浮選是在氣-液-固三相界面分選的科學(xué)技術(shù)。浮選方法始于1900年前后。到20世紀(jì)20年代后期，多數(shù)礦物都用此法分離。目前每年經(jīng)浮選處理的礦石已超過十億噸。隨著工業(yè)礦床向貧細(xì)雜的趨勢(shì)轉(zhuǎn)移，浮選工業(yè)日益發(fā)展。由于浮選是一種效率高的分離過程，近年來，浮選領(lǐng)域已從礦業(yè)擴(kuò)展到冶金工業(yè)產(chǎn)品浮選，例如，銅鎳硫，用于化學(xué)工業(yè)如回收肥皂廠的油脂，浮選染料等，造紙工業(yè)從紙漿廢液中回收纖維紊，廢紙?jiān)偕撚湍?，工業(yè)廢物及廢水處理如核燃料再處理廢水的沉淀浮選，用凝聚溶氣法和電解浮選法處理廢水等領(lǐng)域。陽離子表面活性劑可作為礦物浮選劑。   

一、浮選作用原理

    泡沫浮選是將磨碎的礦石分成貴重礦物和伴生的無價(jià)值脈石的需用方法。在這一方法中，將礦物在水中磨成約65目(200μm)送入大的攪拌鼓泡罐中。加入捕集劑，目的是礦物表面形成疏水層，同時(shí)加入發(fā)泡劑以產(chǎn)生氣泡。有疏水表面層的礦物很容易附于空氣泡上，升到液體表面，然后從泡沫堰上流出即為精礦。脈礦仍為水潤(rùn)濕以尾礦排出。為了使一種礦物在起泡作用下上升而與其他礦物分離，離子必須小到一定程度(一般對(duì)金屬礦約0．2mm對(duì)非金屬礦約0．2～1．0mm)。除捕集劑和發(fā)泡劑外，還常加入調(diào)節(jié)劑使分離具有良好的選擇性。

    1．潤(rùn)濕現(xiàn)象

    礦物可浮選性好壞的最直觀的標(biāo)志，就是被水潤(rùn)濕的程度不同，例如，石英、云母等很易被水潤(rùn)濕，而石墨、輝鉬礦等不易被水潤(rùn)濕，易被水潤(rùn)濕的礦物叫做親水性礦物，不易被水潤(rùn)濕的礦物叫做疏水性礦物。

    礦物表面的親水或疏水程度即潤(rùn)濕能力，常用接觸角口來度量。當(dāng)φ=0^。時(shí)，礦物完全潤(rùn)濕，此時(shí)礦物顆粒不會(huì)附著氣泡上?。沪?SPAN lang=EN-US>=180^。時(shí)，完全不潤(rùn)濕，礦物顆粒會(huì)附著氣泡上浮；一般將φ=90^。作為標(biāo)準(zhǔn)，φ<90^。稱為潤(rùn)濕，φ>90^。稱為不潤(rùn)濕。潤(rùn)濕實(shí)際是水分子對(duì)礦物表面的吸附形成的水化作用。

    接觸角φ與氣-固、液-固和氣-液界面間的自由能(界面張力)γ_SG、γ_SL和γ_LG關(guān)系符合Young方程：

    γ_SG=γ_SL+γ_LG cosφ

    從上式可以看出，接觸角口是三相界面自由能的函數(shù)，與礦物表面性質(zhì)有關(guān)，也與液相、氣相的界面性質(zhì)有關(guān)。凡是能引起任何三相界面自由能變化的因素，都可以影響礦物表面的潤(rùn)濕性(見圖1)。同時(shí)可以看出疏水性礦物接觸角口值越大，cos0越小，說明礦物潤(rùn)濕性差，比較易浮；親水性礦物接觸角口值小，潤(rùn)濕性能好，比較難浮。對(duì)礦物的潤(rùn)濕性和可浮性的度量定義為：潤(rùn)濕性=cosφ，可浮性=1- cosφ。在給定的體系中，接觸角的數(shù)值可用來預(yù)測(cè)捕集劑的吸附強(qiáng)度和浮選效能。

