选矿厂浮选工艺基本知识
重选法是根据矿物相对密度(通常称比重)的差异来分选矿物的。密度不同的矿物粒子在运动的介质中(水、空气与重液)受到流体动力和各种机械力的作用,造成适宜的松散分层和分离条件,从而使不同密度的矿粒得到分离。
电选法是根据矿物导电率的差别进行分选的。当矿物通过电选机的高压电场时,由于矿物的导电率不同,作用于矿物上的静电力也就不同,因而可使矿物得到分离。电选法用于稀有金属、有色金属和非金属矿石的选别。目前大多数都用在混合粗精矿的分离和精选:如白钨和锡石的分离:锆英石精选、钽铌矿的精选等。
矿石经初次选别后,如浮选、重选或磁选,将其中所含的部分脉石或围岩选出,而得到了高于原矿品位的产物。称为粗精矿,一般还达不到精矿质量的要求,这一工序称为粗选作业。将粗精矿进行再选以得到合格的精矿,这工序称为精选作业。有时需要将粗精矿经过几次精选才能得到合格精矿,其作业依次称为一次精选、二次精选、三次精选……。
矿石经过选别作业处理后,除去了大部分的脉石与杂质,使有用矿物得到富集的产品称之为精矿。精矿是选矿厂的最终产品,有时也叫最终精矿,一般作为冶炼的原料。最终精矿要使其主要成分及杂质含量都达到国家标准,才能称为合格精矿。
原矿经过选别作业处理后,其主要成分已在精矿中富集,有的经过综合处理后,矿石的次要成分或其他伴生金属也得到回收。所以剩余的部分产物则含有用成分很低,这部分产物称之为尾矿,或叫最终尾矿。应当指出,在尾矿中仍然还有受目前技术水平限制而难于提取的有用成分,但将来有可能成为再利用的原料。因此,一般都将尾矿堆放在尾矿库保存起来。
在选矿生产中,除入选原矿可通过皮带秤(或其他计量器具)知道原矿重量外,精矿直接计量很难。选矿厂一般是经取样化验得到原矿品位(a)、精矿品位(β)和尾矿品位(μ),用这一些数据计算精矿产率。其计算公式如下:
选矿回收率是指精矿中的金属或有用组分的数量与原矿中金属的数量的百分比。这是一项重要的选矿指标,它反映了选矿过程中金属的回收程度,选矿技术水平以及选矿工作质量。选矿过程要在保证精矿品位的前提下,尽量地提高选矿回收率。其计算方式如下:
选矿技术监督部门一般是通过实际回收率的计算,编制实际金属平衡表。通过理论回收率的计算,编制理论金属平衡表。两者作对比分析,能够揭露出选矿过程机械损失,查明选矿工作中的不一般的情况以及在取样、计量、分析与测量中的误差。通常理论回收率都高于实际回收率,但两者不能相差太大,在单一金属浮选厂一般不容许相差1%。如果超过了该数字,说明选矿过程中金属流失严重。
原矿处理量是指进入选厂处理的原矿石数量,选矿厂对原矿处理量的计量,常用机械皮带称、电子皮带称。有的选厂用刮板在皮带称上定时刮取一定的矿量,再进行称量计算。有的选矿厂在选别前有预选、洗矿、脱泥等工序,所以在计算原矿处理量时,应包括经预选的废石量、合格矿石量以及脱泥的溢流量。
在浮选过程中,矿物的沉浮几乎与矿物密度无关。比如黄铜矿与石英,前者密度为4.2,后者密度为2.66,可是重矿物的黄铜矿很容易上浮,石英反而沉在底部。经研究之后发现矿物的可浮性与其对水的亲和力大小有关,凡是与水亲和力大,容易被水润湿的矿物,难于附着在气泡上,难浮。而与水亲和力小,不易被水润湿的矿物,容易上浮。因此能说,浮选是以矿物被水润湿性不同为基础的选矿方法。一般把矿物易浮与难浮的性质称为矿物的可浮性。浮选是利用矿物的可浮性的差异来分选矿物的。在现代浮选过程中,浮选药剂的应用尤其重要,因为经浮选药剂处理后,能改变矿物的可浮性,使要浮的矿物能选择性地附着于气泡,进而达到选矿的目的。
