资源加工学整理资料

精品文档资源加工学整理资料第一章：资源加工学概述1.1资源加工学的形成资源加工学是由传统的选矿学、矿物加工学发展演变形成的新的学科体系。选矿学是用物理、化学的方法，对天然矿物资源（通常包括金属矿物、非金属矿物、煤炭等）进行选别、分离、富集其中的有用矿物的科学技术，其目的是为冶金、化工等行业提供合格矿产品。矿物加工学是在选矿学的基础上发展起来的，是用物理、化学的方法，对天然矿物资源进行加工（包括分离、富集、提纯、提取、深加工等），以获取有用物质的科学技术，其目的已不单纯是为其它行业提供合格矿产品，也可直接得到金属制品、矿物材料等。1.1.1选矿学科的形成首先，随着流体力学的发展，重选的基础研究起步较早。19世纪下半叶，奥地利人Rittinger提出了“等降现象”；Monroe等人进一步提出“干涉沉降”。20世纪40年代，苏联学者JIRIIIEHKO提出了跳汰是在上升水流中“按悬浮体的相对密度分层”的学说；德国学者Mayer从床层位能降的角度解释了了分层过程。英国学者Bagnold在50年代观察到了剪切运动下层流斜面流中多层粒群的松散分层现象。这些学说成了重选的理论基础。在电磁选矿方面，由于物理学的发展，人们早就认识到可用永久磁铁选别磁铁矿石。当电磁铁被用作磁选机的磁场并有了各种工业生产的电磁选矿机后，电磁选矿理论也初步确立。在浮选方面，从20世纪30年代开始，美国的Taggart及苏联的Plaksins等先后提出了捕收剂的“化学反应假说”或“溶度积假说”，以解释重金属硫化矿的可浮性顺序。美国的Gaudin、苏联的Bogdanov及澳洲的Wark等人较多的研究了矿物的润湿性与可浮性的关系，浮选剂的吸附作用机理，浮选的活化等。美国的FuerstenauDW等人系统地研究了矿物表面电性与可浮性的关系。到60年代前后，浮选的三大基本理论（润湿理论、吸附理论及双电层理论）已初步形成。碎磨：以岩石力学为学科基础，通过机械力作用使矿石块度达到工艺选别的粒度范围。重选：以流体力学为学科基础，根据不同矿物的密度差异在一定的介质中进行不同矿物的分选。电磁选：以电磁学为学科基础，根据不同矿物磁性的差异分选不同矿物。浮选：以表面化学为学科基础，根据不同矿物表面物理化学性质的差异，实现不同矿物的分选。1.1.2矿物加工学科的形成与发展矿物加工学的主要学科方向有：（1）浮选化学（2）复合物理场矿物加工（3）高效低毒药剂分子设计（4）矿物资源的生化提取（5）直接还原与矿物原料造块（6）复杂贫细矿物资源综合利用（7）矿物精加工与矿物材料（8）矿物加工过程计算机技术1.1.3矿物加工学科面临的挑战与资源加工学的形成（高效益、低能耗、无污染）（1）复杂贫细矿物资源的综合回收（2）废石及尾矿的加工利用（3）矿物精加工技术（4）洁净煤技术（5）二次资源（6）海洋资源（7）非矿物资源1.2资源加工学的学科体系1.2.1资源加工学的研究对象资源加工学是根据物理、化学原理，通过分离、富集、纯化、提取、改性等技术对矿物资源、非传统矿物资源、二次资源及非矿物资源进行加工，获得其中有用物质的科学技术。研究对象：（1）矿物资源：包括金属矿物、非金属矿物、煤炭等；（2）非传统矿物资源：①工业固体废弃物：冶炼化工、废渣、尾矿、废石；②海洋矿产：锰结核、钴结壳、海水中金属、海底热液硫化矿床；③盐湖与湖泊中的金属盐、重金属污泥。（3）二次资源：①废旧电器；电视机、冰箱、音响等；②废旧金属制品：电缆、电线、易拉罐、电池等；③废旧汽车。（4）非矿物资源：城市垃圾、废纸、废塑料、油污水、油污土壤等1.2.2资源加工学科体系（1）学科领域资源加工学包括四大学科领域：（矿物加工；矿物材料加工；二次资源加工；金属提取加工。可简称为4-MP。）矿物加工是根据物理、化学原理对天然矿物资源进行加工，以分离、富集有用矿物；矿物材料加工是根据物理、化学原理，对天然及非传统矿物资源进行分离、纯化、改性、复合等加工，制备功能矿物材料；二次资源加工是根据物理、化学原理，对二次资源进行加工，以分离回收各种有用物质；金属提取加工是根据物理、化学原理，对各种资源进行化学溶出、生物提取、离子交换、溶剂萃取等加工，以获取有价金属。（2）学科基础及与相邻学科的关系 资源加工过程中物料的碎解、分离、富集、纯化、提取、超细、改性、复合等过程，涉及矿物学、物理学、化学与化学工程、冶金工程、材料科学与工程、生物工程、力学、采矿工程及计算机技术等多学科领域，体现不同的学科基础，形成不同的研究方向。3资源加工在国民经济建设中的地位和作用矿物资源是人类社会发展和国民经济建设的重要物质基础，矿业是国民经济的基础产业，是人类社会发展的前提和动力。 随着天然矿物资源地不断被开发利用，天然矿物资源量逐步减少，而人口增长、社会发展，对资源的需求又不断增大，因此，必须寻找开发利用新的资源。非传统矿物资源、二次资源、非矿物资源必将成为未来人类社会发展的重要资源，对这些资源的加工利用，不仅可以满足人类社会发展对资源的需求量的增加，还可减少环境污染，促使国民经济持续、快速、健康发展。第二章物料的基本物理化学特性2．1物料的鉴别（是物料加工的前提）矿物是指由地质作用所形成的结晶态的天然化合物或单质。准矿物为由地质作用形成的非结晶态的天然化合物或单质。工艺矿物在实验室和生产工艺过程中研制和生产而形成的结晶态的化合物或单质。矿物分类的基本单位是种。矿物种指具有一定的化学组成和一定的晶体结构的一种矿物。矿物亚种指同属于一个种的矿物，但在化学组成、物理性质等方面有一定程度的变异者。矿物的分类方法:化学成分分类，地球化学分类，成因分类，晶体化学分类.根据上述的晶体化学分类原则，本 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 对矿物采用如下的具体分类：第一大类自然元素，包括自然金属元素;自然半金属元素；自然非金属元素第二大类硫化物及其类似化合物，包括简单硫化物；复硫化物；硫盐第三大类氧化物和氢氧化物，包括：氧化物；氢氧化物第四大类含氧盐，包括：第一类：硅酸盐，包括：第一亚类：岛状结构硅酸盐；第二亚类：环状结构硅酸盐；第三亚类：链状结构硅酸盐；第四亚类：层状结构硅酸盐；第五亚类：架状结构硅酸盐第二类：硼酸盐；第三类：磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐；第四类：钨酸盐、钼酸盐；第五类：铬酸盐；第六类：硫酸盐；第七类：碳酸盐；第八类：硝酸盐第五大类卤化物矿物学研究致力于解决两个基本问题：矿物的晶体结构和矿物的成分岩石是天然产出的由一种或多种矿物（包括火山玻璃、生物遗骸、胶体）组成的固体集合体岩石根据成因分类：（1）岩浆岩：主要由地壳深处或上地幔中形成的高温熔融的岩浆，在侵入地下或喷出地表冷凝而成的岩石。（2）沉积岩：是在地表和地表下不太深的地方形成的地质体，它是在常温常压下由风化作用、生物作用和火山作用形成的物质，经过一系列改造（如搬运、沉积、石化等作用）而形成的岩石，（3）变质岩：是由岩浆岩、沉积岩经变质作用转化而成的岩石，岩石根据其主要矿物种类的多少，可分为两类：（1）单矿岩：主要由一种矿物组成的岩石（2）多矿岩：由多种矿物组成的岩石，绝大多数的岩石都属于多矿岩工艺岩石：在实验室和生产工艺过程中形成的非“天然产出”的矿物集合体矿产是指能被利用的矿物资源，目前按矿产的性质及其主要工业用途可分为以下三类：金属矿产、非金属矿产和可燃性有机岩矿产。矿石（Ore）：一般由矿石矿物和脉石矿物两部分组成(矿石的性质决定着产品、加工工艺和成本)1二次资源及其他固体物料:二次资源、非传统矿物资源和非矿物资源固体物料。二次资源是指人类社会活动（生产和生活）产生的含有有价成份并有回收再利用的经济或环保价值的废弃物料，或称可再生资源。主要包括废旧电器（如电视机、电冰箱、音响等）；废旧金属制品（如电缆、电线、易拉罐和电池等）；废旧机器、废旧汽车；工厂“三废”（废渣、废液、废气）；生活废物（如垃圾、废纸）等非传统矿物固体物料是指主要由工艺矿物和矿物组成的固体废弃物。非矿物资源固体物料是指与有机化学物质组成有关的固体物料。非固体物料主要是指与烟尘、气、液等有关的物料2决定物料加工工艺的基本参数或工艺矿物学研究的内容（物料的物相组成；物料中元素赋存状态；物料中物相嵌布特征；工艺产品的研究）物料的物相组成：查明物料中的物相（如有用矿物和脉石矿物）组成和含量，是决定物料加工工艺的基本参数之一伴生有益组分：物料中除主要有用组份以外，在加工过程中可以回收或对产品质量有益的成分称为伴生有益组份；物料中的有益组份和有害组份的含量是评价物料质量和利用性能的重要标志之一。在矿石中有用元素主要存在形式：1.形成独立矿物2.呈类质同象混入物形式存在于其他矿物中3.呈固溶体分离状态4.呈包裹物形式存在5.呈吸附状态物料中物相的嵌布特征、磨碎或破碎时的单体解离度，是决定物料加工工艺的基本参数之一2.2物料的物理性质密度物质密度：单位体积的物质的质量叫做密度，用ρ表示，其单位按国际单位制为kg/m3，按厘米·克·秒制为g/cm3。矿石真密度：矿石是矿物加工的主要对象，矿石是多种有用矿物和脉石矿物的混合体，其单位体积矿石的质量叫做矿石的真密度，单位kg/m3。矿石堆密度：堆积的矿石存在孔隙，一定粒度组成的矿石自然堆积时，其单位体积的质量称为矿石的堆密度，单位kg/m3。矿物间的密度差异是其能否重选分离的主要因素颗粒的几何特征（颗粒的大小、形状、表面积）1.颗粒的形状：颗粒的轮廓边界或表面上各点的图像形状系数：表面形状系数；体积形状系数；比表面形状系数形状指数：球形度；粗糙度2粒径与粒度：粒径是单个颗粒大小的度量，而粒度是描述颗粒群大小的总体概念。3颗粒的表面积：表面积包括内表面积和外表面积两部分。外表面积是指颗粒轮廓所包络的表面积，它由颗粒的尺寸、外部形貌等因素所决定。内表面积是指颗粒内部孔隙、裂纹等的表面积。比表面积：单位体积（或单位质量）物体的表面积，称为该物体的比表面积或比表面常用的比表面分析方法有：(1)BET吸附法(2)气体透过法吸附法是在试样颗粒的表面上吸附截面积已知的吸附剂分子，根据吸附剂的单分子层吸附量计算出试样的比表面积，然后换算成颗粒的平均粒径。2.4磁性原子是组成宏观物质的基本单元，原子由原子核和电子组成，电子运动使原子具有磁性，因此，原子磁性是物质磁性的基础。2.2.4.1磁化现象与物质磁化率所谓磁化现象是指物质在磁场中显示出磁性。物质的磁化程度可用磁化强度表示，磁化强度为单位体积物质的磁矩2.2.4.2物质磁性的类型固体物质的磁性可分为五类：逆磁性、顺磁性、反铁磁性、铁磁性和亚铁磁性简述铁磁质物质的磁化过程。    【解】在磁化磁场的作用下，铁磁质的磁化包括两个过程：畴壁的移动和磁畴的转动。畴壁移动时，与外磁场方向相近的磁畴的体积扩大，其他方向磁畴的体积缩小，以致消失。 这一过程，实质上，是畴壁附近的原子磁矩在外磁场的影响下逐渐转向，由体积缩小的磁畴方向转到体积扩大的磁畴方向的结果，壁移所需的外加磁场强度较小，所以在低磁场中，磁化以壁移为主，磁化曲线的OA段为畴壁的可逆位移，即磁场强度减到零时，磁化强度可沿OA曲线回降到零。AB段畴壁的位移是不连续的、跳跃式的、不可逆的。畴壁位移的不可逆性，是由于磁晶中的杂质和晶格缺陷阻碍畴壁的移动，这种阻力相当于一种摩擦力，当畴壁越过这些障碍后，退磁时，它又妨碍畴壁回到原来的位置，因而产生磁滞现象。磁畴转动是磁畴逐渐转到与外磁场方向一致。畴转所需的外磁场强度较高，因此，在较高磁场中，磁化以畴转为主。当所有磁畴都转到外磁场方向时，磁化即达到饱和状态。磁化曲线的BC段是以畴转为主的磁化过程。简述矿物磁性的分类，及其分选特点。    【解】根据磁性，按比磁化率大小把所有矿物分成强磁性矿物、弱磁性矿物和非磁性矿物。    强磁性矿物：这类矿物的物质比磁化率X>3.8×10-5m3/kg（或CGSM制中X>3×10-3m3/g），在磁场强度H0达120kA/m（~1500奥）的弱磁场磁选机中可以回收。属于这类矿物的主要有磁铁矿、磁赤铁矿（γ-赤铁矿）、钛磁铁矿、磁黄铁矿和锌铁尖晶石等。这类矿物大都属于亚铁磁性物质。    弱磁性矿物：这类矿物的物质比磁化率X<7.5×10-6m3/kg～1.26×10-7m3/kg（或CGSM制中X=6×10-4cm3/g～10×10-6cm3/g），在磁场强度H0800kA/m～1600kA/m（10000奥~20000奥）的强磁场磁选机中可以回收。属于这类矿物的最多，如大多数铁锰矿物—赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿、菱铁矿、水锰矿、硬锰矿、软锰矿等；一些含钛、铬、钨矿物—钛铁矿、金红石、铬铁矿、黑钨矿等；部分造岩矿物—黑云母、角闪石、绿泥石、绿帘石、蛇纹石、橄榄石、柘榴石、电气石、辉石等。这类矿物大都属于顺磁性物质，也有属于反铁磁性物质。    非磁性矿物：这类矿物的物质比磁化率X=1.26×10-7m3/kg（或CGSM制中X<10×10-6cm3/g），在目前的技术条件下，不能用磁选法回收。属于这类矿物的很多，如部分金属矿物—方铅矿、闪锌矿、辉铜矿、辉锑矿、红砷镍矿、白钨矿、锡石、金等；大部分非金属矿物——自然硫、石墨、金刚石、石膏、萤石、刚玉、高岭土、煤等；大部分造岩矿物—石英、长石、方解石等。这类矿物有些属于顺磁性物质，也有些属于逆磁性物质（方铅矿、金、辉锑矿和自然硫等）。物质磁化率和物体磁化率两者之间的关系如何？    物质体积磁化率为物质磁化时单位体积和单位磁场强度具有的磁矩    退磁因子不为零的磁化试样的磁化率叫做物体磁化率    物体体积磁化率小于物质体积磁化率，即，    物体比磁化率小于物质比磁化率，即。矿物的电性质有那些？    【解】矿物的电性质是指矿物的电阻、介电常数、比导电度以及电整流性等，它们是判断能否采用电选的依据。    电导率是长1cm,截面积为1cm2的直柱形物体沿轴线方向的导电能力    矿物的电阻是指矿物的粒度d=1mm时所测定出的欧姆数值。介电常数：指带有介电质的电容与不带介电质（指真空或空气）的电容之比，用ε表示。在相同的电压下，如果在电容器两极之间放入介电质后，则电容器之电容会增加。比导电度：石墨是良导体，所需电压最低，仅为2800V，以它作为标准，将各种矿物所需最低电压与它相比较，此比值即定义为比导电度   整流性： 矿物表现出的这种与高压电极极性相关的电性质称作整流性。（一般用负电）规定：只获得正电的矿物叫正整流性矿物，如方解石，此时电极带负电；只获得负电的矿物叫负整流性矿物，如石英，此时电极带正电；2.3表面化学性质（表面化学性质决定矿物颗粒表面的润湿性，而润湿性是矿物浮选的基础）2.3.1矿物的价键类型与晶体结构矿物的价键类型及解理面规律。【解】矿物内部结构按键能可分为四大类：    （1）离子键或离子晶格。    （2）共价键或共价晶格。    （3）分子键或分子晶格。    （4）金属键或金属晶格。    破碎时，矿物沿脆弱面——裂缝、解理面、晶格间含杂质区等处裂开，也会沿应力集中地区断裂。单纯离子晶格断裂时，常沿着离子界面断裂。    其解理面的规律是（1）不会使基团断裂，如不会使方解石中的拆开；    （2）往往沿阴离子交界面断裂，只有当没有阴离子交界层时，才可能沿阳离子交界层断裂；    （3）当晶格中有不同的阴离子交界层或者各层间的距离不同时，常沿较脆弱的交界层或距离较大的层面间断裂。共价晶格的可能断裂面，常是相邻原子距离较远的层面，或键能弱的层面。简述非极性矿物与极性矿物的矿物内部结构与价键特性    【解】一般来说，矿物内部结构与表面键性有如下关系：    （1）由分子键构成分子键晶体的矿物，沿较弱的分子键层面断裂，其表面是弱的分子键。这类表面对水分子引力弱。接触角都在60°～90°之间，划分为非极性矿物（如石墨、辉钼矿、煤、滑石等）。    (2)凡内部结构属于共价键晶格和离子晶格的矿物，其破碎断面往往呈现原子键或离子键，这类表面有较强的偶极作用或静电力。因而亲水，天然可浮性小。具有强共价键或离子键合的表面的矿物称为极性矿物。