圖1氣泡在水中的疏水表面上形成的接觸角

    2．礦物表面電荷和可浮性

    礦物的物理化學(xué)性質(zhì)是浮選中的主要因素，因?yàn)樗鼪Q定了礦物的可浮性。水溶液中的粒子一般都帶電荷。礦物顆粒中的原子缺陷、品格離子的不同溶解性、或壓碎過程中形成的鍵斷裂所形成的表面電荷，都可以被溶液中的陰離子或陽離子吸附所飽和。荷負(fù)電的固體從溶液中吸附陽離子達(dá)到電中性。吸附有兩層：靠近表面的固定層(約0．3～0．5nm)和延伸至溶液中的擴(kuò)散層。后者的厚度取決于溶液中的離子濃度，可從濃溶液(約10^-1mol／L)中的幾乎為零到較稀溶液(約10^-6mol／L)中的100nm范圍內(nèi)變化。在固定層和擴(kuò)散層的接界處附近是滑動(dòng)面。若將粒子置于兩電極間使其移動(dòng)，則該面上產(chǎn)生切變。固體表面上的電位是Galvani電位驢o，滑動(dòng)面上則稱為善電位。對(duì)表面有特別親和力的離子，不但可以改變Galvani電位妒。和f電位，而且能夠改變粒子上的電荷符號(hào)。

    對(duì)于微溶礦(K_sp≈10^-10)，雖然H⁺和OH^-離子影響其表面電荷，但其代表性的決定電位是晶格離子。對(duì)于不溶性的氧化物，其決定電位離子是H⁺和OH^-。導(dǎo)致粒子電荷符號(hào)改變所必需的決定電位離子的濃度叫做零電荷點(diǎn)(PZC)，零電荷點(diǎn)變化很大，與礦物的性質(zhì)有關(guān)。

    二、浮選劑

    比較通用的浮選劑分類法是按浮選劑的用途分類，一般分為三類捕收劑、調(diào)整劑和起泡劑。捕收劑主要作用是使目的礦物表面疏水，增加可浮性，使其易于向氣泡附著。調(diào)整劑主要用于調(diào)整捕收劑的作用及介質(zhì)條件，促進(jìn)目的礦物與捕收劑作用的調(diào)整劑為活化劑，抑制非目的礦物可浮性的，稱為抑制劑，調(diào)整介質(zhì)pH值的稱為pH值調(diào)整劑。起泡劑主要作用是促進(jìn)泡沫的形成，增加分選界面，與捕收劑有聯(lián)合作用(見表1)。

表1浮選劑類別

    一般來講，在浮選過程中，要選擇捕收劑使給定礦物從其他礦種中選出，然后加入調(diào)節(jié)劑使它們分開。典型的捕收劑一般是表面活性劑。  

    捕收劑吸附后，疏水基團(tuán)使礦物表面形成疏水覆蓋層，使礦粒能夠附于空氣泡上被浮選。如果碳鏈太短(對(duì)于脂肪酸和脂肪胺小于C₁₂)，就需加入過量的捕收劑，以形成有效的疏水表面。碳鏈太長(zhǎng)時(shí)大于C_l8，則因水溶性不好，而不能有效地用于浮選體系中。對(duì)C_l8羧酸鹽而言，不飽和的油酸皂比飽和的硬脂酸鹽溶解性好。在濃度約l0^-2～10^-3mol／L的溶液中，表面活性劑形成膠束。一般離子型表面活性劑從不在接近cmc的濃度下使用，因?yàn)榇藵舛炔粌H超過浮選作用的需要量，而且第一層捕收劑上可能再吸附第二層捕收劑，形成親水的外表面，從而破壞其可浮性。因而cmc值對(duì)指導(dǎo)浮選是很有價(jià)值的參數(shù)。在cmc／100濃度時(shí)，捕收劑分子區(qū)域締合于礦物表面對(duì)浮選非常有利。

    陽離子捕收劑的一般特點(diǎn)是和礦物的反應(yīng)特別快，有時(shí)甚至不需要攪拌槽，在短時(shí)間內(nèi)即可浮選完畢，而且分選效果也很好，多半不需要再精選。其優(yōu)點(diǎn)也表現(xiàn)在實(shí)踐上容易管理，占用面積小。其次，使用陽離子捕收劑還可以浮選比較粗粒的礦物，例如，浮選鉀石鹽礦可使用6網(wǎng)目的粒度，由石英中分離長(zhǎng)石，可用20網(wǎng)目的粒度。

    浮選中常用的陽離子捕收劑主要是脂肪胺及其鹽、松香胺、季銨鹽、二胺及多胺類化合物等陽離子表面活性劑。胺類陽離子表面活性劑是有色金屬氧化礦、石英礦、長(zhǎng)石、云母等硅鋁酸鹽和鉀鹽的捕收劑。伯、仲、叔胺及季銨鹽都可以作鉻鐵礦捕收劑。

