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文檔簡介
1、浮選及其理論浮選及其理論緒論緒論浮選課程浮選課程提綱提綱1、浮選的歷史、浮選的歷史2、浮選研究的新進展、浮選研究的新進展1、浮選的歷史、浮選的歷史1.1 浮選的基本過程浮選的基本過程 我國的有色金屬礦我國的有色金屬礦90%以上是以硫化礦和氧化礦以上是以硫化礦和氧化礦的形式存在的形式存在,目前目前,80%左右的礦山都是采用浮選方左右的礦山都是采用浮選方法加工礦物。法加工礦物。 浮選是在固、液浮選是在固、液/氣三相界面分離礦物的科學技術(shù),氣三相界面分離礦物的科學技術(shù),要使比水重得多的目的礦物顆粒成為泡沫要使比水重得多的目的礦物顆粒成為泡沫,浮在水面浮在水面以達到分離,需要使用各種浮選藥劑和控制好浮
2、選以達到分離,需要使用各種浮選藥劑和控制好浮選工藝參數(shù)。傳統(tǒng)浮選化學工藝控制參數(shù)工藝參數(shù)。傳統(tǒng)浮選化學工藝控制參數(shù): 藥劑藥劑(種類、種類、濃度)和礦漿濃度)和礦漿pH值。值。1.1 浮選的基本過程浮選的基本過程l浮選是把某種礦石中一些特定組分在充氣礦漿浮選是把某種礦石中一些特定組分在充氣礦漿的泡沫上富集,從而與其它一些脈石組分分離的泡沫上富集,從而與其它一些脈石組分分離的一種選擇性過程。的一種選擇性過程。l這種過程基于經(jīng)過處理的礦物表面的疏水性,這種過程基于經(jīng)過處理的礦物表面的疏水性,與氣泡有特定親和力的礦物顆粒吸附到泡沫表與氣泡有特定親和力的礦物顆粒吸附到泡沫表面,與親水性顆粒分離。面,與
3、親水性顆粒分離。l在準備過程中,要把共生的有用礦物和無用的在準備過程中,要把共生的有用礦物和無用的脈石礦物通過磨礦達到單體解離。脈石礦物通過磨礦達到單體解離。 1.2 浮選的發(fā)展浮選的發(fā)展l東漢東漢神農(nóng)本草經(jīng)神農(nóng)本草經(jīng)記載記載46種礦質(zhì)藥材;種礦質(zhì)藥材;l凈化加工礦質(zhì)中藥材(雄黃、雌黃、滑石、朱砂凈化加工礦質(zhì)中藥材(雄黃、雌黃、滑石、朱砂等)時,常在淘洗過程配以各種藥用植物共同浸等)時,常在淘洗過程配以各種藥用植物共同浸煮,除了發(fā)揮這些植物本身的藥物作用之外,它煮,除了發(fā)揮這些植物本身的藥物作用之外,它們所含有的有機酸、醇、酮及各類烴油質(zhì),也會們所含有的有機酸、醇、酮及各類烴油質(zhì),也會發(fā)生類似
4、浮選分離中表面活性劑的作用。發(fā)生類似浮選分離中表面活性劑的作用。 1.2 浮選的發(fā)展浮選的發(fā)展l明李時珍明李時珍本草綱目本草綱目等古典醫(yī)藥著作中有等古典醫(yī)藥著作中有類似現(xiàn)代薄膜或泡沫浮選的描述類似現(xiàn)代薄膜或泡沫浮選的描述:u代赭石(即赤鐵礦)的加工 “凡使研細,以蠟水重重飛過,水面上有赤色 如薄云者去之”;u雄黃的加工 “雄黃以甘草、紫背天葵、地膽、碧棱花細削入坩堝中煮三伏時,濾出,搗如粉,水飛澄去黑者,曬干再研用”;u云母的加工 “每一斤用小地膽草、紫背天葵、生甘草、地黃汁各一鎰,于瓷堝中安置,下天池水二鎰煮七日夜,以水猛投其中攪之。浮如蝸涎者即去之,如此三度淘盡”;u淘洗砂金時,有所謂“鵝
