第六章 表面物理化学分选要点
武汉工程大学2024年硕士研究生招生考试 复试《资源循环科学与工程综合》考试大纲
武汉工程大学2024年硕士研究生复试
《资源循环科学与工程综合》考试大纲
考试时间：2小时
分数：100分
教材：资源加工学，王淀佐，邱冠周，胡岳华，科学出版社。
一、考试内容
1.绪论
①资源加工学的学科体系
②资源加工在国民经济建设中的地位和作用
2.物料的基本物理化学特性
①物料的鉴别
②物料的物理性质
③表面化学性质
3.粉碎与分级
①粉碎
②分级
4.颗粒在流体中的运动
①流体的基本性质
②颗粒在流体中的沉降
③流体中颗粒的相互作用
④气泡在流体中的运动
⑤流体中气泡与颗粒的碰撞
5.物理分选
①重力分选
②磁场分选
③电场分选
④复合物理场分选
6.表面物理化学分选
①概述
②颗粒表面润湿性与浮选
③双电层
④聚集与分散
⑤泡沫
7.矿物加工药剂
①低相对分子质量有机药剂
②大分子药剂
③无机盐类药剂
8.化学方法
①化学分选概述
②化学浸出
③化学沉淀
④溶剂萃取
⑤离子交换法
⑥膜分离过程
二、基本要求
1. 掌握物料的基本物理化学特性，熟悉常用粉碎及分级方法，掌握颗粒在流体中的运动规律。
2. 掌握几种常见的资源加工方法及其原理。
物理化学第六章知识总结
1、单组份系统 C=1 P=1 g l F=2(T,P) s l-g l-s F=1(T 或 P) s-g P=3 g-l-s （0.0098℃ ，610.5Pa）
P=>
P=2
F=0
2、双组份系统（C=2） 组分数增多，自由度数增多 F 随 C 增大，随 P 减小，F=C-P+2 三、吉布斯相律 相律的形式 F=C-P+N N:包含所有处界影响因素（含温度、压力）的数目，则相律的形式应为 F=C-P+N （电场、磁场、重力场等） N=2 时，表示系统整体的温度，压力皆相同，即有 F=C-P+2。 对于只由液相和固相形成的凝聚系统来说， 压力对平衡影响小， 所以不考虑， 故常压下， 凝聚系统相律的形成为 F=C-P+1（N=1） 第二节、杠杆规律
m α w b −w b
β
= mβ w
α b −w b
（m总 = mα + mβ ）
如下图：
第三节、单组份系统相图 相图：以 T,P,x 为坐标作图，成为相图能直观地表达系统的状态随温度、压力、组成等强度 性质变化的图形。 相图的绘制：由实验数据具体描绘 1、 以水系统为例，应用相律非分析相图的基本构成 G P=1 l S g-l g-s l-s g-l-s F=0 Fmax=2 三个区域
如上图所示：点 a、b 称为相点，连线 ab 为结线，M 为系统点。 Xm -----系统总组成 Xb -----液相组成 Yb -----气象组成
Xb>Xm>yB
(B 是难挥发物质)
Xg<xm<xl（此时，液相中含量大于气相中含量） 有杠杆规则，
n g x B −x m n l x m −y B
=
表面物理化学总结
第一章1.将分散相粒子的粒径在1~100 nm之间的系统称为胶体。
（1）分散相粒子的半径在1~100nm之间的系统，（2）胶体一般目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。
（3）不少教材认为胶体的范围是1~1000nm 之间。
总之，胶体不是胶，是一个混合物，胶体这个名称是被沿用下来的。
胶体是一个具有巨大相界面的分散体系2.影响胶体性质的重要因素:(1)质点大小（2）质点形状和柔顺性（3）表面性质（包括电学性质）（4）质点－质点之间的相互作用（5）质点－溶剂之间的相互作用。
3.胶体体系分类:（1）溶胶（胶体分散体系）表面自由能很高，在热力学上是不稳定的，也是不可逆的，其组成相一旦发生分离，就不易再恢复原状。
（2）高分子溶液（高分子物质的真溶液－天然的或合成的）在热力学上是稳定的和可逆的，溶质从溶剂中分离后容易恢复原状。
（3）缔合胶体有时称为胶体电解质，在热力学上是稳定的4.分散体系：一种或多种物质以一定的分散度分散在另一种物质中所形成的体系。
