浮游選礦工程設(shè)計講義第一章浮選基本原理1．1概述浮選包括泡沫浮選、油團(tuán)浮選、表層浮選和沉淀浮選等，通常所說的浮選，主要是指泡沫浮選。浮選是細(xì)粒和極細(xì)物料分選中應(yīng)用最廣泛的方法。一、浮選及浮選過程浮選：浮游選礦主要指泡沫浮選。是按礦物表面物理化學(xué)性質(zhì)的差異來分離各種細(xì)粒的方法。浮選過程：在氣、液、固三相體系中完成的復(fù)雜的物理化學(xué)過程。其實(shí)是疏水的有用礦物粘附在氣泡上，親水的脈石礦物留在水中，從而實(shí)現(xiàn)彼此分離?，F(xiàn)代的泡沫浮選過程一般包括以下作業(yè)：①磨礦—即先將礦石磨細(xì)，使有用礦物與其他礦物或脈石礦物解離；②調(diào)漿加藥—調(diào)整礦漿濃度適合浮選要求，并加入所需的浮選藥劑，以提高效率；③浮選分離—礦漿在浮選機(jī)中充氣浮選，完成礦物的分選；④產(chǎn)品處理—浮選后的泡沫產(chǎn)品和尾礦產(chǎn)品進(jìn)行脫水分離。浮選過程基本概念浮選藥劑調(diào)和礦漿的主要目的：是使欲浮礦物表面增高疏水性，或者使不欲浮的礦物表面變得更加親水，抑制它們上浮，或促使氣泡的形成和分散。浮選的基本依據(jù)：礦粒表面性質(zhì)差異。二、浮選發(fā)展簡介在古老的金銀淘洗加工過程中，人們已認(rèn)識到利用礦物的天然疏水性或親水性（親油性）的不同來提純礦物原料。浮選作為一種工業(yè)規(guī)模的選礦方法出現(xiàn)，在國外大約是在19世紀(jì)末葉。在我國，解放前只有少數(shù)幾座有色金屬和石墨浮選廠。大部分分布在東北和安徽。1、全油浮選法根據(jù)各種礦物親油性及親水性的不同，加大量油類與礦漿攪拌，然后將粘附于油層中的親油礦物刮去，而親水性的礦物仍留在礦漿中，從而達(dá)到分離礦物的目的。早期工業(yè)浮選的先驅(qū)。2、表層浮選法在工業(yè)上的應(yīng)用出現(xiàn)于1892年，將磨礦干粉小心輕輕撒布在流動的水流表面，疏水性礦物不易被水潤濕依靠表面張力而漂浮水面上，聚集成薄層，成為精礦；易被水潤濕的親水性脈石流入水中作為廢棄尾礦排出。3、泡沫浮選法1877年出現(xiàn)選別石墨的泡沫浮選專利，水煮沸水蒸氣氣泡。1886年出現(xiàn)化學(xué)法產(chǎn)生氣泡進(jìn)行浮選專利，氣泡作為載體。20世紀(jì)初，出現(xiàn)原始的泡沫浮選法，使浮選法向前推進(jìn)一步，并出現(xiàn)了許多形式的泡沫浮選法。（1）氣體浮選法（2）電解浮選法（3）真空浮選法（4）正壓力浮選法（5）機(jī)械充氣攪拌浮選法4、藥劑在浮選法發(fā)展過程中的作用在浮選法發(fā)展過程中，藥劑的應(yīng)用和發(fā)展起了巨大的作用。5、浮選應(yīng)用的發(fā)展各類浮選藥劑的發(fā)展與生產(chǎn)實(shí)踐中的具體應(yīng)用，以及浮選工藝的新發(fā)展，使浮選效率大為提高，使浮選的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大；由于浮選設(shè)備類型增多，設(shè)備不斷更新且日益大型化，浮選廠的規(guī)模越來越大，處理礦量日趨增多。此外，浮選生產(chǎn)的發(fā)展和近代測試在浮選理論研究中的應(yīng)用，致使對許多理論問題的認(rèn)識日益深化。三、浮選在礦物加工業(yè)中的作用與意義1、浮選在礦物加工業(yè)中的重要性（1）浮選的適應(yīng)性強(qiáng)（2）浮選的效率高，且適于處理細(xì)物料（3）有利于對礦產(chǎn)資源的綜合回收2、浮選法的缺點(diǎn)主要是成本高，易污染礦山\環(huán)境（1）需要較細(xì)的磨礦—粒度細(xì)化（2）使用各類藥劑（3）影響因素多，操作控制動手技術(shù)要求較高（4）產(chǎn)品脫水率較低，過程復(fù)雜。1．2固、液、氣各相性質(zhì)浮選是一個包括氣、固、液三相的系統(tǒng)，浮選是在該體系中完成的復(fù)雜的物理化學(xué)過程。其中：固相是被分選的礦物；液相為分選介質(zhì)，主要是水；氣相是為了形成氣泡，攜帶礦粒。礦物浮選是一種多相非均勻體系，其中的礦物為固相、水為液相、氣泡為氣相。在這個非均勻體系內(nèi)，固相、液相、氣相的界面性質(zhì)，各相的相互作用以及浮選藥劑在這些相界面上所產(chǎn)生的效應(yīng)，取決于這些相的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，從而決定了浮選過程進(jìn)行的方向和速度。在礦物的浮選過程中，固相是分選對象，液相是分選介質(zhì)，氣相是分選載體。