浮选是最重要的选矿方法之一。据统计,有90%的有色金属矿都是用浮选法处理的。此外浮选法还大范围的使用在稀有金属、贵金属、黑色金属、非金属以及煤等矿物原料的选别。近年来,国内外还用浮选法进行水质净化,污水处理等。可见浮选法的应用场景范围是相当广泛的。与其他选矿方法相比,用浮选法选别细粒浸染矿石时,效果较好而且比较经济合理。浮选法也常用于选别粗粒或粗细不均匀浸染矿石的细粒部分。
矿化气泡由浮选槽下部上升到矿浆面形成矿化泡沫层,有用矿物富集到泡沫中,将其刮出而成为精矿(中矿)产品。而非目的矿物则留在浮选槽内,进而达到分选的目的。通常浮选作业浮起的矿物是有用矿物,这样的浮选过程称之为正浮选,反之,浮起的矿物为脉石,则称之为反浮选(或称逆浮选)。
自然界的矿物种类非常之多,大约有3500多种。由于结晶时的物质组成、温度、压力等条件的差异,矿物的晶格千差万别。矿物的可浮性与晶体结构有很大的关系。实践证明:具有天然可浮性的矿物不多,只有石蜡、石墨、滑石、叶蜡石、辉钼矿等少数几种。而云母、石英等认为是没有天然可浮性的矿物。晶体结构与可浮性的关系十分复杂,下面只能列举几种典型矿物晶体结构与可浮性的关系。
石蜡是天然有机碳氢化合物,分子式Cn+H2n+2石蜡晶体基本的单元是分子,每个分子由锯齿状衔接的碳原子组成。这些石蜡分子结成晶体时,由分子键联系着,是由两个分子瞬间偶极中正负电荷互相吸引引起的,即色散力起作用,强度较小,它与水分子的永久偶极的作用很小。所以石蜡晶体不论完整或破裂,水分子都很少在它的附近发生定向排列。这就是石蜡亲水性小。疏水性大,具备比较好的天然可浮性的原因,也是许多带烃基的浮选药剂具有疏水性的原因。
石墨晶体中的碳原子按六方形环状成层排列。层中相邻的碳原子以共价键相结合,作用力很强,而两层间的碳原子由分子键联系着,作用力很弱。石墨晶体沿层面破裂后形成小片,石墨碎片的两端是断裂的共价键,对于水分子有很大的吸引力,有一部分水分子排列其周围。所以碎片的两端是亲水的。但是碎片的平面是微弱的分子键,是疏水的,并占很大的优势。所以结晶石墨的疏水性好,具有天然可浮性。
硫化矿中的辉钼矿(MoS2))~-120毫伏。PH值随HCl用量的增大而下降,当PH值为3.7±,继续增大HCl的用量时,可使其ζ电位越过零变为正。使ζ电位为零时的PH值称之为等电点。与此相似,使φ电位为零的PH值称之为零电点。φ值为零时,ζ值也为零,但是,φ值不为零时,ζ值也可以为零。因为当溶液中的离子强度非常大时,扩散层中的异号离子可能都挤到紧密层中,致使滑动面内的配衡离子与定位离子电性相等。
在某些氧化矿(如刚玉和石英)的浮选中,捕收剂与矿物的作用是静电引力,必须使捕收剂离子在双电层的密集层中充当异号离子,对内层离子的电性起抗衡作用才能奏效。PH值低于等电点时,矿物表面荷正电,应该选用阴离子捕收剂。PH值高于等电点时矿物表面荷负电,应该选用阳离子捕收剂。
