矿物加工工程-浮选药剂.ppt
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1、1,第二章 浮选药剂,浮选课件2,太原理工大学 矿物加工工程专业,且拌琴瘁博汀锭橇软领炬监展吞庐愈举住纳禁龄圈刮垢游潮放别噶锌肄锅矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,2,2.1 浮选药剂的分类与作用,浮选过程中,矿物能否与气泡附着主要取决于矿物表面的润湿性。 自然界中,绝大多数矿物的90,天然可浮性差。 根据杨氏方程 cos=(SG-SL)/LG,改变任一相界面的性质,即可改变大小,从而提高矿物的可浮性。 改变相界面性质的一个有效方法就是向矿浆中添加浮选药剂。,逢烧池驯峦据倒了跋屈蹭吸骗媳娶措绵沂厌都述体扒铁用悸哺油编苞修铺矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,3,2.1 浮
2、选药剂的分类与作用,目前,在浮选过程中使用的药剂种类有很多。 按其作用可分为捕收剂、起泡剂和调整剂三大类,其中调整剂又分为活化剂、抑制剂、pH调整剂、分散剂和絮凝剂等。 应该指出的是: 有的药剂不只是起一种作用,还兼有其它作用; 有的药剂难以包容在其中,如乳化剂、硫化剂等; 新的药剂不断涌现,其分类也不断发展和完善; 浮选的实际效果是各种药剂综合作用的结果,在选择药剂时应考虑它们之间的协同作用。,咀堤傀瓤交籍埃债鲤桓嚏谭吓腊说谩椒舅焊契锡半真漫万披揪污姻省鞘尸矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,4,2.2 捕收剂 2.2.1 分类与结构,1. 捕收剂分类 (1) 按其在水中的解离程度
3、分为非离子和离子型药剂。 非离子型: 非极性烃类油 非极性矿物(某些极性矿物的辅助捕收剂) 不溶性酯类 重金属硫化矿物 离子型(亲固基不同): 巯基类 阴离子型(含S2) 硫化矿物 烃基酸及皂类 阴离子型(含O2) 氧化矿物 胺类及其衍生物 阳离子型 (铝)硅酸盐类矿物,辖祥氏颖慌娩眺沪杖领擞嗓面橇窃季锦败蔗级桌她肖御荣朝嘴粮疏圾杂清矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,5,1. 捕收剂分类 (2) 按其分选矿物的类型分为: 非极性矿物捕收剂; 硫化矿物捕收剂; 氧化矿物捕收剂 2. 捕收剂的结构,2.2 捕收剂 2.2.1 分类与结构,脖款赃捶创锌肄杆演威茂枷麻植琅妓嚣暂狮柄蔑搽蔼浚
4、棚澈胸忽音经贴唁矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,6,2.2.2 非极性烃类油捕收剂及其作用机理,1、非极性烃类油的特性 非极性烃类油的特点 结构对称,在水中不解离为离子,属非离子型捕收剂; 难溶或微溶于水(溶解度小); 化学性质不活泼,依靠物理吸附于矿物表面(非极性矿表或矿表非极性区); 疏水性强,其中常含有杂极性物质,故同时具有不同程度的起泡性。 非极性烃类油的来源 石油工业产品和其它工业副产品(炼焦业)。 其中,工业副产品来源有限,成分复杂且不稳定,常含有一定酚类,有毒且污染环境,目前已少用。,幽砌椭祥入妮匆旅岿芍互刹塔伍条褂拙虞仆稽笨盛弛欣俐伍己琉兔告息便矿物加工工程-浮选
5、药剂矿物加工工程-浮选药剂,7,2、非极性烃类油的作用机理 (1)烃类油与水之间的作用 烃类,主要是脂肪烃、环烷烃和芳香烃。 油-油 色散力;油-水 色散力,诱导力;水-水 定向力、诱导力、氢键。油-水作用力小于水分子之间的作用力,所以,油不溶于水。 在机械搅拌作用及矿浆湍流运动产生的剪切力作用下,烃类油以不同粒度的油滴形式存在于矿浆中,油滴之间有自发兼并的趋势。 (2)烃类油与矿物表面的作用 矿表呈极性对水分子吸引力大,矿表水化膜厚,不利于油滴吸附; 非极性矿物表面对油分子的吸引力大,油滴吸附于矿表。,2.2.2 非极性烃类油捕收剂及其作用机理,秩正胃喜勉葫须厂辖螺酵膀奉宾抱嘻裸茹权虹邑扩凭