5、毛刮金” 法,在鵝羽毛上蘸以植物油,用來粘捕砂中微細金粒,長期沿用;l我國我國1673年出版的年出版的天工開物天工開物描述了朱砂描述了朱砂的 分 選 過 程 , 朱 砂的 分 選 過 程 , 朱 砂(HgS)經(jīng)粉碎和重選制經(jīng)粉碎和重選制取顏料:取顏料:“取來時,入取來時,入巨碾槽中,軋碎如微塵巨碾槽中,軋碎如微塵,然后入缸,注清水澄,然后入缸,注清水澄浸,過三日夜,跌取其浸,過三日夜,跌取其上浮者,傾入別缸,名上浮者,傾入別缸,名曰二朱,其下沉結(jié)者,曰二朱,其下沉結(jié)者,曬 干 即 名 頭 朱 也曬 干 即 名 頭 朱 也 ” 1.2 浮選的發(fā)展浮選的發(fā)展 1.2 浮選的發(fā)展浮選的發(fā)展天工開物天
6、工開物一書記載回收廢舊器物所含之微細金、一書記載回收廢舊器物所含之微細金、銀的過程為:銀的過程為:“凡金箔黏物,他日敝棄之時,刮削火凡金箔黏物,他日敝棄之時,刮削火化,其金仍藏灰內(nèi),滴清油數(shù)點,伴落聚底,淘洗入化,其金仍藏灰內(nèi),滴清油數(shù)點,伴落聚底,淘洗入爐,毫厘無差爐,毫厘無差” 。這種選擇性油團聚這種選擇性油團聚(selective oil agglomeration)技術(shù),古代已技術(shù),古代已被作為高效工藝采用,這可能是浮選工藝最早的應(yīng)用和論述。被作為高效工藝采用,這可能是浮選工藝最早的應(yīng)用和論述。 泡沫浮選應(yīng)用后的近八十年,浮選工藝及理論有了很大泡沫浮選應(yīng)用后的近八十年,浮選工藝及理論有
7、了很大的發(fā)展,從對硫化礦浮選發(fā)展有重要影響和重大意義的角的發(fā)展,從對硫化礦浮選發(fā)展有重要影響和重大意義的角度來考察硫化礦浮選工藝的歷史,可以認為經(jīng)歷了四個階度來考察硫化礦浮選工藝的歷史,可以認為經(jīng)歷了四個階段:段: 一、一、1860-1925年,早期的全油浮選和表層浮選。年,早期的全油浮選和表層浮選。 1)1860年,使用大量油類與水處理澳大利亞鉛鋅重選尾年,使用大量油類與水處理澳大利亞鉛鋅重選尾礦,礦,1898年全油浮選工業(yè)應(yīng)用。年全油浮選工業(yè)應(yīng)用。 2)1902年,礦漿加入皂類與少量油類攪拌,使硫化礦與年,礦漿加入皂類與少量油類攪拌,使硫化礦與皂類及油聚集成團,即皂類及油聚集成團,即“團粒
8、浮選法團粒浮選法”。 3)1907年表層浮選應(yīng)用于工業(yè)。年表層浮選應(yīng)用于工業(yè)。 4)1909年發(fā)現(xiàn)松油、醇類作為起泡劑。年發(fā)現(xiàn)松油、醇類作為起泡劑。 1.2 浮選的發(fā)展浮選的發(fā)展 二、二、1925年黃藥和年黃藥和1926年黑藥應(yīng)用于浮選以后,使年黑藥應(yīng)用于浮選以后,使浮選工藝進入新的發(fā)展階段,出現(xiàn)了捕收劑泡沫浮選浮選工藝進入新的發(fā)展階段,出現(xiàn)了捕收劑泡沫浮選技術(shù)技術(shù),一直廣泛沿用至今天;一直廣泛沿用至今天; 三、六十年代以來,除繼續(xù)以黃藥和黑藥類藥劑為三、六十年代以來,除繼續(xù)以黃藥和黑藥類藥劑為主要捕收劑分選硫化礦以外,陸續(xù)出現(xiàn)了硫氨酯、黃主要捕收劑分選硫化礦以外,陸續(xù)出現(xiàn)了硫氨酯、黃原酸酯等
