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正文內(nèi)容

【采礦課件】第五篇浮選(編輯修改稿)

2025-03-26 00:44 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 酸銅 ( 活化閃鋅礦 ) ? 黃藥 +松醇油 ? 閃鋅礦 碳酸鈉:調(diào) PH 89 水玻璃(抑制石英) 油酸 螢石 、 尾礦(石英等) 礦物表面鍵性與潤濕性關(guān)系 ? 經(jīng)破碎解離出來的礦物表面 , 由于晶格受到破壞 , 表面有剩余的不飽和鍵能 ,因此 , 具有一定的 “ 表面能 ” 。 這種表面能對礦物與水 、 溶液中的離子和分子 、浮選藥劑及氣體等的作用起決定性影響 。礦物表面未飽和鍵決定于:第一 晶體內(nèi)部的鍵性;第二 、 斷裂規(guī)律 。 晶體內(nèi)部的鍵性 ? 晶體內(nèi)部的鍵性: ? 礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)按鍵能可分為四大類: ? ( 1 ) 離子鍵或離子晶格:如 CaF 2 、 CaCO 3 、PbCO 3 PbSO 4 、 CaWO 4 、 CuCO 3 . Cu(OH)2 、 Z nS、 ZrSiO 4 、 NaCl . ? ( 2 ) 共價(jià)鍵或共價(jià)晶格:如金剛石 、 S iO 2 、T iO 2 S nO 2 ? ( 3 ) 分子鍵或分子晶格:菱形硫中硫分子間是分子鍵 ( 硫分子中硫原子之間是共價(jià)鍵 ) 、 石墨 、輝鉬礦的層狀結(jié)構(gòu)中層與層之間也是分子鍵 。 ? ( 4 ) 金屬鍵或金屬晶格:自然金屬如自然銅 。至于自然界及浮選常見的硫化礦如方鉛礦 、 黃鐵礦等具有半導(dǎo)體性 , 是介于離子鍵 、 共價(jià)鍵 、 金屬鍵之間的過渡的包含多種鍵能的晶體 。 斷裂規(guī)律 ? a. 與內(nèi)部一致 ? b. 沿弱鍵斷裂 ( 鍵長愈長 , 鍵性愈弱 ) 如:石墨的層與層之間距離為 0, 而層內(nèi)碳原子間距離僅為 0, 所以易于沿層片斷裂 。 ? c . 對具有層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物 , 層間有些情況 ( 取代離子 ) 下 , 暴露出離子鍵 。 因?yàn)樵诠杷猁}四面體中 , Si 4+ 易被 Al 3+ 所取代 , 這是因?yàn)椋粒?3+ 大小與Si 4+ 相近 , 性質(zhì)也相似 , 因而浮選時(shí)經(jīng)常遇到鋁硅酸鹽礦物 , 四面體Al|Si取代比例影響解理面的性質(zhì) 。 因?yàn)椋粒?3+ 比Si 4+ 少一個(gè)正價(jià) , 因此一個(gè)Si 4+ 如被Al 3+ 取代 , 就必須同時(shí)引進(jìn)一個(gè)一價(jià)的陽離子 , 才能保持電中性 , 就成為自然界中常見的鉀長石或鈉長石KAlSi 3 O 8 或NaAlSi 3 O 8 ) , 這時(shí)礦物的斷裂面就較復(fù)雜 。 第二節(jié) 浮選理論之二 雙電層理論 一、雙電層結(jié)構(gòu)及電位 在浮選中,礦物 水溶液界面雙電層可用斯特恩( Stern)雙電層模型表示。 結(jié)構(gòu) 定位離子 : 在兩相間可以自由移動(dòng),并決定礦物表面電荷(或電位)的離子。