2.3.2表面能2.3.2.1表面能与表面张力（破碎磨矿暴露的矿物表面，是决定矿物可浮性的基础）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？    【解】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。棱边及尖角处的原子的配位数K小于表面平台处的原子配位数，故拥有较大的表面自由能，表现出较强的活性。例如，立方晶格表面上不同位置处的离子结合能[9]分别为：    晶面上            0.0662e2/a    棱边上            0.0903e2/a    尖角上            0.249e2/a    可以预料，不平整的破裂面上，棱边及尖角较多，比平整的破裂面具有更大的活性；再者，晶体破碎得愈细小，它的棱边能、尖角能在表面能中所占的比例亦逐步增大。2.3.3表面氧化与溶解硫化矿物表面氧化的几种形式及规律是什么？【解】硫化矿物的表面氧化反应有如下几种形式（式2-55~2-58），氧化产物有两类，一是硫氧化合物，如、、和等，二是金属离子的羟基化合物，如、。                        （1）         （2）               （3）              （4）  研究表明氧与硫化物相互作用过程分阶段进行：第一阶段，氧的适量物理吸附，硫化物表面保持疏水；第二阶段氧在吸收硫化物晶格的电子之间发生离子化；第三阶段离子化的氧化学吸附并进而使硫化物发生氧化生成各种硫氧化基。（与硫化矿物相比，在水溶液中氧化矿物的溶解度较大，一般来说，矿物晶格结合的离子键成分愈强，晶格质点与水的作用愈强，溶解度愈大）（硫化矿物有较高的共价键成份，氧化矿物的离子键成分较高，而盐类矿物完全是离子键晶体结构）表面电性矿物在水溶液中受水偶极及溶质的作用，表面会带一种电荷。矿物表面电荷的存在影响到溶液中离子的分布，带相反电荷的离子被吸引到表面附近，带相同电荷的离子则被排斥而远离表面。于是，矿物-水溶液界面产生电位差，但整个体系是电中性的。这种在界面两边分布的异号电荷的两层体系称为双电层。四类电荷的起源（1）优先解离（或溶解）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。（2）优先吸附这是矿物表面对电解质阴、阳离子不等当量吸附而获得电荷的情况。离子型矿物在水溶液中对组成矿物的晶格阴、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。3）吸附和电离对于难溶的氧化物矿物和硅酸盐矿物，表面因吸附H+或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。（4）晶格取代：由于晶格取代，为维持电中性，矿物表面就吸附些阴离子或阳离子，当矿物置于水中时，这些离子因水化而从表面进入溶液，而使得矿物表面荷电。离子型矿物表面阴阳离子的溶解规律是什么？   【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+，         （1）   对于阴离子X—，则          （2）   根据何者负值较大，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。简述石英在水中的荷电过程及其机理。   【解】对于难溶的氧化物矿物和硅酸盐矿物，表面因吸附H+或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（SiO2）在水中荷电过程可示意如下：   石英破裂：   H+和OH—吸附：    →     电离：   因此，石英在水中表面荷负电。表面润湿亲水物质：水滴易在表面散开，而气泡较难扩展。奥斯特豪夫（Osterhof）等人提出了三种基本润湿形式，即附着润湿、铺展润湿和浸没润湿润湿过程：任意两种流体与固体接触后，所发生的附着、展开或浸没现象（广义地说）均可称为润湿过程。三相润湿周边：在一浸于水中的矿物表面上附着一个气泡，当达平衡时气泡在矿物表面形成一定的接触周边。接触角：通过三相平衡接触点,固—水与水—气两个界面所包之角（包含水相）称为接触角，以θ表示。鉴别：如果矿物表面形成的θ角很小，则称其为亲水性表面；反之，当θ角较大，则称其疏水性表面。亲水性与疏水性的明确界限是不存在的，只是相对的。θ角越大说明矿物表面疏水性越强；θ角越小，则矿物表面亲水性越强。（杨氏Young）方程：杨氏Young表明了平衡接触角与三个相界面之间表面张力的关系，平衡接触角是三个相界面张力的函数。接触角的大小不仅与矿物表面性质有关，而且与液相、气相的界面性质有关。凡能引起任何两相界面张力改变的因素都可能影响矿物表面的润湿性。但上式只有在系统达到平衡时才能使用。接触角的测量方法有那些？躺滴法测润湿角应注意什么？   【解】（1）躺滴或气泡法；   （2）  吊片法           （3）水平液体表面法   如果液滴很小，重力作用引起液滴的变形可以忽略，这时的躺滴可认为是球形的一部分。实际固体表面几乎都是非理想的，或大或小总是出现接触角滞后现象。因此需同时测定前进角（θa）和后退角(θr)。对于躺滴法，可用增减液滴体积的办法来测定，增加液滴体积时测出的是前进角,减少液滴体积时测出的为后退角。为了避免增减液滴体积时可能引起液滴振动或变形，在测定时可将改变液滴体积的毛细管尖端插入液滴中，尖端插入液滴不影响接触角的数值。第三章：粉碎与分级3.1粉碎3.1.1概述（粉碎是大块物料在机械力作用下粒度变小的过程）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比的关系如何？    【解】粉碎作业在这些行业中应用所起的主要作用是：  原料制备 如烧结、制团、陶瓷、玻璃、粉末冶金等部门，要求把原料粉碎到一定粒度供下一步处理、加工之用。  共生物料中有用成分的解离 使共生的有价成分与非有价成分或多种有价成分解离成相对独立的单体，然后选择合适的分离方法分离成各自单独的产品。  增加物料的比表面 增大物料同周围介质的接触面积，提高反应速度，如催化剂的接触反应、固体燃料的燃烧与气化、物料的溶解、吸附与干燥以及强化粉末颗粒流化床的大接触面积传质与传热效率等。     粉体的改性 在新材料，如一些功能材料，复合材料的制造中，就利用了粉碎过程中所产生的机械化学效应,引起的粉末材料的晶体变形和性变来进行表面改性。 便于贮存、运输和作用 如物料需要采用风力或水力输送，食品等以粉状使用。 用于环境保护 如城市垃圾的处理、二次资源的利用中要将它们预先粉碎。粉碎比：被粉碎物料粉碎前的粒度与粉碎产物粒度的比值。部分粉碎比或阶段粉碎比：粉碎过程中，每个阶段达到的粉碎比称为，用in表示总粉碎比：整个粉碎过程中达到的粉碎比以i表示i=i1×i2×i3×…×in=Dmax/dmax。粉碎比表示形式有三种：(1)极限粉碎比：物料粉碎前后的最大粒度之比，i=Dm/dm；(2)名义粉碎比：粉碎机给料口的有效宽度（0.85B）和排料口宽度（Ｓ）的比值，i=0.85B/S；(3)真实粉碎比：粉碎前后物料的平均粒度的比值，i=D/d。2)、分阶段粉碎物料粉碎分为四个阶段：破碎、磨矿、超细粉碎、超微粉碎粉碎为什么要分段进行？【解】矿石从开采出来到达到选矿要求，其粉碎比在3000～15000；如果是由矿物原料制备超细粉体材料，其粉碎比就更大。由于目前采用的粉碎设备结构上的原因，单靠一台粉碎设备是不可能达到最终粉碎目的的。因此，将原料粉碎到最终产品粒度要通过不同的设备完成，即通常都是分阶段进行的。3)粉碎产品的细度与性能(1)矿石硬度的影响大多数物料的力学性质是不均匀的，粒度愈粗微裂缝愈多，机械强度愈差，愈易磨。而粒度愈细则机械强度愈好，愈难粉碎。磨矿粒度愈细，矿石硬度的影响逐渐减弱，产品细度的影响逐渐增强。这种现象的原因，一方面是因为粒度变细之后，颗粒的宏观和微观裂纹减小，颗粒也较为均质，且缺陷减少，因此即使是软矿物的强度也相应增强了；另一方面是细磨时条件恶化，磨矿过程难以有效进行，细磨时的粉碎概率低。由此引起随着磨矿粒度变细而导致的软硬两种矿物的磨细速度差减小。(2)粉碎粒度与粉碎效率及能耗物料粉碎过程随粉碎粒度的变细，效率下降，能耗大幅度上升，被粉碎颗粒粒度愈细，其抗粉碎的能力愈强。这种现象的原因是一方面细粒强度增加，且被介质磨碎的机率降低；另一方面则可能与表面电性、布朗运动等性质影响有关。(3)选择性粉碎：力学性质不均匀的物料在细磨过程中强度小的被磨细，强度大的则残留下来。随磨矿时间的延长，矿物颗粒变细，软硬两种矿物的平均粒度差变小，磨碎时间足够长时，二者粒度可达到相同；软硬两种矿物小于0.074mm产率差随磨矿时间的延长而减少，而且时间愈长产率差值愈小，即粗磨下选择性磨碎现象显著，而细磨下选择性磨碎现象逐渐减弱。(4)粉碎过程中细粒物料的凝聚及覆膜现象物料细磨时，表面积急剧增大，颗粒表面能增大，物料颗粒会自发地聚集在一起以降低表面能，即发生凝聚现象，可加入分散剂及表面活性剂等抑制或消除。(5)微细颗粒布朗运动的影响粒度稍大于1μm的颗粒的布朗运动位移量己大于重力作用的位移量。细磨或超细磨下，有1/5的颗粒接近布朗运动状态，所以在研究细磨时就不能不考虑这种现象。(6)、随颗粒粒度变细，表面电化学力增强，料浆的粘度增加，料浆的流动性及粒子的分散性变差。只有采用较稀的料浆浓度或使用化学药剂改变料浆系统的流动、凝聚等性质，才可抵消因颗粒变细而引起的细磨恶化的现象。4）单体解离及解离度单体解离粒：在矿石粉碎产品中，有些颗粒只含有一种矿物；连生粒：另一些颗粒两种或两种以上矿物连生在一起。单体解离度：矿石粉碎后，物料群中，某矿物的单体解离颗粒数占该粒群中含有该矿物的颗粒总数的百分数。（在矿物加工中，精矿品位低、尾矿品位高及中矿产率大，往往都是矿物解离度不够造成的。）5）可碎性什么是可碎系数？如何用可碎系数判断颗粒的可碎性？    【解】可碎性系数        实践中常以石英作为标准的中硬矿石，将其可碎性系数定为1，硬矿石的可碎性系数都小于1，而软矿石则大于1。    在矿物加工实践中，通常按普氏硬度将岩石分为五个等级，以此来表示岩石破碎的难易程度（很软，软，中硬，硬，很硬）3.1.2.2粉碎方法物料粉碎是在机械力作用下进行的，任何一种粉碎机械都不只用一种力来完成粉碎过程。根据粉碎机械施力方式差异，粉碎施力种类有挤压、弯曲、剪切、劈碎、研磨、打击或冲击等。对于某一种粉碎设备，多数情况下是以一种施力方式为主，若干种施力方式同时存在，这样有利于提高粉碎效率。3.1.2.3粉碎理论简述三种粉碎模型的特征【解】(1)体积粉碎模型，整个颗粒均受到破坏，粉碎后生成物多为粒度大的中间颗粒。随着粉碎过程的进行，这些中间颗粒逐渐被粉碎成细粒。冲击粉碎和挤压粉碎与此模型较为接近。    (2)表面粉碎模型，在粉碎的某一时刻，仅是颗粒的表面产生破坏，被磨削下微粉成分，这一破坏作用基本不涉及颗粒内部。这种情形是典型的研磨和磨削粉碎方式。    (3)均一粉碎模型，施加于颗粒的作用力使颗粒产生均匀的分散性破坏，直接粉碎成微粉成分。出现选择性粉碎现象的原因【解】（1）颗粒层受到粉碎介质的作用力即使不足以使强度高的物料颗粒碎裂，但其大部分（其中一部分作用能量消耗于直接受力颗粒的裂纹扩展）会通过该颗粒传递至位于力的作用方向上与之相邻的强度低的颗粒上，该作用足以使之发生粉碎，从这个意义上讲，倒是硬质颗粒对软质颗粒起到了催化作用。（2）当两种硬度不同的颗粒相互接触并作相对运动时，硬度大者会对硬度小者产生表面剪切或磨削作用，软颗粒在接触面上会被硬颗粒磨削而形成若干细颗粒。此时，硬质颗粒对软质颗粒起着研磨介质的作用。(3)两种硬度不同的颗粒在破碎过程中，硬度大的大颗粒的表面不均匀性（锐角）会对硬度小的颗粒起劈裂、压碎等作用，有利于硬度小的颗粒破碎。简述三个粉碎功能理论的基本内容。【解】Rittinger的“表面积假说”认为“碎磨过程中所消耗的有用功与表面积成正比，与产品粒度成反比”。这种假说不太符合实际过程。    Kick提出“体积假说”认为：“外力作用于物体时，物体首先发生弹性变形，当外力超过该物体的强度极限时该物体就发生破裂，故破碎物料所需的功与它的体积大小有关”。这种假说适合于解释物料的粗碎过程。    综合以上两种假说Bond推出了“裂纹假说“，他认为：“物料在破碎时外力首先使其在局部发生变形，一旦局部变形超过临界点时则产生裂口，裂口的形成释放了物料内的变形能，使裂纹扩展为新的表面。输入的能量一部分转化为新生表面积的表面能，与表面积成正比；另一部分变形能因分子摩擦转化为热能而耗散，与体积成正比。两者综合起来，将物料粉碎所需要的有效能量设定为与体积和表面积的几何平均值成正比”。什么是功指数？    【解】                   （1）    式中，F、P​——给料及产品中80%通过的方形筛孔的宽度（微米）    W——将一短吨（907.185kg）给料粒度为F的物料粉碎到产品粒度为P时所消耗的功；    Wi——功指数，即将“理论上无限大的粒度”粉碎到80%通过0.01mm筛孔宽（或65%通过0.075mm筛孔宽）时所需的功。  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。    【解】在粉碎作业中，能够显著提高粉碎效率或降低能耗的化学物质称为助磨剂。 要求：从化学结构上来说，助磨剂应具有良好的选择性分散作用；能够调节料浆的粘度；具有较强的抗Ca＋2、Mg+2的能力;受pH的影响较小等等。也即助磨剂的分子结构要与磨矿系统复杂的物理化学环境相适应。    对于助磨剂的助磨作用机理，主要提出了两种学说。一是“吸附降低硬度”学说：助磨剂分子在颗粒上的吸附降低了颗粒的表面能或者引起近表面层晶格的位错迁移，产生点或线的缺陷，从而降低颗粒的强度和硬度，促进裂纹的产生和扩展：二是“料浆流变学调节”学说：助磨剂通过调节浆料的流变学性质和颗粒的表面电性等，降低浆料（如矿浆）的粘度，促进颗粒的分散，从而提高浆料的可流动性，阻止颗粒在研磨介质及磨机衬板上的粘附以及颗粒之间的团聚。3.2分级 什么叫分级？分级的方式有那些？定义：将粒度不同的混合物料按粒度或按在介质中沉降速度不同分成若干粒度级别的过程分级的方式有筛分分级、水力分级和气流分级。3.2.1筛分分级筛分作业的形式或作用有那些？    独立筛分——当筛分产品作为最终产品供给用户使用时；    准备筛分——当筛分作业是为下一道工序提供不同粒级的原料时；    辅助筛分——当筛分与粉碎设备配合使用时；    预先筛分——当筛分作业用于粉碎前将粒度合格的物料预先分出时；    检查筛分——筛分作业用于控制粉碎产品粒度时。    筛分作业还可用于物料的脱水或分离矿浆，如选煤和洗矿的脱水及重介质选矿产物脱除介质等。在某些情况下，由于筛分物料的性质差别，筛分还可起到分选某些有用成分的作用，这种筛分称为选择筛分。什么是筛分分析、标准筛、基筛、筛比筛序?    【解】筛分分析是将物料样品通过一系列不同筛孔的标准筛，筛分成若干个粒级，求得以重量百分数表示的粒度分布。标准筛是由一套筛孔大小有一定比例的、筛孔孔径和筛丝直径都按标准制作的筛子。标准筛筛孔尺寸有规律按一定比例逐渐变化构成筛序。各国都制定了不同的标准筛系列，常用的是国际标准筛和泰勒标准筛。标准筛由“基筛”和“筛比”两个参数决定，基筛是指作为基准的筛子。工业用筛的种类有那些？各有和特点？    工业用筛大致上分振动筛和摆动筛两类。前者筛面有垂直振动运动，振动数在600r/min以上。后者的摆动方向沿筛面，摆动数在400r/min以下。图3-6为典型的振动形式。通常，附着性较差的毫米级粗料用振动筛，附着性较强0.5m以下的物料用摆动筛。 何谓难筛粒，易筛粒？他们在筛分过程中的行为如何？    【解】物料粒度小于筛孔的3/4的颗粒容易透过筛孔，被称为易筛粒；而大于筛孔3/4的颗粒，因透筛困难，称为难筛粒。