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矿物与液体接触时,在固液间发生相互附着现象称为润湿现象。因水是最广泛的液体,故常把矿物润湿性能的优劣称为亲水性和疏水性。润湿性的本质是固、水、气三相体系内相互作用的界面自由能的结果。矿物表面润湿性的大小,可用矿料在水溶液中气泡和颗粒间的接触表示。接触角越大则润湿性越差,矿物的天然可浮性越好。当接触度大于60°时矿物的天然可浮性就成为可能。如果用药剂处理会增加矿物表面的接触角。矿物的接触角与天然可浮性的关系如表1所示。
表1矿物与水的接触角和天然可浮性
矿物与水接触角,度
标准矿物
天然可浮性
晶格特征
78
自然硫
最好
分子晶格,分子与分子之间以极弱的分子力结合,易破碎晶面原子价为饱和态,为分子键,属于疏水性
69
60
60
滑石
石墨
辉钼矿
好
分子晶格和离子晶格等混合型,以分子键力裸露面为主。晶体为层状得叠,层理与c轴垂直。层与层之间为极弱的分子力,层面的原子价为饱和态,呈疏水性。层内为离子键,共价键或金属键
47
47
46
41
30~33
方铅矿
黄铜矿
闪锌矿
萤石
黄铁矿
差
离子晶格和原子晶格为主,以强键力结合,表面有不饱和态原子价,亲水性能较上述矿物强,天然可浮性差。
离子晶格,强键力结合,接触角很小
30
20
0~10
0
重晶石
方解石
石英
云母
最差
矿物润湿性是由矿物本身的结晶化学性质决定的。矿物表面的化学键性不同,对水的亲和力不同。分子晶格的矿物具分子键,分子间结合力弱,表面原子价为饱和状态,呈疏水性可浮性最好;有些矿物分子键及离子键兼有,但是裸露面以分子晶格为主,所以也具有良好的要浮性,如滑石及辉钼矿等。金属键和共价键矿物的润湿性中等,对水亲和力介于分子键和离子键之间,有些矿物共价键和离子键兼有,可浮性较前二者差,但是又较全离子键较强的矿物的可浮性好。强离子键结合的矿物可浮性最差,但是在药剂的作用下仍是可浮的。按矿物浮选难易程度可分为下列几类。
一、极易浮选的矿物
矿物表面呈分子键,或裸露面以分子键为主,浮选时用非极性捕收剂和起泡剂即可浮选。如,自然硫、辉钼矿、滑石、叶蜡石、石墨、砷华、煤。
二、易浮选矿物
用黄药类作捕收剂可浮选裸露面为金属键、共价键及部分离子键的矿物。如,自然铜、自然银、金刚石、辉铜矿、黄铜矿、黝铜矿、砷黝铜矿、铜蓝、方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿、针硫镍矿、辉砷镍矿、红镍矿、砷镍矿、硫钴矿、砷钴矿、辉锑矿、辉铋矿,辰砂、雄黄、雌黄,辉银矿。
三、难浮选的矿物
矿物表面具有强的离子晶格,键性强,亲水性强,可浮性差,必须加入可浮性药剂,不同的矿物使用不同的捕收剂和抑制剂等,才能得到良好的浮选效果。
(一)某些盐类矿物和氟化物
用脂肪酸类作捕收剂浮选效果良好,但必须加入有效抑制剂,并细心调整pH值,如,白钨矿、白云石、方解石、萤石、重晶石、磷钙土。
(二)某些有色金属氧化物及盐类矿物
此类矿物在硫化后用黄药类捕收剂或阳离子捕收剂及脂肪酸捕收剂,可以浮选。如,孔雀石、赤铜矿、硅孔雀石、白铅矿、砷铅矿、铅矾、钼铅矿、硅酸锌矿、菱锌矿、红锌矿、硅锌矿、菱钴矿、锑华、方锑矿、黄锑矿、锑赭石、海铋矿、白砷矿、臭葱石、铋华。
(三)某些氧化物及硅酸盐矿物
此类矿物用脂肪酸或阳离子捕收剂可浮,但需注意pH值的调整以及抑制剂和活性剂的选择。如,磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿、钛铁矿、铬铁矿、菱锰矿、褐锰矿、软锰矿、钨锰铁矿、铌钽铁矿、金红石、锡石;硅酸盐矿物有:锆石、绿柱石、锂辉石、石英、电气石、铁铝榴石、黄玉、橄榄石、绿帘石、透闪石、榍石、蔷薇辉石、辉石、钙长石、黑云母、白云母、拉长石、霞石、正长石、霓石、蓝晶石、红柱石、高岭石、石棉、钠硼解石,还有磷酸盐矿物独居石。
有些可溶性碱金属盐类矿物遇水溶解,如果采用浮选只能在本身的饱和溶液中进行,用脂肪酸或阳离子捕收剂可浮选。如,石盐、钾盐、钾镁矾、杂卤石、硼砂、单斜方硼石、钾芒硝、芒硝。
具有离子键的矿物属于极性矿物,在极性表面表现出高的自由能值,极性表面同水分子起作用,具有天然亲水性。共价键矿物也属于极性矿物,但呈微弱的极性,有许多硫化物为多键性矿物,但以共价键为主,也列入此类。根据极性强弱可分为5组,如表2。极性从1组到5组渐增,但在3组(a)中的矿物在碱性介质中矿物表面的硫化作用而呈现疏水性。1组矿物是以共价键为主的硫化物,而5组矿物是以离子键很强的硅酸。
表2极性矿物分类
1组
2组
3组a
4组
5组
极性增强
方铅矿
铜蓝
斑铜矿
辉铜矿
黄铜矿
辉锑矿
辉银矿
针镍矿
黄铁矿
闪锌矿
雌黄
雄黄
自然金
自然银
自然铂
自然铜
重晶石
硬石膏
铅矾
石膏
白铅矿
孔雀石
蓝铜矿
彩钼铅矿
3组(b)
萤石
方解石
菱锰矿
白云石
磷灰石
白钨石
菱锌矿
菱铁矿
独居石
赤铁矿
磁铁矿
针铁矿
铬铁矿
刚玉
软锰矿
褐铁矿
黑钨矿
铌铁矿
钽铁矿
金红石
锡石
锆石
异极矿
绿柱石
长石
石榴石
石英
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