浮选药剂安徽理工

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,材料学院矿物加工工程教研组,第二章 浮 选 药 剂,1.浮选药剂的分类与性质,(1) 捕收剂,能选择性地作用于矿物表面并使其疏水的有机物质称为捕收剂。捕收剂作用于矿物水界面，通过提高矿物的疏水性，使矿粒能更牢固地附着于气泡而上浮。,(2) 起泡剂,为表面活性物质，主要富集在水气界面，促使空气在矿浆中弥散成小气泡， 防止气泡兼并，并提高气泡在矿化和上浮过程中的稳定性，保证矿化气泡上浮后形成泡沫层 刮出。,2.1 浮选药剂的分类与性质,1,（,3）调整剂：用于调整其他药剂（主要是捕收剂）与矿物表面的作用，调整矿浆的性质，提 高浮选过程选择性。调整剂的种类较多，可细分为四种：,活化剂能促进捕收剂与矿物的作用，从而提高矿物可浮性的药剂（多为无机盐），这种作用称活化作用。,抑制剂与活化剂相反，能削弱捕收剂与矿物的作用，从而降低矿物可浮性的药剂（各种无机盐及一些有机化合物），这种作用称为抑制作用。,介质pH调整剂主要是调整矿浆的性质，形成对某些矿物浮选有利、而对另一些矿物浮选不利的介质性质，例如用它调整矿浆的离子组成、改变矿浆的H值、调整可溶性盐的浓度等。,分散剂与絮凝剂调整矿浆中细泥的分散、团聚与絮凝。,2,2.2 捕收剂,2.2.1 捕收剂的分类与结构,捕收剂按其在水中解离程度分成两大类：,非离子型捕收剂和离子型捕收剂。,非离子型捕收剂主要是非极性烃类油和不溶性的酯类。,离子型捕收剂的分子结构中一般有两个基团：极性基和非极性基。这类捕收剂也称杂极性或复极性药剂。,3,2.2.2 非极性烃类油捕收剂及其捕收机理,非极性烃类油是煤、石墨、辉钼矿等非极性矿物浮选时的捕收剂,也广泛用作磷灰石、氧化铁矿和石英等矿物浮选时的辅助捕收剂。硫化矿浮选也可用非极性烃类油作捕收剂，帮助粗粒和难浮颗粒上浮。,4,1. 非极性烃类油特性,非极性烃类油具有如下特点：, 分子结构对称，无永久偶极，分子内部的原子以共价键结合，电子共有，而且不能转移到其他原子上。, 化学活性差，在水中不解离成离子、溶解度小、疏水性强，对呈分子键的、天然疏水性强的矿物表面具有良好的吸附性能。, 矿物表面疏水性越好，在其表面的吸附量越多；吸附时，与矿物表面不发生化学反应，只能以物理吸附的形式固着到矿物的表面。, 由于只能以物理吸附的形式吸附到矿物表面上，烃类油只能作为天然可浮性较好的矿物的捕收剂。, 因其难溶于水，实际上是以油滴形式存在于水中，故其用量较大。,5,非极性烃类油主要有两方面来源：, 石油工业产品。如煤油、轻柴油等；, 其他工业副产品。,2.非极性烃类油与矿物表面的作用机理,非极性烃类油能否吸附到矿物表面并起作用，主要取决于它们与水和矿物表面作用力的大小 。,6,(1)非极性烃类油与水之间的作用,非极性烃类油的主要成分为脂肪烃、环烷烃和芳香烃，其分子都是由碳和氢原子组成，原子之间以非极性的碳碳键和弱极性的碳氢键结合，属于非极性分子。分子之间由色散力聚集在一起。而水分子是强极性分子，水分子与非极性烃类油分子之间的作用力为诱导力和色散力，并以色散力为主。水分子由于是强偶极子，有极强的定向力、诱导力，并且以定向力为主，加上水分子之间的氢键缔合作用，水分子本身之间的吸引力比油水之间作用力大，所以，油不溶于水，有很好的疏水性，非极性烃类油在水中只能以油滴状态存在。,7,(2) 非极性烃类油与矿物之间的作用,矿物表面有极性和非极性之分。当矿物表面属于非极性表面时，固油固水 ，矿物表面对油分子吸引力大于对水分子的吸引力，油滴吸附到矿物的表面。