定位離子在礦物表面的荷電層,稱為“定位離子層”或“雙電層內(nèi)層”。一般認(rèn)為,對于氧化礦、硅酸鹽礦物定位離子是 H+和 OH,對于離子型礦物、硫化礦礦物定位離子就是組成礦物晶格的同名離子。 圖中緊密層(或稱 Stern層):礦表到緊密層離子的中心線,因此緊密面離礦物表面的距離等于水化配衡離子的有效半徑( δ )。 圖中擴(kuò)散層(或稱 Gouy層),兩層的分界面為緊密面。當(dāng)?shù)V物 溶液在外力下作相對運(yùn)動(dòng)時(shí),緊密層中的配衡離子因牢固吸附會(huì)隨礦物一起移動(dòng),而擴(kuò)散層將沿位于緊密面稍外一點(diǎn)的“滑移面”移動(dòng)。 電位 ⑴表面電位( ψ0 ):即礦物表面與溶液之間的電位差。其大小取決于吸附在礦表上的定位離子濃度及荷電數(shù)。 對于導(dǎo)體和半導(dǎo)體,可將礦物做成電極測出 ψ 0 對于非導(dǎo)體可用能斯特公式求出: 00MXaaRT RTIn InnF a nF a????ψ0= 其中:、 為溶液中正、負(fù)離子的活度,濃度稀時(shí)可用濃度代替。 為 ψ 0=0時(shí)正、負(fù)離子的活度,濃度稀時(shí)可用濃度代替。 ⑵斯特恩電位( ψ δ ):緊密面與溶液之間的電位差。 ⑶動(dòng)電位( ξ ):是指當(dāng)?shù)V物 溶液在外力下作相對運(yùn)動(dòng)時(shí),滑移面上的電位。也稱“電動(dòng)電位”、“ ξ 電位”。 Ma?Ma?X?0Ma?0X? 零電點(diǎn)與等電點(diǎn) ( 1) 零電點(diǎn)( PZC):是指當(dāng) ψ 0為零(或表面凈電荷為零)時(shí),溶液中定位離子活度的負(fù)對數(shù)。 ( 2)等電點(diǎn) (IEP):是指當(dāng)沒有特性吸附時(shí), ξ電位等于零時(shí),溶液中定位離子活度的負(fù)對數(shù)。 零電點(diǎn)與等電點(diǎn)的聯(lián)系:動(dòng)電位 ξ 的正負(fù)由ψ 0來決定; ψ 0=0, ξ 必為零,反之則不然;無特性吸附時(shí),純水中測得 ξ=0 ,即可作為 ψ 0=0(以作定位離子的礦物),即 PZC= IEP。 二、礦物表面電性與可浮性 可浮性 :通過浮選藥劑,使礦物疏水或親水的程度。 研究礦物表面電性,對浮選研究通常有兩個(gè) 目的:一是為浮選藥劑作用機(jī)理提供依據(jù);二是判斷礦物可浮性。 礦表電性與可浮性關(guān)系。 pHPZC 礦物表面帶負(fù)電 有利于陽離子捕收劑吸附 pHPZC 礦物表面帶正電 有利于陰離子捕收劑吸附 pH=PZC 礦物表面不帶電 原則上有利于中性捕收劑吸附,但難控制,選擇性差 。 利用礦物表面電性( PZC)的不同分選礦物 例: 以鋁土礦浮選為例 :一水硬鋁石的PZC=,高嶺石的 PZC=,在 pH為 的范圍內(nèi) ,采用陽離子捕收劑可以捕收高嶺石 .但是 ,要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)一水硬鋁石與高嶺石的浮選分離 ,選擇合適的一水硬鋁石抑制劑至關(guān)重要 . ? 以浮選針鐵礦為例 ,針鐵礦的動(dòng)電位與可浮性的關(guān)系如圖 613所示 .