作为黄铁矿的抑制剂，Z-200
作为捕收剂，分别得到铜精矿和铅精矿；
③浮选黄铁矿时，采用硫酸作为活化剂，丁黄药作捕收剂浮选。

流程图如下。

5、请叙述泡沫形成过程与结构，分析泡沫的稳定机理，并列举说明在工业（矿物浮选或化工）中如何利用泡沫的性质进行应用。

答：一、泡沫的形成过程：
① 机械搅拌使空气流分割成气泡；② 空气流通过多孔介质形成气泡；③ 从矿浆中析出气泡；④ 采用电解水产生大量微泡。

二、泡沫的结构：
气体分散在液体中的分散体系，气体是分散相，液体是分散介质。

三、 泡沫的稳定机理：
溶液中的表面活性剂分子在液膜上下两侧的气—液界面作定向的排列，伸向气相的碳氢链段之间的相互吸引，使表面活性剂分子形成相当坚固的膜，使得表面张力减弱，保持气泡稳定。

四、泡沫性质的应用：
可应用于泡膜分离，泡膜分离是指溶液本身为表面活性物质的提纯和分离。

不同物质有不同的表面吸附能力，应用此方法可以分离出不同碳氢链长的表面活性剂混合物。

链较长的表面吸附能力强，首先出现于泡沫中；以后随链长减少而依次出现。

称之为泡膜分离。

6、请简述Stern 双电层模型的基本内容，并说明在浮选中的应用。

（1）Stern 双电层模型图 原 矿
铜精矿 尾矿 磨矿
铜铅混浮
精 Ⅱ 2min 石灰
2min 乙硫氮
1min 松醇油
4min
2min 丁黄药 3min 3min 3min
3min 4min 石灰 2min 石灰 4min 重铬酸钾
2min Z -200 铜铅分离 铅精矿 中矿1 扫选 4min 硫酸 1min 松醇油 中矿2 硫精矿
图1 矿物表面双电层示意图
A—内层（定位离子层）；B—紧密层(Stern层)；C—滑移面；D—扩散层（Guoy层）；
ψ0—表面总电位；ψδ—斯特恩层的电位；ζ—动电位；δ—紧密层的厚度
（2）Stern双电层基本内容
在两相间可以自由转移，并决定矿物表面电荷（或电位）的离子称“定位离子”。

定位离子所在的矿物表面荷电层称“定位离子层”或“双电层内层”。

如图中的A-A层。

溶液中起电平衡作用的反号离子称：“配衡离子”或“反离子”。

配衡离子存在的液层称“配衡离子层”或“反离子层”、“双电层外层”。

在通常的电解质浓度下，配衡离子受定位离子的静电引力作用，在固-液界面上吸附较多而形成单层排列。

随着离开表面的距离增加，配衡离子浓度将逐渐降低，直至为零。

因此，配衡离子层又可用一假设的分界面将其分成“紧密层”（或称“斯特恩层”），如图中的B-B层；以及“扩散层”，如图中的D层。

该分界面称为“紧密面”。

紧密面离矿物表面的距离等于水化配衡离子的有效半径（δ）。

（3）Stern双电层在浮选中的应用
PZC和IEP是矿物表面电性质的重要特征参数，当用某些以静电力吸附作用为主的阴离子或阳离子捕收剂浮选矿物时，PZC和IEP可作为吸附及浮选与否的判据。

当pH>PZC时，矿物表面带负电，阳离子捕收剂能吸附并导致浮选, pH<PZC时,矿物表面带正电,阴离子捕收剂可以靠静电力在双电层中吸附并导致浮选。