阴离子捕收剂十二烷基硫酸钠在PH<2~3时,对石英浮选有效。在PH<9.4时,对刚玉浮选有效。而十二烷基胺是阳离子捕收剂,对石英和刚玉的浮选,其PH值必须分别大于2~3和9.4。但在PH>12时,十二烷基胺主要以水化胺分子形成出现,失去了捕收作用。
烃油、双黄药等捕收剂分子本身不带电荷,它们与矿物作用,可以穿过双电层而不受界面电荷的阻挡。矿粒表面不带电荷也能吸收捕收剂离子,例如用油酸浮选金红石时,当矿粒表面基本上不带电荷时回收率更高。
在浮选的相界面上,吸附是常见的现象,而且直接影响着浮选效应。例如,浮选时起泡剂分子在气-液界面的吸附,对于泡沫的形成与矿化有很大的影响,而矿浆中各种捕收剂、抑制剂、活化剂向矿粒表面的吸附改变了矿物的天然可浮性,改善了浮选指标。所以吸附现象与浮选的关系极为密切。
吸附现象的发生,主要是由于矿物表面具有不饱和表面所引起的。即矿石经磨碎后,其暴露的表面存在着断裂的残留键(如共价键、离子键、金属键或分子键等),使它很容易对周围的气体与液体质点发生吸附作用。各种矿物未饱和键能的大小,主要根据矿物晶体内部质点间的键型。
药剂在矿物表面吸附的形式是多种多样的,吸附是相互的,吸附的类型主要根据矿物表面键能与被吸附物的性质。例如非极性的烃类如煤油,在辉钼矿表面的吸附,因是靠分子间力发生的吸附,所以是物理吸附。据研究烃基硫酸盐等药剂在刚玉等氧化矿表面的吸附就很复杂,开始吸附时,是单个的离子靠静电引力物理吸附在矿物表面上,但随着溶液中烃基硫酸盐的浓度升高而吸附量增大。因为长烃链烃基硫酸盐的离子能够依靠烃基与烃基间的色散力互相缔合,使单个离子的吸附就转变成半胶束吸附。
如黄药阴离子ROCSS-在方铅矿(PbS)表面发生化学吸附时,是由于ROCSS-中S-与方铅矿表面的Pb2+之间发生的化学键引起。黄药阴离子与铜、铅、锌等金属硫化物的阳离子在一定条件下可形成化学键,因而有可能是在它们的表面发生化学吸附。但不能在方解石(CaCO3)、石英(SiO2)等矿物表面发生化学吸附。因为S-和Ca2+、SiO2不可能形成化学键。所以,化学吸附是有选择性的。
此外,油酸及其皂类的阴离子RCOO-和Ca2+、Fe3+等离子之间也能形成化学键。所以萤石(CaF2)、方解石(CaCO3)、赤铁矿(Fe2O3)等矿物对羧酸阴离子在一定的情况下。也会发生化学吸附。
应当指出,物理吸附与化学吸附之间既有区别,也有联系。油酸虽能在具有Ca2+、Fe3+的矿物表面发生化学吸附,但是当PH值使大部分的油酸呈分子状态存在和油酸的用量很大时,油酸就可以在萤石和赤铁矿表面发生物理吸附,即在化学吸附的单分子层外面发生多分子层的物理吸附。
黄药是金属硫化矿的浮选的主要的捕收剂,但是只能有氧存在的条件下,黄药才会发生作用。有人做过试验,把方铅矿放在没有氧存在的水中磨矿,然后浮选,则方铅矿不能被黄药捕收。黄药与金属硫化矿作用时,氧起着十分重要的作用,关于氧的作用机理有不一样的观点,现归纳两点介绍如下:
研究表明:在浮选的过程中,硫化矿物表面经轻微的氧化作用后,将有利于浮选的进行,过深氧化将使可浮性下降,硫化矿氧化后大都在表面生成硫酸盐,因为硫酸盐的溶解度比相应硫化物要大的多,这就有利于黄药类的捕收剂与SO42-之间进行离子交换。
