礦漿礦化過程及礦化基本原理

1、礦漿礦化過程及礦化基本原理一、礦化的通用定義浮選工藝中的一項(xiàng)重要作業(yè)，即在浮選前，向礦漿中添加必要的 調(diào)整劑、抑制劑、硫化劑、分散劑、活化劑及捕收劑等浮選藥劑，分 階段進(jìn)行攪拌，依次調(diào)節(jié)礦漿的酸堿度或藥劑的抑制、活化、捕收作 用等，以使礦漿達(dá)到適合浮選要求的狀態(tài)，稱為礦化。礦物顆粒附著在氣泡上的現(xiàn)象稱為氣泡的礦化，附著顆粒的氣泡 稱為礦化氣泡。二、礦化的作用過程1、氣泡礦化過程氣泡礦化過程是指礦漿中被浮目的礦物有選擇地向氣泡粘附，形 成礦粒一氣泡集合體的一種過程。實(shí)際氣泡礦化浮選過程的四個(gè)階段：接觸階段，礦粒和氣泡碰撞接觸階段，即礦粒在礦漿攪拌過程 中與氣泡發(fā)生碰撞接觸的過程。Q礦粒和氣泡粘著

2、階段，此階段是礦粒和氣泡碰撞之后，疏水性 礦粒進(jìn)一步與氣泡水化層接觸，使它變薄、破裂的過程，此時(shí)形成固、 液、氣三相體系。Q氣一固聯(lián)合體上浮階段，經(jīng)過部分礦粒和氣泡附著之后，相聚 形成礦粒氣泡的聯(lián)合體，在氣泡的浮力作用下攜帶礦粒進(jìn)入泡沫層。Q形成穩(wěn)定泡沫層階段，鏡框里氣泡之間多次粘附，易脫落的礦 粒進(jìn)入下次的礦化過程，而粘附較牢固的礦粒由氣泡帶入穩(wěn)定泡沫層。此四個(gè)階段中，前兩者為氣泡礦化的過程。方式有碰撞礦化和所 出礦化。前兩者可能同時(shí)發(fā)和，形成聯(lián)合的氣泡礦化方式。2、氣泡礦化形式浮選過程中氣泡礦化是由大量氣泡和礦粒共同作用的結(jié)果，氣泡 和礦粒之間粘著過程存在三種形式：（1）在浮選充氣攪拌過程

3、中，微細(xì)礦粒群附著在氣泡底部，形 成“礦化尾殼”。（2）多個(gè)小氣泡共同攜帶一個(gè)粗礦粒，形成礦粒一微泡聯(lián)合體。（3）若干微細(xì)礦粒和多個(gè)小氣泡共同粘著形成絮團(tuán)。這種形式 中氣泡和礦粒之間附著的接觸表面積大，而且它們之間沒有殘余水化 層的氣固直接接觸。氣泡礦化形式與浮選設(shè)備及充氣攪拌方式有密切關(guān)系，在浮選過 程中這三種礦化形式并存，只是各自所占比例不同，而大多數(shù)浮選過 程中以第一種形式為主。三、礦化基本原理1、礦化原理礦漿礦化是由固相、液相、氣相三者組成的三相體系，而浮選時(shí) 各種礦粒對氣泡選擇性粘附是由固液氣三相所組成的三相界面間的 物理化學(xué)性質(zhì)作用的。在礦化過程中，礦粒經(jīng)過藥劑作用，疏水性礦 粒優(yōu)

4、先附著在氣泡上，從而形成氣固聯(lián)合體；親水性礦粒很難附著于 氣泡上，因此，氣泡礦化過程具有選擇性。2、氣泡礦化途徑碰撞礦化、析出礦化。3、調(diào)漿礦化影響因素及作用礦漿的攪拌按浮選工藝要求，按順序、分階段添加各種適量藥劑時(shí)進(jìn)行的攪 拌，目的是使礦粒和藥劑呈懸浮狀態(tài)，能很快發(fā)生作用，提高藥劑作 用效果。通常在浮選前均需將藥劑同礦漿攪拌一定時(shí)間，短的1一 3min，長的可達(dá)1 2h。攪拌時(shí)間的長短主要與藥劑的溶解度有關(guān)， 需要根據(jù)選礦試驗(yàn)結(jié)果確定。有的藥劑需要強(qiáng)烈攪拌，要求有特殊結(jié) 構(gòu)的攪拌槽；也有的將藥劑加在球磨機(jī)或浮選機(jī)中進(jìn)行攪拌，以提高 藥劑的效果。酸堿度調(diào)節(jié)礦漿pH值是浮選過程中的一個(gè)重要因素。