在松散物料的筛分过程中，筛分开始后，易筛粒很快通过筛孔，此时筛分效率很高；随着筛分时间的延长，筛面上的易筛粒愈来愈少，以至只有难筛粒存在时，筛分效率就愈来愈低了筛分效率：一种质量标准，以实际得到的筛下产物量与入筛物料中所含粒度小于筛孔的物料量的比的百分数表示。筛分效率越高，筛分越完全。式中：Ｅ――筛分效率，％；C――筛下产物重量；Ｑ――入筛原物料重量；α――入筛原物料中小于筛孔级别的物料含量，％。原料Q、，筛上产物T筛下产物C 什么是总筛分效率、部分筛分效率？如某一单层筛按原料计的生产能力为8吨/小时，该原料的粒度-15mm～+0mm，其中-6mm～+0mm粒级含量为68％，-2mm～+0mm粒级含量为38％，当用筛孔为6mm的筛网筛分后，筛上产品中-6mm粒级含量为4％，-2mm粒级含量为0.3％，求这两个粒级的筛分效率。    【解】用小于筛孔的所有物料来计算筛分效率，其结果称总筛分效率；只用小于筛孔物料的个别粒级或几个粒级计算，则称为部分筛分效率。    由筛分效率计算式：         对于-6mm～+0mm粒级的筛分效率：    α1＝68、β1＝100、1＝4    代入计算式，可求得：E1＝98.03%    对于-2mm～+0mm粒级的筛分效率：    α2＝38、β2＝未知、2＝0.3    由筛分过程筛下产物产率不变之关系，即    可求得：β2＝56.85    代入计算式，可求得：E2＝99.73%。3.2.2水力分级（处理1㎜以下的细粒级物料）湿式分级是利用颗粒在液体介质流中沉降的速度差，或运动轨迹的不同进行分级的过程。湿式分级所用的介质最常用的是水，所以又称为水力分级。水力分级中分级介质的运动有三种形式：一是介质的流动方向与颗粒沉降方向相反的垂直上升介质流；二是水平介质流；三是旋转介质运动流。湿式分级的优点：（l）微细颗粒在液体中易分散，分级精度高；（2）沉降速度小．现象变化迟缓，分级范围狭窄；（3）以稀料浆状态处理，供料输送等操作简便。缺点：（1）分级产物为湿状，为制得干粉要有干燥过程，往往形成干燥固结；（2）因沉降速度小，单位面积产量低；（3）对于可溶解于分散介质的物质和易变质的物质不适用。3.2.3气流介质分级（干式分级）1.气流介质分级主要用于超细粉碎粉体的分级，由于气流介质分级时物料是干的，也称为干式分级（机理：通常是利用颗粒在气流中沉降速度差，或者说利用轨迹不同来进行的）气流分级机的分级过程可归纳为：(1)分散：将附着或凝聚在一起的颗粒聚集体分散成单个颗粒；(2)分离：组合各种力的作用，使颗粒获得速度差，实现粗、细颗粒分离；(3)捕集：从气流中分离与捕集颗粒；(4)卸出。2.气流介质分级应具备的基本条件1）物料充分分散；（2）分离作用力既瞬时作用于点或线上，又持久作用于整个分级区域内；（3）对气流作整流处理，避免产生局部涡流；（4）分离出的颗粒应立即卸出，避免再混合。3．超细分级原则和方法（迅速分级；减压分级；离心逆流式分级）3.2.4分级效果的评价理想分级：在粗粒级中未混入小于该粒度的颗粒，同时在细粒级中也未混入大于该粒度的颗粒。什么是粒度分布曲线？如何用粒度分布曲线确定分级粒度和评判分级效果？    【解】以粒度为横坐标，各粒级在粗粒级或细粒级中的分配率为纵坐标，绘出的表示分级效果的曲线称为分配曲线。分配率50%所对应的粒度即为分级粒度，称为d50。曲线越陡表示分级效率越高 利用分离曲线确定分离粒度是国内外广泛使用的方法，并可用偏差EP表示分级效率                                          （1）   式中d75，d25——分别为分配率75%和25%所对应的粒度。显然，EP值越小，表明分级效率越高。简述分级效率及其意义。    【解】综合分级效率ηf反映了产物在质（纯度）、量（回收率）两方面提高的幅度。ηf被定义为：实际被有效分级的细颗粒量P与理想条件下被分离的细颗粒量P0之比，用百分数表示。         式中第一项是细粒级产品中细粒的回收率，第二项是粗粒在细粒级产品中的回收率。可见，综合分级效率ηf也可以说是细粒级产品中细粒的回收率与细粒级产品中粗粒回收率的差值。细粒级产品中粗粒的回收率表示粗颗粒的混入对溢流产物质量降低的影响。粉碎产品粒度特性主要有那些内容？    【解】粉碎产品的粒度大小及其分布是粉碎产品的重要性能指标；所谓粒度分布即粉体中各粒度区间的颗粒含量占总量的比例。 描述产品粒度分布有那些方式？    【解】累积分布和分布密度。    ①列表法；②图示法；(3)特性函数法粒度特性分析方法：筛分分析，沉降分析（淘析法、上升水流法），显微分析，比表面分析，颗粒形状的图像分析。在相同条件下用同一磨机分别磨细同样重量的标准矿石和待测矿物，已知待测矿石的F1＝1000微米，P1＝120微米，标准矿石为：F2＝1130微米，P2＝133微米，Wi2＝19.5kWh/st，试求待测矿石的功指数。    【解】根据BOND磨矿能耗模型：         式中，F、P​——给料及产品中80%通过的方形筛孔的宽度（微米）    W——将一短吨（907.185kg）给料粒度为F的物料粉碎到产品粒度为P时所消耗的功；    Wi——功指数，即将“理论上无限大的粒度”粉碎到80%通过0.1mm筛孔宽（或65%通过0.075mm筛孔宽）时所需的功。    在相同条件下用同一磨机分别磨细同样重量的标准矿石和待测矿物时，消耗的总能量相同，即W1＝W2        已知：待测矿石的F1＝1000微米，P1＝120微米，标准矿石为：F2＝1130微米，P2＝133微米，Wi2＝19.5kWh/st，    将以上数据代入上式，可求待测矿石的功指数    Wi1=18.6kWh/st。 试根据某矿石可碎矿产品的筛析结果（如下表），绘制正累积和负累积粒度曲线，并根据所绘曲线查出：-5mm的重量百分含量，+3mm的重量百分含量，-7mm～+5mm粒级的重量百分率，产品的最大粒度。 粒级/mm 重量/g 频率分布/% 累积分布 累积筛余％ 累积筛下％ -10+8 30 15.0 15 85 -8+6 40 20.0 35 65 -6+4 60 30.0 65 35 -4+2 30 15.0 80 20 -2+0 40 20.0 100 0 合计 200 100 / /    【解】将计算结果填入表中，并以粒度为横坐标，累积产率为纵坐标，可得该物料的累积粒度分布曲线，如图。    根据累积粒度分布曲线，可求得各粒度或粒级下的分布率：    -5mm的重量百分含量为50%，    +3mm的重量百分含量75%，    -7mm～+5mm粒级的重量百分率＝75%－50%＝25%，    产品的最大粒度为累积筛下分布95%时所对应的粒度，从图中可以看出，此物料的最大粒度为9.2mm。第四章颗粒在流体中的运动 4.1 流体的基本性质4.1.1一般概念      颗粒、气泡或液滴分散在流体中形成的悬浮体是多相流体。1.流体的密度流体的密度是指单位体积内流体的质量，用ρ表示，单位为kg/m3。悬浮体的体积分数φB(旧称容积浓度λ)是指悬浮体中固体颗粒（或气泡、液滴）的体积占有率，它是无量纲数，数值上等于单位体积的悬浮体中固体颗粒（或气泡、液滴）占有的体积。质量分数wB(旧称重量浓度C)，是指悬浮体中固体颗粒（或液滴）的重量占有率，它也是无量纲数。若颗粒的密度用δ表示，体积分数φB与质量分数wB有下面的关系：悬浮体的密度是指单位体积内悬浮颗粒与分散介质的质量之和，也称为物理密度，用ρS表示。悬浮体的密度取决于分散介质的密度、颗粒的密度和颗粒的容积浓度，可以表示如下：2.阿基米德定律颗粒在液体中运动要受到重力、浮力和流体阻力的作用，重力G与浮力F总是同时出现的，为了简化，把重力与浮力的合力称为有效重力，用G0表示，对于球形颗粒有4.1.2流体的粘度1.剪切流与牛顿内摩擦定律对于大多数均质流体，单位面积的内摩擦力τ（切应力）与流体的剪切速率成正比，即    上式称为牛顿内摩擦定律，系数μ称为动力粘度，单位为Pa·s。用运动粘度ν来表示流体的粘度，它是动力粘度μ与流体密度ρ之比，即运动粘度的单位为m2/s。流体粘度受温度影响较大。水的运动粘度与摄氏温度t的关系可用下面经验公式计算当温度为20℃时，水的运动粘度为1.007x10-6m2/s。气体的动力粘度与绝对温度T的关系可用下式表示对于空气，C=122,在0℃和1个大气压下，μ0=1.7×10-5Pa·s。2.固体悬浮液的粘度爱因斯坦从流体力学理论上导出低浓度悬浮体的粘度μs与体积分数φB的关系，即（4-8）爱因斯坦公式在高浓度下给出的粘度值过小，故只适用于体积分数φB<0.02的低浓度悬浮体。3.流体悬浮体的粘度当两种互不相溶的流体混合时，构成液-气和液-液等两相体系，若连续相的粘度仍用μ表示，非连续相的粘度用μP表示，非连续相的体积分数用φB表示，则混合物的粘度可以表示为（4-12）当非连续相为气泡时，通常气体的粘度远远小于液体的粘度，上式可以简化为（4-13） 4.1.4流体的流态、雷诺数与阻力系数    颗粒在流体中运动时，由于流体存在粘性和惯性，会产生阻碍颗粒运动的阻力，这个阻力称为流体阻力。控制流体的运动的力主要是粘性力，流体质点沿流线有条不紊的运动，这种流态称为层流流态； 控制流体的运动的力主要是惯性力，这时流体质点作杂乱无章的运动，这种流态称为紊流流态。对于球形颗粒在流体中的运动，雷诺数定义为（4-19）    V是颗粒-流体相对速度，d是颗粒直径，ρ和μ分别是流体的密度和粘度。若颗粒受到的阻力为R，阻力系数定义为阻力R与惯性力ρd2V2之比    阻力系数是无量纲数。4.2 颗粒在流体中的沉降4.2.1流体阻力4.2.2自由沉降    颗粒在流体中沉降时，若不受周围颗粒或容器壁干扰，称为自由沉降。4.2.3干涉沉降    颗粒在有限空间中的沉降称之为干涉沉降。干涉效应来自三个方面：1.由于沉降颗粒周围存在有大量颗粒，而颗粒密度一般又大于介质密度，使得颗粒像是在密度增大了的介质中沉降一样，这个效应称为准静压效应；2.动量传递效应指的是颗粒在沉降过程中，受到周围颗粒的碰撞和摩擦，进行着动量交换，从外观表现上看，颗粒似乎是在粘度增大了的介质中沉降一样，这个效应称为动量传递效应；3.颗粒在沉降过程中，由于其附近有器壁（固定壁）或其他颗粒（活动壁）存在，必然引起周围介质的间隙流速增大，从而使介质的动力阻力增大，这个效应称为壁面干涉效应。均匀粒群则是指由相同性质（包括密度、粒度、形状等）颗粒组成的粒群。4.3 流体中颗粒的相互作用4.3.1紊流中颗粒间传质机理从悬浮固体到流体的传质机理有三种可能：强制对流、自然对流和径向扩散。在颗粒大而重的情况下，占主要地位的强制对流机理。当颗粒小而轻的情况下，占主要地位的径向扩散机理。当颗粒属于二种流型分界的临界尺寸，对微细粒的碰撞速率最大。4.3.2紊流中颗粒间相互作用当Rep<1时为层流边界，当Rep>1时边界层向紊流过渡，当Rep<10时边界层发生分离，颗粒附近流线卷曲，直到形成固定的涡环。4.4 气泡在流体中的运动4.4.1流体中气泡的形成   1. 孔口产生气泡（液滴）2.从液体中析出气泡3.剪切应力对气泡尺寸的影响4.4.2流体中气泡的运动速度1.气泡在流体中运动的阻力    微细气泡或液滴在流体中运动的阻力公式如下：（4-70）2.微细气泡的运动速度（4-72）3.单个气泡上升速度的经验公式当气泡非常大时，气泡上升速度由戴维斯和泰勒公式得出（4-75）式中，Rc为气泡凸出区域的曲率半径。气泡的形状几乎象夹角的为100°、有相当平直底部的半球形帽。4.5 流体中气泡与颗粒的碰撞4.5.1粘附过程 颗粒向气泡的碰撞与粘附过程，可分为a、b、c、d 四个阶段。   a 为颗粒与气泡的互相接近，    b 为颗粒与气泡的水化层的接触，    c 为水化膜的变薄或破裂，     d 是颗粒与气泡接触。      在浮选过程中，矿粒与气泡互相接近，水化膜变薄过程的自由能变化，与矿物表面的水化性有关。（1）矿物表面水化性强，即亲水性表面，则随着气泡向矿粒逼近，水化膜表面自由能增加。当矿粒与气泡愈来愈接近时，其表面不断升高。所以，除非有外加的大能量，否则水化膜不会自发薄化。这表明表面亲水性的矿粒不易与气泡接触附着。（2）中等水化性表面，这是浮选中常遇到的情况。（3）弱水化性表面，就是疏水性表面。疏水性表面的水化膜比较脆弱，有一部分自发破裂，此时自由能减低。但到很接近表面的一层水化层，仍是很难排除，曲线3在左侧急剧上升说明此点。4.5.2碰撞速率    随着被浮矿粒粒度减小，碰撞速率也相应减慢4.5.3粘附概率    颗粒与气泡的碰撞与粘附，可从物理和化学两方面进行机理分析：1.物理机理    物理机理包括感应时间、动接触角、动量等因素。    ①感应时间是指矿粒突破气泡的水层而相互接触这段时间。颗粒愈大，所需感应时间愈长，感应时间过长则较难浮。②动接触角是指在惯性冲击作用下，气泡弹性变形，矿粒回跳并粘附所形成的角度。③动量机理认为粗粒动量大，容易突破水化膜而粘附，细粒动量小不易突破水化膜，故粘附概率也小。2.化学机理    化学机理包括吸附速率，矿粒表面寿命，表面能、溶解度、吸附罩盖度等因素。    ①吸附速率：指药剂向矿粒吸附的速率,药剂从溶液中扩散到表面，并且和表面发生反应，如果表面反应是决定速率的过程，则粒度没有影响，由此推论，粗细粒一样易浮。②矿粒表面寿命粗粒在破碎磨细过程中有“自护作用”，暴露寿命较短；而细粒表面暴露时间较长，因而细粒表面被污染罩盖氧化等的机会较多。但有人认为在磨矿分级循环中，粗细粒表面寿命不会有很大差别。③表面能:细粒表面能大，水化度增加。对药剂失去选择吸附作用磨细过程中，应力集中，裂缝、位错、棱角等高能地区增多，对药剂的吸附量增加。     ④溶解度:粒度愈小，溶解度愈大⑤ 吸附罩盖度在同一表面罩盖度条件下，粗粒（60微米～40微米，40微米～20微米）比微粒（10微米～0微米）的回收率高得多。但铜离子对闪锌矿的活化时，同一表面罩盖度条件下，粒度对回收率影响不显著，这方面还需继续研究。4.5.4脱附概率脱落概率是指碰撞粘附的矿粒又脱落的概率（1微米直径的矿粒脱落概率约等于10-4，可见1微米矿粒的脱落概率是极低的）第五章  物理分选5.1重力分选5.1.1概述5.1.1.1物理分选过程的基本概念与术语物理分选是指主要采用物理方法对具有不同物理性质的固体物料进行分选的过程。（利用物料间密度、磁性、导电性、颜色形状及摩擦弹跳系数等差异进行的重选、磁选、电选、特殊分选；广义上也包括利用物料间表面物理化学性质差异进行的浮选。）物理分选过程包括选别前物料的准备、分选作业和产品处理。基本概念：   给料所处理的给入物料，矿物加工行业中也称给矿。   精料经分选后富集了有价成分的最终分选产品，也称精矿。   中料分选过程中产出的中间未完成产品，需要返回原分选中处理或单独处理。   尾料经过分选后残余的可弃去的物料，也称尾矿。   品位给料或产品中有价成分的重量百分含量。给料的品位常以α表示；精料品位以β表示；尾料品位以表示。   产率产品对给料计的重量百分数，通常以γ表示。对单一有用组分物料的精料产率，有  （5-1）回收率 精料中有价成分重量含量与给料中有价成分重量含量之比，总的回收率通常以ε表示。对单一有用组分物料，有 （5-2）富集比精料品位对给料品位的比值。 选别比选得一吨精料产品所需给料的吨数，以K表示。 料浆质量分数wB（旧称重量浓度C，wB与体积分数φB的关系见式4-1）。物料与介质（通常为水）组成的料浆中，物料重量所占百分比。（5-3）   式中：Q-物料量（kg），V-料浆体积（m3），δ、ρ-物料、介质密度（kg/m3）  2.重力分选概述   重力分选是利用不同物料颗粒间的密度差异进行分离的过程。重力分选需在介质中进行。所用的介质有水、重介质和空气。   利用重选方法对物料进行分选的难易程度可简易地用待分离物料的密度差判定,即：（5-4）   式中，E称为重选可选性判断准则。δ1、δ2和ρ分别为轻物料、重物料和介质的密度。通常按比值E可将物料重选的可选性划分为五个等级。一般认为，当E>2.5时，属极易选；2.5>E>1.75时，易选；1.75>E>1.5时，可选，1.5>E>1.25时，难选；E<1.25时，极难选。