研究表明:黄药阴离子在方铅矿表面的作用与矿物氧化程度有关。轻微的氧化作用,在方铅矿的表面生成的主要是单分子层的黄酸铅,其疏水性好;它在矿物表面覆盖到某些特定的程度就足以使矿物浮游。而氧化很深的方铅矿,黄药阴离子能通过置换反应,在其表面生成黄酸铅的多分子层,即新的黄酸铅相,其疏水性反而比单分子层的黄酸铅薄膜还小,因此氧化过深的方铅矿,其可浮性下降。
浮选过程要向矿浆中加入浮选药剂来改善与调节矿物的可浮性。使许多没有天然可浮性的矿物,经浮选药剂作用后,由不可浮变为可浮,或者相反。以便人为地控制矿物的可浮性。所以有人说浮选药剂是浮选技术的支柱,这是有道理的。浮选药剂的发展与浮选工艺的发展是分不开的,浮选的生产实践,促进了浮选药剂的研究,而浮选药剂的发展又促进了浮选技术的发展。
类型 用途 药剂名称 1 捕收剂 提高矿物表面疏水性,使要浮的矿粒附着于气泡上 黄药、黑药、白药、脂肪酸、胺类捕收剂等 2 起泡剂 提高气泡的稳定性与寿命 松醇油、甲酚油、醇类等 3 抑制剂 增大矿物的亲水性,降低矿物的可浮性 石灰、氰化物、硫酸锌、水玻璃、淀粉、
人工合成高分子聚合物等 4 活化剂 促进矿物的捕收作用或消除抑制作用 硫酸铜、硫化钠 5 调整剂 1.调整矿浆的酸碱度 石灰、碳酸钠、硫酸、苛性钠等 2.用于分散矿泥的作用 水玻璃、偏磷酸钠等 3.用于促进细泥絮凝作用 淀粉、聚丙烯酰胺等 21、捕收剂为什么能增强矿物表面的疏水性?
捕收剂的最大的作用是能加强矿物表面的疏水性。捕收剂的这种作用与其组成和结构特点有很大的关系。现以丁黄药为例来说明这种作用。黄药在矿浆中解离出阴离子ROCSS-和阳离子Na+,疏水作用靠阴离子产生,它包括了疏水基(非极性基)与亲固基。黄药阴离子ROCSS-之所以能增强矿物表面的疏水性是因为:(1)亲固基是与矿物表面作用的原子团,通过它吸附在矿物的表面上,并与矿物表面的阳离子发生作用,平衡了一部分残留键力,降低了矿物表面的亲水性;(2)丁黄药阴离子的疏水基(非极性基)R(C4H9)本身就是疏水而亲气的原子团,它有很强的疏水作用,因而是造成矿物表面疏水的主导原因;(3)由于捕收剂在矿物表面的吸附之后形成疏水膜,使水分子与矿物表面之间的距离增加,大大削弱了水分子与矿物表面之间的作用,因而增强了矿物表面的疏水性。所以,经捕收剂作用的矿粒有较好的疏水表面,这种矿粒与气泡相碰时能牢固的附着与气泡上浮。
常用的起泡剂是异极性的表面活性物质,分子的一端是非极性的烃基,而另一端则是亲水性较强的极性基。在矿浆中,起泡剂分子以一定的取向吸附与气-液界面上,非极性基朝向空气,亦即指向气泡内部。极性基朝向水,并吸引着水分子(极性端被水化)。所以起泡剂分子能够降低泡壁间水层流动速度及蒸发速度,这样就防止了泡壁的破裂。
起泡剂分子在气泡表面定向排列以后,当两个气泡接触碰撞时,中间垫着两层起泡剂分子,及它们极性基的水化层,因此气泡较难兼并,小气泡容易存下来,而小气泡比大气泡更能经受外力的振动,其稳定性更强。
起泡剂可使气泡稳定的另一根本原因,是起泡剂使气泡表面具有弹性,如同具有弹性的橡皮薄膜一样,当气泡收到外部作用力作用时,气泡突然变形,如果气泡表面没有起泡剂分子时,则会使气泡壁减薄以致破裂。但是,气泡表面有起泡剂分子时,由于起泡剂分子的定向排列降低了表面的张力,气泡受到外界的力的作用变形时,泡壁界面也增大,就引起气泡表面层起泡剂分子浓度降低。气泡因吸附起泡剂分子而具有弹性的大小,取决于起泡剂分子的活性、溶解度及浓度。当溶液浓度与气液界面浓度由于界面扩大而发生不平衡时,分子由溶液吸附到界面的速度太快或太慢,都会使气泡的弹性减弱。因此要选用活性和溶解度适当的起泡剂,尤其用量要适当控制。