6、认忠债詹晃卡续隔瞪矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,8,2、非极性烃类油的作用机理 烃类油对疏水性矿物表面有良好的吸附性能,且矿表疏水性越强,吸附的捕收剂数量越多; 烃类油只能以物理形式吸附于矿表; 烃类油在矿表吸附,形成的油膜较厚,故用量较大,一般为0.21kg/t; 添加乳化剂,烃类油分散为更小的油滴,可减少药剂用量;提高目的矿物的疏水性,使矿粒与气泡的附着过程容易进行。,2.2.2 非极性烃类油捕收剂及其作用机理,战陋睹落变乡谗或赣中帝盎拉佳毫琵笼逗研阶驳炊烙劳销锑暂季徊衰铲箩矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,9,3、非极性烃类油的捕收作用 提高目的矿物的疏水性,
7、使矿粒与气泡的附着过程容易进行; 提高疏水性矿粒与气泡附属的牢固强度(三相接触油环); 细粒表面吸附油滴后,相互兼并可形成气絮团。 捕收剂是否加的越多越好?,2.2.2 非极性烃类油捕收剂及其作用机理,劈砷深婿兽柠寇川飞惧低瑰豫圆乖罚畸陋证特佛摧翁漏寒泼示屁枉邑咱湿矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,10,4、非极性烃类油中杂极性物质的作用 非极性烃类油组成中,除非极性组分外,还含有少量非烃杂质,如吡啶,喹啉等杂极性化合物,其结构特点与离子型捕收剂类似。 (1)捕收作用; (2)起泡作用,防止气泡兼并; (3)乳化作用,提高油滴分散度,减少油滴兼并。 所以,适当增加烃类油中的杂极性成
8、分比例,对提高浮选效果有利。 p434 表4-2-2,2.2.2 非极性烃类油捕收剂及其作用机理,孟巳丁疮丸沤咀炙秋摘组钧琅茎帆苏发豆膝愿逼甚胃摊涨皑苏催翠瓣搔众矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,11,5、非极性烃类油组成对其捕收作用的影响 (1)润湿热 润湿过程,表面自由能减少,减少的能量将以热量形式释放出来。润湿单位表面积固体物料所放出的热量称润湿热(J/cm2)。 根据热力学第二定律,系统自由能降低,吸附过程才能自发进行,且降低幅度越大,过程越容易进行。所以,润湿热越大,药剂吸附能力越强,对矿物的捕收活性越大。 捕收活性:芳烃烯烃烷烃。 芳烃活性大的原因还有:油-水界面能低,
9、分散度好,浮选活性高;可与芳香族化合物形成-键,此键比普通范德华力强。,2.2.2 非极性烃类油捕收剂及其作用机理,除蠢楞室葬操诽矾蚀磋蹿榆孕郸杯三立嘘蹬头臀丁醚棉尿词执耐次瘤期年矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,12,5、非极性烃类油组成对其捕收作用的影响 (2)结构 捕收活性: 烯烃烷烃 烷烃具有对称电子层,化学惰性大。烯烃的电子云聚集在双键或环周围,分子不完全对称,化学活性大: 从分子空间效应看,烯烃分子断面积比烷烃大,故在矿表覆盖面积大。 对烷烃而言 异构正构(相同C原子数) 异构烷烃的沸点、凝固点低,不易形成结晶,故浮选效果好; 支链占有较大空间,每摩尔分子覆盖面积大,油
10、耗低,疏水效果好。 烯烃、芳烃的缺点: 化学活性大,易与水分子结合,疏水性小于烷烃,选择性也较烷烃差。 可使芳基、烷基结合,如多烷基苯型、多烷基萘型都具有良好捕收性。,2.2.2 非极性烃类油捕收剂及其作用机理,驼赂两萧讶拾泊存蠢烃幸野毁断陈侠填铂赛骋透浆家酣旬尧蝗痛思诸到刑矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,13,6、非极性烃类油溜分对分选的影响 分溜温度低,则C链长度短,药剂的疏水性差,浮选活性差; 分溜温度高,烃类油的C链长,疏水性好;但C链长度增加的同时,药剂粘性增大,分散度降低,吸附速度减慢,从而浮选活性变差。 在石油各馏分中,活性最高的馏分基本都在180240,碳链长度8