9、非離子型高效捕收劑;原酸酯等非離子型高效捕收劑; 四、正在發(fā)展中的電位調(diào)控浮選技術(shù)。四、正在發(fā)展中的電位調(diào)控浮選技術(shù)。 1.2 浮選的發(fā)展浮選的發(fā)展 Taggar、Gaudin和和Wark因此被認為是近代浮選理論的因此被認為是近代浮選理論的三大奠基人。三大奠基人。 1)Taggart等人提出了等人提出了“化學反應(yīng)溶度積理論化學反應(yīng)溶度積理論”,這個,這個理論認為黃藥與硫化礦表面發(fā)生了化學反應(yīng),捕收劑與硫理論認為黃藥與硫化礦表面發(fā)生了化學反應(yīng),捕收劑與硫化礦物中金屬離子化學反應(yīng)產(chǎn)物的溶度積愈小,反應(yīng)愈易化礦物中金屬離子化學反應(yīng)產(chǎn)物的溶度積愈小,反應(yīng)愈易進行。進行。 2)Gaudin則提出了則提出
10、了“離子吸附假說離子吸附假說”,認為黃原酸離,認為黃原酸離子與硫化礦物表面的離子發(fā)生了交換吸附。子與硫化礦物表面的離子發(fā)生了交換吸附。 3)Wark和和Cook提出了提出了“分子吸附假說分子吸附假說”,認為黃原酸,認為黃原酸分子或者黃原酸離子在硫化礦物表面發(fā)生吸附而導(dǎo)致其表分子或者黃原酸離子在硫化礦物表面發(fā)生吸附而導(dǎo)致其表面疏水。面疏水。 1.2 浮選的發(fā)展浮選的發(fā)展 “化學反應(yīng)溶度積理論化學反應(yīng)溶度積理論”、“離子交換吸附假離子交換吸附假說說”和和“分子吸附假說分子吸附假說”認為硫化礦物與黃藥類認為硫化礦物與黃藥類捕收劑的相互作用機理由一系列意義明確的反應(yīng)捕收劑的相互作用機理由一系列意義明確
11、的反應(yīng)組成,在硫化礦物表面形成疏水性產(chǎn)物。這三大組成,在硫化礦物表面形成疏水性產(chǎn)物。這三大理論被認為是近代硫化礦浮選的經(jīng)典理論,它們理論被認為是近代硫化礦浮選的經(jīng)典理論,它們的理論基礎(chǔ)是物理化學和表面化學。的理論基礎(chǔ)是物理化學和表面化學。 1.3 經(jīng)典的浮選理論經(jīng)典的浮選理論 有黃藥存在時,硫化礦物的浮選存在黃藥酸根離子有黃藥存在時,硫化礦物的浮選存在黃藥酸根離子X-與與OH-根離子的競爭吸附,按照浮選溶液化學的觀根離子的競爭吸附,按照浮選溶液化學的觀點,形成黃原酸金屬鹽的反應(yīng),其自由焓變化為:點,形成黃原酸金屬鹽的反應(yīng),其自由焓變化為:LMX為為MX的溶度積。的溶度積。而金屬離子形成氫氧化物
12、的反應(yīng),自由焓變化為:而金屬離子形成氫氧化物的反應(yīng),自由焓變化為: nnSPOHMnRTnKRTG11nnMXXMnRTnLRTGN111.3 經(jīng)典的浮選理論經(jīng)典的浮選理論 Ksp為為Me(OH)n的溶度積,達到平衡時,可以認的溶度積,達到平衡時,可以認為是礦物可浮的臨界點,故有:為是礦物可浮的臨界點,故有:G=G可以得到,礦物浮選時的可以得到,礦物浮選時的Barsky公式:公式:nspMXLLOHXn1 它的意義在于反映了黃藥離子和氫氧根離子在硫化它的意義在于反映了黃藥離子和氫氧根離子在硫化礦物表面的競爭吸附結(jié)果。經(jīng)典的硫化礦浮選理論認礦物表面的競爭吸附結(jié)果。經(jīng)典的硫化礦浮選理論認為,黃藥類
