矿物加工工程浮选药剂课件.ppt
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- 矿物 加工 工程 浮选 药剂 课件
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1、1 第二章第二章 浮选药剂浮选药剂 浮选课件浮选课件2 2 太原理工大学太原理工大学矿物加工工程专业矿物加工工程专业22.1 浮选药剂的分类与作用浮选药剂的分类与作用l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。湿性。l自然界中,绝大多数矿物的自然界中,绝大多数矿物的烯烃烯烃烷烃。烷烃。l芳烃活性大的原因还有:油芳烃活性大的原因还有:油-水界面能低,分散度好,浮选活水界面能低,分散度好,浮选活性高;可与芳香族化合物形成性高;可与芳香族化合物形成-键,此键比普通范德华力键,此键比普通范德华力强。强。2.2.2 非极性烃类油捕收剂及
2、其作用机理非极性烃类油捕收剂及其作用机理125、非极性烃类油组成对其捕收作用的影响、非极性烃类油组成对其捕收作用的影响(2)结构)结构 捕收活性:捕收活性:烯烃烯烃烷烃烷烃l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,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:分子不完全对称,化学活性大:l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。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。对烷烃而言对烷烃而言 异构异构正构(相同正构(相同C原子数)原子数)l异构烷烃的沸点、凝固点低,不易形成结晶,故浮选
3、效果好;异构烷烃的沸点、凝固点低,不易形成结晶,故浮选效果好;l支链占有较大空间,每摩尔分子覆盖面积大,油耗低,疏水效果好。支链占有较大空间,每摩尔分子覆盖面积大,油耗低,疏水效果好。烯烃、芳烃的缺点:烯烃、芳烃的缺点:l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。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。l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。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非极性烃类油捕收剂及其作用机理136、非极性烃类油溜分对分选的影响非极性烃类油溜分对分
4、选的影响l分溜温度低,则分溜温度低,则C链长度短,药剂的疏水性差,浮选活性差;链长度短,药剂的疏水性差,浮选活性差;l分溜温度高,烃类油的分溜温度高,烃类油的C链长,疏水性好;但链长,疏水性好;但C链长度增加的同时,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。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。l在石油各馏分中,活性最高的馏分基本都在在石油各馏分中,活性最高的馏分基本都在180240,碳链长度,碳链长度815个个C。7、常用的非级性烃类油捕收剂、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非极性烃类油
5、捕收剂及其作用机理142.2.3 巯基类阴离子型捕收剂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、极性基中含有短、极性基中含有S2-,水解后生成含,水解后生成含-SH的产物,故称的产物,故称为巯基类,典型代表有黄药和黑药。为巯基类,典型代表有黄药和黑药。152.2.3 巯基类阴离子型捕收剂巯基类阴离子型捕收剂l黄药黄药(1)黄药的名称、组成和结构)黄药的名称、组成和结构 学名:学名:烃基二硫代碳酸盐烃基二硫代碳酸盐 结构:结构:ROCSSNa(K)命名:阳离子(钾黄药和钠黄药);命名:阳离子(钾黄药和钠黄药);阴离子(烃链长短阴
6、离子(烃链长短 高级黄药和低级黄药)高级黄药和低级黄药)162.2.3 巯基类阴离子型捕收剂巯基类阴离子型捕收剂(2)黄药的制备)黄药的制备 ROH+NaOH RONa+H2O+热热 RONa+CS2 ROCSSNa+热热 总反应式:总反应式:ROH+NaOH+CS2 ROCSSNa+H2O+热热&反应器应用散热装置(不断搅拌)反应器应用散热装置(不断搅拌)172.2.3 巯基类阴离子型捕收剂巯基类阴离子型捕收剂(3)黄药的性质)黄药的性质u物性物性 密度密度1.21.7g/cm3,使用时常配成使用时常配成510的水溶液使用,用量的水溶液使用,用量50100g/t。u稳定性稳定性 黄药是一种不
7、稳定的化合物,遇热、水或酸均会发生分解。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使用时用注意调节矿浆的pH值。值。A.黄药在酸性介质中分解速度很快,且黄药在酸性介质中分解速度很快,且pH值越低,分解越快。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。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。黄药遇热分解,遇水也分解,故黄药