如果矿物表面与油分子之间的作用力大于油分子本身之间的作用力，油滴可在矿物表面展开。反之，油分子只能以油滴的形式吸附在矿物表面，不能展开。当矿物表面是极性表面时，固水 固油，矿物表面对油分子的吸引力小于对水分子的吸引力，矿物表面覆盖了一层水分子，并形成水化膜，油分子不能在矿物表面吸附，仍以油滴状态留在水中。非极性烃类油对这种表面没有捕收作用。,8,3. 非极性烃类油的捕收作用,非极性烃类油的捕收作用主要表现在三个方面：, 非极性烃类油可以提高疏水性矿物和气泡的附着。由于非极性烃类油在矿物表面展开，增加矿物表面的疏水程度，削弱其水化作用，使矿粒与气泡碰撞时，水化膜易破裂，附着过程易进行。, 非极性烃类油可有效提高疏水性矿粒在气泡上附着的牢固程度。原因是由于非极性烃类油能沿着三相接触周边富集，形成三相接触油环。, 细粒的物料表面粘附油滴后互相兼并，还可以形成气絮团。,9,4.非极性烃类油中杂极性物质的其他作用,非极性烃类油组成中，除非极性组分外，还有少量的非烃杂质。例如，吡啶、喹啉、吡咯、 酚、酸 、醇脂和羰基化合物等杂极性物质。,1杂极性成分捕收作用。,2杂极性成分起泡作用。,3杂极性成分乳化作用。,10,5.非极性烃类油组成对捕收作用的影响,非极性烃类油的捕收性能与其化学组成关系密切，而其组成又随产地、加工方法、馏分温度的不同有较大差异。,经长期实际使用及研究表明，非极性烃类油各组分的捕收作用（活性）按下列顺序递减：,芳烃烯烃异构烷烃环烷烃正构烷烃,11,6. 常用的非极性烃类油捕收剂,国内外选煤厂煤泥浮选常用的捕收剂多数是石油产品，主要有煤油、轻柴油和一些人工合成的非极性烃类油捕收剂, 煤油煤油是煤泥浮选中应用最广泛的非极性烃类油捕收剂之一。煤油分馏温度为200 300 ，其主要成分为C11C16的烷烃。煤油用量一般为0.5 kg/(t煤泥)。,根据不同的用途，煤油分为灯用煤油、拖拉机煤油、航空煤油等品种。,12, 轻柴油和页岩柴油柴油是目前最广泛使用的非极性烃类油捕收剂。轻柴油可分为催化柴油、直馏柴油、热裂化柴油和焦化柴油等，密度0.740.95 g/cm3。轻柴油碳链为1518个碳，分馏温度约165365 。轻柴油具有馏分重、密度高、粘度大、在水中分散的油珠尺寸大、在煤表面展开速度慢等特点，但疏水性强，被表面孔隙吸收的数量少，轻柴油用量通常为13 kg/(t煤泥)。,13,7. 提高非极性烃类油浮选活性的途径, 辐射化学作用, 磁场处理, 电化学处理, 烃类催化氧化法,14,8. 煤泥浮选新型药剂的研究和发展, 煤泥浮选促进剂(promotor), 复合浮选药剂复合浮选药剂，即兼具捕收、起泡两种性能的药剂。,15,2.2.3 硫代化合物类捕收剂,该类捕收剂是硫化矿浮选常用的捕,收剂。特征是分子量小、烃链短、极性亲固基都含有二价硫原子，水解后生成含SH基的产物，故也称含巯基化合物捕收剂,典型的代表有黄药 、黑药等。,16,1. 黄药,(1) 黄药的名称、组成和结构,黄药学名黄原酸盐。按化学组成也称为烃基二硫代碳酸盐。黄药的一般化学组成与结构式如下：,ORCSSMe,如图烃基为烷烃基,及黄药亲固基结构,17,(2) 黄药的性质, 物理性质常温下是黄色粉末状固体，常因杂质的存在而使颜色稍深。有刺激性臭味 ，有毒，可燃，易溶于水、丙酮和醇。, 稳定性黄药是一种不稳定的化合物，遇热分解，遇水或酸也可分解, 氧化性黄药本身是强还原剂，易于氧化, 捕收性主要取决于烃基长度和烃基结构。通常，捕收性越强时选择性越差。,18,(3) 黄药的捕收性能及其应用,黄药对矿物的捕收能力与生成的金属黄酸盐的溶解度大小有关。黄药和重金属阳离子可生成难溶性化合物,黄药和碱土金属离子不能生成难溶性化合物，故黄药不能浮选含碱土金属的矿物。