13、捕收劑泡沫浮選的根本特征是:在特定的為,黃藥類捕收劑泡沫浮選的根本特征是:在特定的表面活性劑(黃藥為代表)作用下,控制浮選礦漿表面活性劑(黃藥為代表)作用下,控制浮選礦漿pH值,以及捕收劑,調(diào)整劑濃度,使硫化礦物表面疏水值,以及捕收劑,調(diào)整劑濃度,使硫化礦物表面疏水或親水,從而達到浮選分離的目的?;蛴H水,從而達到浮選分離的目的。1.3 經(jīng)典的浮選理論經(jīng)典的浮選理論完全分離完全分離 100多年來礦物浮選工藝過程僅用二維參數(shù)(多年來礦物浮選工藝過程僅用二維參數(shù)(pH、藥劑)來控制,對于復(fù)雜礦物的分選不能適用。藥劑)來控制,對于復(fù)雜礦物的分選不能適用。1.3 經(jīng)典的浮選理論經(jīng)典的浮選理論2、浮選研究
14、的新進展、浮選研究的新進展 上世紀六十年代以來出現(xiàn)的以硫氨酯等為代表的上世紀六十年代以來出現(xiàn)的以硫氨酯等為代表的高效捕收劑,具有非離子型極性結(jié)構(gòu)高效捕收劑,具有非離子型極性結(jié)構(gòu)21,微溶于水,微溶于水;與離子型黃藥、黑藥類相比,結(jié)構(gòu)上更有特點:;與離子型黃藥、黑藥類相比,結(jié)構(gòu)上更有特點:也含有硫原子,但呈硫羰基(也含有硫原子,但呈硫羰基(C=S)及硫醚基()及硫醚基(S)結(jié)構(gòu),而非硫醇基()結(jié)構(gòu),而非硫醇基(SH)結(jié)構(gòu);非極性基)結(jié)構(gòu);非極性基有兩個以上,分列兩端。這類藥劑在硫化礦表面的有兩個以上,分列兩端。這類藥劑在硫化礦表面的作用機理主要是,發(fā)生以作用機理主要是,發(fā)生以S及及N為鍵合原子的
15、配位為鍵合原子的配位鍵化學吸附。鍵化學吸附。 2.1浮選新藥劑浮選新藥劑2.1浮選新藥劑浮選新藥劑19l多年持續(xù)研究形成了系統(tǒng)的多年持續(xù)研究形成了系統(tǒng)的浮選藥劑結(jié)構(gòu)理論,浮選藥劑結(jié)構(gòu)理論,豐富了豐富了浮選和冶金藥劑學術(shù)內(nèi)容,是在國際上有重要影響的研浮選和冶金藥劑學術(shù)內(nèi)容,是在國際上有重要影響的研究成果。對進一步發(fā)展藥劑理論和研制特效藥劑提供新究成果。對進一步發(fā)展藥劑理論和研制特效藥劑提供新思路。思路。l我國我國選礦藥劑生產(chǎn)的數(shù)量和品種,選礦藥劑生產(chǎn)的數(shù)量和品種,在國際礦冶領(lǐng)域占有在國際礦冶領(lǐng)域占有重要地位,也對我國難處理共生資源的開發(fā)利用作出了重要地位,也對我國難處理共生資源的開發(fā)利用作出了貢
16、獻。貢獻。 浮選藥劑分子結(jié)構(gòu)理論和高效浮選劑的研發(fā)浮選藥劑分子結(jié)構(gòu)理論和高效浮選劑的研發(fā) 上世紀上世紀80年代初發(fā)現(xiàn),每種硫化礦都有其適合浮選年代初發(fā)現(xiàn),每種硫化礦都有其適合浮選的礦漿電位范圍,只有在此范圍內(nèi),礦物才具有更好的礦漿電位范圍,只有在此范圍內(nèi),礦物才具有更好的可浮性。礦漿電位是除了藥劑與的可浮性。礦漿電位是除了藥劑與pH控制浮選的第三控制浮選的第三大參數(shù)。大參數(shù)。2.2硫化礦浮選電化學硫化礦浮選電化學l 硫化礦物一般來說是摻雜的半導(dǎo)體,具有較好的半導(dǎo)體硫化礦物一般來說是摻雜的半導(dǎo)體,具有較好的半導(dǎo)體性質(zhì),在浮選過程中,其表面除了進行化學反應(yīng)以外,還有性質(zhì),在浮選過程中,其表面除了進