8、应存放在干燥、阴凉的地方。D.工业使用的黄药含工业使用的黄药含15%杂质和水,故不宜久存,最好是现配现用。杂质和水,故不宜久存,最好是现配现用。182.2.3 巯基类阴离子型捕收剂巯基类阴离子型捕收剂(3)黄药的性质)黄药的性质u氧化性氧化性 黄药是强还原剂,易被氧化,生成双上黄药。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。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+
9、2Fe2+l双黄药:双黄药:ROCSS-SSCORl硫化矿物的捕收剂。黄色油状液体,难溶于水,在水中呈分子硫化矿物的捕收剂。黄色油状液体,难溶于水,在水中呈分子状态存在(非离子型)。状态存在(非离子型)。lpH值升高时会逐渐分解为黄药值升高时会逐渐分解为黄药,可用于酸性介质。可用于酸性介质。l捕收能力弱于黄药捕收能力弱于黄药,但选择性好于黄药。但选择性好于黄药。192.2.3 巯基类阴离子型捕收剂巯基类阴离子型捕收剂(3)黄药的性质)黄药的性质u捕收性捕收性 黄药以其极性基中的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
10、水,起疏水作用。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,故果降低,故C原子数一般取原子数一般取C=25。202.2.3 巯基类阴离子型捕收剂巯基类阴离子型捕收剂(3)黄药的性质)黄药的性质烃基的结构烃基的结构 在短烃链黄药中,异构基中在短烃链黄药中,异构基中-CH3比正构基比正构基-CH3更靠近极性更靠近极性基,基,-
11、CH3的正诱导效应可使极性基键合原子的电子密度增加,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。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。使黄药
12、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。碍药剂与矿表的接近,故异构体不如正构体。212.2.3 巯基类阴离子型捕收剂巯基类阴离子型捕收剂(3)黄药的性质)黄药的性质u捕收性捕收性 黄药以其极性基中的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。而附着于矿表,非极性基朝外指向水,起疏水作用。B.溶度积理论溶度积理论 该理论是由美国学者该理论是由美国学者Taggart在在19
13、29年提出的。年提出的。l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)。度的乘积(常数)。l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,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。药剂对该矿物的捕收能力越强。l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。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。l各种金属与黄药生成的金属黄原酸盐难溶顺序如下: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、铅第一类:汞、金、铋、锑、铜
14、、铅 镍镍(溶度积(溶度积10-10)第二类:铁、锰、锌(溶度积第二类:铁、锰、锌(溶度积10-2)v 乙基黄原酸锌乙基黄原酸锌 4.910-9v 乙基黄原酸铅乙基黄原酸铅 2.110-17v 乙基黄原酸铜乙基黄原酸铜 5.210-20v 戊基黄原酸铅戊基黄原酸铅 1.010-24222.2.3 巯基类阴离子型捕收剂巯基类阴离子型捕收剂(3)黄药的性质)黄药的性质u黄药的选择性黄药的选择性 黄药对硫化矿物的捕收剂能力随黄药对硫化矿物的捕收剂能力随C链的增长而增加,选择性刚链的增长而增加,选择性刚好相反。即捕收性强,则选择性低。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
15、药;欲得到高的回收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。率,则应选用高级黄药。(4)黄药可捕收的矿物)黄药可捕收的矿物l贵金属和自然铜;贵金属和自然铜;l硫化矿物;硫化矿物;l硫化后的氧化矿。硫化后的氧化矿。232.2.3 巯基类阴离子型捕收剂巯基类阴离子型捕收剂(5)作用机理)作用机理l化学吸附说化学吸附说 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。生成溶度积
16、很小的难溶盐。l双黄药见解(前提有氧存在)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。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。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原。硫化矿物充当了矿表阳极区被氧化,同时,氧化剂在阴极区被还原。硫化矿物充当了反应的电极。反应的电
17、极。黄药对黄药对FeS2的捕收的捕收 阳极氧化:阳极氧化:2ROCSS2e(ROCSS)2 阴极还原:阴极还原:1/2O2+2H+2eH2Ol共吸附学说共吸附学说242.2.3 巯基类阴离子型捕收剂巯基类阴离子型捕收剂l黑药(应用仅次于黄药)黑药(应用仅次于黄药)(1)组成、结构与性质)组成、结构与性质 学名:二烃基二硫代磷酸盐学名:二烃基二硫代磷酸盐 结构:结构:其中,其中,Me可以是可以是H,对应黑药称为酸性黑药;,对应黑药称为酸性黑药;Me可以是可以是Na,对应黑药称为钠黑药;,对应黑药称为钠黑药;Me可以是可以是NH4,对应黑药称为铵黑药。,对应黑药称为铵黑药。252.2.3 巯基类阴