氰化物对闪锌矿的抑制之一,是CN--与闪锌矿表明产生亲水性的氰化锌薄膜。石灰对黄铁矿的抑制作用,除了Ca2+离子能起抑制作用外,主要是OH-与黄铁矿表面的Fe2+作用形成了难溶而亲水的氢氧化亚铁和氢氧化铁薄膜,使黄铁矿受到抑制。当黄铁矿被黄药作用后,在黄铁矿的表明产生黄原酸铁的疏水性薄膜时OH-能取代黄原酸离子,在其表明产生氢氧化亚铁薄膜。硫酸锌对闪锌矿的抑制,也是硫酸锌在碱性矿浆中与OH-作用生成氢氧化锌,它是亲水性的胶体,被矿粒表面吸附还会排挤一部分捕收剂。另外,氢氧化锌在PH值较高的条件下,能增强对闪锌矿的抑制作用。
水玻璃作为非硫化矿的抑制剂,其抑制作用是由于水化性很强的HSiO-3和硅酸胶粒直接吸附在矿粒表面,是矿粒表面亲水。由于HSiO-3和H2SiO3和硅酸盐矿物具有相同的酸根,容易在石英、硅酸盐及铝酸盐的表面发生吸附,故水玻璃对这些矿物的抑制作用很强。
淀粉是非极性矿物和红铁矿反浮选的重要抑制剂,也可作红铁矿选择絮凝的絮凝剂。它能起抑制作用是由于淀粉分子上羟基、羧基等极性基。所以淀粉能够最终靠氢键与水分子缔合,使受它作用的矿粒而变为亲水性。
序号 药剂名称 用途 1 、 有色金属硫化矿分离时,抑制闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿 2 石灰 抑制黄铁矿 3 重铬酸钾(钠)、铬酸钾(钠) 抑制方铅矿 4 硫化钠 与其他药剂配合使用,抑制锌、铁硫化物,方铅矿等 5 硫酸锌 抑制闪锌矿 6 亚硫酸或二氧化硫、亚硫酸纳、硫代硫酸钠 抑制闪锌矿及硫化铁矿 7 水玻璃 抑制石英、硅酸盐及铝硅酸盐等脉石矿物 24、活化剂的作用机理如何?
应该指出的是,在许多情况下活化剂会与捕收剂互相作用生成难溶的化合物。这既降低了活化剂的活化作用,又无益的消耗了捕收剂。因此,在药剂的添加时要先加活化剂,然后再加捕收剂,同时要严控活化剂的用量。
在浮选含有两种或两种以上的有用成分的多金属矿石时,主要是解决回收各种有用矿物的顺序问题。如果先浮选一种矿物而抑制其余的矿物,然后再活化并浮选另一种矿物,这种依次回收有用矿物的流程叫优先浮选流程。例如铜锌矿石的优先浮选原则是按照矿物可浮性的好坏,顺次先浮铜再浮锌,如果在上面讲述的情况下,先将矿石中的两种或两种以上的有用矿物一起浮出得到混合精矿,然后将混合精矿进行分选,而得到不同有用矿物的合格精矿,这种先混合回收多种有用矿物的流程,称为混合浮选流程,又叫全浮选流程。例如铜锌矿石混合浮选流程就是首先将铜锌全部浮出,得到混合精矿和废弃的尾矿。将混合精矿再磨或脱药,然后优先浮铜,得到铜精矿,一般说来,混合浮选宜于处理原矿较贫、性质简单的矿石,在这种情况下较优先浮选有如下优点:能节约磨矿费用,节省浮选药剂,节省浮选设备。当回收三种以上的有用矿物时,也能应用部分混合浮选流程。
