第3章浮选基本理论
第3章 浮选基本理论
上节内容提问 1.什么是接触角？什么是Young氏方程？ 2.矿物表面润湿过程可分哪三种？ 3.接触角与矿物表面亲（疏）水性、润湿性、可浮性的关系？ 4.水在固体表面粘附润湿过程中所做的润湿功W与矿粒向气 泡附着过程中所做的粘（黏）着功W的表达式是什么？ 5.水化膜的厚度与矿物的润湿性之间有什么关系？
上节内容提问 1. 什么是接触角？什么是Young氏方程？ 2. 矿物表面润湿过程可分哪三种？ 4. 水在固体表面粘附润湿过程中所做的润湿功WSL与矿粒向气 泡附着过程中所做的粘（黏）着功WSG的表达式是什么？ 3. 接触角与矿物表面亲（疏）水性、润湿性、可浮性的关系？ 5.水化膜的厚度与矿物的润湿性之间有什么关系？
部分矿物的接触角 矿物名称 θ0 矿物名称 00 硫 78 黄铁矿 30 滑石 64 重晶石 30 辉钼矿 60 方解石 20 方铅矿 47 石灰石 010 闪锌矿 46 石英 0≈4 萤石 41 云母 ~0 3
3 部分矿物的接触角 矿物名称 θ 0 矿物名称 θ 0 硫 78 黄铁矿 30 滑石 64 重晶石 30 辉钼矿 60 方解石 20 方铅矿 47 石灰石 0～10 闪锌矿 46 石英 0～4 萤石 41 云母 ～0
3.2矿物表面电性与浮选 3.2.1矿物表面电性起源 矿物表面电荷的起源大致分为以下4类： o (1)优先溶解 (2)优先吸附 ⊕ (3)优先电离 ⊕ (4)晶格取代
4 3.2 矿物表面电性与浮选 3.2.1 矿物表面电性起源 矿物表面电荷的起源大致分为以下4类： （1）优先溶解 （2）优先吸附 （3）优先电离 （4）晶格取代
1.优先溶解 离子型矿物在水中由于表面正、负离子的表面结合能及受水偶 极的作用力（水化）不同而产生非等当量向水中转移的结果， 使矿物表面荷电。 表面离子的水化自由能可由离子的表面结合能和气态离子的水 化自由能计算。 即对于阳离子M+， △G,(M+)=AW,(M*)+△F,(M*) 对于阴离子X·,则 AG,(X)=AU,(x)+△F(X) 两者哪种负值较大，相应离子的水化程度就较高，该离子将优 先进入水溶液。于是表面就会残留另一种离子，从而使表面获 得电荷
5 1. 优先溶解 离子型矿物在水中由于表面正、负离子的表面结合能及受水偶 极的作用力（水化）不同而产生非等当量向水中转移的结果， 使矿物表面荷电。 表面离子的水化自由能可由离子的表面结合能和气态离子的水 化自由能计算。 即对于阳离子M+ ， 对于阴离子X－，则 两者哪种负值较大，相应离子的水化程度就较高，该离子将优 先进入水溶液。于是表面就会残留另一种离子，从而使表面获 得电荷。 ( ) ( ) ( ) + + + Gh M = US M + Fh M ( ) ( ) ( ) − − − Gh X = Us X + Fh X
1.优先溶解 。 碘银矿（AgI),气态银离子Ag+的水化自由能为- 441kJ/mol,气态碘离子I~的水化自由能为-279kJ/mol,因 此Ag+优先转入水中，故碘银矿在水中表面荷负电。 。 相反，钾盐矿（KC)气态钾离子K+的水化自由能为 298kJ/mol,氯离子CI的水化自由能为-347kJ/mol,c一优 先转入水中，故钾盐矿在水中表面荷正电。 。 对于萤石(CaF2), △U.Ca2+)=6117kJ/mol△F(Ca2+）=-1515kJ/mol △U.(F-)=2537kJ/mol△F(F)）=-460kJ/mol 通过计算可得：表面氟离子F一的水化自由能比表面钙离子Ca2+ 的水化自由能（正值）小。故氟离子F~优先水化并转入溶液， 使萤石表面荷正电。转入溶液中的氟离子F~受表面正电荷的吸 引，集中于靠近矿物表面的溶液中，形成配衡离子层
6 1. 优先溶解 • 碘银矿（AgI），气态银离子Ag+的水化自由能为- 441kJ/mol，气态碘离子I－的水化自由能为-279kJ/mol，因 此Ag+优先转入水中，故碘银矿在水中表面荷负电。 • 相反，钾盐矿（KCl）气态钾离子K+的水化自由能为－ 298kJ/mol，氯离子Cl－的水化自由能为-347kJ/mol，Cl—优 先转入水中，故钾盐矿在水中表面荷正电。 • 对于萤石（CaF2）， 通过计算可得：表面氟离子F—的水化自由能比表面钙离子Ca2+ 的水化自由能（正值）小。故氟离子F －优先水化并转入溶液， 使萤石表面荷正电。转入溶液中的氟离子F －受表面正电荷的吸 引，集中于靠近矿物表面的溶液中，形成配衡离子层。 U (Ca ) k J mol s 6117 2 = + F (Ca ) k J mol h 1515 2 = − + U (F ) k J mol s = 2537 − F (F ) k J mol h = −460 −