18、离子型捕收剂巯基类阴离子型捕收剂(2)性质)性质l弱电解质,在水中可解离,即弱电解质,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。用黑药做捕收剂。B.较难氧化,氧化后生成双黑药。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。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,以其亲固基中捕收硫化矿时,以其亲固基中S2-
19、与矿表金属离子结合,故黄药能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。,有一定硫化作用,可分选已轻微氧化的硫化矿。262.2.3 巯基类阴离子型捕收剂巯基类阴离子型捕收剂(3)工业制备)工业制备 4ROH+P2S5 2(RO)2PSSH+H2S(4)工业上常用的黑药)工业上常用的黑药l甲酚黑药甲酚黑药(CH3C6H4O)2PSSH 以甲醇为原料,加入一定以甲醇为原料,加入一定 P2S5 配制配制而成。常温为暗绿色油状液体。难溶
20、于水,有起泡剂、腐蚀性。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。由于甲酚(有毒),污染环境,故已少用。l丁钠黑药丁钠黑药(C4H9O)2PSSNa,白色粉末易溶于水,无起泡性。,白色粉末易溶于水,无起泡性。2(RO)2PSSH+Na2CO3 2(RO)2PSSNa+H2O+CO2l丁铵黑药丁铵黑药(C4H9O)2PSSNH4 白色白色(灰色灰色)粉末,微臭,易溶于水,无粉末,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。等硫化矿物的浮选。2(R
21、O)2PSSH+NH4OH 2(RO)2PSSNH4+H2O272.2.4 有机酸类阴离子型捕收剂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;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)基中通常含有极性(亲固)基中通常含有O原子,非极性基烃链较长,分原子,非极性基烃链较长,分子量较大,是氧化矿物的有效捕收剂。子量较大,是氧化矿物的有效捕收剂。282.2.4 有机酸类阴离子型捕收剂有机酸类阴离子型捕收剂脂肪酸及其皂脂肪酸及其皂(1)脂肪酸的通式)脂肪
22、酸的通式 RCOO-H+,其中,其中,H+被被Na+或或K+取代即成为皂。取代即成为皂。R直链烃直链烃脂肪酸脂肪酸 环烷烃环烷烃环烷环烷酸酸 苯苯 环环芳香芳香酸酸 脂肪酸分子中的烃链脂肪酸分子中的烃链R可以是直链的饱和或不饱和烃。可以是直链的饱和或不饱和烃。292.2.4 有机酸类阴离子型捕收剂有机酸类阴离子型捕收剂脂肪酸及其皂脂肪酸及其皂(2)脂肪酸的性质脂肪酸的性质&RCOOH是弱酸,在水中可解离:是弱酸,在水中可解离:RCOOHRCOO-+H+FR长度增加,长度增加,K值降低。但所有脂肪酸的值降低。但所有脂肪酸的K值几乎都在值几乎都在10-410-5左左右,其右,其pK=4.70.5。
23、以油酸为例:以油酸为例:pH=4.7,RCOOH=RCOO-pH4.7,RCOOHRCOO-pH4.7,RCOOHRCOO-F使用使用RCOOH作捕收剂时,应在中性或碱性条件下使用。作捕收剂时,应在中性或碱性条件下使用。FpH值过高时,矿浆中的值过高时,矿浆中的OH-增大,增大,OH-可与可与RCOO-在矿物表面在矿物表面产生竞争吸附,影响药剂对矿物的捕收。产生竞争吸附,影响药剂对矿物的捕收。F实际生产时,应根据矿物的性质选择适宜的实际生产时,应根据矿物的性质选择适宜的pH值(一般值(一般89)。)。302.2.4 有机酸类阴离子型捕收剂有机酸类阴离子型捕收剂脂肪酸及其皂脂肪酸及其皂(2)脂肪
24、酸的性质脂肪酸的性质&脂肪酸的熔点脂肪酸的熔点F 烃基不饱和程度的影响烃基不饱和程度的影响 硬脂酸硬脂酸 CH3(CH2)16COOH 65 油油 酸酸 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH 14 亚油酸亚油酸 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH -6.5 亚麻酸亚麻酸 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH -12.8 桐桐 酸酸 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH 4849F药剂熔点高,在矿浆中的溶解和分散程度降低,且使用时需药剂熔点高,在矿浆中的溶解和分散程度降低,且使用时需升高温度,才能具
25、有足够的捕收能力,导致其成本相对较高,升高温度,才能具有足够的捕收能力,导致其成本相对较高,工业上多使用工业上多使用不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸。312.2.4 有机酸类阴离子型捕收剂有机酸类阴离子型捕收剂脂肪酸及其皂脂肪酸及其皂(2)脂肪酸的性质)脂肪酸的性质&脂肪酸的溶解度脂肪酸的溶解度F烃基长度的影响烃基长度的影响l脂肪酸在水中的溶解度和烃链长短密切相关。一定温度下,脂肪酸在水中的溶解度和烃链长短密切相关。一定温度下,R基越基越长,其在水中的溶解度越小长,其在水中的溶解度越小(表表4-2-3)。l由于脂肪酸类捕收剂的烃链均比较长,故难溶于水、在矿浆中的由于脂肪酸类捕收剂的烃链均比较长,故难溶
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