等可浮选流程又叫分别混合浮选流程。它就是把要浮的有用矿物按可浮性不同,分成易浮与难浮的两部分,按先易后难的顺序分别浮选,然后再分离。它适应用同一种矿物包括易浮与难浮两部分的复杂多金属矿石,其优点是能够更好的降低药剂消耗,消除过剩药剂对分离浮选的影响,有利于提高浮选指标。主要缺点是比全浮选要多用设备。
在浮选过程中,精选的尾矿或扫选的泡沫产品都通称为中矿。一般中矿品位都低于精矿品位而高于原矿,其可浮性亦低于精矿而高于尾矿。对中矿的处理,首先要分析中矿中连生体的情况,要研究中矿的可浮性及对精矿的质量的要求,然后才好决定中矿的处理方法。对于中矿处理方法是否得当,对于提高选矿指标关系甚大,较为常见的方法有以下四种:
如果中矿的有用矿物已基本单体解离,即把它返回到浮选前部的适当地点。其中有两种方法:(1)循序返回,即后面作业所得的中矿依次返回前一作业。当有用矿物的可浮性较差,为减少返回再选中的金属损失,保证回收率,应减少中矿的再选次数,中矿处理宜用循序返回为好。(2)合一返回,即将所有中矿合并到一起返回浮选前部适当作业。当中矿可浮性较好,对精矿质量发展要求较高时,中矿合一返回为宜。由于中矿经过多次精选,可使精矿质量提高。
如果采用上述方法处理中矿都不能得到较好的效果时,可优先考虑用化学方法处理。但要对中矿做试验研究工作,根据试验结果,对所用方案要作全面的技术经济指标比较,应该得到技术上合理,经济上合算的方案才有被采用的价值。
总之,在浮选的过程中,对于中矿处理方法要认真研究,要选择合理的方案,这对于提高选矿指标有重要意义。就一般原则应使中矿返回到品位相近的作业中去。若中矿浓度过低或含药量过大时,以致影响返回作业的正常性,就要经过脱水与脱药处理后再作返回。
在其他条件都相同的情况下,浮选成绩的好坏与浮选时间关系甚大。一般随浮选时间的增长而回收率也增加,但到了一定的时间以后,浮选时间再延长,回收率不再提高了,反而会使精矿质量下降,因此再增加浮选时间就失去了意义。
每种矿石最适宜的浮选时间,一般都是经过选矿试验确定的。在生产中增加浮选时间就要增加浮选机的数量,也增加了电的消耗。因此,正确地选取浮选时间对浮选技术经济指标有重要意义,尤其对多金属矿石浮选更是如此。
在浮选过程中,浮选粒度与选别指标关系甚大。浮选时矿粒向气泡附着是浮选过程的基本行为,矿粒在气泡上附着的牢固与否,直接影响浮选指标的好坏。但是矿粒在气泡上附着的牢固程度,除了与矿粒本身的疏水性大小有关之外,还与矿粒的大小有关。就一般而言,矿粒小(除了小于5~10微米外),则向气泡附着较快,比较牢固。反之,粒度较粗,向气泡附着较慢,且不牢固。下面来分析矿粒在气泡上附着的受力情况。
公式(5-1)称之为矿粒在气泡上附着的平衡方程式。能够准确的看出矿粒与气泡之间在相对静止的状态时,接触角θ与表面张力、矿粒的大小(矿粒重量)、附着半径r及气泡半径R之间的关系。但在实际浮选过程中,矿粒与气泡是相对运动的,矿粒与气泡之间受的脱落力比静止时复杂,而且比上式反应的要大得多。不过从公式(5-1)中仍旧能定性看出粒度与浮选的一些关系。
根据上述的分析,可见浮选粒度是影响浮选成绩好坏的主要的因素之一。为得到较好的浮选技术经济指标,就要求磨矿细度要合理,不仅使有用矿物充分单体分离,而且粗粒小于浮选粒度的上限,细粒的下限不小于10微米(或5微米)。浮选粒度的上限:硫化矿物一般在0.2~0.25毫米,可浮性好的自然硫为0.5~1毫米:煤则更粗些,为1~2毫米。