根据介质的运动形式和作业的目的不同，重选可分为以下几种工艺方法（分类）：分级、重介质分选、跳汰分选、摇床分选、溜槽分选，离心分选机分选和洗选。 5.1.2 重选过程的物理基础 1.分选过程与分选区     重选过程包括三个部分：    （1）选别前物料的准备，即将待选物料碎磨至基本单体解离；    （2）重选作业，即物料粒群的松散——沉降按密度分层或振动离析分层——运搬分离；    （3）产品处理，包括浓缩脱水，过滤烘干，进一步精选分离。    在重力分选过程中，常见的分选区有：    （1）二维分选区：分选作用基本上是在平面上进行，颗粒在平面上做二维运动。只要分选平面的面积足够大，便可以保证不同颗粒运动路线足够清晰及有较大差异。    （2）三维分选区：颗粒的分选过程在同颗粒粒度相比非常大的三维立体空间实现。分选介质 介质既是传递能量的媒介，同时还担负着松散粒群和搬运输送产物的作用。    介质在选别过程中处于运动状态，主要的运动形式有：等速的上升流动、垂直的非稳定流动，沿斜面的流动、回转运动等。常用的介质有水、重介质和空气。 重液是一些密度高的有机液体，或无机盐类的水溶液。（用于试验室评价某种物料的重介质分选可行性，或者用来评定现行重介质回路的效率）  重悬浮液：高密度固体微粒与水组成的两相悬浮液。 3. 重力分选过程的作用力（重力、浮力、流体作用力、颗粒间的作用力，以及设备界面的作用力）分选基本条件分选力： 重力分选中的重力，一些场合还包括离心力、惯性振动力等。耗散力：起破坏分选或对分选无促进作用的力。实现颗粒分选的首要条件是分选力>>耗散力，即：Fs/Fd>>1（矢量和） 实现分选的第二个条件是在被分选的物料的粒度范围（dmax—dmin）内，应保证最细的有用物料（粒度为dc,min）的分选速度应大于最粗的废弃尾料（粒度为dg,max）的分选速度。 分选条件三，应保证颗粒在分选区的停留时间t2大于颗粒与脉石的最小分离时间t1。 5. 分选粒度范围（极粗粗中细微极微六级分类）5.1.3 重选基本原理概述    重选基本原理：    （1）颗粒及颗粒群在介质中的沉降理论；    （2）颗粒群在垂直流中按密度分层的理论；    （3）颗粒群在斜面流中的分选理论；（4）颗粒群在回转流中的分选理论；雷廷智（P.Rittinger,1867）---床层按自由沉降未速分层。门罗（H.S.Munroe,1888）--床层颗粒按干涉沉降分层；里恰兹（R.H.Rchards,1909）--吸啜作用分层。高登（A.M.Gaudin,1939）---初加速度分层。倍尔得（1947）针对跳汰选煤--重介质作用假说。迈耶尔F.Mayer，1947）---床层适当松散时的物料按密度分层是一个位能降低的过程，应该是一种必然的趋势。5.1.4 颗粒在介质中的沉降运动与等降比    1.颗粒在介质中的浮沉与沉降    若有两种密度分别为δ1和δ2的颗粒混合物，则可选取适当的重介质，其密度为ρ，使δ1＜ρ＜δ2。此时密度为δ1的颗粒将上浮，密度为δ2的颗粒将下沉。这就是重介质浮沉分选的基本原理。    2. 等降现象与等降比    等降现象：密度、粒度和形状等不完全相同的颗粒以相同的沉降速度沉降的现象。等降颗粒：具有相同沉降速度的颗粒。    等降比：具有相同沉降速度的等降颗粒，密度小的颗粒粒度与密度大的颗粒粒度之比，写成eo。（5-8）    3. 自由沉降等降比（粗粒级颗粒沉降速度受密度的影响比细粒级大）    4.干涉沉降等降比（干涉沉降等沉比始终大于自由沉降等沉降比）5.1.5物料在垂直交变介质流中按密度分层1.分层过程重选中的跳汰分选主要是指在垂直交变介质中物料按其密度差异进行的分选作业。分选过程：将待分选的物料给入跳汰室筛板上，构成床层。水流上升时推动床层松散，密度大的颗粒滞后于密度小的颗粒，相对留在下面。接着水流下降，床层趋于紧密，重物料颗粒又首先进入底层。如此经过反复的松散—紧密，最后达到物料按密度分层。将分层后物料分别排出，即得到精料和尾料。跳汰分层原理的两种基本观点：（1）从个别颗粒的运动差异（速度、加速度）中探讨分层原因，谓之动力学体系学说；（2）从床层整体的内在不平衡因素（位能差，悬浮体密度差等）中寻找分层依据，可称之为静力学体系学说。它们虽然对松散分层的机理认识各不相同，但各有合理的成分。2.静力学体系学说及按密度分层的位能学说基本原理：由热力学第二定律可知，任何封闭体系都趋向于自由能的降低，即一种过程如果变化前后伴随着能量的降低，则该过程将自动地进行。两种物料只要密度存在差别，分层过程便能自动进行，而且两种物料密度差值越大，越易按密度得到分层。理论上来说，轻、重物料的体积各占50%时，分层效果应是最好的。另外，重物料品位高的给料要比品位低的给料好选些。5.1.6斜面流分选原理斜面流分选：借助沿斜面流动的水流进行重力分选的方法。流膜分选：以薄层水流处理细粒物料。等速流：如果斜槽的断面、坡度、槽底粗糙度在沿程保持一致，则在一定流量下，流速也维持不变。水跃现象：水流沿斜槽流动的途中，若遇有挡板或槽沟等障碍，则在障碍物的上方水面突然升高的现象。2.粗粒群在厚层紊流斜面流中的松散分层分析结果：（1）粒度相同的颗粒，密度愈大沿斜面的运动速度v较小（而沉降时，密度越大的颗粒，沉降速度却越大）；密度大的颗粒与密度小的颗粒沿槽底的速差是随两者粒度的增大而增大，说明粒度大的颗粒比粒度小的颗粒易于在斜槽中获得分选。（2）密度相同而粒度不同的颗粒，其移动速度的变化存在一极大值。密度不同的颗粒运动速度v出现最大值的位置不同，密度大的颗粒出现在较小的d/H值处；密度小的颗粒出现在较大的d/H处。（3）在斜槽中，密度大的粗颗粒和密度小的细颗粒具有相等的沿槽移动速度而成为等速颗粒（与沉降时等降颗粒情况正好相反），因此垂直流中呈等降的颗粒可在斜面流中得到分选。3.细粒群在薄层弱紊流斜面流中的松散分层弱紊流料浆流结构：（1）最上一层紊动度不高，固体浓度很低，称为表流层；（2）中间较厚的层内，小尺度旋涡发达，在紊动扩散作用下，悬浮着大量轻物料向前流动，可称为悬移层；（3）再下部流态发生了变化，若在清水中即属层流边层，在这里颗粒大体表现为沿层运动，故可称为流变层。弱紊流中的悬移层借紊动脉动速度维持粒群悬浮弱紊流中的流变层，粒群主要借层间斥力松散，接着发生分层转移。4.细颗粒在层流斜面流中的松散分层层间斥力学说：当悬浮液中固体颗粒受到连续剪切作用时，在垂直于剪切方向存在分散压（斥力）作用，使粒群具有向两侧膨胀的倾向。分散压力的大小随切向速度梯度的增大而增加，当剪切速度梯度足够大时，分散压力与颗粒在介质中的重力达到平衡，颗粒即呈悬浮状态。5.摇床斜面流分选原理摇床分选是在一个倾斜的床面上，借助床面的不对称往复运动和薄层斜面水流的综合作用，使细粒固体物料按密度差异在床面上呈扇形分布而进行分选的一种方法。摇床具有两个特征：一是沿床面的纵向设置了床条（或刻槽），二是床面作往复不对称运动床面的摇动和横向水流的脉动，使物料松散并析离分层。大密度颗粒具有较大的纵向移动速度和较小的横向移动速度（重产物端）；小密度颗粒具有较小的纵向移动速度和较大的横向移动速度（轻产物端）。5.1.7回转流分选原理实践中使料浆作回转运动的方法可有三种：第一种是料浆在压力作用下沿切线方向给入圆形容器中，迫使其作回转运动，这样的回转流厚度常较大，如水力旋流器。第二种是借转筒的回转带动料浆作回转运动，料浆呈流膜状同时相对筒壁流动，如各种离心分选机。第三种是以中心搅拌叶轮带动介质回转，这种方法常在风力分级设备中应用。此外也有的回转流是料浆沿螺旋槽运动产生的，如螺旋分选机，此时离心力和重力约在同一数量级内。2.颗粒在厚层回转流中的径向运动（主要用于分级）3.薄层回转流的流动特性及颗粒的分选分选原理离心分选机的分选机理与重力场中弱紊流流膜的分选机理大致相同，只是在这里由于颗粒受到比重力大得多的离心力作用，使大密度颗粒沉积在鼓壁上难以移动，故比重力溜槽多了一个沉积层，须间断排出。在离心力作用下，颗粒的沉降速度增加要比料浆的轴向流速增加幅度更大，所以大密度颗粒可以经过很短的距离便进入底层被回收。而紊流脉动速度的增长则比颗粒的离心沉降速度增长幅度为小，这便使得离心机可有更低的回收粒度下限。4.螺旋回转斜面流分选原理螺旋分选机或螺旋溜槽：由垂直轴线的螺旋形槽体构成的流膜重选设备。分选过程：螺旋分选机的螺旋圈数一般为3圈~6圈，料浆自上端给入后，在沿槽流动过程中发生分层。进入底层的大密度颗粒趋向于向槽内缘运动，小密度颗粒在回转运动中被甩向外缘。分带后沿内缘运动的重物料通过载取器排出。(1)液流在螺旋槽内的流动特性其一是沿螺旋槽纵向的回转运动；其二是溜槽横断面上的循环运动,又称为二次环流。二次环流的产生是由于离心力作用下，表面液流回转速度高，离心力作用较大，被甩向槽边缘，而底层液回转流速小，离心力作用小，受重力影响较大，倾向于内缘运动。(2）不同密度颗粒在螺旋槽内分选颗粒在螺旋槽内的松散分层过程与一般弱紊流斜面层中的作用一样，粒群在沿槽底运动过程中，大密度颗粒逐渐入底层，小密度颗粒进入上层，大约在第一圈之后即完成。分层后，便形成了以重物料为主的下部流动层，和以轻物料为主的上部流动层。在同一径向位置上，下层颗粒密集度大，又与槽表面接触，受上面的压力最大，因此运动阻力也大。处于上部流层的颗粒则相反，所受运动阻力较小。这样便增大了上下流层间的速度差，小密度颗粒位于纵向流速高的上层液流内，因而具有较大的惯性离心力，同时横向环流又给予它们方向向外的流体动力作用，这二者的合力超过颗粒的重力分力和摩擦力，这样小密度颗粒便向槽的外缘移动。大密度颗粒处于纵向流速较低的下层液流内，因此具有较小的惯性离心力，而颗粒的重力分力和横向环流则给予它们方向向内的流体动力作用，后两项力将超过颗粒的惯性离心力和摩擦力，于是便推动大密度颗粒向槽的内侧移动并富集于内缘区域。其它中间比重的连生体颗粒则占据着槽的中间带。1．某铜矿，其原矿品位α、精矿品位β和尾矿品位分别为1.05%、25.20%、和0.13%。分别计算求其精矿产率γ、分选回收率ε、富集比和选别比。    【解】                  富集比=β/α=25.02%÷1.05%=23.83        选别比K=1/γ=26.18    2．在粉煤灰的分选试验中，分选试验槽容积为1.5L，单元试验样重0.5kg。若粉煤灰密度为2700kg/m3，分选介质水的密度为1000kg/m3，求料浆质量分数wB 与体积分数φB。    【解】料浆质量分数        体积分数        3．黑钨矿及其伴生脉石矿物石英的密度分别为7200kg/m3和2650kg/m3；煤及其伴生脉石矿物煤矸石的密度分别为1350kg/m3和2000kg/m3。分别计算评估其重选分离的难易程度。    【解】重选分离的难易程度可由分离物料的密度差判定，        E称为重选可选性判断准则。δ1、δ2和ρ分别为轻物料、重物料和介质的密度。    黑钨矿及其伴生脉石矿物石英的重选分离难易程度：        E>2.5，可见黑钨矿与石英的重选分离容易。    煤及其伴生脉石矿物煤矸石的重选分离难易程度：        E>2.5，煤及其伴生脉石矿物煤矸石的重选分离容易。4．欲采用雾化硅铁（密度6900kg/m3）和水配制密度为2850kg/m3的重悬浮液，求其分别加入比例。    【解】加入硅铁质量百分比λ由以下计算式计算，    则水的添加量为24%，两者添加质量比例为硅铁：19：6。5.等降比在重选中有何实践意义？    【解】颗粒的沉降速度与颗粒粒度、密度及形状等因素有关。如果密度、粒度和形状等不完全相同的颗粒以相同的沉降速度沉降，则称这种现象为等降现象。具有相同沉降速度的颗粒称为等降颗粒。密度小的颗粒粒度与密度大的颗粒粒度之比称为等降比，写成eo。    等降现象在重选实践中有重要意义。当对粒群进行水力分级时，每一粒级中的轻密度物料的粒度总要比重密度物料为大，如能知道其中一种物料的粒度，则另一种物料粒度即可由等降比求得。另一方面，若一组粒群中最大颗粒与最小颗粒的粒度不超过等降比，则又可借沉降速度差将其中轻、重物料分离开来。6.重力分选中分选介质的种类、作用与主要运动形式有哪些？    【解】对于重选而言，常用的介质有水、重介质和空气。在介质内，颗粒借重力、浮力、惯性力和阻力的推动而运动，不同密度、粒度和形状的颗粒产生了不同的运动速度或轨迹，从而达到了分离的目的。在这里介质既是传递能量的媒介，同时还担负着松散粒群和搬运输送产物的作用。介质在选别过程中处于运动状态，主要的运动形式有：等速的上升流动、垂直的非稳定流动，沿斜面的流动、回转运动等。5.2 磁场分选5.2.1磁选过程   磁场分选（简称磁选）是基于被分离物料中不同组分的磁性差异,采用不同类型磁选机将物料中不同磁性组分分离的技术。（2）磁选分离过程：物料进入磁选机的非均匀磁场中，物料颗料同时受到磁力和竞争力的作用，磁力占优势的颗粒，便成为磁性产品，竞争力占优势的颗粒成为非磁性产品（3）物料磁选分离的必要条件：Fm>Fc>Fm*（5-42）    式中Fm,Fm*－作用在磁性较强与较弱颗粒上的磁力；Fc－作用在颗粒上的竞争力（包括重力、离心力、流体阻力、摩擦力等）。（4）颗粒在磁选机中的分离主要方式：   一是吸住式，物料给入靠近磁极的区域，较强磁性颗粒受磁极的吸引而吸住在磁极上或紧靠磁极的圆筒上或聚磁介质上，而使之进入磁性产品中，而磁性较弱的颗粒在竟争力的作用下随料浆流或给料输送带进入非磁性产物。    二是吸引式,物料进入磁选机磁场中,较强磁性颗粒受磁场吸引,但又有竞争力作用而不能沉积在磁极上,只是朝向磁极运动；磁性较弱的颗粒受的竞争力大,背离磁极运动,两种不磁性颗粒的运动背道而驰而得到分选。5.2.2 磁力（磁选只能在非均匀磁场中实现） 磁选要研究的主要问题：    矿粒在非均匀磁场中所受的比磁力大小决定于物料本身的磁性X（内因），与磁场特性H和gradH（外因）    当磁场一定时，物体比磁化率X愈大，矿粒在磁场中所受的比磁力fm愈大，因此强磁性物料比较容易分选。HgradH（或BgradB）是反映磁选机磁场特性的主要指标，通常称之为磁场力。5.2.3改变物质磁性的方法【解】改变物质磁性的方法可分为两类：容积磁性的改变和表面磁性的改变。    容积磁性的改变由以下几种方法：磁化焙烧（还原焙烧、中性焙烧、氧化焙烧、氧化还原焙烧和还原氧化焙烧五种）、热磁法；    表面磁性的改变由以下几种方法：碱浸磁化、疏水磁化、磁种磁化、磁化剂磁化。什么是还原度？    【解】在还原焙烧过程中，还原焙烧程度以还原度(R)表示：    R=                                 式中  FeO－还原焙烧矿中FeO的含量, Fe－还原焙烧矿中全铁的含量。    赤铁矿的理想还原度为R=42.8%，一般R=38%～52%被认为还原较好。2.改变颗粒表面磁性的方法（1）     碱浸磁化（2）疏水磁化    疏水—磁化法：很多逆磁性和顺磁性矿物，用表面活性物质处理后矿物表面疏水化，再经受磁场作用，矿物比磁化率增加。疏水磁化法的实质是：碱浸使矿物表面局部溶解，脂肪酸皂(表面活性物质)与矿物表面残存的铁或矿浆中的含铁成分形成疏水性的脂肪酸铁表膜，覆盖在矿物表面上，该表膜在磁场作用下定向，故磁化率增高。（3）磁种磁化      磁种：选择性吸附到某种目的矿物表面上，并能提高其磁性的细粒分散、强磁性物质。    磁种磁化：就是在一定条件下调整料浆，并在料浆中加入磁种，使其选择性粘附于目的物料上并提高目的物料磁性的过程；（4）磁化剂磁化（外加的磁性物质通过磁化剂分子选择性吸附在目的矿物上而使其磁性提高的过程）    磁化剂：它的一端能吸附强磁性的磁铁矿或含铁成分，另一端则选择性的和目的物料吸附，这样就使目的物料的磁性增加。5.2.4 分选磁场的磁场特性磁选机的磁场类型大致可分为三种,即开放磁系磁场,闭合磁系磁场和磁(分选)介质磁场。什么是磁场特性？开放磁系与闭合磁系的磁场特性有何区别？ 【解】磁场特性是指磁场的大小及在空间的分布规律。    