5、它一方面影響礦物表 面浮選性質(zhì)，另一方面又影響各種浮選藥劑的作用。各種礦物在浮選 時(shí)都有各自比較合適的pH值范圍。浮選前要加入適當(dāng)?shù)乃巹⒌V漿 pH值調(diào)節(jié)到適宜的范圍。充氣調(diào)漿硫化礦浮選時(shí)，有時(shí)不加藥劑預(yù)先充氣調(diào)漿，能改善分離效果。 利用各種硫化礦在充氣攪拌時(shí)，表面氧化程度的不同，擴(kuò)大它們可浮 性的差別，有利于下一步的分選。加溫調(diào)漿一般條件下，可浮性相近的兩種以上的礦物難以分離。利用礦物 隨浮選礦漿溫度的變化，表面氧化速度不同，可浮性差別擴(kuò)大的特性， 對難分選的礦物，如磁鐵礦、黃鐵礦與閃鋅礦的分離，采用加溫調(diào)漿 有明顯的效果。（5）難免離子和礦泥的調(diào)節(jié)礦漿中對浮選分離產(chǎn)生嚴(yán)重影響的難免離子，如

6、SO42-或Cu2+ 等離子較多時(shí)，應(yīng)在磨礦過程中加硫化鈉或堿等，使之呈沉淀或絡(luò)合 物析出。若礦漿中含泥較多，會影響分選效果并消耗大量藥劑，可加 入礦泥分散機(jī)，減少其影響。（6）分級調(diào)漿對于礦物嵌布粒度粗、細(xì)不均勻的礦石，不同粒級要求不同的礦 漿條件，有時(shí)將礦漿分級成粗細(xì)兩支或者粗中細(xì)三支進(jìn)行調(diào)漿。分級 粒度界限，可以通過試驗(yàn)方法確定。分兩支調(diào)漿時(shí)，藥劑只加到粗粒 部分，粗粒調(diào)漿以后，細(xì)泥部分并入粗粒與之一起浮選。這種條將適 用于細(xì)粒的浮選活度比粗粒高，粗粒需提高藥量或補(bǔ)加其他強(qiáng)力捕收 劑的情況。這樣處理使得粗細(xì)顆粒的可浮性由差別較大趨向于均一 化。當(dāng)粗粒、中粒和礦粒的可浮性相差較大時(shí)，采用三

7、支調(diào)漿有利。 一般中粒級可浮性較好，而粗粒和細(xì)粒都要求特殊調(diào)漿。4、氣泡礦化的影響因素浮選氣泡礦化中，礦粒向氣泡選擇性附著的過程受多種因素的影 響和制約，其中熱力學(xué)和動力學(xué)因素起決定性作用。（1）熱力學(xué)因素Q礦粒表面潤濕性表面潤濕現(xiàn)象的產(chǎn)生，是由水分子結(jié)構(gòu)的偶極現(xiàn)象及礦物晶格構(gòu) 造不同引起的。礦物表面潤濕性越差，說明天然可浮性越好，氣泡越 易于排開礦物表面的水化膜，礦粒在氣泡表面的附著也越穩(wěn)定，因而 易于被氣泡礦化。潤濕過程包括沾濕、浸濕和鋪展三個(gè)階段，這一過程也是礦粒表 面的水代替氣泡的過程。在恒溫恒壓環(huán)境下，礦粒和水接觸的過程中 體系單位面積表面張力變化由公式(1)表示：。LG=。SL+。