在浮选厂,当球磨机的解决能力不变时,在一定矿浆浓度下,矿浆流量也是一定的。由于各个作业的浮选机台数一定,因此,各个作业的浮选时间也是一定的。但是,当矿浆浓度增大或降低,那么矿浆量也随之减小或增大,矿浆在浮选机中停留的时间,就要延长或缩短。而浮选时间的长短直接影响回收率与品位的高低。
浮选厂一般都以克/吨为单位来计算药剂用量。如果以这个单位的药剂用量不变,那么药剂的体积浓度就随矿浆浓度增大而增大,或随矿浆浓度的降低而降低。在浮选过程中,若要浮选的矿物在某一药剂体积浓度恰好是较佳条件,那么矿浆浓度的变化,增大或降低,就会使按体积浓度计算的药剂用量“过量”或“不足”,造成不利条件而影响浮选指标。
矿浆浓度的大小要根据矿石性质和浮选条件来决定,一般原则是:当矿石比重较大,物料粒度较粗,粗选与扫选作业,宜用较大的浮选浓度。反之,矿石比重较小,粒度较细,精选作业,或混合精矿的分离作业,宜用较低的浓度。在生产实践中,粗选为25~45%,多数为28~30%:精选10~20%:扫选20~40%。
矿浆PH值,又叫矿浆酸碱度。它是指矿浆中氢离子的浓度[H+]或碱离子的浓度[OH-]的大小。在水溶液中,当温度为20℃时,它们的浓度的乘积为10_14,即CH2O=[H+][OH-]=10-14
为了方便起见,就用氢离子浓度【H+】对数的负值来表示溶液中氢离子浓度的大小,就是常说的PH值。即PH=-lg[H+]所以,PH值表示了溶液中氢离子的浓度,即表示了酸碱度。当PH=7时为中性,PH
矿浆在PH值较大的情况下,由于矿浆中的OH-离子较多,矿粒表面吸附大量的OH-,会使矿粒表面亲水性增大并阻碍捕收剂阴离子的吸附。PH值也影响到矿粒表面的电性,PH值的大小直接影响到矿粒表面的ξ电位。尤其是对某些氧化矿的浮选,由于PH值的不同,所用的浮选药剂也因此不同。
绝大多数的浮选药剂是以离子型的方式与矿物表面起作用的。就是说药剂要解离成为离子以后,才能与矿物表面发生作用。药剂解离成为有效离子的多少,这与PH值有很大关系。若药剂的有效离子为阴离子X-时,就要在碱性矿浆(PH
7)的条件下,才能产生更多的有效离子X-。因为X-+H2O=XH+OH-
上述反应是可逆的,只有在[OH-]浓度增大的条件下,反应才会向左进行,而产生更多的X-。比如,要在矿浆为碱性的条件下,黄药才能解离更多的阴离子ROCSS-,脂肪酸解离成RCOO-,氰化物解离成CN-。
当药剂的有效离子为阳离子时,只有在低PH值的矿浆中才能解离出较多的阳离子。如胺类捕收剂的有效离子为阳离子RNH+3,其水解反应式为:RNH2+H2O=RNH+3+OH-上式要在较小的PH值条件下,反应才能向右进行。
各种矿物的浮选在一定条件下存在着一个适宜的PH值因为矿浆的PH值往往直接或间接的影响到矿物的可浮性。但是临界PH值是随浮选条件而改变的,若使用不同的捕收剂或改变其浓度,此时矿物的临界PH值也将发生明显的变化。比如用黄药做捕收剂时,黄药阴离子在矿物表面的吸附密度,就与黄药阴离子的浓度和氢氧离子浓度的比值([X-]/[OH-])有一定的关系,PH值越高,黄药在矿物表面的吸附量越低。