开放磁系的共同特点是，磁极极性交替同侧排列,磁系极距(两相邻磁极面中点之间的直线距离)较大，磁通经过的空气隙较大，因而磁场强度较低。显然，这类磁系只能用于回收强磁性成分。    闭合磁系的特点是，异性磁极面对面排列,极距小，即空气隙小，则磁阻小,因而极间磁场强度高。 磁场深度和磁场力深度是指沿磁系半径线上，以极面为起点，磁场强度和磁场力能够达到的有效距离。    双曲线共焦磁极对的特点：齿形极的渐近线与凹弧极的渐近线聚焦于一点，即使在凹弧极面附近，磁场仍然是不均匀的，因而其磁场特性比尖齿—平面磁极对优越。这种磁极对广泛用于强磁场辊式磁选机．    磁介质的形状主要有齿板、钢珠、钢板网和钢毛。   12．什么是磁场梯度匹配？    【解】梯度匹配是指铁磁性钢毛半径a与给料颗粒半径b应有一合适的比值，在此合适比值下，介质丝作用在邻近磁性颗粒上的磁力最大，这种合适的比例关系称为梯度匹配，合适的比值a／b可由磁性颗粒在高梯度场中所受的磁力确定。    在梯度匹配时,磁力与颗粒半径的二次方成正比。由于有效磁力限于颗粒直径范围内,故钢毛的每个捕收点只能捕收一个匹配颗粒。因此钢毛捕获的磁性颗粒的体积大致与钢毛的体积相同。5.3 电场分选5.3.1电选过程    电场分选(简称电选)就是基于被分离物料在电性质上的差别,利用电选机使物料颗粒带电，在电选机电场中颗粒受电场力和机械力(重力、离心力等)的作用,不同电性质的颗粒运动轨迹发生分离而得以使物料分选的一种物理分选方法。    电选过程（基本原理）（高压电晕鼓筒式电选机）：    电极由接地圆筒和高压电晕极构成。电晕极为尖形极或细丝极，当电压提高到一定值后会产生电晕放电使颗粒带电。导体颗粒C与圆筒接触，迅速传走电荷，在滚筒离心力作用下，被抛落到导体产品接料斗中；非导体颗粒NC也接触滚筒,但只传走部分电荷，继续吸于筒面，运转至后方被抛落或用毛刷刷人非导体产品接料斗中；中间导电性颗粒MC落人中间产品斗中。负极为尖形极（电晕极）+圆柱电极（静电极），静电极可扩大导体颗粒的偏移轨迹，提高分选效果。这样的电选机又称为复合电场电选机。5.3.2 电选机电场（有静电场,电晕电场和复合电场）静电场是指带电体相对于介质和观察者其电荷不动,电荷量也不变化,相应的不随时间的变化而变化的电场叫静电场。临界电场强度（电介质改变电性的这一电场强度）：当电介质处在电场强度超过一定值时，电介质本身的全部或一部分就会丧失其绝缘性能，使之成为导体。临界电压：当外加电压使厚度为1cm绝缘体达到临界电场强度时的电压值UKP比导电度是指某种物料的临界电压与石墨的临界电压之比。电晕电场：（1）表面发射势垒（2）  场致电子发射（3）电晕放电电晕电场与静电场不同之处就是有电子流。影响电晕电场的因素:(1)电压的大小(2)电晕极的安装角度3)电晕电极的根数复合电场是静电场与电晕电场的叠加电场，扩大了导体颗粒与非导体颗粒所受电场力的差别,即导体颗粒受到背离鼓筒的电场力和非导体颗粒吸筒面的电场力都较前两种电场单独使用时大,因而提高了分选效果。5.3.3带电方法和颗粒荷电量1.传导带电2.感应带电3.电晕带电4.复合电场中带电电泳：颗粒与电极接触后，导体颗粒C由于其电位低于带电电极的电位，因而能通过传导迅速获得与接触电极同号的电荷，继之，受接触电极排斥和上方的异号电极吸引，脱离接触电极的向上运动。（吸附效应有利于提高分选效果。但只靠极化作用产生的吸附效应较弱，这正是静电选矿机效率不高的原因）感应带电和传导带电共同点：都是导体中的自由电子向高电位方向的移动。区别：在传导带电中，导体颗粒与带电电极接触而获得同号电荷，而在感应带电中，导体颗粒不与电极接触，而在静电场空间获得电荷。电晕带电过程：颗粒进入电晕电场后，无论导体颗粒或非导体颗粒都能通过电晕放电获电荷。但导体颗粒由于其介电常数比非导体颗粒大，因而能够获得比非导体颗粒更多的电荷。不过导体颗粒由于其导电性好，能将其获得的电荷在极短时间内经接地极传走。离开电晕电场后，甚至带上与接地极同符号的电荷，受接地极排斥。非导体颗粒由于其导电性很差或不导电，因而只能传走一部分电荷或不传走电荷，离开电晕场后，保留大量剩余电荷。剩余电荷使非导体颗粒吸附于接触电极表面，这种吸附效应较强，有利于提高分选的效果。复合电场（在复合电场中，导体颗粒可产生较强的提升效应，而非导体颗粒可产生较强的吸附效应,因而能获得最佳的分选效果）5.颗粒在电晕场中的荷电量(1)瞬时t内的荷电量(2)最大荷电量(3)剩余荷电量5.3.4 电选过程中颗粒的受力与分离颗粒受力：重力Fg；离心力FL；库仑力FK；不均匀电场力FN；镜象力Fl镜象电荷：荷电颗粒的剩余电荷与该电荷在接地电极表面处的镜象位置感应产生符号相反的电荷。镜象力：鼓筒剩余电荷与镜象电荷符号相反,故相互吸引,此引力叫镜象力。5.4 复合物理场分选原理概述分选过程是实现不同种类物料按种类分离的过程，而分级过程则是实现不同粒度颗粒按粒度分离的过程。实现作用力方向偏转或反向途径有三：① 采用复合力场②调节分选介质③调节颗粒的表面性质。为什么复合物理场能强化分选效果？【解】复合电场为静电场与电晕电场的叠加电场,结合了这两种电场的优点,既有电晕放电又有静电场,扩大了导体颗粒与非导体颗粒所受电场力的差别,即导体颗粒受到背离鼓筒的电场力和非导体颗粒吸筒面的电场力都较前两种电场单独使用时大,因而提高了分选效果。 第六章  表面物理化学分选 6.1 概述表面物理化学分选:利用物料颗粒间的表面物理化学性质差异来进行分选。 浮选是利用矿物表面物理化学性质差异，（特别是表面润湿性）在固-液-气三相界面，有选择性富集一种或几种目的矿物，从而达到与脉石矿物分离的一种选别技术.。6.2 颗粒表面润湿性与浮选6.2.1 润湿过程从宏观来说，润湿是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程。    从微观角度来看，润湿固体的流体，在置换原来在固体表面上的流体后，本身与固体表面是在分子水平上的接触，它们之间无被置换相的分子。    润湿现象分成沾湿（a）、铺展（b）和浸湿（c）三种类型。6.2.2固体颗粒表面润湿性的度量固体颗粒表面润湿性的度量有哪些参数？与颗粒浮选行为有何联系？   【解】固体颗粒表面润湿性的度量有接触角、润湿功与润湿性、粘着功与可浮性。    接触角可以标志固体表面的润湿性。如果固体表面形成的θ角很小，则称其为亲水性表面；反之，当θ角较大，则称其疏水性表面。θ角越大说明固体表面疏水性越强；θ角越小，则固体表面亲水性越强。    润湿功亦可定义为：将固-液接触自交界处拉开所需做的最小功。显然，WSL越大，即cosθ越大，则固-液界面结合越牢，固体表面亲水性越强。    粘着功WSG：矿粒向气泡附着，系统消失一个固-水界面和水-气界面，新生成了一个固-气界面体系对外所做的最大功。WSG表征着矿粒与气泡粘着的牢固程度。显然，WSG越大，即（1-cosθ）越大，则固-气界面结合越牢，固体表面疏水性越强。    当矿物完全亲水时，θ=0°，润湿性cosθ=1，可浮性（1-cosθ）=0。此时矿粒不会附着气泡上浮。当矿物疏水性增加时，接触角θ增大，润湿性cosθ减小，可浮性（1-cosθ）增大。6.2.3矿物表面水化作用与润湿性1.水化作用（1）矿粒排开周围的水分子占据一定的几何空间过程的实现，势必要：①断开周围水分子与水分子间的缔合；②将这些水分子推移一定距离（2）矿粒表面与水分子作用获得的补偿能E。矿粒表面的带电或不带电质点与水分子有四种作用方式（配位键合作用＞静电作用及氢键作用＞分子键合作用最弱）：①　矿粒表面的晶格阳离子与水分子通过配位键发生水合反应。②　矿粒表面的晶格离子与水分子通过静电作用发生水合。③　矿粒表面的带电或不带电晶格质点与水分子发生氢键缔合作用④　矿粒表面的各种分子键性质的不饱和键与水分子有分子吸引作用2.水化膜：当水分子与矿物表面质点的水化作用能（E）大于水分子间的缔合能（Ew）时，水分子吸附在矿物表面，形成水化膜。水化膜的结构示意图：水化膜中的水分子是定向密集排列的，它们与普通水分子的随机稀疏排列不同。最靠近矿物表面的第一层水分子，受表面键能吸引最强，排列最为整齐严密。随着键能影响的减弱，离表面较远的各层水分子的排列秩序逐渐混乱。表面键能作用不能达到的距离处，水分子已呈普通水那样的无秩序状态。所以水化膜实际是界于固体矿物表面与普通水之间的过渡间界，故又称为“界间层”。水化膜的厚度与矿物的润湿性成正比。矿物的表面润湿性是如何分类的？   【解】矿物表面润湿性，实际上反映了水化作用的强弱，其中价键性质是水化作用能的主要影响因素，因而矿物价键与其表面润湿性直接相关，依据价键特性，可以把矿物的自然润湿性分为4个类型，即强亲水性、弱亲水疏水性、疏水性、强疏水性。6.2.4润湿与浮选1.改变固体间表面润湿性差异的方法    常用添加特定浮选药剂的方法来扩大物料间润湿性的差别。    浮选药剂对(SL、(LG或(SG有影响，从而改变矿物的可浮性。    各种药剂主要作用如下：    捕收剂：其分子结构为一端是亲矿基团，另一端是烃链疏水基团。主要作用是使目的矿物表面疏水、增加可浮性，使其易于向气泡附着。    起泡剂：促使泡沫形成，增加分选界面，与捕收剂也有联合作用。    调整剂：调整捕收剂的作用及介质条件，其中促进目的矿物与捕收剂作用的，为活化剂；抑制非目的矿物可浮性的，为抑制剂；调整介质pH的，为pH调整剂。    浮选法主要有泡沫浮选，此外还有离子浮选、表层浮选和多油浮选等。2.泡沫浮选泡沫浮选的主要过程：矿粒（或附有捕收剂的矿粒）附着气泡的过程，又叫气泡矿化过程。气泡矿化过程是铺展润湿的逆过程，消失固液界面及液气界面，生成固气界面。气泡矿化的条件为：只有θ>0时，才有（1-cosθ）>0，才能发生气泡矿化作用使矿粒上浮。3.表层浮选或粒浮表层浮选或粒浮是让矿物或其他固体物料浮在水面的过程，粒浮的条件是接触角保持在90°≤θ≤180°的范围内。 6.3 双电层6.3.1双电层结构及电位1.双电层结构矿物在水介质中的表面电现象是如何起源的？简述矿物表面的双电层结构。   【解】矿物在水介质中的表面电现象起源于离子优先解离（或溶解）、离子优先吸附、离子吸附和电离、离子晶格取代。    矿物表面的双电层结构可用斯特恩（Stern）双电层模型表示。      在两相间可以自由转移，并决定矿物表面电荷（或电位）的离子称“定位离子”。定位离子所在的矿物表面荷电层称“定位离子层”或“双电层内层”。如图中的A-A层。    溶液中起电平衡作用的反号离子称：“配衡离子”或“反离子”。配衡离子存在的液层称“配衡离子层”或“反离子层”、“双电层外层”。   在通常的电解质浓度下，配衡离子受定位离子的静电引力作用，在固-液界面上吸附较多而形成单层排列。随着离开表面的距离增加，配衡离子浓度将逐渐降低，直至为零。    因此，配衡离子层又可用一假设的分界面将其分成“紧密层”（或称“斯特恩层”），如图中的B-B层；以及“扩散层”[或称“古依（Gouy）层”]，如图中的D层。该分界面称为“紧密面”。紧密面离矿物表面的距离等于水化配衡离子的有效半径（δ）。在浮选中，矿物-水溶液界面的双电层可用斯特恩（Stern）双电层模型表示。    定位离子：在两相间可以自由转移，并决定矿物表面电荷（或电位）的离子。定位离子所在的矿物表面荷电层称“定位离子层”或“双电层内层”。根据双电层起源，一般认为，对于氧化物、硅酸盐矿物定位离子是H+和OH—；对于离子型矿物、硫化物矿物定位离子就是组成矿物晶格的同名离子。“配衡离子”或“反离子”：溶液中起电平衡作用的反号离子。液层称“配衡离子层”或“反离子层”、“双电层外层”。2.双电层电位在双电层中有如下几种电位：（1）表面电位（ψ0）即荷电的矿物表面与溶液之间的电位差。导体或半导体矿物，可将矿物制成电极测ψ0，故又称“电极电位”。（2）斯特恩电位（ψδ）：斯特恩电位（ψδ）紧密面与溶液之间的电位差。（3）动电位（ζ）：当矿物-溶液两相在外力（电场、机械力或重力）作用下发生相对运动时，紧密层中的配衡离子因吸附牢固会随矿物一起移动，而扩散层将沿位于紧密面稍外一点的“滑移面”移动。此时，滑移面上的电位称为“动电位”或“电动电位”、“ζ-电位”。3.零电点和等电点（1）零电点PZC：矿物的表面电位决定于溶液中定位离子的活度。当ψ0为零（或表面净电荷为零）时，溶液中定位离子活度的负对数值，用符号PZC表示。 如果已知矿物的零电点，则可求出在其定位离子活度条件下的ψ0。例：对于硅酸盐和氧化物矿物，如石英、刚玉、锡石、赤铁矿、软锰矿、金红石等，根据双电层的起源，一般认为H+和OH—是定位离子。按（21）式，在25℃时，代入各常数数值，则（22）式中pHPZC——氧化物和硅酸盐矿物的零电点pH。例6-1：已知石英的pHPZC=1.8，计算pH=1.0和7.0时，表面电位大小。解：由（22）式，当pH=1.0时，当pH=7.0时，计算结果表明，在定位离子是H+和OH—的情况下，当pH>PZC时，ψ0<0时，矿物表面荷负电；当pH<PZC时，ψ0>0时，矿物表面荷正电；（2）等电点IEP特性吸附作用：当溶液中某种离子对矿物表面除有静电力外尚有附加的其他作用力，如化学力、烃链缔合力等存在时，这种离子会更多的进入紧密层中，使配衡离子层的电位发生更复杂的变化等电点：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。用符号IEP表示。6.3.2动电现象（当一相相对于另一相运动时，会引起一些电现象，称为电动现象，包括电渗、电泳、流动电位和沉降电位）1.电渗：在外加电场作用下，液相沿着固相（毛细管、多孔隔膜、多孔塞、粉末等）移动。2.电泳：在外电场作用下，分散在液相中的固体粒子向电极的移动。   什么是动电现象？它有何应用？如何通过动电现象来测定　ζ电位？   【解】当一相相对于另一相运动时，会引起一些电现象，称为电动现象，包括电渗、电泳、流动电位和沉降电位。    由电渗法测定ζ电位通常是测出电渗电流和液体的电渗流出体积Vml/s,由下式求出ζ电位：                            κ＊――溶液电导率Ω－1cm-1，3002为换算因子，η为粘度泊（g/cm·s），D为液体的介电常数，i为电流强度安培，V为电渗时液体流过多孔性物质的体积（ml·s-1）。    电泳法测ζ电位通常由所施加的电场强度i，测得界面移动速度u，然后求得电泳迁移率u0,便可根据式（6-25）求得ζ电位    (伏特)6.3.3颗粒表面电性与浮选药剂吸附举例说明颗粒表面电性与浮选药剂的吸附，颗粒可浮性的关系？  【解】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。以浮选针铁矿为例，针铁矿的零电点PZC为pH=6.7，当pH<6.7时，其表面电位为正，此时用阴离子捕收剂，如烷基硫酸盐RSO4-，或烷基磺酸盐RSO3-，以静电力吸附在矿物表面，使表面疏水良好上浮。当pH>6.7时，针铁矿的表面电位为负，此时用阳离子捕收剂如脂肪胺RNH3，以静电力吸附在矿物表面，使表面疏水良好上浮。锡石的ｐHpzc=6.6。计算ｐH=4和ｐH＝8时锡石表面电位的大小，并说明其表面电性质。分别在此两种不同条件下浮选锡石时，如何选择捕收剂？   【解】    pH=4时锡石表面电位    选择阴离子性捕收剂    pH=8时锡石表面电位          选择阳离子性捕收剂6.3.4半胶束吸附简述半胶束吸附现象，及其在浮选中的应用。    【解】当阴离子表面活性剂浓度较低时，离子完全靠静电力吸附在双电层外层，起配衡离子作用，因此又称为“配衡离子吸附”。在浓度较高时，表面活性剂离子的烃链相互作用，形成半胶束状态，产生半胶束吸附。这种吸附是在静电力吸附基础上，又加上分子烃链间的范德华力的作用。           半胶束吸附有利于增强矿物表面的疏水性，强化药剂对矿物的捕收能力。6.4 矿物溶解对浮选过程的影响【解】矿物溶解对浮选过程在以下几个方面存在影响。    （1）矿浆pH值及其缓冲性质   硫化物矿物溶解后对溶液pH值一般无影响。