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矿物吸附浮选原理

发布时间:2017-12-18    文章来源:山东浮选机厂家    作者:lynn

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浮选是复杂的物理化学过程,由于矿物表面性质不均匀,所采用药剂各种各样,水的成分也不相同,因此矿浆中溶解的成分性质比较复杂,不同种类药剂和成分可以吸附到不同的相界面上,因而所发生的吸附类型是多种多样的。表4-6-5列出了药剂在颗粒表面的吸附类型。

①物理吸附一--凡是由范德华力(分子键力)引起的吸附都可称物理吸附。其特征是热效应小〔一般仅20 kJ/mol左右〕无选择性、吸附快、具有可逆性、易解吸、吸附的分子可在矿物表面形成多层等。

②化学吸附一一凡是由化学键力引起的吸附称化学吸附。该吸附质可在矿物表面之间发生电子转移,并在矿物表面形成难溶性化合物,但不能生成新相。其特征是热效应大〔通常在84~ 840 kJ/mol之间〕吸附牢固、不易解吸、吸附不可逆、通常只有单层吸附、吸附具有很强的选择性、吸附慢。

①分子吸附一一溶液中被溶解的溶质以分子形式吸附到固一液、气一液等相界面上。如起泡剂醇类分子在气一液相界面的吸附;中性的烃类油分子 在非极性矿物表面的吸附,等等。分子吸附属物理吸附,其特征是吸附的结果不改变矿物表面的电性。

②离子吸附一--溶液中以离子形态存在的溶质离子(如捕收剂和活化剂离子)在矿物表面的吸附称离子吸附。浮选药剂在矿浆中多呈离子状态,故研究离子吸附更为重要。离子吸附后常在矿物表面生成不溶性盐类,可改变矿物表面电性,包括电荷数量和符号。故离子吸附多属化学吸附。

①交换吸附一一指溶液中某种离子与矿物表面上另一种相同电荷符号的离子发生等当量交换而吸附在矿物表面。参与交换的离子可以是阳离子, 也可以是阴离子,吸附可发生在双电层内层或外层。交换吸附在浮选中是常见的。如硫化矿物浮选常使用金属离子作为活化剂,例如Cu2+、Ag+与闪锌矿表面晶格中交换吸附的结果,使闪锌矿可浮性提高。

反应的平衡常数很大,表明Cu2+、Ag+从闪锌矿表面交换Zn2+的速度是很快的。又如,方铅矿表面在轻度氧化过程中表面的S2-会被OH一、 SO42- 、CO32- 等交换。矿物表面对离子的吸附量与溶液中该离子的浓度成正比。如以c代表某种离子在溶液中的浓度,代表该离子在矿物表面的吸附量测有的关系。对交换吸附,如以M1代表矿物表面的离子,M2代表溶液中的某种离子,矿物晶格以X表示,则交换吸附可用下式表示:

式(4-6-4〕为交换吸附的最基本方程,在该方程的基础上可以导出一些其他形式的吸附方程。

②竞争吸附一--当矿浆溶液中存在多种离子时,它们在矿物表面的吸附决定于表面的活性及其在溶液中的浓度,即决定于相互竞争。

物理吸附的捕收剂离子在双电层中起配衡作用,其吸附密度取决于与溶液中任何其他配衡离子的竞争。例如胺类捕收剂浮选石英,当捕收剂浓度低时,Ba2+和Na+在石英表面与捕收剂竞争而抑制浮选。又如用阳离子捕收剂浮选针铁矿时,当pH>12浮选终止,是由于阳离子捕收剂水解成胺分子使RNH3+浓度降低,同时Na+(或K+〕浓度迅速提高,结果与捕收剂阳离子产生竞争作用的结果。

高价阳离子也可以在氧化矿物和硅酸盐矿物的表面发生特性吸附。这些高价阳离子有Fe2:、Ca2:、Mg2:、Pb2+ 、Ni2+和Cu2:等,它们在一定的pH值 范围内,可在水溶液中形成羟基络合物,如FeOH+、C a O H +、Mg O H + 、N iO H +、C u O H + ,等等。这些络合物可被吸附到负电性矿物的紧密层中,使矿物表面的负电荷逐步被中和。如吸附的阳离子超过矿物表面上的负电荷,会导致矿物的电动电位改变符号。

①双电层内层吸附(又称定位离子吸附〕一一矿物表面吸附溶液中的晶格离子、晶格类质同象离子和其他双电层定位离子(例如H+和OH-〕吸附到双电层内层,吸附结果使矿物表面电位改变数值或符号,这种吸附称定位离子吸附。例如离子型矿物吸附溶液中的组成矿物晶格离子;氧化矿物或硅 酸盐矿物吸附H+和OH-离子,等等。这类吸附具有很高的选择性,离子和矿物表面作用强度大,但需要的活化能不大,且作用速度快,可把矿物周围、 甚至水化层中的水分子排挤掉。发生这类吸附时,离子与矿物之间的作用力必须与晶格质点之间的相互作用力相同,否则吸附不能进行。

②双电层外层吸附一一双电层外层吸附是溶液中溶质分子或电荷符号与矿物表面相反的离子在双电层外层上的吸附。根据双电层外层的结构又可以分为紧密层吸附和扩散层吸附。紧密层吸附的作用力除静电力外,还有范德华力和化学键力;而扩散层的吸附则完全由静电力引起。外层吸附往往缺乏选择性、吸附是可逆的。凡与表面电荷相反的离子都可产生这样的吸附,因此在矿浆中原吸附的配衡离子可被其他配衡离子交换。

外层吸附不能改变矿物的表面电位,但可以改变电动电位。在紧密层的吸附,因同时存在静电力、化学键力、范德华力等,当吸附强烈时,不仅改变电动电位的大小,还可改变电动电位的符号。此时紧密层上所吸附的反号离子电荷密度必须大于固体表面的电荷密度,否则,不能改变电动电位的符号。 扩散层的吸附,只有静电力,因此,只能改变电动电位的大小,这种吸附常称静电吸附。惰性电解质,如等在双电层外层的吸附,只改 变电动电位的大小。表面活性物质及含表面活性离子的电解质,则既可在扩 散层吸附,又可在紧密层吸附。讨论药剂在双电层中的吸附时,常将静电吸附以外的吸附统称为特性吸附。

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