,19,(4) 硫代化合物类捕收剂作用机理, 化学吸附说黄药捕收剂对矿物进行捕收作用，首先是硫化矿物的表面发生氧化反应，生成硫氧盐或硫酸盐。以方铅矿为例：,PbS（固）+2O2（气）PbSO4（固）,PbSO4（固）+CO2-3 PbCO3（固）+SO2-4,PbSO4（固）+2OH Pb(OH)2（固）+SO2-4,PbCO3+2ROCSS Pb(ROCSS)2+CO2-3,黄原酸铅Pb(ROCSS)2具有强烈的疏水性，在矿物表面的沉积可提高矿物表面的可浮性，起到了捕收作用。,20,黄药与矿物表面金属离子能否生成不溶性的金属黄原酸盐主要取决于生成产物的溶度积大小 ，如果生成的黄原酸盐溶度积大，则不利于离子交换吸附的进行，黄药对这类矿物不易进行捕收；反之，生成的黄原酸盐溶度积越小，离子交换吸附越容易进行，黄药对其捕收效果越好。,因此，可根据各种金属黄原酸盐溶度积大小，定性判断相应硫化矿物的可浮性。,21, 双黄药见解,用电化学方法对黄药与硫化矿的作用研究后，黄药对硫化矿的捕收作用是由于黄药经氧化后生成双黄原，双黄原具有疏水作用，吸附在硫化矿物的表面，从而使矿物表面疏水。双黄药见解和化学吸附说同样认为，必须有氧存在时黄药才能浮选硫化矿。黄药阴离子在矿物表面产生的反应为：,2ROCSS-+12O2+2H,(ROCSS)2+H2O,22, 共吸附,用电化学方法研究方铅矿与黄药的作用后，矿物表面仅有黄原酸铅或双黄药时都不能使方铅矿很好浮选，只有这两种产物并存时，才能使矿物表面具有足够的疏水性。而且，两种产物应有一最佳比例。,有人认为，为了保证方铅矿、黄铜矿、黄铁矿的有效浮选，双黄原的吸附量应占总吸附量的10 %30；而有人对黄药在方铅矿表面吸附的测定表明，双黄原的吸附量可占总量的5 0左右，此时可得到最理想的分选效果。,应用有机溶剂萃取与红外光谱分析方法相结合，对16种硫化矿和6种黄药进行作用后的产物研究后指出，上述三种情况均存在。在一些矿物表面生成的是双黄原，在另一些矿物表面生成的是金属黄原酸盐，还有一些矿物表面既有双黄原，又有金属黄原酸盐。,23,2.黑药,(1) 黑药的组成、结构与性质,黑药学名为二烃基二硫代磷酸盐。最早使用的是二甲酚二硫代磷酸，组成是（CH3C6H 4O）2PSSH。黑药的结构式为：,PORORSSMe,式中Me可为Na+、H+或NH+4。,黑药为弱电解质，它比黄药稳定，在酸性矿浆中不易分解。黑药较难氧化,24,2.2.4 有机酸类捕收剂,有机酸也称烃基酸。它是浮选氧化矿物的阴,离子捕收剂。品种很多，按亲固基的组成和,结构，有以下五种：, 羧酸及其皂组成为RCOOH(Na、K)。,R为烃基，一般为C12C17。, 烃基磺酸盐RSO3H(Na、K)。, 烃基硫酸盐RSO4H(Na、K)。, 胂酸如甲苯胂酸：CH3(C6H4)AsO3H2。, 烃肟酸如烃肟酸钠：CROHNONa。,25,1.脂肪酸及其皂的组成和性质,脂肪酸的组成为RCOOH，分子中氢被Na或K取代就成为皂。R一般为直链的饱和或不饱和烃。,选矿上应用的脂肪酸一般为饱和或不饱和的一元酸。脂肪酸的亲固基为COO基。脂肪酸是一种弱酸，在水溶液中可以解离为羧酸阴离子和氢离子：,RCOOHRCOO-H+,26,2. 有机酸及其皂的捕收性能和应用,有机酸及其皂的一个重要的特征是它可和碱土金属Ca2+、Mg2+、Ba2+、 Sr2+等生成难溶性盐。因此，含这些碱土金属阳离子的非硫化矿物可以用它浮选，而这些矿物却不能用含硫氢基类捕收剂浮选。有机酸和一些有色金属、黑色金属离子，例如： Pb2+、Mn2+、Fe2+等也可以生成难溶性金属皂。