氧化物矿物溶解后，对溶液pH值的影响也不大。盐类矿物的矿浆pH值一般维持在某一狭小范围，这就是盐类矿物矿浆的缓冲性质。这意味着，无论矿浆的初始pH值是多大，经过一定时间平衡后，盐类矿物矿浆的pH值最终会趋于某一狭小范围。    （2）矿物溶解度大小与可浮性   水化能大的，其溶解度大，矿物亲水性大，可浮性差。因此，较难溶的纯净的硫化矿表现出一定的天然可浮性，而溶解度较大的氧化矿是亲水的，没有天然可浮性。    （3）矿物溶解离子的活化作用    由于矿物的溶解，使矿浆中溶入了各种离子，这些离子会对矿物的浮选产生重要影响。例如溶解的Cu2+会使闪锌矿、黄铁矿的浮选明显改善，这时，我们称Cu2+起了活化作用。6.4.4矿物溶解离子对捕收剂作用的影响1.竞争吸附矿物溶解离子与同电性捕收剂离子在矿物表面也会发生竞争吸附。浮选时捕收剂离子吸附于矿物表面而疏水，但同时同电性矿物溶解离子的竞争吸附又会对浮选起抑制作用。2.沉淀捕收剂溶解的矿物阳离子在溶液中可以同捕收剂阴离子形成盐沉淀，消耗捕收剂，对浮选产生不利影响，并增大药剂用量。6.5 硫化物固体颗粒表面的氧化还原反应与浮选6.5.1硫化物固体颗粒表面的氧化硫化物的氧化产物受到介质pH的控制，同时还受到环境（氧化还原条件）和氧化深度的影响。1.pH的影响如用M表示金属离子，MS表示硫化物，在酸性条件下，硫化物的氧化总是生成可溶的金属离子和疏水的元素硫；而在中性和碱性条件下氧化，则硫化物表面会生成亲水的金属氢氧化物以及元素硫或硫氧根离子。2.反应动力学因素的影响反应动力学因素的影响表现在以下两个方面：（1）硫化物自然氧化速度（2）氧化动力学因素决定硫化物的氧化反应和氧化产物3.表面氧化程度的影响对于元素硫来说，它是否能够稳定存在，受到两个方面的控制：一是环境，如果元素硫所处环境的氧化或还原性较强，则在较短时间内，元素硫被氧化或还原；二是时间，在较弱的氧化还原条件下，元素硫被氧化、还原速度较小，但是时间延长，元素硫同样可以被氧化或还原。6.5.2巯基浮选捕收剂在硫化物上的电化学反应1.巯基浮选捕收剂与硫化物表面的疏水现象加大矿物颗粒间的表面性质差异，通常是人为地使硫化物表面疏水，而让氧化脉石矿物表面保持亲水。使硫化物表面疏水的最常用方法是添加具有异极性结构的巯基浮选捕收剂。这些巯基浮选捕收剂的分子结构，均由非极性的疏水基团和极性的特定亲固（硫）基团构成，形成既有亲固性又有亲油（疏水）性的所谓“双亲结构”分子。异极性巯基浮选捕收剂的极性亲固基团能比较牢固地吸附在硫化矿物表面，而非极性的疏水基团则在矿物表面定向地向外排列，造成硫化矿物表面的疏水化，并使其易于向气泡粘附。常用巯基浮选捕收剂有乙黄药C2H5—C(S)SNa、丁铵黑药（C4H9）2＞O2P(S)S（NH4）、乙硫氮(C2H5)2＞NC(S)SNa等。2.巯基浮选捕收剂与矿物作用的“化学反应假说”以及氧的作用表面活性剂与矿物表面的化学反应决定粒子的浮选行为，药剂与矿物金属离子化学反应产物的溶度积越小，作用能力越强。正因为如此，我们可以应用溶液化学平衡计算来讨论浮选体系的各种行为。微量氧的作用，加强了黄药的吸附，提高了可浮性3.硫化矿可浮性大小的溶度积判据（Ksp小，药剂的捕收能力强，可浮性好）用药剂与硫化矿金属离子反应产物的溶度积大小衡量药剂对硫化矿的作用能力。4.硫化矿浮选的电化学浮选电化学主要研究内容：矿物（电极）-电解质溶液界面电化学反应的一般规律。其具体内容主要是电解质（药剂）在矿物表面的氧化还原反应；矿物表面静电位对药剂电化学反应的影响；以及悬浮液电位对硫化物矿物浮选的影响。（1）巯基捕收剂——硫化物矿物体系的氧化还原反应在浮选中，当巯基捕收剂与硫化物矿物表面接触时，捕收剂在矿物表面的阳极区被氧化，同时，氧化剂在阴极区被还原，构成了共轭的氧化还原反应，硫化物矿物充当了反应的电极。（2）静电位对巯基捕收剂电化学反应的影响上述氧化还原反应的方向及相对速率是由于矿物表面和溶液之间的电位差（即表面电位）决定的。电极电位：如果将标准氢电极作参比电极时测得的任何电极的电位。静电位：当电极上没有净电流通过（即开路条件）时所测得的电极电位。例6-2计算乙双黄药在浓度为6.25×10-4mol/L（在25℃pH=7）的还原电位。解：乙黄药取平衡数据E°=-0.06V。代入式（6-58），得硫基捕收剂在矿物表面吸附的关系：一般来说，捕收剂只在那些矿物的静电位大于相应的二硫化物生成的可逆电位时，才氧化成二硫化物（例如黄铁矿、毒砂与黄药溶液）。对于那些静电位低于可逆电位的硫化物，使生成金属捕收剂盐（例如方铅矿、辉铜矿等，铜蓝是一个例外，可能是由于铜蓝所释放出来的Cu2+将黄原酸盐离子氧化成双黄药所致）。（3）悬浮液电位与硫化物矿物浮选在一定条件下，表面可形成具有天然可浮性的元素硫（S0）。所以悬浮液电位对浮选会产生显著的、甚至是决定性的影响。5．硫化矿浮选抑制的电化学根据硫化矿浮选电化学原理。如何强化浮选过程中硫化矿的浮选和抑制行为？    【解】根据硫化物矿物与巯基类捕收剂相互作用的电化学机理和混合电位模型，硫化物矿物、捕收剂、氧气三者的相互作用如图所示。    曲线O代表阳极过程；捕收剂离子X-与矿物作用或捕收剂离子X-的自身氧化。                                                                              曲线R表示阴极过程：氧的还原。                                     图中A处于表示实际的混合电位，此时阳极电流和阴极电流大小相等，方向相反。根据硫化矿浮选电位学理论，可以从以下五个方面强化或抑制浮选。    （1）当加入还原剂，如亚硫酸盐、SO2气体等，或减少悬浮液中的氧含量时，氧的还原电流降低，R曲线变为Rˊ，混合电位由A处移至B处。表明氧化反应（O线表示）难以进行，即捕收剂不能在矿物表面形成疏水产物，浮选受到抑制；    （2）若增大捕收剂浓度，或者加入长烃链的同系列捕收剂（较短链同系捕收剂易氧化），氧化电流（O线）增大至Oˊ线，从图可知在B处仍有捕收剂与硫化物矿物的作用，表明浮选加强；    （3）提高捕收剂与矿物作用的氧化电位（如降低捕收剂浓度），使捕收剂的氧化需要更高的电位，即将O线移至O″线，则浮选难以进行，矿物受到了抑制；    （4）浮选过程中加入比捕收剂更易氧化的药剂，与O2形成共轭反应，消耗氧，也可以实现浮选的抑制；   （5）硫化矿表面预先氧化形成亲水物质，捕收剂难以吸附，浮选受到抑制。解毕！石灰、氰化物、HS-等均可以作为硫化矿浮选的抑制剂。pH值的升高，可以加速黄铁矿、磁黄铁矿等矿物的表面氧化，使得其浮选得到抑制。凡是能去除预先吸附在硫化矿表面的疏水性捕收剂产物的药剂，都可作为抑制剂使用。6.6 聚集与分散6.6.1基本行为1．微细粒子的分散和聚集状态分散状态：悬浮液中微细粒子呈悬浮状态，且各个颗粒可自由运动时的状态；聚集状态：悬浮液中微细粒子相互粘附团聚，团粒尺寸变大的状态。根据聚集状态作用机理的不同，可将其分为三种：（a）凝结（或称凝聚）在某些无机盐的作用下，悬浮液中的微细粒子形成凝块的现象称为凝结。其主要机理是外加电解质消除了表面电荷、压缩双电层的结果。（b）絮凝主要是用高分子絮凝剂通过桥联作用，把微粒联结成一种松散的、网络状的聚集状态，有时也称为高分子絮凝。如果主要由外加表面活性物在粒子表面形成疏水膜，则各粒子表面间疏水膜中的非极性基互相吸引、缔合而产生的絮凝称为疏水性絮凝。（c）团聚悬浮液中加入非极性油后，促使粒子聚集于油相中形成团，或者由于大小气泡拱抬，使粒子聚集成团的现象。解絮凝作用：如果使悬浮液中形成的絮团解散并恢复分散状态。2．絮凝与桥联作用（高分子絮凝与凝聚的原理不同）桥联作用：高分子絮凝剂就会像架桥一样，搭在两个或多个粒子上，并以自己的活性基团与粒子起作用，从而将粒子联接形成絮凝团絮凝剂在粒子表面上的吸附，主要是由三种类型的键合作用引起。  (1)静电键合（双电层内的静电相互）(2)氢键键合（絮凝剂聚合度很大，氢键的键合总数亦很大）(3)共价键合（生成某种难溶的表面化合物或稳定的络合物、螯合物，并能导致聚合物的选择性吸附）3．选择性絮凝选择性絮凝是在含有两种或多种矿物组分的悬浮液中加入絮凝剂，由于各种矿物对絮凝剂的作用不同，絮凝剂将选择性地吸附于某种矿物组分的粒子表面，促使其絮凝沉降，其余矿物仍保持稳定的分散状态，从而达到分离的目的。矿物的选择性絮凝可分为五个阶段。（1）     分散（电荷相反的异种矿物互相吸引凝聚，细泥罩盖现象，超细粒与粗粒互相背负现象会造成夹杂和分选产物不纯，因此要+分散剂水玻璃）（2）     加药加入絮凝剂并使其充分混匀弥散。为了“活化”或“抑制”絮凝作用，要附加其他调整剂，其作用大致为：1改变矿物的表面电性，降低静电斥力2改变高聚物絮凝剂的吸附机理3调整剂与絮凝剂竞争并占据表面，防止絮凝剂吸附（3）     吸附（4）     选择絮凝（5）     沉降分离沉降时间短，则下沉的絮团较纯，沉降时间久，则杂质也沉降，质量就受影响，但沉降时间短，会使回收率降低。6.6.2微粒间相互作用的DLVO理论1．静电力（ElectrostaticForce）——VER从热力学观点看，粒子相互接近时，静电相互作用能（VER）随间距的变化就是带电颗粒由无限远处接近到间距H处时体系自由能的变化。2．范德华相互作用（Lifshitz-Van-der-WaalsForce）-VWA（1）宏观物体的范德华相互作用极性分子的范德华相互作用由三部分组成：诱导作用(Induction)、定向作用（Orientation）及色散作用(Dispersion)。（2）颗粒—颗粒间范德华相互作用：（3）粒子—气泡间范德华相互作用：3．DLVO力DLVO理论作为经典的胶体化学理论之一，解释胶体的凝聚与分散现象，后被用来解释颗粒之间的相互作用。根据粒子表面荷电情况，凝聚可分为同相凝聚和异相凝聚。（1）     同相凝聚当粒子的表面电位符号和大小都相同，即(1=(2=(时所产生的凝聚现象称同相凝聚。为了形成稳定的凝聚状态，必须克服势垒。所以势垒的高低往往标志稳定性的大小。如果势垒消失，则在任何情况下，粒子都将产生凝聚。（2）异相凝聚表面电位不同（符号或数值不同）的异类粒子的凝聚称为互凝或异相凝聚。6.7 泡沫泡沫是指气体分散在液体中的分散的体系，气体是分散相，液本是分散介质。泡沫有两种，一种是气体以微小的球型均匀分散在较粘稠的液本中，气泡表面有较厚的膜，这种泡沫叫稀泡沫；另一种泡沫是由于气体与液体的密度相差很大，液体的粘度又较低，气泡能很快地升到液面，形成气泡聚集物，是以少量液体的液膜隔开的多面体气泡单位所组成，这种泡沫叫浓泡沫。6.7.1泡沫的形成与稳定泡沫的形成：纯液体是很难形成稳定泡沫的，因为泡沫中作为分散的气体所占的体积百分数一般都超过了90%，占极少量的液本作为外相被气泡压缩成薄膜，是很不稳定的一层液膜，极易破灭。要使液膜稳定，必须加入起泡剂。泡沫的稳定性是指泡沫生成后的持久性，各种影响而保持不变。影响液膜强度的因素有以下几种。（1）表面粘度（2）泡沫表面的“修复”作用——Marangoni效应（3）液膜表面电荷影响（4）液膜透气性要使泡沫稳定必须具有较高的表面粘度、很强的“修复”能力及表面膜上的电荷排斥力。所以，一种有良好的起泡稳泡的表面活性剂分子必须具备在吸附层内有比较强的相互吸引力，同时亲水基团有较强的水化性能。前者使液膜产生较强机械强度，后者可以提高液膜表面粘度。6.7.2泡沫的应用（1）泡沫浮选（是利用泡沫，把矿石中需要的有用矿物与脉石矿物的分离，从而使有用矿物富集的过程）（2）离子浮选（3）泡沫分离法（4）其它，如泡沫灭火。6.7.3消泡消泡的方法通常有两大类：物理消泡法和化学消泡法。物理消泡法就是改变产生泡沫的条件，而泡沫的溶液的化学成分仍然保持不变的消泡方法，例如可以通过搅拌、改变温度、改变压力等。化学消泡就是在泡沫中加入化学药品，使之与起泡剂发生化学变化，以达到消泡的目的。基本原则就是采用化学方法消除泡沫的稳定因素。从消泡机理看，作为消泡剂的表面活性剂，在液面上应能取代（即挤走）起泡剂分子，所形成的液膜强度很差，不能维持液膜恒定，以达到降低泡沫的稳定性。消泡剂的表面活性剂必须具有的特点：很强地降低表面张力的能力，极容易吸附在表面上，分子间相互作用不强，在表面上排列得疏松。有效的消泡剂还应当在相当长时间内起作用，具有防止起泡剂复原的能力。根据消泡作用的原理，消泡剂大致可以分成以下几类。①醇类②脂肪酸及脂肪酯类③酰胺类④磷酸酯类⑤有机硅化合物⑥其他类：各种卤素化合物空气的组成，特别是氧对矿物浮选的影响如何？【解】(1)影响硫化矿矿物表面的氧化速度；   (2)影响硫化矿矿物表面的氧化程度；(3)影响硫化矿矿物表面与药剂的吸附方式与吸附产物。第七章  矿物加工药剂7.1 低分子量有机药剂 7.1.1表面活性剂、异极性有机药剂和非极性捕收剂表面活性剂有何主要用途？浮选表面活性剂主要有哪些？    【解】表面活性剂主要有润湿、增溶、起泡、乳化、分散和去污作用。浮选表面活性剂，根据其用途并结合药剂的属性以及解离性质等，分为捕收剂、起泡剂两大类。    作为捕收剂的这类浮选表面活性剂，其极性基（亲固基）以羧酸基及胺基为主。这类药剂对矿物晶格表面有O原子的氧化物矿物有选择性捕收作用，同时也有较强的起泡性。    作为起泡剂的浮选表面活性剂，极性基通常是羟基—OH、醚氧基—O—等，一般用异构烷基、萜烯基、苯基和烷氧基作烃基，碳原子数多在6～9个左右。    3.异极性浮选捕收剂的结构有何特点？主要有哪些类型？    【解】它们的分子结构类似于表面活性剂，均由非极性的亲油（疏水）基团和极性的特定亲固基团构成，形成既有亲固性又有亲油（疏水）性的所谓“双亲结构”分子。异极性浮选捕收剂的疏水基通常是2~6个碳原子的脂肪族烃基、脂环族烃基和芳香族烃基，常写成R—；异极性浮选捕收剂的亲固基团中的亲固原子一般为S，这类药剂对矿物晶格表面有S原子的硫化矿物有选择性吸附捕收作用。主要有硫代化合物、硫代化合物的酯、多硫代化合物。    4.浮选捕收剂的亲固基团的键合原子有哪些？其与矿物表面的吸附遵循什么原则？    【解】浮选捕收剂的亲固基团的键合原子主要有：O、S、N、P、As等，其与矿物表面吸附遵循“相似者相吸”的原则。    5.有机抑制剂的抑制机理是什么？    【解】有机抑制剂对矿物发生抑制作用的原因大致有：    a.改变矿浆离子组成及去活作用。在浮选矿浆中存在的各种难免离子，有一些将会使矿物受到活化，从而破坏矿物浮选的选择性。如含有次生铜矿物或氧化蚀变的铜—锌矿石浮选时，溶解的铜离子将对闪锌矿产生活化作用而使抑锌浮铜难于实现。含有多羧基、多羟基、胺基、巯基等高化学活性基团的有机抑制剂，许多都能沉淀或络合金属离子，从而减少矿浆中这些难免离子的浓度，起到防止活化的作用。      b.使矿物表面亲水性增大。有机抑制剂分子中都带有多个极性基，其中包括对矿物的亲固基和其它亲水基，当极性基与矿物表面作用后，亲水基则趋向水使呈较强的亲水性，降低可浮性。例如羟基白药对方铅矿的抑制作用。当羟基白药吸附后二个亲水性的羟基向外，使矿物表面亲水性提高。    c.使吸附于矿物表面的捕收剂解吸或防止捕收剂吸附。如水杨酸钠对长石的抑制作用就是阻止油酸捕收剂在矿物上吸附。    6.萃取机理如何表述？试比较萃取剂与浮选捕收剂的结构。    【解】萃取机理可表述为：萃取剂可极少量地溶解于水中，并与水中的金属离子生成难溶于水的沉淀。这种具有疏水基团的难溶于水的有机沉淀，根据“相似者相溶”的物理溶解原则，易溶于全为疏水基的非极性油（如煤油）有机相，从而将金属离子从水相选择性地萃入有机相中。    萃取剂均由非极性的亲油（疏水）基团和极性的特定亲金属离子基团构成，形成既有亲金属离子性又有亲油（疏水）性的所谓“双亲结构”分子。显然，萃取剂与浮选捕收剂的结构是极相似的，有些萃取剂就可作为浮选捕收剂使用。1.表面活性剂（1）表面活性剂分子的结构特征通常，把能使溶剂表面张力降低的性质称为表面活性（对此溶剂而言）。