針鐵礦的零電點(diǎn)PZC=。當(dāng) pH,其表面電位為正,此時(shí)用陰離子捕收劑,如烷基硫酸鹽 RSO4或烷基磺酸鹽 RSO3,以靜電力吸附在礦物表面,使表面疏水良好上浮。當(dāng) pH,針鐵礦的表面電位為負(fù),此時(shí)用陽離子捕收劑如脂肪酸 RNH3,以靜電力吸附在礦物表面,使表面疏水性良好上浮。 第三節(jié) 浮選理論之三 吸附理論 ? 浮選中的吸附現(xiàn)象 吸附是指在吸附劑表面力作用下,在體系表面自由能降低的同時(shí),吸附質(zhì)從各體相向表面濃集的現(xiàn)象。吸附過程總是發(fā)生在各相的界面上。浮選研究中主要研究的是固 液、氣 液界面。 浮選是發(fā)生在固 液 氣各相界面上的復(fù)雜物理化學(xué)過程,其中最為重要的是固液界面上浮選藥劑的吸附,這些吸附就其本質(zhì)可以分為物理吸附和化學(xué)吸附兩大類,但由于浮選藥劑種類繁多,不同種的藥劑可以吸附在界面的不同位置并產(chǎn)生不同性質(zhì)的吸附及結(jié)果。為了便于研究,將浮選藥劑在礦物 水溶液界面的吸附作用歸納和分類如下: 一、浮選藥劑在礦物 水溶液界面的吸附類型 按吸附物的形態(tài) ⑴分子吸附; 被分散或被溶解于礦漿溶液中的藥劑分子在表面上的吸附。(吸附對象是分子,可以是弱電解質(zhì)(極性分子)、中性分子等。) A非極性分子的物理吸附,主要是各類烴類油的吸附。如:中性油在天然可浮性礦物(石墨、輝鉬礦等)表面的吸附而浮選,在煤表面的吸附而使煤粒團(tuán)聚。 B極性分子的物理吸附,如:起泡劑分子在液 氣節(jié)面的吸附,弱電解質(zhì)捕收劑(如黃原酸類、羧酸類、胺類)在水溶液中的溶解,其未溶解的分子在固 液界面的吸附,起泡劑分子在液 氣節(jié)面的吸附。 臨界膠束濃度 :表面活性離子及分子的烴鏈在特定濃度下發(fā)生締合而膠束化,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的濃度稱為臨界膠束濃度, CMC。半膠束濃度通常遠(yuǎn)比臨界膠束濃度?。ǖ陀?12個(gè)數(shù)量級(jí))。半膠束吸附的結(jié)果可以改變礦表的“ ζ 電位”的符號(hào) 。 浮選中,利用半膠束吸附原理,加入長烴鍵中性分子,常可促進(jìn)半膠束的發(fā)生從而達(dá)到: 1)減少捕收劑用量; 2)增強(qiáng)疏水性(消除極性端之間斥力。半膠束吸附通常在“ Stern”層發(fā)生。 ⑷捕收劑及其與礦漿中反應(yīng)產(chǎn)物在礦物表面的吸附。 按吸附方式 ⑴交換吸附;溶液中離子與礦表上另一種離子發(fā)生交換吸附,(這是指溶液中某種離子與礦物上另一種相同電荷符號(hào)的離子發(fā)生等當(dāng)量交換而吸附在礦表 上 , 這種 交換吸附在浮選中是較常見的。)如 Cu2+活化 ZnS: ZnS+Cu2+=CuS+Zn2+ ⑵競爭吸附:礦漿溶液中存在多種離子時(shí),它們在礦表的吸附?jīng)Q定于它們對礦表的活性化及在溶液中的濃度,即決定于相互競爭。 ⑶特征吸附:礦表對溶液中某種組分具特殊的親和力,而發(fā)生的吸附稱之為特征吸附。特征吸附通常是由靜電力和化學(xué)鍵共同作用引起的,與靜電吸附相比,它具有較高的選擇性,吸附不完全依賴表面電荷。對礦表有特別親和力而又非化學(xué)吸附 的某些離子稱為特征吸附離子(如: SO4RSO PbOH+)。