本章重點(diǎn)學(xué)習(xí)浮選各相的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。1．2．1固相的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)自然界礦物按工業(yè)用途分為兩大類：一類是工業(yè)礦物（NaCl），另一類是能源礦物（煤）。前者絕大多數(shù)是晶體礦物，后者則為非晶體礦物。一、礦物晶體的斷裂面用浮選法分離固相（即各種礦物）時，通常首先必須進(jìn)行破碎和磨細(xì)，使礦石中的目的礦物達(dá)到或接近單體解離程序以及獲得適于泡沫浮選所要求的適宜粒度，以便能有效的進(jìn)行浮選。在破碎和磨細(xì)的過程中，礦物受到外加機(jī)械力的作用，晶體內(nèi)連結(jié)質(zhì)點(diǎn)間的部分鍵力受到破壞（“打斷“），隨之出現(xiàn)新的不規(guī)則“斷口“或比較平滑的“解離面“，二者合稱為礦物晶體的斷裂面。解離面：嚴(yán)格沿著一定結(jié)晶方向碎裂成比較平滑的礦物表面。斷口：不按一定結(jié)晶方向碎裂所形成的凸凹不平的礦物表面。影響斷裂的因素：（1）內(nèi)因：是礦物的晶體結(jié)構(gòu)決定的因素，礦物破碎時沿著晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)鍵合力最弱的面網(wǎng)之間發(fā)生斷裂。（2）外因：即破碎磨細(xì)礦石所施加外力的性質(zhì)以及力的大小和作用方向等。外力作用具有復(fù)雜性。二、礦物的晶體結(jié)構(gòu)晶體化學(xué)中根據(jù)晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)和鍵的性質(zhì)將礦物晶體分為四類：1、離子晶體2、分子晶體3、原子晶體4、金屬晶體三、礦物晶體表面的不飽和鍵力1、不飽和鍵力的起源及不飽和程度組成礦物晶體的質(zhì)點(diǎn)不僅按一定空間幾何圖形進(jìn)行有序排列，而且通過某種鍵力使各頂點(diǎn)彼此聯(lián)結(jié)在一起。位于晶體表面與位于晶體內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)彼此所處狀態(tài)則不盡相同。內(nèi)部的均處于平衡，斷裂面上質(zhì)點(diǎn)具有不飽和鍵力，且因位置不同，鍵力的不飽和程度也很不相同，顯示出不同的吸附能力和作用活性。特別是礦石經(jīng)破碎細(xì)磨后，比表面積隨之增大，所形成的棱角增加更多，形成的吸附其它物質(zhì)的“活性中心”更多，因些礦石磨細(xì)越細(xì)，吸附能力和作用活性也越強(qiáng)烈。2、礦物表面不飽和鍵力的類型及其與水分子的作用浮選工作者最關(guān)心的是礦物表面被水潤濕的性質(zhì)，此性質(zhì)與礦物表面不飽和鍵力的類型有關(guān)。（1）強(qiáng)鍵合力：共價鍵、離子鍵、金屬鍵斷裂面上的質(zhì)點(diǎn)以此鍵，具有較強(qiáng)的極性和化學(xué)活性，極性表面，對偶極水分子有較強(qiáng)的吸引力，易被水潤濕，親水性強(qiáng)天然可浮性差。此表面親水表面。天然可浮性差。（2）弱鍵合力：斷裂面呈現(xiàn)的不飽和鍵力主要為分子間力，極性較小，稱為非極性表面，與偶極水分子的作用較弱，不易被水潤濕，表現(xiàn)疏水易向氣泡吸附，天然可浮性較好。四、礦物表面的不均勻性1、礦物表面的凹凸不平以及棱角等表面缺陷此宏觀的不均勻性還包括孔隙和裂縫，直接影響表面能和作用活性，影響表面親水性，可浮性。2、礦物晶體本身的雜質(zhì)雜質(zhì)缺陷。3、礦物晶格缺陷。4、礦物表面化學(xué)的不均勻性。五、煤的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1、煤的基本組成2、煤的結(jié)構(gòu)模型3、煤的性質(zhì)（1）組成不均一;（2）煤的主體是多苯芳香核；（3）在芳香核上含有數(shù)量不等的側(cè)鏈；（4）煤的結(jié)構(gòu)中含有一定數(shù)量的礦物質(zhì)；（5）煤的表面上含氧官能團(tuán)和無機(jī)礦物質(zhì)，親水性；（6）煤的變質(zhì)程度對煤的可浮性有很大影響；（7）煤易氧化1．2．2液相結(jié)構(gòu)和性質(zhì)浮選是一種濕法分選過程，水及水中溶解的各種離子對礦物的表面性質(zhì)、浮選藥劑的物理化學(xué)性質(zhì)都有極大的影響。本節(jié)重點(diǎn)：液體的一般性質(zhì)和水的基本性質(zhì)。