微细粒矿物的分散.docx

微细粒矿物的分散feigeoer摘要：微细粒矿物的分散在矿物加工中具有重要的地位和应用价值。文中对矿物颗粒分散理论、常用分散方法进行了概述，并总结了矿物表面的润湿性差异，表面电位的变化，共至矿物的晶体结构等主要影响因素的实验检测方法，对矿物的分散实践具有一定指导。关健词；微细粒；分散；DLVO理论：接触角；电位Dispersionoffine-grainedmineralsAbstract:Thedispersionoffine-grainedmineralsinmineralprocessinghasanimportantstatusandapplicationvalue.Thetheoreticalofdispersionofmineralparticles,thecommondispersionmethodsarealloutlinedinthispaper,andthemainfactorssuchasthewettabilitydifferencesofthemineralsurface,thesurfacepotentialchanges,eventhecrystalstructureofmineralsarealsosummedup.lloftheseareaguidanceforthedispersionoffine-grainedminerals.Keywords：Fineparticles:Dispersion;DLVOtheory;Contactangle；Zetapotential近年来,全世界矿物加工行业面临着需要处理细粒嵌布的矿石和从矿泥中回收有用矿物两个难题的挑战。在这两种情况下，需要设计能经济回收细粒矿物的工艺。在第一种情况下，有用矿物几乎全部以细粒产出，而在第二种情况下，矿泥会干扰粗矿粒的富集，虽然可以直接将矿泥脱去，但是有用矿物会随矿泥一起损失掉。近年来宋少先等针对细粒矿物的分离研究了提出选择性絮团浮选法，即通过添加非极性油使矿物疏水絮凝，再通过高强度剪切式机械搅拌克服矿物间的能垒，最后通过吸附捕收剂而达到分选细粒有用矿物的目的，该法在分选细粒金银矿物、细粒硫化矿以及细粒煤的工业实践中取得一定得成果。在目前处理细粒工艺较为成熟的絮凝、聚团分选工艺中对矿物的分散要求较为严格，特别是如何使其他矿物或者脉石矿物有效分散，而分散可以看着是矿物絮凝的反过程，所以矿物的分散也是该方法需要研究的一个重要方面。1微细粒矿物的分散理论微细粒矿物具有比表面积大、表面能高及粒子处于极不稳定状态，因而本身具有相互吸引趋向稳定的状态，微细粒矿物的这一性质很容易干扰有用矿物的选择性絮凝。微细粒矿物的分散过程受两种基本作用的支配，即微细粒矿物与环境介质的作用和在环境介质中微细粒矿物间的相互作用。微细粒矿物在液体中的分散过程包括以下三个步骤：微细粒矿物在水介质中的润湿；团聚体在机械力作用下被分开成独立的原生粒子或较小的团聚体；将原生粒子或较小的团聚体稳定，阻止再发生团聚。微细粒矿物在液相中的分散，本质上受固体颗粒与液相介质的润湿作用和在液相中颗粒间的相互作用两者所控制。1.1 颗粒润湿(1)润湿热当清洁的固体表面被液体润湿时，通常会放出热量，这种热量称为润湿热；通常用形成单位固一液界面面积时所放出的热量来表示润湿热。润湿热描述了液体对固体的润湿程度，如果润湿热越大，说明固体在液体中润湿程度越好，反之，较差。影响润湿热的因素有很多，如固体和液体的性质，形成固液界面时的相互作用力等。极性液体对极性固体有较大的润湿热；非极性液体对极性固体的润湿热较小。当然在微细粒矿物的分散中一般考虑的是矿物的性质，液相一般为水介质。(2)润湿接触角固体颗粒被液体润湿过程主要基于颗粒表面的润湿性。润湿性通常用润湿接触角。