分散相(disperse phase):被分散的物质，以颗粒分散状态存在的不连续相,相当于溶液中的溶质;分散介质（disperse medium）:有分散相在其中的均匀介质，或称连续相，相当于溶液中的溶剂。
当体系中的质点足够大（1nm~100nm），它与分散介质之间有明确的界面存在时，称为胶体分散体系5,分散体系通常有三种分类方法：按分散相粒子的大小分类：分子分散体系胶体分散体系粗分散体系按分散相和介质的聚集状态分类：液溶胶固溶胶气溶胶按胶体溶液的稳定性分类：憎液溶胶亲液溶胶液溶胶（sol）：分散介质为液体，如介质为水则称为水溶胶固溶胶（solid sol）：分散介质为固体气溶胶（aerosol）：分散介质为气体憎液溶胶: 半径在1 nm~100 nm之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳定体系。
一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。
资源加工学习题及答案教学提纲
资源加⼯学习题及答案教学提纲资源加⼯学习题及答案第1章资源加⼯学概述习题1．简述从选矿学、矿物加⼯学到资源加⼯学三者之间的发展关系。
2．资源加⼯学学科包括那些领域？它的学科基础及与相邻学科的关系如何？3．资源加⼯学的研究对象及研究⽅向有那些？4．资源加⼯学在国民经济建设中的地位和作⽤如何？第2章物料的基本物理化学特性习题1．什么是矿⽯、矿物、岩⽯？三者关系如何？2．⼆次资源包含哪些物料？3．⼯艺矿物学研究的内容是什么？4．物料的⼏何特性包括那三项？5．物质的磁性可以分为那⼏类，其磁性强弱如何？6．简述铁磁质物质的磁化过程。
7．简述矿物磁性的分类，及其分选特点。
8．矿物的电性质有那些？9．简述矿物的价键类型及解理⾯规律。
10．简述⾮极性矿物与极性矿物的矿物内部结构与价键特性、11．矿物表⾯⾃由能的数值取决于晶体断裂⾯的⼏何形状及表⾯原⼦所处的位置在矿物颗粒表⾯不同的位置：晶⾯上，棱⾯上和尖⾓上的表⾯张⼒的关系如何？12．硫化矿物表⾯氧化的⼏种形式及规律是什么？13．矿物表⾯电荷是由哪⼏种因素引起的？14．离⼦型矿物表⾯阴阳离⼦的溶解规律是什么？15．简述⽯英在⽔中的荷电过程及其机理。
16．什么是接触⾓、三相润湿周边？17．如何通过接触⾓鉴别颗粒表⾯的润湿性？18．简述润湿⽅程及其物理意义。
19．接触⾓的测量⽅法有那些？躺滴法测润湿⾓应注意什么？第3章粉碎与分级习题1．粉碎作⽤在⼯业中的主要作⽤是什么？什么是粉碎⽐？部分粉碎⽐和总粉碎2．粉碎为什么要分段进⾏？其各段的产品特性如何？3．什么是选择性粉碎？它与产品的粒度有何关系？它在矿物加⼯过程中有什么意义？ 4．什么是可碎系数？如何⽤可碎系数判断颗粒的可碎性？5．物料机械粉碎过程中粉碎机械对物料施⼒的⽅式有那些？6．简述三种粉碎模型的特征7．简述三个粉碎功能理论的基本内容。
8．什么是功指数？9．什么是助磨剂？对助磨剂有什么要求？简述助磨剂的助磨机理。
表面物理化学简答和论述
表面物理化学简答和论述1.什么是表面自憎现象？某种低能液体在高能表面铺展形成单分子铺展层后，多余低能液体在固体表面不能铺展而形成液滴的现象叫做表面自憎现象。
2．什么是毛细凝结？在亲液毛细体系中，液体在毛细管中能构成凹陷液面，毛细体系中液体的饱和状态蒸汽压离大于正常饱和状态蒸汽压，并使饱和状态蒸汽压在该体系中不易凝固的现象。
3．表面现象有着广泛的应用溶解:例如用活性炭硅醚有机物；用硅胶或活性氧化铝硅醚水蒸汽；用分子筛拆分氮气和氧气；泡沫离子交换等。
催化作用:在多相催化中使用固体催化剂以加速反应。
如石油工业的催化裂化和催化加氢、胶束催化等。
表面膜:例如微电子集成电路块中存有关键应用领域的lb膜；在生物学和医学研究中存有关键意义的bl膜和人工膜；能够减缓湖泊水库水分冷却的天然糖蛋白膜等。
新相生成：晶核生成或晶体生长是典型的新相生成，过冷、过热、过饱和等亚稳现象产生的主要原因也是由于新相生成。
泡沫乳状液：如油品乳化、破乳；泡沫灭火等。
润润现象：喷药农药、感光乳液酿制、电镀工件的润湿及利用润湿促进作用展开离子交换等。