而具有表面活性的物质称为表面活性物质，不具有表面活性的物质称为非表面活性物质，少量物质即能明显降低溶剂的表面张力，而且在某一浓度下表面张力曲线出现水平线，这类物质称为表面活性剂。所有表面活性剂的分子结构具有两个共同特征。第一个特征是其均由非极性的亲油（疏水）基团和极性的亲水（疏油）基团构成，形成既有亲水性又有亲油性的所谓“双亲结构”分子。第二个特征是其结构中亲油基团与亲水基团的强度必须匹配，既达到所谓的“相互平衡”。一般而言，含极少量表面活性剂的水溶液即具有起泡性。（2）表面活性剂与表面（界面）张力表面活性剂加到水中，亲水基插入水相而亲油基插入油相或竖在空气中，形成在界面层或表面上的定向排列，从而使界面张力或表面张力降低。温度、无机盐类、极性有机物类等对表面活性剂降低表面张力的能力产生影响。温度升高，分子间吸引力减弱，表面张力下降。当温度达到临界温度时，气一液界面消失，表面张力不再存在。无机盐对离子型表面活性剂影响较大。通常，无机盐的反离子浓度越高，反离子价数越高，反离子水化能力越小，极化性越强，降低表面张力的能力和效率也越大。无机盐对非离子表面活性剂表面张力的影响不大。少量极性有机物可使表面活性剂水溶液的表面（界面）张力发生很大变化，甚至在一些油水体系中达到10-3mN.m-1～10-6mN.m-1的超低界面张力。（3）表面活性剂的分类①表面活性剂按亲水基解离属性分类根据其相对分子质量Mr的大小把它分为低相对分子质量表面活性剂、中等相对分子质量表面活性剂和高分子表面活性剂。常用分类方法是根据表面活性剂分子中亲水基的解离属性，分为阴离子型、阳离子型、两性型及非离子型四类。②　浮选表面活性剂浮选表面活性剂，根据其用途分为捕收剂、起泡剂两大类，详见表7-2。捕收剂表面活性剂，其极性基（亲固基）以羧酸基及胺基为主，亲固基团中的亲固原子一般为O和N，根据化学和物理吸附中的“相似者相吸”的原则，这类药剂对矿物晶格表面有O原子的氧化物矿物有选择性捕收作用，同时也有较强的起泡性。    起泡剂表面活性剂，极性基通常是羟基—OH、醚氧基—O—等，一般用异构烷基、萜烯基、苯基和烷氧基作烃基，碳原子数多在6～9个左右。2.      异极性有机浮选药剂（1）异极性浮选捕收剂（2）异极性浮选有机抑制剂低分子量有机抑制剂的结构特点：药剂分子中在尽可能小比例的碳氢骨架上带有数量较多（至少两个）的极性基，并且极性基位于分子的两端或遍布于整个分子中，一部分极性基（称为亲固基或键合基）与固体表面发生作用后，其余极性基（称为亲水基）朝外，形成亲水性吸附层，使矿物表面亲水性提高或阻止捕收剂吸附，达到抑制作用。有机抑制剂对矿物发生抑制作用的原因大致有：a.改变矿浆离子组成及去活作用。b.使矿物表面亲水性增大。c.使吸附于矿物表面的捕收剂解吸或防止捕收剂吸附。3.非极性烃油类浮选捕收剂用于天然可浮性较好的矿物如石墨的浮选，或与油酸等混用作辅助捕收剂。4.萃取剂(异极性有机药剂)萃取剂是一种能通过络合化学反应将金属离子从水相选择性地萃入有机相，又能通过某种化学反应使金属离子从有机相反萃取到水相，藉以达到金属的纯化与富集的有机化合物。萃取剂均由非极性的亲油（疏水）基团和极性的特定亲金属离子基团构成，形成既有亲金属离子性又有亲油（疏水）性的所谓“双亲结构”分子。萃取机理：萃取剂可极少量地溶解于水中，并与水中的金属离子生成难溶于水的沉淀。这种具有疏水基团的难溶于水的有机沉淀，根据“相似者相溶”的物理溶解原则，易溶于全为疏水基的非极性油（如煤油）有机相，从而将金属离子从水相选择性地萃入有机相中。萃取剂的分类：中性、酸性和碱性萃取剂，螯合萃取剂。从分子结构来考虑，萃取剂必须具备以下两点要求：萃取剂分子中至少有一个反应活性基团（氧），通过它与金属离子生成萃合物。 为了使萃取剂本身或萃合物难溶于水而易溶于有机溶剂中，萃取剂分子中疏水的烃基（碳氢链）必须具有相当的碳原子数。从实际应用考虑，萃取剂还应满足：    ①有较大的萃取容量。    ②选择性好。    ③易于反萃；不易发生乳化，不生成第三相。    ④密度小、粘度低、表面张力较大；沸点高、挥发性小、闪点高；在水中溶解度小。    ⑤化学稳定性好、毒性小。    ⑥容易制备，原料来源丰富、价格便宜。7.1.2表面活性剂的物理化学性能1.HLB值（亲水疏水平衡值，也称水油度）不同类型表面活性剂HLB值的计算有不同的公式。（1）分子型表面活性剂对聚乙二醇等分子型表面活性剂的HLB值可用式（7-1）计算（7-1）式中：H─亲水基量，为亲水基中所有原子量的总和；L─疏水基量，为疏水基中所有原子量的总和。一般分子型表面活性剂的HLB值在0~20之间，20是它的极限值。例7-1求聚乙二醇HOCH2（C2H4）nCH2OH的HLB值。解：聚乙二醇全是亲水基，L=0，由式（7-1）得HLB=20（H/H）=20（2）多元醇脂肪酸脂型表面活性剂多元醇脂肪酸脂型表面活性剂的HLB值可用式（7-2）计算（7-2）式中：S—皂化数，为1g油脂完全皂化所需KOH的mg数；A—酸值，为1g所含酸性成分所需用KOH中和的mg数。例7-2聚氧乙烯山梨醇酐单月桂酸酯的的皂化数值为45.5，分解脂肪酸的酸值为278。求其HLB值。解：HLB=20（1—S/A）=20(1—45.5/278)=16.7（3）离子型表面活性剂离子型表面活性剂的HLB值具有加和性，可用Davies公式计算HLB=∑（亲水基值）+∑（疏水基值）+7（7-3）例7-3求C16H33OH的HLB值。解：C16H33OH有1个OH和16个CH2（或CH3），查表7-4，得HLB=1.9+16(-0.475)+7=1.4查表7-4计算十二烷基硫酸钠C12H25SO4Na的HLB值。    【解】C12H25SO4Na中含有1个-SO4Na,12个CH2（或CH3），查表7-4，根据Davies公式    HLB=∑（亲水基值）+∑（疏水基值）+7             =38.4+12×（-0.475）+7=39.7（4）用HLB值评价各类浮选药剂的用途表7-5各类浮选药剂的用途与HLB值的关系药剂种类非硫化矿捕收剂硫化矿捕收剂起泡剂抑制剂HLB（Davies）1～44～75～7>102.CMC值（1）胶团的形成及临界胶团浓度什么是临界胶团浓度CMC？【解】表面活性剂溶液的某些性质在某一浓度范围内会发生突变，如图7-9所示。这一浓度范围称为表面活性剂的临界胶团区域。在这一范围内，通常选取一个浓度，称为临界胶团浓度，以CMC表示。临界胶团浓度是表面活性剂的一个重要性质，它可以作为表面活性剂的表面活性的量度。因为CMC越小，形成胶团所需要的浓度越低，表面（界面）达到单分子层饱和吸附所需浓度也越低，即在更低浓度下表面活性剂能发挥更大效能。（2）表面活性剂的结构与临界胶团浓度的关系①表面活性剂烃链长度的影响在水溶液中，表面活性剂烃链的碳原子数（在C8～C16内）增加通常会导致CMC下降。②烃链分支的影响当表面活性剂的烃链有分支时，在支链上碳原子的影响只有直链上碳原子的一半。③烃链中其它取代基的影响烃链中引入—O—、—OH等极性基团，会导致CMC的明显增大。④亲水基团的影响在水溶液中，离子表面活性剂比同烃链的非离子表面活性剂的CMC值高。⑤离子型表面活性剂分子中反离子的作用反离子起了束缚胶团作用。其束缚能力越强，越易形成胶团，CMC值越低。3.K.P值和C.P.值通常用K.P值和C.P.值来分别表示离子型与非离子型表面活性剂的溶解度。（1）Krafft点离子型表面活性剂溶解度随温度变化的一个共同点是：在温度足够低时，溶解度慢慢随温度升高而增大，当温度达到某一定值后，溶解度会突然增大。（k现象）Krafft点与离子型表面活性剂的烃链长度密切相关。在同系物中，烃链越长，Krafft温度越高，CMC值越小，在同一温度下的溶解度越低。无机盐对Krafft温度有明显的影响。（2）浊点（当温度升到某一定值时溶液突然变浊，此时的温度称为浊点即C.P.值）对于非离子表面活性剂，温度升高，其溶解度下降。HLB值增大，浊点升高；不同种类和不同浓度的电解质对浊点影响是不同的，有的使浊点升高，有的使浊点下降。极性有机物对非离子型表面活性剂的浊点有明显影响7.1.3 溶液中的酸碱平衡药剂在溶剂中的溶解、水解或解离，一使介质pH值发生变化，二影响药剂的活性。1.解离平衡与溶液pH值2.解离平衡与浮选活性（捕收剂的活性随溶液pH值而异）3.解离平衡与抑制活性低分子量的有机抑制剂，在溶液中发生解离后，和矿物表面发生作用，从而抑制了矿物的浮游活性。7.1.4表面活性剂的表面物理化学性质性质：表面活性剂的润湿、增溶、起泡性、乳化性、分散性和去污性。1.润湿作用通常润湿是指用水或水溶液将液体或固体表面上的空气取代，能增强这一取代能力的物质称为“润湿剂”。润湿作用是一种表面和界面过程，因而与表面活性剂密切相关。在固—液体系中加入表面活性剂，它会在低能表面上形成吸附层，以分子的非极性基朝向低能表面，而以极性基朝外，从而使低能表面转变成高能表面，水原来不能铺展变成可以铺展。另一个原因是表面活性剂加入水中会明显降低水的表面张力，从而使表面活性剂水溶液可在固体表面上铺展。通常对表面活性剂作为润湿剂的评价特征有三：①润湿效率，它是指在一定温度、一定时间内能润湿一定表面积所需表面活性剂最低浓度；②润湿能力，它是指表面活性剂不管使用浓度如何，能使一指定体系润湿所需要最少时间；③润湿时间，它是指一定温度下固定表面活性剂浓度对指定体系润湿所需要的时间。2.增溶作用增溶作用是指在溶剂中完全不溶或者微溶的物质（可以是固体、液体或者是气体），借助于添加表面活性剂而得到溶解，并成为热力学上稳定的、各向同性的均一溶液。起增溶作用的表面活性剂称为增溶剂（Solubilizer），被增溶的物质称为增溶质（Solubilizate），也称增溶物（Solubilizedmaterial）。在一定增溶剂中，溶解增溶物的饱和浓度称为增溶量，而以单位增溶剂浓度所具有的增溶量称为该表面活性剂胶团的增溶能力。增溶与一般溶解相同处：它们都是热力学上稳定的透明溶液，都是各向同性的，其区别在于：前者是由于胶团内部有着与液烃相同的状态，难溶于水的有机物进入与它本身性质相同的胶团核中，成为热力学稳定体系；而后者是以单分子分散于溶剂中，成为热力学稳定体系。还要把增溶现象与水溶助长现象相区别。由于某些物质大量加到水溶液中而使非水溶性物质增加其溶解度的现象称为水溶助长现象。还要将增溶作用与乳化作用相区别，后者是不溶的液体分散于介质中，是一个多相的热力学不稳定体系。而且乳液的液滴比胶团大得多，有明显的相界面。增溶作用是增溶物进入胶团，通常有下列四种模式，如图7-14。①夹心型：增溶物进入胶团的内核。②栏栅型：增溶物的亲水基在胶团表面，疏水基伸入胶团中心。在表面活性剂分子之间呈栏栅状，根据增溶物疏水性和亲水性强弱，它还可以分成二种不同形式：一种是增溶物只在栏栅的表层（浅伸入），另一种是增溶物伸入到栏栅中（深伸入）。③吸附型：增溶物吸附于胶团的表面。④增溶物在亲水基团之间增溶：如聚氧乙烯型非离子表面活性剂，其亲水的氧乙烯链有一定长度，伸入水中，而增溶物则处于其中。3.乳化与破乳作用（1）乳化现象乳化是指将一种液体以一定大小分散于另一种与它不相溶、不起化学反应的液体中形成相对稳定的分散体系。前者称为分散相，后者称为分散介质或连续相。破乳：是乳液的破坏，分散相变成连续相，造成两相分离的过程。乳状液的破坏形式：乳析（是由于油相与水相密度不相同，在重力作用下油滴上浮而水滴下降的现象），絮凝（是指小液滴聚集成絮团，但各小液滴依然存在，液滴数目并不减少）可逆，聚结（是指絮团中的液滴互相合并成大液滴）不可逆。（2）乳状液的形成及表面活性剂对其稳定性的影响①乳状液的形成乳状液的形成是将其中的一液相分散成小液滴，随之而来的两个变化是：表面积迅速增大以及两液相接触界面从平面变成曲面，分散相变成半径为γ的小液滴。伴随这两个变化产生两种作用：能量作用和机械作用。②表面活性剂的作用作为乳化剂的表面活性剂就能起到促进乳状液的形成和延缓它破坏，提高稳定性的作用。a.降低界面张力。b.界面膜的物理性质。在热运动下，小液滴将频频相互碰撞而造成界面膜破裂。表面活性剂膜的存在起了保护作用。c.产生静电斥力位垒和空间阻碍位垒。④分散介质的粘度。粘度对乳状液稳定性的影响主要表现在两方面：一是粘度影响小液滴的沉降速度，即相分离速度，增加分散介质的粘度可减慢液滴沉降速度。另一方面是粘度影响液滴扩散速度。粘度增大，扩散系数减少。导致小液滴的碰撞频率减少，即降低其粘结速度。4.分散与聚沉作用不溶于液体（水或油）的固体微细粒子，当它以一定分散度分散于液体中就形成溶胶或悬浮液。要它们稳定存在则必须加入稳定剂，而要破坏一个稳定的分散体系则须加入絮凝剂。表面活性剂在稳定与絮凝中都会起到重要的作用。（1）表面活性剂在分散过程中的作用①润湿固体颗粒。起到这种作用的表面活性剂称为润湿剂。其作用是使固体表面接触角降低直至为零，增加固体颗粒在分散介质中的分散性。②阻止已分散的固体颗粒重新聚结。（2）表面活性剂的稳定作用作为分散体系的稳定剂，只要加入少量就可以使分散体系在一段很长时间内不发生聚沉。其原因可由DLVO理论解释（详见6.6.2，6.6.3节）。1表面活性剂对VR值（静电力）的影响2表面活性剂对VA值（引力）的影响3表面活性剂产生的空间斥力位能（3）表面活性剂的聚沉作用表面活性剂能够使固体颗粒分散在液体中形成稳定分散体系，也能够使稳定分散体系发生聚沉。不同情况有着不同聚沉机理。    ①电聚沉机理    ②表面改性机理     ③搭桥机理     ④吸附层机理 5.洗涤作用    洗涤作用是将固体（通常称作基体）表面上的污垢（包括固体微粒及液体的油污）清除掉的过程，它包括机械作用及表面物理化学作用。在此过程中先是借助于洗涤剂的表面物理化学作用减弱污垢与固体表面之间粘附作用，并通过机械力将它们分离。而分离后的污垢不会重新沉积在固体表面上，因而得到清净的表面。这一过程可以用下面简单式子表示：基体—污垢+洗涤剂=基体—洗涤剂+污垢—洗涤剂    洗涤通常包含有两个过程：①将污垢从基体上除去；②使污垢在洗涤液（一般是水）中形成悬浮状态从而阻止它再次在基体上沉积。第二个过程的重要性不亚于第一个。7.1.5 表面活性剂的吸附表面活性剂的吸附作用可分为两类：一是在液体界面上的吸附，包括气—液和液—液界面上的吸附作用；另一是在固—液界面上吸附作用。前者与起泡—消泡、乳化—去乳化、润湿、铺展、表面膜等许多重要界面现象相关；而后者则是表面活性剂的润湿作用、分散作用和表面增溶作用的基础。1.在溶液表面的吸附①单一表面活性剂吸附。②同类型的表面活性剂混合物溶液的吸附。③不同类型的表面活性剂混合物溶液的吸附。2.在固体表面的吸附表面活性剂在固—液界面上的吸附强度受下面三个因素影响：①固体表面结构基团的性质，这些性质包括固体表面的带电性，极性或非极性；②作为吸附质的表面活性剂分子的结构，它包括表面活性剂所属类型、亲油基烃链的长短、直链还是支链、脂肪族还是芳香族；③水相的外界环境，包括溶液的pH、电解质含量、有机添加物（如短链的醇、尿素等）的含量以及温度等。（1）吸附类型①离子交换吸附。②离子对吸附。③氢键吸附。④π—电子极化吸附。⑤色散力吸附。⑥憎水键吸附。表面活性剂的亲油基团相互吸引并有从水溶液逃逸的倾向，当这种倾向增大到一定程度，它就可以以聚集态吸附或者与已吸附在固体表面上的其它表面活性剂分子联结而产生吸附。（2）吸附等温方程当溶液较稀时，吸附量增大得很快，到一定浓度后吸附量达到平衡，吸附等温线上出现水平线。这种类型吸附等温线称为Langmuir型等温线。Langmuir吸附等温方程式的使用条件是：    ①吸附剂的表面是均匀的；    ②溶质与溶剂具有相同的分子表面积；    ③溶液的体相和表面都具有理想行为，即既无溶质与溶质，也无溶质与溶剂分子之间相互作用；    ④吸附是单分子层吸附。7.2 大分子药剂大分子药剂的抑制、絮凝和分散作用的机理分别是什么？【解】大分子药剂的抑制机理    ①大相对分子质量有机抑制剂因分子较长大，支叉和弯曲程度较高，不但本身在物料表面形成亲水层，而且能对已经吸附于物料表面的捕收剂疏水膜发生掩盖作用，不必使吸附的捕收剂解吸就能使矿物受到抑制。    ②大相对分子质量有机抑制剂大多兼具絮凝作用，使矿粒发生絮凝而改变浮选性质，其机理主要为桥联作用。    大相对分子质量有机抑制剂在矿物表面吸附亲固的主要方式有：在矿物表面双电层中靠静电力吸附，氢键及范德华力吸附，化学吸附和表面化学反应。    大分子药剂絮凝作用的机理    ①靠静电力在双电层中吸附桥连   离子型絮凝剂离子符号与矿物表面电荷符号相反时，易于吸附发生桥连作用，并同时改变矿物表面电荷大小，发生絮凝作用。    ②靠氢键力吸附桥连  当絮凝剂在矿物表面吸附是通过氢键力时，作用与药剂离子及矿物表面的电性质关系不明显。氢键力对非离子型絮凝剂（若无化学活性基时）常为主要作用方式。    ③靠化学吸附桥连 絮凝剂中带有化学活性高的基团时，可以在矿物表面发生化学吸附，此时的作用也不太受矿物表面电性质的影响，因为化学吸附力比静电吸附力更高。    大分子药剂的分散作用的机理    （1）增大颗粒表面电位的绝对值以提高粒间静电排斥作用。静电排斥势能Ue1项增大；    （2）通过高分子分散剂在颗粒表面形成的吸附层，产生并强化空间位阻效应，使颗粒间产生强位阻排斥力。空间排斥势能Ust项增大；    （3）增强颗粒表面的亲水性，以提高界面水的结构化，加大水化膜的强度及厚度，使颗粒间的溶剂（水）化排斥作用显著提高。水化排斥势能Usol项增大。7.2.1概述（一般把相对分子质量大于10,000的物质称为大分子）作用：浮选中，大分子化合物主要用作絮凝剂、分散剂及抑制剂7.2.2 大分子药剂的物理化学性质1.相对分子质量Mr的表示大分子化合物是由许多结构单元连结而成的，这种结构单元单独存在时往往是小分子的形式，又称为单体或链节。2.大分子溶液的粘度大分子化合物在纯溶剂中形成稀溶液后，溶液的粘度η总是比纯溶剂的粘度η0大。3.大分子药剂溶解的特点①高聚物的溶解过程比小分子物质的溶解过程要缓慢得多。②柔性链高分子溶液的粘度，比小分子纯溶剂的粘度要大得多。③高分子溶液是处于热力学平衡状态的真溶液，因此是能用热力学函数来描述的稳定体系。④高分子溶液的行为与理想溶液的行为相比有很大偏离，偏离的原因是高分子溶液的混合熵比小分子理想溶液的混合熵大很多。⑤高分子溶液的性质存在着相对分子质量依赖性。7.2.3大分子药剂在固体表面的吸附（1）吸附力大分子药剂分子中常含有-O-，-COOH，-CONH2等官能团，在固体表面的吸附同小分子一样，可以通过氢键、静电力、化学键合等发生吸附，从而对其絮凝、分散或抑制性能产生影响。氢键力吸附（氢键形成是一些非离子型絮凝剂的主要作用方式）静电力吸附（一些离子型大分子药剂作用的主要形式）化学吸附（化学键力作用强，选择性好，在大分子药剂中引入化学活性官能团是提高其作用选择性的重要途径）7.2.4大分子药剂的应用1.抑制大相对分子质量有机抑制剂与低相对分子质量有机抑制剂相比，相对分子质量大，分子较长或较粗，有的分枝较多，大多是天然产物及其加工产品。大相对分子质量有机抑制剂与小分子抑制剂相比，其中两种作用有特殊意义：①大相对分子质量有机抑制剂因分子较长大，支叉和弯曲程度较高，不但本身在物料表面形成亲水层，而且能对已经吸附于物料表面的捕收剂疏水膜发生掩盖作用，不必使吸附的捕收剂解吸就能使矿物受到抑制。②大相对分子质量有机抑制剂大多兼具絮凝作用，使矿粒发生絮凝而改变浮选性质，其机理主要为桥联作用。大相对分子质量有机抑制剂在矿物表面吸附亲固的主要方式有：在矿物表面双电层中靠静电力吸附，氢键及范德华力吸附，化学吸附和表面化学反应。2.絮凝（1）絮凝剂活性基团结构与性能絮凝剂根据所带极性基性质不同分为阳离子型、阴离子型及非离子型。离子型的絮凝剂与固体表面作用为靠静电力在双电层中吸附，这时固体表面及药剂离子的电性决定作用行为；药剂极性基的化学活性决定对物料作用的选择性和牢固程度。按照极性基结构和作用的不同，可分为三种情况：①靠静电力在双电层中吸附桥连离子型絮凝剂离子符号与矿物表面电荷符号相反时，易于吸附发生桥连作用，并同时改变矿物表面电荷大小，发生絮凝作用。②靠氢键力吸附桥连氢键力对非离子型絮凝剂（若无化学活性基时）常为主要作用方式。 ③靠化学吸附桥连絮凝剂中带有化学活性高的基团时，可以在矿物表面发生化学吸附，此时的作用也不太受矿物表面电性质的影响，因为化学吸附力比静电吸附力更高。（2）絮凝剂相对分子质量大小及长链结构与性能①相对分子质量大小的影响通常相对分子质量愈大，分子链愈长，范氏力增大，同时所带极性基总数目增多，在粒子表面的吸附能力愈强，絮凝效果也愈好。②聚合物链弯曲性的影响对于脂肪烃基长链，即所谓“柔性”长链，在链上的各极性基彼此间由于氢键的作用互相联合而使分子卷曲成团状，降低药剂的作用；对于“刚性”的长链，如纤维素、淀粉等长链，则少发生这种情况。3.分散一般来说，能够分散微粒悬浮体的药剂都是分散剂。大量的试验结果证明：恰当地使用化学分散剂能使矿粒悬浮体达到很好的分散状态，完全避免互凝和矿泥罩盖现象。分散剂的作用是极大地增强颗粒间的排斥作用能。增强排斥作用方式为：（1）增大颗粒表面电位的绝对值以提高粒间静电排斥作用。静电排斥势能Ue1项增大；（2）通过高分子分散剂在颗粒表面形成的吸附层，产生并强化空间位阻效应，使颗粒间产生强位阻排斥力。空间排斥势能Ust项增大；（3）增强颗粒表面的亲水性，以提高界面水的结构化，加大水化膜的强度及厚度，使颗粒间的溶剂（水）化排斥作用显著提高。7.3 无机盐类药剂7.3.1 分类（应用于浮选中的无机盐类药剂有哪些类型？）（1）活化剂：促进目的矿物与捕收剂作用的药剂（2）抑制剂：抑制非目的矿物可浮性的药剂（3）分散剂：能够分散微粒悬浮体的药剂常用的无机盐分散剂包括主要起调节pH作用的碱及水玻璃、六偏磷酸钠。（4）氧化还原剂凡具有获得电子能力的化合物均可用作氧化剂，而具有失去电子能力的化合物均可用作还原剂。（5）凝聚剂无机电解质的凝聚作用是在粒子表面双电层中吸附将表面ζ电位降至不稳电位，使粒子彼此聚凝。（6）沉淀剂：凡能与被分离对象发生化学反应而生成难溶物的化合物通称为沉淀剂。7.3.2 溶液化学行为多元弱酸强碱盐溶液，这些药剂在浮选中常用作抑制剂、分散剂或活化剂。在碱性条件下进行，则这些药剂即可用作调整剂，又能控制pH值7.3.3无机盐在固体表面的作用1.离子吸附（1）金属离子在氧化物/水界面的吸附金属离子在氧化矿表面的吸附并不能简单地归因于一羟基络合物组分的吸附。（2）无机阴离子与固体表面的静电作用强酸根阴离子在固体表面的吸附，其吸附量随pH值的增加而降低，可以认为是pH值增加，固体表面负电位增加，静电斥力增加。（3）特性吸附无机阴离子与无机阳离子相比，难以发生水化，因而较易吸附在内赫姆荷兹面，发生特性吸附，特别是多价阴离子。（4）氢键作用由于无机酸根大多含有O、N、F、Cl等电负性较大的原子，而氧化矿表面又存在M-OH，所以，在表面羟基与这些原子间形成氢键是有可能的。2.化学反应一些无机阴离子，如硅酸根、磷酸根等，除了与固体表面发生静电力作用外，更主要的是它们可通过化学键力与固体表面金属离子发生键合，导致化学吸附或表面反应。3.电化学反应无机盐在固体表面的作用，不仅有离子吸附，化学反应，还有电化学反应。如Na2S在黄铜矿表面的作用就与电化学反应有关。第八章  化学分选化学分选:基于物料组分的化学性质的差异，利用化学方法改变物料性质组成，然后用其他的方法使目的组分富集的资源加工工艺，它包括化学浸出与化学分离两个主要过程。化学浸出主要是依据物料在化学性质上的差异，利用酸、碱、盐等浸出剂选择性地溶解分离有用组分与废弃组分。化学分离则主要是依据化学浸出液中的物料在化学性质上的差异，利用物质在两相之间的转移来实现物料分离的方法，如沉淀和共沉淀、溶剂萃取、离子交换、色谱法、电泳、膜分离、电化学分离、泡沫浮选、选择性溶解等等。典型的化学分选过程一般包括六个主要作业：准备作业。（2）焙烧作业。（3）浸出作业。（4）固液分离作业。（5）净化与富集作业。（6）制取化合物或金属作业。概述溶剂萃取分离法是通过物质由一个液相（通常为水相）转移到另一个基本不相混溶的液相（有机相）这一传质过程来实现物质的提取、分离的。被提取、分离的物质是有机化合物，称为有机萃取，若是无机化合物，称为无机萃取。在物料加工领域，溶剂萃取主要用于如下几个方面：①从矿石的浸出液中提取、富集有价金属。②分离化学性质相近的金属离子。③净化工业溶液和处理工业废水。生物产品溶液萃取的典型应用主要在两个方面：①从发酵培养液中萃取化合物（产物），②从生物反应液或生物转化液中萃取产物。8.4.1溶剂萃取的基本原理1.溶剂萃取的基本概念（1）萃取体系一个萃取体系是由有机相和水相组成，在同一个体系中两相互不相溶或基本不互溶。有机相通常由萃取剂和稀释剂组成。萃取剂就是能够与被萃金属相结合，并以萃合物形式转入有机相的活性有机反应剂。而溶解萃取剂和改质剂的一种低密度的有机相溶剂称作稀释剂，它是一种不与金属发生作用的惰性溶剂，用来调节萃取剂的浓度，降低有机相的粘度与密度，增加萃合物的溶解度。稀释剂通常是各种低芳烃的烷烃混合物，如煤油。有时为了避免萃取或反萃时产生稳定的乳化或生成第三相，还要往有机相加入一些高碳醇或其它有机化合物，增加萃取剂、萃取剂的盐类或金属萃合物的溶解度。这些有机化合物统称为改质剂。络合剂是指溶于水相且与金属离子生成各种络合物的配位体，络合剂可分为抑萃络合剂和助萃络剂两类。加入抑萃络合剂能降低萃取率，因而有时也叫掩蔽剂。有时使用两种或两种以上萃取剂，其萃取性能超过各个萃取剂单独使用时的效果，这种作用称协萃。盐析剂是指溶于水相不被萃取又不与金属离子络合的无机盐。由于盐析剂的水合作用，吸引了一部分自由水分子，使被萃金属在水相中浓度相对增加，因而有利于萃取。盐析效应一般随离子强度的增加而增大，通常高价离子的盐析效应较大。（2）萃取与反萃取当两相接触时，水相料液中被分离的物质部分或几乎全部转移到有机相。由于这种分离过程是在两个液相之间进行的，因此称为液-液萃取，简称为萃取。又由于其中一个液相是由有机溶剂构成，故也称为溶剂萃取。溶剂萃取通常由下述步骤组成：①萃取剂和含有组分的料液混合接触，进行萃取，溶质从料液转移到萃取剂中；②分离互不相溶的两相并回收溶剂；③萃余液脱溶剂。其中离开液-液萃取器的萃取剂相称为萃取液（负载有机相），经萃取剂相接触后离开的料液相称为萃取余液（残液）。有机相的最大负荷能力（即饱和浓度），是指单位浓度萃取剂能够含有金属的极限浓度。被萃取物萃入有机相后，一般需使其重新返回水相，此时可把负载有机相与反萃剂（一般为无机酸或碱的水溶液，也可以是纯水）接触，使被萃取物转入水相，这一过程相当于萃取的逆过程，故称为反萃取。反萃取后，通过分相，分出的水相称为反萃液。（3）溶剂萃取的相比相比就是在萃取过程中有机相体积与水相体积的比例，通常用O/A表示。O代表有机相体积，A代表水相体积。在连续萃取过程中，有机相和水相是连续供入的，此时相比就用连续供入的有机相流量与水相流量的比例表示，这又称流比。流比不一定完全等于萃取容器内的相比。（4）分配系数和分配比能斯特（Nernst）分配定律认为：当某一溶质在互不相溶的两相分配时，在给定温度下两相达到平衡后，且该溶质在两相中分子量相等（分子形式相同），则该溶质在两相中的浓度比例为常数。即：（8-41）式中KD为分配系数。严格地说，[A]和[]应是活度而不是浓度。（5）萃取因数（萃取比）萃取因数定义为溶质进入有机相的总量与该溶质在萃余液中总量之比，通常用E表示。（6）萃取率在溶剂萃取中，除用分配比表示物质被萃取的难易程度外，还常用萃取率表示萃取过程中溶质被萃取到有机相中的份数（7）分离系数在溶剂萃取中，分离系数或叫分离因素是表示两种物质萃取分离难易程度，用β表示。分离系数等于同一萃取体系内两种物质在同样萃取条件下分配比的比值。（8）饱和容量与操作容量在一定萃取体系中，单位浓度的萃取剂对某种溶质的最大萃取能力，称为这种萃取剂的饱和容量（也称极限浓度）。在实际生产中，萃取剂的负荷能力往往低于其饱和容量，萃取剂这种实际萃取的溶质容量称为操作容量。（9）萃取的协同效应---协萃两种或两种以上萃取剂同时萃取某一溶质或其他化合物时，萃取性能优于它们各自萃取的性能之和的效应称协同效应，也称协萃。（10）萃取平衡等温线等温下萃取达到平衡时，以水相中金属离子浓度对有机相中金属离子浓度作图，所得的曲线称为萃取平衡等温线。影响萃取平衡的因素简述溶剂萃取的基本原理及影响萃取平衡的主要因素。    【解】基本原理：在萃取过程中，有机相主要以萃取剂和稀释剂为主，当有机相与水相接触时，萃取剂能够与被萃金属相结合，并以萃合物形式转入有机相中。    影响萃取平衡的主要因素：   （1）温度的影响，（2）萃取剂浓度的影响，（3）pH的影响，（4）水相组分的影响，（5）金属离子浓度的影响。8.4.2萃取剂、稀释剂、改质剂1.萃取剂的分类常用工业金属萃取剂可分为中性萃取剂、碱性萃取剂、酸性萃取剂和螯合萃取剂2.稀释剂的作用与一般要求在萃取过程中，稀释剂的作用主要有：①改变萃取剂的浓度，以便调整与控制萃取剂的萃取和分离能力。②溶剂化作用。溶质和溶剂相互作用叫做溶剂化。同一萃取剂在不同稀释剂中的萃取能力往往不同，本质上是稀释剂对萃取剂的溶剂化作用造成的。③增大萃合物在有机相中的溶解度。。④改善有机相的物理性能，如降低萃取剂的粘度增加其流动性；改变有机相的密度，扩大它与水相的密度差，有利于两相的分离澄清。必须满足以下要求：（1）能与萃取剂或改质剂很好地互溶，对金属萃合物有高的溶解度；（2）在操作条件下化学稳定性好；（3）较高的闪点和较低的挥发性；（4）在水相中的溶解度小；（5）表面张力低，密度和粘度小：（6）价格便宜，来源广泛，毒性小。3.稀释剂对萃取剂萃取性能的影响稀释剂的组成、介电常数等对萃取剂的最大负荷能力、操作容量、动力速度、金属离子的选择性以及相的分离都有影响。（1）稀释剂的极性稀释剂的极性往往会影响到金属的萃取率，特别是对中性和碱性的影响更大。这种影响主要是在有机相中生成萃取剂-稀释剂络合物，从而降低“游离”萃取剂的浓度。（2）稀释剂介电常数一般而论，介电常数高的稀释剂常会使金属的分配比降低。（3）稀释剂的组分稀释剂中芳烃或烷烃的含量，对不同的金属萃取体系的影响十分惊人。（4）溶解度参数溶解度是用以表征稀释剂与溶剂混合物的其它组分分离形成稳定的均相混合物的程度，其量度由溶解度参数δ表示。4.改质剂的影响在用酸性或碱性如胺类和磷类萃取剂的萃取过程中，通常会出现两层有机相，介于水相和上层有机相之间的有机相称为第三相，它主要含有萃取剂与金属形成的络合物，其密度介于有机相和水相中间。形成第三相的原因很多，但归根到底是萃合物在有机相的溶解度问题。故凡是加到有机相中能消除第三相的试剂就称作改质剂。    经常用的改质剂是醇类（异癸醇，二乙基已醇，p-壬基酚）或TBP。    改质剂的用量一般在2%~5%（体积），但也可能会用20%左右。在萃取剂浓度高的情况下，用量会更多。8.4.3萃取方式和过程计算工业萃取操作过程：①混合，料液和萃取密切接触；②分离，萃取相与萃余相分离；③溶媒回收，萃取剂从萃取相（有时也需从萃余相）中除去，并加以回收。因此在萃取流程中必须包括混合器、分离器与回收器。萃取操作流程可分为批和连续，单级和多级萃取流程，后者又可分为多级错流萃取流程和多级逆液萃取流程，以及两者结合进行操作的流程。离子交换树脂分类：弱碱性阴离子树脂两性离子交换树脂选择性离子交换树脂强碱性阴离子树脂弱酸性阳离子树脂强酸性阳离子树脂简述微生物浸出基本原理的基本原理。    【解】微生物浸出基本原理：    （1）细菌浸出直接作用说：在有水和空气的条件下，受氧化铁硫杆菌作用，金属硫化矿会被细菌缓慢地氧化，在溶液之中，而当溶液中出现大量细菌时，浸出反应已经完成了。    （2）细菌浸出间接作用说：在有水和空气的条件下，受氧化铁硫杆菌作用，金属硫化矿会被细菌氧化成一种中间的产物，而这种产物再作用于矿物，达到浸出所要求的金属离子。    （3）细菌浸出复合作用说：既有细菌的直接作用，又有通过Fe3+氧化的间接作用。欢迎您的下载，资料仅供参考！致力为企业和个人提供 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