来度量。密度大于液体密度又可以被液体完全润湿的固体颗粒，进入液体，并不存在障碍。对于部分润湿，即接触角。90。的颗粒，欲进入液体将受到气液界面张力的反抗作用，颗粒将不能完全润湿。对于接触角90。0180。的颗粒，就不能在液体中润湿。接触角0=0。的颗粒，表示完全润湿。可见接触角越小，润湿性越好。固体颗粒被液体润湿的过程，实际上就是液体与气体争夺固体表面的过程。1.2 颗粒的悬浮状态固体颗粒被润湿后，在液体中存在形态不外乎两种：即形成聚团或分散悬浮。分散于聚团是悬浮体系中的两个矛盾统一体，两者都具有排他性。颗粒在液体介质中的相互相互作用力很复杂，除了范德华力、库仑力、双电层静电排斥力和聚合物吸附层的空间排斥力之外，还有溶剂化力、毛细管力、憎水力等作用力。目前被广泛接受的描述分散和聚团状态的理论是扩展DLVO理论：V=Va+Vr+Vs+Vst式中：VT为总势能，VA为范德华作用能，VR为双电层静电排斥作用能，VS为溶剂化膜作用能，VST为聚合物吸附层的空间排斥作用能。由总势能模型看出，要想使颗粒分散，就必须增强颗粒间的排斥作用力。增强排斥力主要通过以下三种方式来实现：增大Zeta电位的绝对值，以提高颗粒间静电排斥作用，阻碍粒子之间由于范德华力作用而造成团聚，从而达到对颗粒分散的目的。通过分散剂在颗粒表面形成吸附层，产生强位阻排斥力。吸附于颗粒表面的大分子将颗粒隔开，同时可以阻止水和其他粒子在颗粒上的吸附，从而减少团聚的发生。增强颗粒表面对分散介质的润湿性，以提高界面结构化,加大溶剂化膜的强度和厚度,增强溶剂化排斥作用。1.3分散方法一般地微粒矿物悬浮体的分散方法可分为化学分散和物理分散：（I）化学分散通常情况下是通过添加分散剂来达到效果的，分散剂所产生的化学分散作用机理可以划分为下面四种：由于分散剂在微粒表面吸附使悬浮体中的矿物微粒变得亲水,此时在粒子表面形成水分子定向密集排列的缔合结构又称之为水化膜，其厚度在50200A之间。水化膜的形成阻碍粒子间的相互聚集，例如水玻璃在水中存在着HSioCSi3'等这些亲水离子吸附在粒子表面将大大地增大粒子的亲水性，使水化膜变得更厚。高分子分散剂在粒子表面的吸附，导致在微粒表面形成一个比较厚的高分子吸附层，这样的粒子相互靠近到小于吸附层厚度的两倍时，两个吸附层之间即产生相互排斥作用，即空间位阻效应，一般具有这样分散机理的分散剂分散能力是很强的。单宁即为此类。由于分散剂在粒子表面的吸附，大大地增加了悬浮体中微粒的表面电位的绝对值，从而加大了微粒之间的静电排斥力，导致悬浮体处于分散状态。有些离子型的长链高分子分散剂（如六偏磷酸钠等），它在微粒表面的吸附，既增加悬浮体中微粒表面电位的绝对值，又使微粒间出现大的空间位阻效应。因此它的分散作用机理是：产生空间排斥作用和增加静电排斥力相结合。每种分散剂都有一个最佳用量，此时溶液的粘度最低。当用量较低时，单位面积颗粒表面吸附的分散剂较少，因此其表面负电荷增加得不多，颗粒间的静电斥力较弱，易发生团聚：当用量过高时，过多的分散剂游离在液相中，增加离子强度，压缩双电层，从而降低了颗粒间的静电斥力，聚电解质还会发生桥联作用，是团聚加剧。同时分散剂的分子量也需要严格控制。（2）物理分散机械搅拌分散机械搅拌分散式指用强烈的机械搅拌方式引起液流强湍流运动使颗粒分散在介质中o在机械搅拌下颗粒的特殊结构易发生化学反应，形成保护层使颗粒更容易分散。存在的问题是往往一旦离开机械搅拌产生的湍流场，颗粒之间又有重新形成聚团的趋势。超声分散超声分散式一种强度很高的分散手段,是把所需处理的微细粒矿物悬浮液直接置于超声场中，控制恰当的超声频率及作用时间使颗粒充分分散。利用超声空化时产生的局部高温、高压或强冲击波和紊射流等，弱化微细粒矿物间的相互作用能，可有效地防止微粒的团聚。