冲洗工业。
4.影响表面张力的因素分子间相互作用力的影响：对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间构成化学键能够的大小，通常化学键越弱，表面张力越大。
两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。
(金属键)>(离子键)>(极性共价键)>(非极性共价键)温度的影响：温度增高，表面张力上升。
压力的影响：表面张力一般随压力的增加而下降。
因为压力增加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。
另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降5.接触角的测定角度测量法:一类应用领域最甚广、较便利直观、最轻易的方法；长度测量法――垂片法；借由测量法：主要用作液态粉末接触角测量影响接触角测量的因素除平衡时间和温度外，影响接触角稳定的因素还有接触角滞后和吸附作用。
《表面物理化学》PPT课件
面心立方结构的表面能
{100}面： {110}面： {111}面：
100
1 2
2 a2
4
4 a2
110
5 2 a2
111 2
3 a2
{100}
{110}
{111}
Figure 2.3. Schematic representing low index faces of a facecentered cubic (fcc) crystal structure: (A) {100}, (B) {110}, and (C) {111}.
10
固体表面的分类
固体的表面能
固体的表面能
表面原子的键合模型
固体表面原子处于与本体原子不一样的键合环境： 周围缺少相邻的原子，具有不饱和的悬空键； 处于更高的能量状态（表面能）。
固体的表面能
• 固体表面上的原子与晶体内部相比，处于一个较高的能 量状态，所以表面积增加，体系的自由能就增加。
• 表面能的定义： 每增加单位表面积时，体系自由能的 增量。
d G Sd V T dd p A idi nG=G(T, p, ni, A)
i
因此，表面自由能：
G
A ni,T ,P
G---系统的自由能；
S---熵；
T--
V---体积； p---压力； ---表面张力； A---
μi---组分i 的化学势； ni --- 组分i 的化学成分。
G
A ni,T ,P
•表面能也称为表面自由能或表面张力； •表面张力通常只针对液体。
表面自由能的热力学推导
对于一个多组分的材料系统，吉布斯自由能的改变:
dG SdV Td p idin G=G(T, p, ni)
矿物加工工程专业(含微生物湿法冶金方向)综合考试复习提纲
矿物加工工程专业（含微生物湿法冶金方向）综合考试复习提纲主要参考书：1.《资源加工学》，王淀佐、邱冠周和胡岳华主编，科学出版社，20052.《矿物资源加工技术与设备》，胡岳华主编，科学出版社，20063.《微生物湿法冶金》，杨显万编著，冶金工业出版社，20034.《微生物学》，沈萍编著，高等教育出版社，2000需掌握以下关键内容：1.矿物资源加工基本过程与基本概念：矿物、岩石与矿石的区别；矿物资源加工常用的述语、工艺指标及计算2.物料的基本物理化学特性：决定物料加工工艺的基本参数；表面电性及表面润湿性3.粉碎技术与设备：粉碎方法及工艺流程、特征；功指数；分级效果的评价；常用的破碎、磨矿及分级设备4.物理分选：重选基本原理、工艺与常用设备类型；磁选基本原理、工艺与常用设备类型；电选基本概念；有色金属矿重选分离实践5.表面物理化学分选：颗粒表面润湿性与浮选行为；双电层结构与电位；矿物溶解离子浓度与可浮性；扩展的DLVO理论；泡沫的形成与稳定；常用浮选药剂的种类与用途；浮选工艺流程选择的原则及工艺影响因素；浮选新工艺及选择原则；浮选机性能的基本要求及浮选机的发展；复杂多金属硫化矿和氧化矿浮选分离实践6.化学分选：化学分选过程与设备；选择性沉淀、溶剂萃取及膜分离的基本理论；难处理金矿的预处理和强化浸出及废水处理；难选氧化铜矿浸出－萃取－电积工艺7.矿物微生物浸出：浸矿微生物；微生物浸出的基本原理；微生物浸出影响因素和浸出动力学；低品位硫化铜矿石的微生物浸出－萃取－电积工艺；难处理金矿的微生物预处理－氰化炭浆提金工艺8.固液分离：非均相混合物中颗粒的实际沉降过程；固液分离工艺与影响因素；高效浓缩机、陶瓷过滤机、圆筒干燥机；尾矿水的循环使用。