    脂肪胺類捕收劑有十二烷胺、十四烷胺、十六烷胺、十八烷胺及其鹽酸鹽或乙酸鹽，混合脂肪胺及其鹽酸鹽或乙酸鹽等；松香胺是一種環(huán)烷胺，有氫化松香胺或改性松香胺及其乙酸鹽等。胺類捕收劑主要用于浮選石英，硅鋁酸鹽(綠柱石、鋰輝石；長(zhǎng)石、云母)、磷酸鹽、碳酸鹽、可溶性鹽類(如鉀鹽礦)等；也在含石英的氧化鐵礦的反浮選。各種高溫礦床的稀有金屬礦浮選，氧化鋅礦的浮選中作為捕收劑。胺類捕收劑因?yàn)閷?shí)際上不溶于水，一般是用鹽酸或乙酸中和配制成乳狀液體使用，或與煤油、松香油、酒精等溶劑或起泡劑，配成乳狀液使用。聚氧乙烯脂肪伯胺可作為硅酸鹽的捕收劑；十六烷基三次乙基四胺乙酸鹽，N-月桂酰．N’-乙?；我一窔滗逅猁}、N-硬脂酰-N-羥乙基二次乙基三胺鹽酸鹽等多胺類化合物，可用于由非金屬礦(如石灰石，礬土礦，方解石及磷礦)中分選石英及硅酸鹽的捕收劑。使用時(shí)少量加起泡劑，捕收劑用量為91g／t，所得磷精礦含不溶物很少。

    作為浮選捕收劑的季銨鹽類主要有烷基季銨鹽及烷基吡啶鹽兩類，常用的季銨鹽類捕收劑見表2。與其他胺類捕收劑相比，季銨鹽作為陽離子捕收劑的特點(diǎn)是在水中的溶解度較高，選擇性較強(qiáng)，對(duì)堿性介質(zhì)不敏感，具有抗腐蝕作用，無毒，其缺點(diǎn)制造成本比脂肪胺類捕收劑高。用丙基、丁基、戊基的季銨鹽及三甲基十六烷基季銨鹽作為氧化銅礦捕收劑浮選氧化銅，先將礦石經(jīng)過硫化，再以氟化物為抑制劑，在pH=5～11范圍內(nèi)，用0．13～0．9kg／t季銨鹽。得到比黃藥更高的回收率。乙基十六烷基二甲基溴化銨可用為重鉻酸鹽的離子浮選劑：用連續(xù)泡沫浮選法凈化自來水時(shí)，也可使用這種季銨鹽做捕收劑。以合成脂肪酸(C₁₂～C₂₀)為原料制成的二烷基二甲基氯化銨，可以用作陽離子捕收劑，從方解石中直接分選燒綠石及磷灰石。用烷基芐基吡啶作為陽離子捕收劑，可從鐵礦及磷礦中分選石英。并可用于浮選鈹?shù)V、云母、氧化鋅礦及水溶性鹽等。

表2季銨鹽類浮選藥劑

    使用陽離子捕收劑時(shí)，應(yīng)注意下列事項(xiàng)：陽離子捕收劑一般不能與陰離子捕收劑一起使用，因?yàn)樗鼈儠?huì)產(chǎn)生不溶性鹽而失效，但也有例外；使用胺鹽為捕收劑時(shí)，在酸性或中性礦漿中比較穩(wěn)定，在堿性礦漿中，胺鹽即分解為游離胺及堿金屬鹽。因此，必須在堿性礦漿中進(jìn)行浮選時(shí)，可以直接用脂肪胺的煤油、燃料油或酒精的溶液。但使用季銨鹽時(shí)，無論在酸性或強(qiáng)堿性介質(zhì)中都是穩(wěn)定的；高級(jí)脂肪胺鹽一般都具有起泡性，浮選時(shí)有時(shí)不必另加起泡劑，或只須加少量起泡劑；對(duì)于水的質(zhì)量變動(dòng)比較不敏感，但水硬度過高時(shí)，會(huì)消耗藥劑，因而增加了藥劑的使用量；浮選前應(yīng)充分脫泥，因陽離子藥劑易為礦泥吸附，會(huì)增加藥劑用量或降低浮選效果；礦物表面因風(fēng)化等作用而變質(zhì)時(shí)，在酸、堿或中性溶液中，于高濃度下強(qiáng)烈攪拌洗礦。?？筛纳聘∵x效果。根據(jù)礦物表面污染程度不同，攪拌時(shí)間可以是幾分鐘或幾小時(shí)。如果礦石是軟質(zhì)的。而且含有大量粘土成分時(shí)，與陽離子藥劑的接觸攪拌時(shí)間必須控制在最小限度,例如，5～20s左右。添加過量的藥劑是有害的，最好分段添加。藥劑過量時(shí)，不單會(huì)降低優(yōu)先分離浮選的選擇性，有時(shí)甚至引起相反效果，在礦物表面形成親水性第2層覆蓋，妨礙浮選作用。