优先溶解的两种类型 ■负离子比正离子优先解理：如萤石(CaF)在水中，F比Ca+易于溶 入水中，萤石表面Ca2+较多，从而荷正电。重晶石(BaS04)、铅矾 (PbSO4)均属此类。 ■ 正离子比负离子优先解理：如白钨矿（CaWO4)在水中，Ca2+ 比WO,2易于溶入水中，于是白钨矿表面WO,2较多，从而荷负电 溶于水中的Ca2+受到矿物表面WO,2负离子的吸引，而形成配衡离 子层。属于此类的还有方铅矿（PbS),方解石(CaCO3)等 Ca++ 003 Ca++ Ca++ 003 Ca++ Ca++ 003 CaF2 F- CaC02 Ca++ Ca++ Ca++ 003 Ca++ 003 Ca++ Ca++ Ca++ 003 定位层 配衡层 定位层 配衡层 图1-18 晶格的优先解离（溶解）
7 优先溶解的两种类型 ◼ 负离子比正离子优先解理：如萤石(CaF2 )在水中,F-比Ca2+易于溶 入水中，萤石表面Ca2+较多，从而荷正电。重晶石(BaSO4 ) 、铅矾 （PbSO4）均属此类。 ◼ 正离子比负离子优先解理：如白钨矿（CaWO4）在水中，Ca2+ 比WO4 2-易于溶入水中，于是白钨矿表面WO4 2-较多，从而荷负电， 溶于水中的Ca2+受到矿物表面WO4 2-负离子的吸引，而形成配衡离 子层。属于此类的还有方铅矿（PbS），方解石（CaCO3）等 Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ F- Ca++ 定位层 定位层 配衡层 Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ F- F- F- F- F- 配衡层 CO - CO - CO - CO - CO - CO - 3 3 3 3 3 3 CaF 2 CaCO3 图1 - 1 8 晶 格 的优 先解 离 （溶 解 ）
2.优先吸附 矿物表面对电解质阴、阳离子不等当量吸附而获得电荷。 离子型矿物在水溶液中对组成矿物晶格的阴、阳离子吸附能 力是不同的，结果引起表面荷电不同，因此矿物表面电性与溶 液组成有关。 ·例如白钨矿在自然饱和溶液中，表面钨酸根离子较多而荷负 电。如向溶液中添加CaCl2,因表面优先吸附钙离子Ca2+而荷 正电。 又如，在用碳酸钠与氯化钙人工制备碳酸钙时，合成产物的 表面电性随制备条件而定。如果N2C03过量，因过量的 C032,而荷负电，如果CaC2过量，吸附较多的Ca2+而荷正 电。 8
8 2. 优先吸附 矿物表面对电解质阴、阳离子不等当量吸附而获得电荷。 离子型矿物在水溶液中对组成矿物晶格的阴、阳离子吸附能 力是不同的，结果引起表面荷电不同，因此矿物表面电性与溶 液组成有关。 • 例如白钨矿在自然饱和溶液中，表面钨酸根离子较多而荷负 电。如向溶液中添加CaCl2，因表面优先吸附钙离子Ca2+而荷 正电。 • 又如，在用碳酸钠与氯化钙人工制备碳酸钙时，合成产物的 表面电性随制备条件而定。如果Na2CO3过量，因过量的 CO3 2-，而荷负电，如果CaCl2过量，吸附较多的Ca2+而荷正 电
3.优先电离 这种现象多发生在难溶矿物表面。如石英，其表面受外力作用 硅-氧极性共价键断裂发生解离，在水中因吸附H+和OH而形成 酸类化合物，然后部分电离而使表面荷电，或形成羟基化表面， 吸附或解离H+而荷电。 破碎解离面 ) ) 0 0 0 0 -0- Si- 0 Si -0 Hi -0 Si -0 Si-0- 0 0 G OH 进一步电离使表面荷负电 即定位高子 Si-0H +0 +H÷
9 3. 优先电离 这种现象多发生在难溶矿物表面。如石英，其表面受外力作用 硅-氧极性共价键断裂发生解离，在水中因吸附H+和OH-而形成 酸类化合物，然后部分电离而使表面荷电，或形成羟基化表面， 吸附或解离H+而荷电
石英表面荷电状态与pH有关，纯石英在蒸馏水中，pH大于2-3.7时， 石英表面荷负电，pH小于2-3.7时，石英表面荷正电 在酸性条件下解离： OH +2H+ 十2H20 荷正电 OH 在碱性条件下解离： OH H2O 荷负电 OH 类似荷电的矿物还有锡石(SnO2)、刚玉 (Al03)、赤铁矿(FeO3)、金红石(TiO2) 10
10 石英表面荷电状态与pH有关，纯石英在蒸馏水中，pH大于2-3.7时， 石英表面荷负电，pH小于2-3.7时，石英表面荷正电 类似荷电的矿物还有锡石（SnO2）、刚玉 （Al2O3）、赤铁矿（Fe2O3）、金红石（TiO2） 在酸性条件下解离： Si OH OH 2H+ Si + + 2H2O 荷正电 在碱性条件下解离： Si OH OH OHSi O- O- H2O 荷负电