17、行化學反應(yīng)以外,還有硫化礦物、捕收劑及氧化劑之間的氧化還原反應(yīng)。硫化礦物、捕收劑及氧化劑之間的氧化還原反應(yīng)。l 硫化礦物表面的親水和疏水過程包含了電化學過程,因硫化礦物表面的親水和疏水過程包含了電化學過程,因此礦漿電位可以控制硫化礦物的浮選和分離,電位作為一個此礦漿電位可以控制硫化礦物的浮選和分離,電位作為一個參數(shù)引入到浮選過程。參數(shù)引入到浮選過程。l 硫化礦浮選電化學理論主要研究硫化礦物在浮選中,硫硫化礦浮選電化學理論主要研究硫化礦物在浮選中,硫化礦物化礦物-溶液界面的電化學反應(yīng)。溶液界面的電化學反應(yīng)。2.2硫化礦浮選電化學硫化礦浮選電化學浮選電化學和電位調(diào)控浮選技術(shù)的研究浮選電化學和電位調(diào)
18、控浮選技術(shù)的研究l確立了礦漿電位是硫化礦分離浮選行為的重要影響因子,研究確立了礦漿電位是硫化礦分離浮選行為的重要影響因子,研究了利用礦漿原生電位調(diào)控浮選過程的實用技術(shù)。了利用礦漿原生電位調(diào)控浮選過程的實用技術(shù)。l這一研究引起國際相關(guān)學術(shù)界的認同和開發(fā)利用,提升改善浮這一研究引起國際相關(guān)學術(shù)界的認同和開發(fā)利用,提升改善浮選的研究和生產(chǎn)實踐。對于處理貧礦,多金屬共生礦的高效分選的研究和生產(chǎn)實踐。對于處理貧礦,多金屬共生礦的高效分離和節(jié)能降耗,將發(fā)揮重要作用。離和節(jié)能降耗,將發(fā)揮重要作用。 2.2硫化礦浮選電化學硫化礦浮選電化學2.3細粒礦物浮選細粒礦物浮選被分選礦物粒度變小,利用重力、磁力分選非常
19、困難,被分選礦物粒度變小,利用重力、磁力分選非常困難,用常規(guī)浮選也出現(xiàn)新的難題,主要是浮選效率大大降低、夾用常規(guī)浮選也出現(xiàn)新的難題,主要是浮選效率大大降低、夾雜多、質(zhì)量差。雜多、質(zhì)量差。2.3細粒礦物浮選細粒礦物浮選“粗粒效應(yīng)粗粒效應(yīng)”模型模型 在經(jīng)典的在經(jīng)典的DLVO理論的基礎(chǔ)上,將物理理論的基礎(chǔ)上,將物理-化學流體動力學中的旋渦微化學流體動力學中的旋渦微尺度、顆粒雷諾數(shù)及組合顆粒的裂解作為定量判據(jù)。尺度、顆粒雷諾數(shù)及組合顆粒的裂解作為定量判據(jù)?!按至P?yīng)粗粒效應(yīng)”模型,揭示了模型,揭示了“載體、中介、助載體、中介、助 凝凝”作用及其作用及其規(guī)律。規(guī)律。2.3細粒礦物浮選細粒礦物浮選分支載體分支載體-中介中介-助凝細粒浮選新技術(shù)助凝細粒浮選新技術(shù)特點特點:用用“精礦返
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