特征吸附發(fā)生在“ Stern”層,吸附的結(jié)果使“ Stern”層發(fā)生過電現(xiàn)象,從而可以改變“ ζ 電位”的符號(hào)和大小。半膠束吸附可以認(rèn)為是特征吸附的一種特例。 按雙電層中吸附位置 ⑴雙電層內(nèi)吸附(定位吸附);所謂“內(nèi)層”,浮選中是指礦表帶電的凈電荷層,“外層”為物化中的“ Stern”層,可作為“定位離子”的那些離子都可以發(fā)生這種吸附,吸附的結(jié)果是改變礦表的 ψo(hù)( 數(shù)值和符合)。如:同名離子, H+、 OH,及可類質(zhì)同象離子等。 ⑵雙電層內(nèi)外吸附(“ Stern”吸附); 靠靜電引力作用在“ Stern”層發(fā)生吸附,與表面電荷反號(hào)的配合離子均可發(fā)生這種吸附,吸附的結(jié)果,只改變“ ζ 電位”的大小 吸附本質(zhì) ⑴物理吸附:由分子鍵力(包括電性力)引起的吸附,其特征是:吸附熱小(數(shù)千卡 /克 十幾千卡 /克),具可逆性,常為多層吸附,無選擇性,吸附速度快; ⑵化學(xué)吸附:由化學(xué)鍵力引起的吸附,特征是:吸附熱大(幾十千卡 /克 幾百千卡 /克),具不可逆性,單層吸附,強(qiáng)選擇性,吸附速度慢;(溶度積規(guī)則) 浮選化學(xué)吸附圖解法 ? 根據(jù)化學(xué)吸附理論,影響浮選劑作用的主要因素是決定藥劑解離程度的 PH值和金屬離子濃度。 ? 有兩種圖解法( PHPMn+和溶解度圖)可用來研究化學(xué)吸附的浮選劑與礦物的作用,進(jìn)而認(rèn)識(shí)和解決礦物的分選問題。 PHPMn+圖( Bjerrum圖) ? 雙對數(shù)圖 ? 根據(jù)各種浮選劑與礦物金屬離子作用產(chǎn)物的溶解度積,可換算出它們起作用的 PH和PMn+范圍,從而得出在各種離子競爭情況下優(yōu)先發(fā)生哪種反應(yīng)。 PHPMn+圖在化學(xué)吸附的浮選劑與礦物作用研究中的重要作用 ? 由圖可得出以下結(jié)論: ? ( 1)指出了礦物與浮選劑(特別是捕收劑)溶液體系中各種離子的競爭情況。 ? ( 2)各種離子作用的分界線與 A線的交點(diǎn),表示該離子起浮選作用的 PH上限,超過此交點(diǎn)的 PH,就會(huì)形成氫氧化鉛沉淀。 ? ( 3)對同一藥劑離子來說,由于與鉛離子作用產(chǎn)物的溶解度積是常數(shù),所以當(dāng)藥劑用量增加時(shí),則該藥劑起作用的分界線將向下移動(dòng),浮選 PH上限也增大,說明藥劑用量將影響各種藥劑與礦物的作用效果。 溶解度圖(化學(xué)吸附理論的另一種表示方法) ? 表示溶液中各種化學(xué)吸附反應(yīng)產(chǎn)物的品種及其穩(wěn)定性,然后與捕收劑及浮選回收率對照,來闡明浮選機(jī)理。 第四節(jié)礦物表面的不均勻性與可浮性 ? 浮選研究常常發(fā)現(xiàn)同一種礦物可浮性差別相當(dāng)大 , 這是因?yàn)閷?shí)際礦物很少是理想典型的純礦物 。 他們存在著許多物理不均勻性 、 化學(xué)不均勻性和物理化學(xué)不均勻性( 半導(dǎo)體 ) , 從而使其可浮性發(fā)生各種各樣的
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