一、液體中質(zhì)點(diǎn)排列的近程有序性在每個分子周圍由于分子間力的作用，其它分子可以出現(xiàn)類似晶體的有規(guī)則排列。而隨距離增大，逐漸破壞直至消滅。即液體中分子有規(guī)劃排列僅限于近程，近程有序。因此，液體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)分布是介于完全不規(guī)則（即氣態(tài)）和完全規(guī)則（即混合態(tài)）之間的一種中間過渡狀態(tài)。促使液體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生近程有序性的作用力比較復(fù)雜。此不作深究。二、液體的表面張力和表面能上節(jié)講，固體表面的質(zhì)點(diǎn)和內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)所處環(huán)境狀態(tài)不同，能量狀態(tài)亦不盡相同，液體也有類似情況。液體分子間存在著很大的內(nèi)聚力（引力）。液體內(nèi)部的任一分子，各種引力相互補(bǔ)償，合力為零。而液體表面層的分子，由于氣體內(nèi)不受引力的作用，使其所受到的向內(nèi)部的引力不能得到補(bǔ)償，形成合力P。在液體表面形成了一層向下擠壓的表面膜，以縮小表面，即形成表面引力。一個分子如果要從液體內(nèi)部遷移到液體表面，必須克服液體內(nèi)部的合力。因此，液面上的分子比液體內(nèi)部的分子具有過剩的能量，即為表面自由能（表面能成界面能）。表面能等于液體內(nèi)部分子遷移到表面并把位于表面分子移開所消耗的功，也就是增加液體單位新表面所需消耗的功。由于增加體系的表面需要作功，需要增加體系的總能量，根據(jù)能量最小原理，液體盡可以能收縮，以減少自己的表面積。表面張力與單位面積上表面能（比表面能）的數(shù)值相等，但單位不同。表面張力δ：N/cm表面能J/cm2.δ.γ，設(shè)一液體的表面積S，總表面的自由能w＝δS。三、水分子的結(jié)構(gòu)及基本性質(zhì)分子式：H2O結(jié)構(gòu)：三個原子核構(gòu)成兩個質(zhì)子為底的等腰三角形。氧原子的兩個雜化軌道與氫成鍵，形成兩個正電中心。而兩個獨(dú)對電子不成鍵，形成兩個負(fù)電中心。構(gòu)成四面體結(jié)構(gòu)。電荷集中于四面體的四個頂部“四極”。偶極：正、負(fù)電荷中心較遠(yuǎn)，使水分子里具有較強(qiáng)的偶極矩。屬強(qiáng)極性分子。稱水分子為水偶極子。基本性質(zhì)：（1）4℃時水的密度最大。4℃為略高于冰點(diǎn)；（2）具有很高的價電常數(shù)78.5；（3）具有很高的溶解能力；（4）本身導(dǎo)電率低，但對其它化合物有較大的電離能力；（5）有較強(qiáng)的偶極矩，水分子之間締合作用強(qiáng)；（6）有形成氫鍵的特性。四、水對浮選過程的影響1、水分子之間的締合作用（1）氫鍵締合由于水分子的四極結(jié)構(gòu)，每個分子都能和鄰近的四個水分子通過氫鍵締合形成四面體籠架（腔架）結(jié)構(gòu)，此外還有“固體水---冰的結(jié)構(gòu)”和“閃動簇團(tuán)”模型。這些特征對浮選過程均有影響。以后再講。（2）偶極締合水偶極子的單分子締合，在定向效應(yīng)，色散效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)作用下，水分子締合。即分子按一定形式相互聚合成聚合體。2、水分子與礦物表面的作用水分子是強(qiáng)極性分子，即可以和極性表面作用，作用的結(jié)果是礦物表面水化或濕潤，嚴(yán)重影響礦物與氣泡的接觸過程。3、水的溶解能力水的溶解能力在浮選過程中是有相當(dāng)重要的作用，從而改變礦物表面的化學(xué)組成、界面電性及液相的化學(xué)組成，近而改變礦物在浮選過程中的行為。溶解過程是復(fù)雜過程，并伴隨著復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，所以在浮選過程中應(yīng)非常注意水對礦物的作用、水質(zhì)情況及其離子對浮選的影響。影響溶解的因素較多，液體中的離子組成，溫度及粒度等。1．2．3氣相及其性質(zhì)浮選中所用的氣相主要是空氣，起到載體作用。一、空氣的組成及溶解度空氣是混合物，典型的非極性物質(zhì)，是有對稱的結(jié)構(gòu)。易和非極性表面結(jié)合。21％O2、78％N2、0.9％Ar(氬)、0.04%CO2及少量的其它氣體和水蒸氣。水中溶解度順序CO2