8、LGC0S 0(1)式中，。瞄為氣液界面上的表面張力；0為氣固表面接觸角。cos0值大，說明礦粒表面有較強(qiáng)的潤濕性(親水性)因此礦粒 難附著于氣泡上，氣泡礦化過程不易進(jìn)行，反之，cos0值小，說明 礦粒表面親水性較弱(疏水性較強(qiáng))，礦?？梢愿街跉馀萆?，氣泡 礦化過程能夠進(jìn)行。界面自由能礦粒向氣泡前后附著，其系統(tǒng)自由能發(fā)生很大變化，可以通過討 論氣液固三相接觸過程中自由能的變化來判斷氣泡礦化的難易程度。 附著前系統(tǒng)自由能E為： Q TOC o 1-5 h z Eq=Slglg+S/sl(2)附著后系統(tǒng)自由能為：E= (S -1)。+(S -1)。+。(3)H LGLG SLSL SG附著前后自

9、由能變化AE為AE=o lg+ o sl-。sg(4)將式(1)帶入(4)可得 E二。(1-cos 0)(5)LG在常溫常壓下，0LG接近常數(shù)（72達(dá)因/cm），因此，自由能的變 化只和接觸角0有關(guān)。當(dāng)?shù)V粒表面完全親水時(shí)，0=0，則 E=0,礦 粒不能附著在氣泡上，氣泡礦化過程不能發(fā)生；當(dāng)?shù)V粒表面疏水性增 加時(shí)0增加，AE也就增大,AE。，礦?？勺园l(fā)附著在氣泡上，氣 泡礦化可順利進(jìn)行，隨著建值增加，礦粒附著在氣泡上的可能性就 越大，氣泡礦化過程也就越易完成。2、動力學(xué)因素（1）水化層礦粒與氣泡碰撞附著過程中，礦粒先與氣泡相互接近，逐漸基礎(chǔ) 兩者之間的普通水，當(dāng)?shù)V粒與氣泡之間進(jìn)一步接觸時(shí)，礦粒表

10、面的水 化膜變薄，此時(shí)水化膜自由能增大，固體為親水性表面時(shí)，當(dāng)顆粒與 氣泡越來越近，水化層表面能不斷升高。除非有外加的大能量，否則 水化層不會自發(fā)薄化?；罨杷员砻娴乃瘜颖容^脆弱，有部分自 發(fā)破裂，此時(shí)自由能降低。但很接近表面的一層水化層，卻是很難排 除的。（2）層流碰撞和紊流碰撞將雷諾數(shù)小于103的流動稱之為層流。在浮選過程中，層流產(chǎn)生 的區(qū)域與浮選設(shè)備、充氣攪拌形式、礦粒和氣泡相對運(yùn)動軌跡等因素 有關(guān)。氣液固三相激烈混合后，在分離區(qū)和礦漿運(yùn)輸區(qū)，氣泡隨礦漿 流動靠浮力向上運(yùn)動，在此區(qū)域內(nèi)進(jìn)行層流碰撞。將雷諾數(shù)為103105的流動稱之為紊流。在浮選的混合區(qū)內(nèi)，由 于攪拌劇烈，氣泡和礦粒的

11、運(yùn)動方向無規(guī)律，碰撞過程也是隨機(jī)的。 此過程中顆粒與氣泡碰撞的幾率與紊流強(qiáng)度、礦漿濃度、氣泡數(shù)量以 及礦粒大小和數(shù)目等因素有關(guān)。礦粒的浮力和脫落力在靜水環(huán)境中，要使礦粒上浮必須有2nrosin0m (6-A) g(6)在紊流環(huán)境中，要使顆粒上浮必須有2nrosinOm(6-A)W2R(7)式中，6、A分別為液體和礦粒的密度；g為重力加速度；W2R 為離心力場加速度；r為溶濕周邊半徑(假設(shè)礦粒為圓柱體)。礦粒需要附著于氣泡并上浮至泡沫層，其附著力必須大于脫落力 (重力)，而這些因素的變化時(shí)通過調(diào)整充氣攪拌參數(shù)和添加不同性 質(zhì)的浮選藥劑來實(shí)現(xiàn)的。氣泡停留時(shí)間氣泡停留時(shí)間的分布決定著礦漿與氣泡物質(zhì)轉(zhuǎn)移的驅(qū)動力，決定 著從捕收區(qū)向泡沫區(qū)輸送物質(zhì)的能力，因此對浮選的回收率是非常重 要的。氣泡的停留時(shí)間分為感應(yīng)時(shí)間(tG )和接觸時(shí)間(tL )兩部分。 感應(yīng)時(shí)間是從碰撞到顆粒穩(wěn)定附著