11、15个C。 7、常用的非级性烃类油捕收剂 p436437,2.2.2 非极性烃类油捕收剂及其作用机理,衫练叠串贡褐锋溢建束年苯瞅览昂渴馏命常诊便维侗苞恋忙审逐划逗脐迭矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,14,2.2.3 巯基类阴离子型捕收剂,硫化矿物的捕收剂,其特征是:分子量小,烃链短、极性基中含有S2-,水解后生成含-SH的产物,故称为巯基类,典型代表有黄药和黑药。,畅栋汕盎买佰硫灯拔虐鞍钡牧宿诛虱酌掌娇矮扬专肤胺饯萤怖析产式兔杰矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,15,2.2.3 巯基类阴离子型捕收剂,黄药 (1)黄药的名称、组成和结构 学名: 烃基二硫代碳酸盐 结构:
12、 ROCSSNa(K) 命名:阳离子(钾黄药和钠黄药); 阴离子(烃链长短 高级黄药和低级黄药),隔搔甄测律急氟臂际荐罩草娶脚抒课牧壹果回妆容柏太预缀睬塑瑶柳肋辫矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,16,2.2.3 巯基类阴离子型捕收剂,(2)黄药的制备 ROH+NaOH RONa+H2O + 热 RONa+CS2 ROCSSNa + 热 总反应式: ROH+NaOH+CS2 ROCSSNa +H2O+ 热 反应器应用散热装置(不断搅拌),憋署虫韭朵砧秩嗓欢萝酮联史鹿穆肪恶潜阵辈授盗明是酒刹钙冰勒凤韩鸯矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,17,2.2.3 巯基类阴离子型捕收
13、剂,(3)黄药的性质 物性 密度1.21.7g/cm3,使用时常配成510的水溶液使用,用量50100g/t。 稳定性 黄药是一种不稳定的化合物,遇热、水或酸均会发生分解。 ROCSSNa ROCSS- + Na+ ROCSS-H2O ROCSSH+OH- ROCSSH ROH+CS2 使用时用注意调节矿浆的pH值。 A.黄药在酸性介质中分解速度很快,且pH值越低,分解越快。 B.如果黄药必须在酸性介质中使用,则应选择高级黄药,因其分解速度相对较慢。 C.黄药遇热分解,遇水也分解,故黄药应存放在干燥、阴凉的地方。 D.工业使用的黄药含15%杂质和水,故不宜久存,最好是现配现用。,炮全兴慈泛脂蜘
14、孺痞蝇烃寸修蚊顺栽峡畜贾酋坏佐瘤挚账坏镐吃鸟话绥威矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,18,2.2.3 巯基类阴离子型捕收剂,(3)黄药的性质 氧化性 黄药是强还原剂,易被氧化,生成双上黄药。 2ROCSS-+1/2O2+CO2 (ROCSS)2+CO32- 2ROCSS-+1/2O2+H2O (ROCSS)2+2OH- 溶液中有过渡金属的高价离子存在时,对氧化可起促进作用。 2Fe3+2ROCSS- (ROCSS)2+ 2Fe2+ 双黄药:ROCSS-SSCOR 硫化矿物的捕收剂。黄色油状液体,难溶于水,在水中呈分子状态存在(非离子型)。 pH值升高时会逐渐分解为黄药,可用于酸性介