第六章,表面化学《物理化学》汇总
g
g
向与液面平行；
g
g
g
g
对于弯曲液面来说，表面张力的方向总是在弯曲液面的切面上。
比表面吉布斯函数和表面张力的区别：
g (GA)T,p,n
g= F / 2l
比表面吉布斯函数和表面张力是同一现象不同角 度观察的结果，因此表面张力与比表面吉布斯函数数 值相等,量纲相同，但它们的物理意义是不同的,单位不 同。
同样可得，液体(1)可以在 完全不互溶的液体(2)上铺展的条件为
φ = g2-g-g1-2-g1-g≥0
2) 润湿
液体能否润湿固体可以用接触角θ 来表示，接触角θ是固液界面张力与气－液界面张力的夹角，若θ>900则表示液体不 能润湿固体，若θ< 900 则表示液体能润湿固体。接触角θ的是 由三个界面张力的相对大小决定的，O点是这三个界面张力的
60
66.18 19.01 21.9 18.6 23.81 23.7
80
62.61 16.2 21.53 21.3
100
58.85 15.7 19.39
在测定表面张力时,控制好温度条件
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3. 压力及其它因素对表面张力的的影响：
压力增加，使气相密度增加，减小表面分子受力不对称程度；也使 气体分子更多溶于液体，改变液相成分，这些因素都使表面张力下降。
1.与物质的本性有关：不同的物质，分子间的作用力
不同，对界面上分子的影响也不同。分子间相互作用力越大 ，γ越 大。 一般对于气液界面有：γ(金属键)> γ(离子键)> γ( 极性键)> γ(非极性键)
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表10.1.1 某些液态物质的表面张力
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第六章表面物理化学分选
教学大纲要求
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：
1.颗粒表面润湿性与浮选
2.双电层
3.矿物溶解对浮选过程的影响
4.硫化物固体颗粒表面的氧化还原反应与浮选
5.聚集与分散
6.泡沫
教学时间
14学时。
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。
教学难点
矿物表面电性质与浮选行为的关系；颗粒间的相互作用与浮选行为；硫化矿物浮选电化学与硫化
矿物浮选分离行为。
教学方法
课堂教学为主，并通过专题试验与现场实践教学对本节重点内容加深教学效果。
教学要求
重点掌握颗粒表面性质，颗粒表面吸附与其可浮性的关系；颗粒表面可浮选性的形成原理；正确
理解浮选、表面润湿性、浮选速率等基本概念。
讨论
如何利用颗粒表面性质，以及通过调整溶液－颗粒界面性质，实现不同性质物料的分选。
教学参考书
1.王淀佐等，矿物加工学，徐州：中国矿业大学出版社，2003.
2.顾惕人等，表面化学，北京：科学出版社，2001.
3.胡为柏，浮选，北京：冶金工业出版社，1986.
4.《选矿手册》编辑委员会，选矿手册，第三卷，第二分册，北京：冶金工业出版社，1993.
5.王淀佐，胡岳华，浮选溶液化学，长沙：湖南科学技术出版社，1988.
6.李世丰，张永光，表面化学，长沙：中南工业大学出版社，1991.
7.龚竹青，理论电化学导论，长沙：中南工业大学出版社，1988.
8.冯其明，陈荩，硫化矿物浮选电化学，长沙：中南工业大学出版社，1992.
9.郭鹤桐，刘淑兰，理论电化学，北京：宇航出版社，1984.