超声分散存在能耗大，大规模工业应用困难的问题；同时也存在使极细颗粒共振运动加速，使颗粒相互间碰撞增大，导致团聚的问题。2矿物分散实例2.1矿样制备矿物分散实验多需要对矿物性质进行研究，一般需要纯净矿物作单矿物实验。而单矿物的制备便是其中很重要的一步。根据王毓华等研究细粒铝硅酸盐矿物分散行为的方法，多先对研究矿样的主要矿物组成进行分析，然后选取需要研究的单矿物；单矿物块样经过手工锤碎、挑捡和瓷球磨矿，并全部干筛至粒径小于100m,然后采用去离子水湿筛得到粒径小于38m的粉末，低温烘干后装瓶备用。2.2研究方法对于矿物的分散行为的研究采用单矿物的沉降实验，采用沉降实验研究单矿物颗粒的分散行为。每次称取3g矿样，加入100mL烧杯中，加入实验药剂，再加50mL去离子水。将烧杯置于磁力搅拌器上搅拌，搅拌速度为900rmin,使矿物颗粒在机械力作用下均匀分散，搅拌时间为5mino将搅拌好的矿浆倒入100mL的沉降瓶中，调节PH值，定容至100mL,此时沉降瓶中的矿浆面高度为160mm。上下颠倒摇动沉降瓶10次,然后静置沉降7mino用虹吸管(刻度从下往上)将处于20mm以上的浆体抽出，并将抽出的矿浆过滤、烘干和称量，按下式计算吸出产率：=(mM)×100%式中：为吸出矿物的产率(也可定义为分散率)；M为称取矿物的质量，M=3g；m为吸出矿物的质量。在这里Y越大，则矿物的分散越好。矿物达到完全分散时的吸出产率为87.5%。对于矿物的分散沉降实验也可以通过电子天平直接动态检测。矿物的表面吸附量可以通过测定澄清液中药剂残余浓度获得矿粒表面药剂的吸附量。称取Ig单矿物，调节PH值和实验条件并加入预定量的药剂，使用振荡机使其反应吸附充分，再使用离心机进行固液分离,取一定澄清液用乙酸酮比色法测定其中残留的捕收剂量即可间接测得捕收剂在矿物上的吸附量。对于矿物颗粒表面的吸附形态多以扫描电镜(SEM)观测。(；电位测量则需要将纯矿物细磨至粒径小于2m,用高精度天平称取5mg矿物，把矿样放入100mL的烧杯中，加入50mL去离子水，加药并调节PH值，用磁力搅拌器搅拌IOmin,然后采用微电泳仪进行G电位测量，每个点均测3次取平均值。3结论微细粒矿物的分散在矿物加工中具有重要的地位和应用价值。目前对于矿物颗粒分散多用扩展DLVO理论，需要通过以下三种方式来增强矿物颗粒间的排斥力，一是增大Zeta电位的绝对值，提高颗粒间的静电排斥力；二是通过分散剂在颗粒表面形成吸附层，产生强位阻效应；三是调节矿物颗粒表面的润湿性，增强溶剂化排斥力。矿物分散多采用添加分散剂与机械搅拌分散相结合，而近年的超声分散具有效果好，在小范围应用较多。微细粒矿物的分散需要研究其矿物的性质，矿物表面的润湿性差异，表面q电位的变化，甚至需要研究矿物的晶体结构，从而定性地描述矿物分散效果，以进一步指导矿物的分散实践。参考文献1宋少先.细粒矿物絮团浮选的理论和应用UL国外金属矿选矿.2007(5):4-9.2张宇，刘家祥.颗粒分散J.材料导报.2003.17(9):158-161.3任俊，卢寿慈.在水介质中分散剂对微细颗粒分散作用的影响J.北京科技大学学报.1998.20(1)：7-9.4王毓华，陈兴华等.碳酸钠对细粒铝硅酸盐矿物分散行为的影响J.中国矿业大学学报.2007.36(3):292-297.5王毓华，陈兴华等.磷酸盐时细粒铝硅酸盐矿物分散行为的影响UL中南大学学报(自然科学版).2007.38(2):238-244.6方启学.钙镁对微细矿粒分散稳定性的影响及其机理研究J.国外金属矿选矿.1998(6):42-45.7钟康年，潘昌林等.胶磷矿和白云石某些表面性质的研究J.武汉化工学院.：21-25.8姚敬勋，张华成等.宁乡式铁矿工艺矿物学特征及选矿效果预期J.资源环境与工程.2008.22(5):481-487.