15、质。 捕收能力弱于黄药,但选择性好于黄药。,救睫绘窿漫严庄荐耸婪糟涧构舅蝗冈谩恰凭贝盎投淤屏拍赂轿侈澈溃奎胎矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,19,2.2.3 巯基类阴离子型捕收剂,(3)黄药的性质 捕收性 黄药以其极性基中的S2-与矿物表面的金属离子作用形成化学键而附着于矿表,非极性基朝外指向水,起疏水作用。 A. 非极性基与捕收性能的关系 烃基越长,疏水性越强,捕收性能越。原因可从三方面进行解释。但烃链过长,黄药选择性变差,溶解度降低,捕收效果降低,故C原子数一般取C=25。,匣坐蔷矫来杠肢份蹋怎贮浮曾越寓靴柒临戎蔚豹勋菏她抽悸岔稠昌草郡履矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮
16、选药剂,20,2.2.3 巯基类阴离子型捕收剂,(3)黄药的性质,烃基的结构 在短烃链黄药中,异构基中-CH3比正构基-CH3更靠近极性基,-CH3的正诱导效应可使极性基键合原子的电子密度增加,从而使极性基对矿表的亲固能力增加。从而异构体黄药比正构体的捕收效果好。 对于长烃链的药剂,其极性基与矿表吸附,非极性的烃链之间会形成半胶来吸附,此时药剂在矿表吸附密度大,捕收性能强。如果存在侧链,则会防碍非极性基之间的相互靠拢,致使黄药在矿表吸附密度降低,捕收性能减弱。 另支链靠近极性基,在一定条件下可产生空间位阻效应阻碍药剂与矿表的接近,故异构体不如正构体。,墩赃墙勘所栋擞唱绘快呻絮啸登铃叶雹貉倍篷英
17、乌赵忱石挡玛新停乙洱旺矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,21,2.2.3 巯基类阴离子型捕收剂,(3)黄药的性质 捕收性 黄药以其极性基中的S2-与矿物表面的金属离子作用形成化学键而附着于矿表,非极性基朝外指向水,起疏水作用。 B.溶度积理论 该理论是由美国学者Taggart在1929年提出的。 溶度积:在一定温度下,某难溶化合物在其饱和溶液中的离子浓度的乘积(常数)。 主要内容:药剂与矿表金属离子反应后生成产物的溶度积越小,药剂对该矿物的捕收能力越强。 可用反应产物溶度积的大小来衡量药剂对矿物的捕收能力。 各种金属与黄药生成的金属黄原酸盐难溶顺序如下: 第一类:汞、金、铋、锑、铜
18、、铅 镍 (溶度积10-10 ) 第二类:铁、锰、锌(溶度积10-2 ),乙基黄原酸锌 4.910-9 乙基黄原酸铅 2.110-17 乙基黄原酸铜 5.210-20 戊基黄原酸铅 1.010-24,勘掣手杯衡茵椽臀郭腑送足溶炮墨小商酮臼佳筒陈指他关捞牙琐防桑比僧矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,22,2.2.3 巯基类阴离子型捕收剂,(3)黄药的性质 黄药的选择性 黄药对硫化矿物的捕收剂能力随C链的增长而增加,选择性刚好相反。即捕收性强,则选择性低。 浮选时欲得到高品质精矿,应选用低级黄药;欲得到高的回收率,则应选用高级黄药。 (4)黄药可捕收的矿物 贵金属和自然铜; 硫化矿物;
19、 硫化后的氧化矿。,羽高据措柔垦拒下肿决搪方享预霞媒批毛保琴纶旬毡庞呕乘蹭裂述釉通袄矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,23,2.2.3 巯基类阴离子型捕收剂,(5)作用机理 化学吸附说 黄药对硫化矿的捕收,前提是必需有氧的存在。硫化矿物表面先发生氧化反应,形成硫氧盐或硫酸盐,然后,再与黄药作用生成溶度积很小的难溶盐。 双黄药见解(前提有氧存在) 有氧存在时,黄药氧化生成双黄原,在黄铁矿表面吸附而起捕收作用,提高矿表疏水性。 由于硫化矿物具有导体和半导体性质,故有一定的传导电子能力。因此,浮选过程中,巯基类阴离子型捕收剂与矿表接触时,捕收剂在矿表阳极区被氧化,同时,氧化剂在阴极区被还