故有机酸及其皂也可以浮选这些金属的非硫化矿物。,27,2.3 起泡剂,具有起泡作用的表面活性物质称为,起泡剂,2.3.1 起泡剂的结构与性质,目前广泛采用的起泡剂通常是一种异极性表面活性物质（有机物），由两部分组成：一端为极性基，亲水；另一端为非极性基，亲气。,28,1.非极性基对起泡性能的影响,不同系列的表面活性物质，烃基每增加一个碳原子，表面活性可以增大3.14倍。表面活性越大，起泡能力越强。所以起泡剂非极性基越长，起泡能力就应越强。但非极性基过长，溶解度会显著降低，反而会使起泡能力下降。,29,2. 极性基对起泡性能的影响,实际使用的起泡剂极性基有以下几种：,O、OH、COOH、CO、NH2、,SO4H、SO3H。极性基的结构和数量影响起泡剂的物理性质和化学性质，对起泡剂性能有很大影响。,30,3. 对起泡剂的要求,具有起泡性质的物质很多，如醇类、酚类、酮类、醛类、醚类及酯类等。但作为浮选用的起泡剂，对其还有特殊要求：, 用量低，能形成量多、分布匀、大小合适、韧性适当和粘度不大的气泡。, 有良好的流动性、适当的水溶性，无毒，无臭，无腐蚀，易使用。, 无捕收性，对矿浆pH值及各组分有较好的适应性。,31,2.3.2 起泡剂的作用,1.使空气在矿浆中分散成小气泡，并防止气泡兼并,2.增大气泡机械强度，提高气泡的稳定性,3.降低气泡的运动速度，增加气泡在矿浆中停留时间,32,2.3.3 起泡剂作用机理,1.单纯起泡剂的作用机理,起泡剂多数是杂极性表面活性剂，可以在气液界面吸附浓集，降低气液表面能，使气泡体系能量降低，促使空气分散，生成直径较小的气泡，并能在相界面上进行定向排列，以其极性端指向水，非极性端指向气。由于极性端和水分子发生作用，在气泡表面形成一层水化层，阻碍了气泡的兼并，同时还可增加气泡抗变形及破裂的能力,33,2.起泡剂与捕收剂的共吸附作用,一些捕收剂本身虽没有起泡作用，但能够在气泡表面吸附，对起泡剂的起泡作用产生影响。 如黄药本身是捕收剂，无起泡能力，但若与醇一起使用，就会提高醇类的起泡能力，且高级黄药的影响比低级黄药要大，这种现象称为共吸附。捕收剂与起泡剂不仅在气泡表面产生共吸附现象，而且也在矿物表面产生共吸附。当矿粒与气泡碰撞时，起泡剂与捕收剂由于在界面上共吸附而产生互相穿插，使气泡与矿物固着稳定。,34,2.3.4 常用起泡剂,1.天然起泡剂,该类起泡剂是由林木直接蒸馏和加工后的产品。, 松油是最早的天然起泡剂，主要成分为萜烯醇（C10H17OH）,松油为淡黄色或棕色液体，密度0.90.95g/cm3，起泡能力较强，一般无捕收性。用量一般为1060g/(t原矿)。,35, 2号油亦称松醇油，是我国选矿厂应用最广泛的一种起泡剂。占起泡剂总用量的95 以上。2号油以松节油为原料，经水合反应制得，为淡黄色油状液体，密度0.90.91 g/ cm3。主要成分为萜烯醇, 樟脑油, 桉叶油,36,2.工业副产品起泡剂,该类起泡剂主要用于选煤厂。, 杂醇, 仲辛醇, 杂醇油, 混合醇, 酯油,37,3.人工合成起泡剂, 醚醇类起泡剂是由石化产品合成的新型起泡剂，也称醚醇油。, 醚类起泡剂, 甲基异丁基甲醇亦称甲基戊醇，代号MIBC，结构式为：,CHCH3CH3CH2CHCH3OH,为无色透明液体，20 时密度为0.8 g/cm3，特点是选择性强，活性好，生成的泡沫细且脆而不粘，消泡容易，不具捕收性，用量少，仅2040 g /(t煤泥)。,38,2.4 调整剂,广义而言，浮选过程所使用药剂除捕收剂和起泡剂以外均可称为调整剂。,2.4.1 活化剂,2.4.2 抑制剂,2.4.3 介质H调整剂,2.4.4 分散剂与絮凝剂,39,