研究认为,在某些难溶氧化物和硅酸盐矿物的浮选中,PH值的大小影响到捕收剂在矿物表面发生化学吸附以后所产生的是哪种络合物有关系,如果PH值有利于生成金属的羟基络合物(第一氢氧化物),则对提高回收率有利。比如用油酸浮选软锰矿的试验,在PH值=8.5时能得到比较高的回收率,此时在矿物表面生成了较多的金属羟基络合物MnOH+。
这里特别要提出混合用药的问题,经试验研究与生产实践证明:混合用药的效果往往较单一用药的效果好些,尤其是使用混合捕收剂效果非常明显,应用也比较普遍。据统计我国59个有色金属浮选厂,使用混合捕收剂的占44%。为什么混合捕收剂效果较好?研究表明:使用混合捕收剂矿物表面吸附的药剂层比较致密,捕收剂在矿物表明产生疏水层的速度比较快,也就加快了矿粒向气泡的附着速度。这是由于矿物表面的不均匀性,不同的捕收剂能发挥不同的特点作用于矿物表面,有利于在矿物表明产生疏水层所致。此外药剂的协同效应也有一定的作用。比如用丁基黄药与羟酸钠做混合捕收剂,选别铜录山矿某种氧化铜矿比单一丁基黄药的效果更好,可以较少硫化钠和二号油的用量,选别指标也比较好。
在设计浮选厂时,一般都要设计药剂制备室。把固体药剂稀释成液体,因为液体药剂添加方便,对于易溶于水而用量又较大的药剂,如硫化钠、硫酸锌、硫酸铜等,可以配制成较大的浓度,通常能配成10~20%的浓度。如果药剂的用量较小或水溶性较差时,配制的浓度就应低些,如黄药、氰化物、重铬酸盐、硫氮9号等,常配成5~10%的浓度。
(2)根据药剂在浮选中所起的作用不同,添加地点也就不同。比如硫酸铜、黄药松醇油三种药剂,一般的加药顺序是:硫酸铜加在第一搅拌槽中心,黄药加在第二搅拌槽中心,松醇油则加在第二搅拌槽的出口处。
浮选厂在正常的情况下,先添加矿浆PH值调整剂,把矿浆调整到一个适宜的PH值,才能更好地发挥捕收剂和抑制剂的作用。又比如,混合精矿脱药时,一般先加硫化钠把捕收剂的离子从矿物表面排除之后,再添加活性炭吸附,才能取得更好的效果。
(4)要注意某些有害离子引起药剂失效的问题。比如铜离子与氰化物离子反应会使氰化物失效。在铜-硫分离时,若在搅拌槽中出现较多的铜离子,就不要把氰化物加在搅拌槽中,而应直接加在分离浮选作业中,这样做才能够避免有害离子引起药剂失效。
加药方式通常有集中添加与分段添加两种。一般原则是,对于易溶于水,不易被泡沫带走,不易失效的药剂可以集中添加,即在粗选前把全部药剂集中一次加完。反之,对那些容易被泡沫带走,容易与细泥及可溶性盐类作用而失效的药剂,应分段添加为好。例如氧化铜矿的硫化浮选,经硫化钠作用后,在矿物表明产生的硫化物薄膜不十分牢固,容易脱落,因此采用分段多点加药方式。
为了提高药剂的效能,节约药剂用量。近年来,国内外在应用物理方法强化药剂效能方面做了许多试验研究工作。其中有乳化、加温浮选、气溶胶法、电场与磁场的处理、利用紫外光的照射、利用高能量辐射来强化浮选过程及药剂的作用等等,这些工作仍在接着来进行中。
其工作原理:叶轮在定子中回转时,其邻近的矿浆产生液体漩涡,形成负压,空气由竖筒盖上的吸气孔吸入,与此同时,矿浆从槽底通过导流管向上进入叶片间的空间,并与吸入的空气混合,经叶轮的离心力作用,三相混合物离开叶轮叶片通过圆筒形定子表面的通道和分散罩上均匀分布的小孔而进入浮选区,浮选的分离过程则在此区完成,矿浆返回槽底再循环,矿化泡沫上升到泡沫区由刮板刮出成为泡沫产品(精矿或中矿)。