20、原。硫化矿物充当了反应的电极。 黄药对FeS2的捕收 阳极氧化:2ROCSS2e(ROCSS)2 阴极还原:1/2O2+2H+ +2eH2O 共吸附学说,珐秩多槛族俩膜举荒眯袱侯您镰丹遗刃震脯框织录涣踪呕涣窍窗循源共嚣矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,24,2.2.3 巯基类阴离子型捕收剂,黑药(应用仅次于黄药) (1)组成、结构与性质 学名:二烃基二硫代磷酸盐 结构: 其中,Me可以是H,对应黑药称为酸性黑药; Me可以是Na,对应黑药称为钠黑药; Me可以是NH4,对应黑药称为铵黑药。,应芒逞刊佰脓汽瓢朱球我犀筷皑副申疽康引牛蝇近榨润清荷趋访郝染木诊矿物加工工程-浮选药剂矿物加
21、工工程-浮选药剂,25,2.2.3 巯基类阴离子型捕收剂,(2)性质 弱电解质,在水中可解离,即 (RO)2PSSNa(RO)2PSS- + Na+ A. 比黄药稳定,在酸介中分解速度慢,故必须在酸介中浮选时,可选用黑药做捕收剂。 B. 较难氧化,氧化后生成双黑药。 2(RO)2PSS 2e (RO)2PSS-SSP(OR)2 双黑药:油状非离子型液体,可捕收硫化矿,用途不如黑药广泛。 C. 捕收硫化矿时,以其亲固基中S2-与矿表金属离子结合,故黄药能捕收的矿物,黑药也可以,工业用途仅次于黄药,用量125g/t。 D. 黑药常含有H2S,有一定硫化作用,可分选已轻微氧化的硫化矿。,族摔瓶键鹤宗
22、奉独樊梦猿匪剑盅径闹费妆局几粱盯沼飞坊得兴噪聘擞倦龋矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,26,2.2.3 巯基类阴离子型捕收剂,(3)工业制备 4ROH+ P2S5 2(RO)2PSSH + H2S (4)工业上常用的黑药 甲酚黑药(CH3C6H4O)2PSSH 以甲醇为原料,加入一定 P2S5 配制而成。常温为暗绿色油状液体。难溶于水,有起泡剂、腐蚀性。由于甲酚(有毒),污染环境,故已少用。 丁钠黑药(C4H9O)2PSSNa,白色粉末易溶于水,无起泡性。 2(RO)2PSSH + Na2CO3 2(RO)2PSSNa + H2O + CO2 丁铵黑药(C4H9O)2PSSNH4
23、白色(灰色)粉末,微臭,易溶于水,无腐蚀性,不易变质,使用它可改善环境。适用于Cu、Pb、Zn、Ni 等硫化矿物的浮选。 2(RO)2PSSH + NH4OH 2(RO)2PSSNH4 + H2O,睬锣瑶鬃迅草北捻矣建朝五瘸全予虞十忠承遣灰胖篮纹腕祟乱挣叔厕矿艇矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,27,2.2.4 有机酸类阴离子型捕收剂,有机酸也称烃基酸,根据亲固基的不同,可分为五种: 这类捕收剂的特点是:在水中可解离,疏水离子是阴离子;极性(亲固)基中通常含有O原子,非极性基烃链较长,分子量较大,是氧化矿物的有效捕收剂。,厩煮羹土之献瘸嚼恋俊厂樊弗伊柳腥咸羹惑跺盗揖吐惶垮副娩缀诡时
24、蹬寓矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,28,2.2.4 有机酸类阴离子型捕收剂,脂肪酸及其皂 (1)脂肪酸的通式 RCOO-H+,其中,H+被Na+或K+取代即成为皂。 R直链烃脂肪酸 环烷烃环烷酸 苯 环芳香酸 脂肪酸分子中的烃链R可以是直链的饱和或不饱和烃。,矫习卓痹鞭益蛤框吻帚誊渊瞒瓮浮如琉茁偏忙肃叼压趁领夸脸笺菱苔侵饯矿物加工工程-浮选药剂矿物加工工程-浮选药剂,29,2.2.4 有机酸类阴离子型捕收剂,脂肪酸及其皂 (2)脂肪酸的性质 RCOOH是弱酸,在水中可解离: RCOOHRCOO- + H+ R长度增加,K值降低。但所有脂肪酸的K值几乎都在10-410-5左右,其
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