6.1 概述
叙述浮选与表面物理化学分选的概念、应用和意义，0.5学时。
6.2 颗粒表面润湿性与浮选
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。
包括：润湿过程；固体颗粒表面润湿性的度量；矿物表面水化作用与润湿性；润湿与浮选。
教学时间
3学时。
本节重点
润湿性、润湿性的表征、润湿与浮选的关系。
本节难点
矿物表面电性质与浮选行为的关系；颗粒间的相互作用与浮选行为；硫化矿物浮选电化学与硫化矿
物浮选分离行为。
教学方法
课堂教学为主，并通过专题试验对教学重点内容加深教学效果。
教学要求
重点掌握颗粒表面性质，颗粒表面吸附与其可浮性的关系；颗粒表面可浮选性的形成原理；正确
理解浮选、表面润湿性、浮选速率等基本概念。
6.3 双电层
教学内容
主要内容包括：双电层结构及电位；动电现象；颗粒表面电性与浮选药剂吸附；半胶束吸附与
选的关系。
教学时间
3学时。
本节重点
双电层结构，表面电位、动电位、零电点、等电点之间的关系，表面电性与浮选药剂的吸附、半
胶束吸附及浮选意义。
双电层结构：斯特恩（Stern）双电层模型；
表面电位：荷电的矿物表面与溶液之间的电位差；
动电位；
零电点：当ψ0 为零时，溶液中定位离子活度的负对数值，用符号PZC表示；
等电点：当没有特性吸附，ζ电位等于零时，溶液中定位离子活度的负对数值；
几种电位之间的关系，表面电性与浮选药剂的吸附、半胶束吸附及浮选意义；
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。
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
离子捕收剂能吸附并导致浮选。
本节难点
表面电位与溶液性质的关系；矿物表面电性与浮选药剂吸附及浮选行为的关系。
教学方法
课堂教学为主，专题试验测量矿物表面的电位大小及极性，选择浮选捕收剂，考察矿物浮选行
为。
教学要求
掌握双电层结构及电位，矿物表面电性与浮选药剂吸附及浮选行为的关系，正确理解矿物表面电
位的概念及在浮选中的作用。
6.4 矿物溶解对浮选过程的影响
教学内容
本节主要内容包括：矿浆pH值及其缓冲性质；矿物溶解度大小与可浮性；矿物溶解离子的活化作
用；矿物溶解离子对捕收剂作用的影响。
教学时间
1学时。
本节重点
矿物表面溶解行为与矿物浮选的关系、矿物表面溶解离子对浮选捕收剂作用的影响。
本节难点
矿物溶解行为对矿物浮选分离的利与蔽，对浮选过程控制影响。
教学方法
课堂教学为主，结合浮选实例认识矿物溶解行为与矿物表面性质的关系。
教学要求
掌握矿物表面溶解行为与矿物浮选行为的关系。
讨论
矿物溶解离子通过何种方式影响捕收剂与矿物表面的作用。
6.5 硫化物固体颗粒表面的氧化还原反应与浮选
教学内容
本节主要内容包括：硫化物固体颗粒表面氧化行为及影响因素；疏基浮选捕收剂在硫化矿物上的
电化学反应。
教学时间
3.5学时。
本节重点
硫化矿物表面氧化与表面润湿性、可浮性的关系，硫化矿物浮选捕收剂在矿物表面的吸附机理：
化学反应假说、溶度积判据、硫化矿物浮选电化学。
本节难点
硫化物表面氧化程度与浮选的关系，硫化矿物浮选电化学行为，表面疏水产物与浮选行为；
巯基浮选捕收剂与矿物作用的“化学反应假说”以及氧的作用；
静电位对巯基捕收剂电化学反应的影响；
悬浮液电位与硫化物矿物浮选。
教学方法
课堂教学为主，硫化矿物浮选分离专题试验，现场教学实习。
教学要求
掌握硫化矿物表面氧化行为与浮选的关系；捕收剂与硫化物表面反应的电化学条件，浮选与抑制
行为。
6.6 聚集与分散
教学内容
本节主要内容包括：固体颗粒悬浮体的聚集与分散行为；微粒间相互作用的DLVO理论以及扩展的
DLVO理论。
教学时间
2学时。
本节重点
选择性絮凝、颗粒间相互作用力、同相凝聚与异相凝聚，扩展的DLVO理论：
本节难点
固体颗粒悬浮体的聚集与分散行为对矿物浮选行为的影响。
教学方法
课堂教学为主，辅助专题教学实验。
教学要求
掌握固体颗粒悬浮体的聚集与分散对浮选行为的影响，选择性絮凝在浮选中的应用，正确理解颗
粒间的相互作用力。
6.7 泡沫
教学内容
泡沫的形成与稳定；泡沫的应用；泡沫的消除。
教学时间
1学时。
本节重点
浮选泡沫形成及影响泡沫稳定性的因素。
本节难点
泡沫在浮选中的作用。
教学方法
课堂教学。
教学要求
掌握泡沫在浮选过程中的形成、影响因素及作用。