第4章　含金矿石浮选

4.1　浮选原理

浮选是利用矿物表面物理化学性质差异（尤其是表面润湿性），在固-液-气三相界面，有选择性富集一种或几种目的矿物（物料），从而达到与脉石矿物（废弃物料）分离的一种选别技术。现在工业上普遍应用的浮选法实质上是泡沫浮选法。它的特点是在矿浆中添加化学添加剂，并通入空气，经强力搅拌产生气泡后将相关矿物附着在气泡上，从而达到分离的效果。

在浮选过程中，有用矿物能否被浮选上来，取决于矿物表面的润湿性。矿物表面的润湿性是矿物表面的重要物理化学性质之一，决定了矿物颗粒与气泡发生碰撞时能否附着于其上，并被浮游。如果矿物表面滴一滴水，水在矿物表面发生铺展的现象称为润湿现象。如果水滴能在矿物表面铺展开，这种矿物即能被水润湿，如石英；反之，矿物不能被水润湿，如辉钼矿。根据矿物表面润湿性的差异可将矿物分为疏水性矿物和亲水性矿物，上述例子中，石英就是亲水性矿物，而辉钼矿就属于疏水性矿物。

矿物的润湿性与矿物的晶体化学特征密切相关，矿物的晶体化学特性是指矿物的化学组成、化学键、晶体结构及其性质之间的关系，是矿物最本质的特征。矿物晶体在外部所表现的现象和性质大都是以其内在的晶体化学特性为依据的，即矿物晶体的物理和化学性质都与矿物内部结晶构造有关。矿物的润湿性是决定矿物向气泡附着难易程度的主要因素，而影响矿物表面性质的主要因素是矿物的化学组成和晶体结构。所有的矿物都是由离子、原子、分子等质点以一定的键力联系起来的。这些质点在矿物内既可呈规则排列，也可呈不规则排列；规则排列时称为晶体，不规则排列时称为非晶体；由于矿物不同的晶体化学特征，从而使矿物具有不同的润湿性和可浮性。

矿物要实现浮游，其表面必须是疏水的，矿物表面的疏水性可以由矿物表面本身特性决定，也可以通过人为改变矿物表面的特性来产生疏水性，如添加浮选药剂等。

矿物表面的疏水性由润湿接触角来衡量和评价。所谓接触角是指固-水与水-气二个界面张力所包的角，用θ来表示。如图4-1所示。

不同矿物表面接触角大小是不同的，接触角可以表征矿物表面的润湿性：如果矿物表面形成的θ角很小，则称其为亲水性表面；反之，当θ角较大，则称其为疏水性表面。亲水性与疏水性的明确界限是不存在的，是相对的。θ角越大说明矿物表面疏水性越强；θ角越小，则说明矿物表面亲水性越强。

矿物表面接触角大小是三相界面性质的一个综合效应。当达到平衡时（润湿周边不动），作用于润湿周边上的三个表面张力在水平方向的分力必为零。于是其平衡状态（杨氏Young）方程为：

γSG=γSL+γLGcosθ

或　　cosθ=（γSG-γSL）/γLG　　（4-1）

式中，γSG，γSL和γLG分别为固-气、固-液和液-气界面自由能。

式（4-1）表明了平衡接触角与三个相界面之间表面张力的关系，平衡接触角是三个相界面张力的函数。接触角的大小不仅与矿物表面性质有关，而且与液相、气相的界面性质有关。凡能引起任何两相界面张力改变的因素都可能影响矿物表面的润湿性。

杨氏方程表明，固体表面的润湿性取决于固-液-气三相界面自由能并可用接触角θ来判断。改变三相界面自由能就可改变固体表面润湿性，因此在工业中具有重要的实际意义。

矿物或某些物料的浮选分离就是利用矿物间或物料间润湿性的差别，并用调节自由能的方法扩大差别来实现分离的。常用添加特定浮选药剂的方法来扩大物料间润湿性的差别。

如前所述，1-cosθ表示某物体的可浮性的大小。根据杨氏方程，应设法增大γSL或γLG，以及降低γSG，以增大θ来提高其可浮性。

浮选药剂（包括捕收剂、起泡剂及调整剂，调整剂又分介质调整剂、活化剂及抑制剂）对γSL、γLG或γSG有影响，从而改变矿物的可浮性。如有些矿物的可浮性本来不大，可用捕收剂（或加活化剂）来增大可浮性；有些矿物本来可浮性较好，但为强化分离过程而需要用抑制剂来减小其可浮性。各种药剂主要作用如下。

捕收剂：其分子结构为一端是亲矿基团，另一端是烃链疏水基团（石油烃、石蜡等）具有大的θ和天然强疏水性。主要作用是使目的矿物表面疏水、增加可浮性，使其易于向气泡附着。

起泡剂：主要作用是促使泡沫形成，增加分选界面，与捕收剂也有联合作用。

调整剂：主要用于调整捕收剂的作用及介质条件，其中促进目的矿物与捕收剂作用的，为活化剂；抑制非目的矿物可浮性的，为抑制剂；调整介质pH值的，为pH值调整剂。

浮选法主要有泡沫浮选，此外还有离子浮选、表层浮选和全油浮选等。这些方法都与润湿性有关。

泡沫浮选的主要过程是矿粒（或附有捕收剂的矿粒）附着气泡的过程，又叫气泡矿化过程。若将附有捕收剂的矿粒视作一般固体，则气泡矿化过程正是铺展润湿的逆过程，如图4-2所示，为一消失固液界面及液气界面，生成固气界面的过程。若气泡矿化的条件为Δγ矿化=γSG-γSL-γLG≤0，将杨氏（Young）方程γSG=γSL+γLGcosθ［式（4-1）］代入，得：

Δγ矿化=-γLG（1-cosθ）≤0　　（4-2）

可见，只有θ>0时，才有1-cosθ>0，才能发生气泡矿化作用使矿粒上浮。

图4-3为泡沫浮选过程框图。矿物的浮选过程要在浮选机中进行。

浮选是处理含金矿石的重要方法之一，一般用于处理含金黄铁矿（采用混合浮选）以及含金的铜、砷、铅、锌等硫化矿。

含金矿石的浮选过程一般包括下列内容。

①物料的准备。以磨矿分级为主，目的是使金矿物单体分离，控制粒度和矿浆浓度，使适合浮选的要求。

②调整矿浆pH值并加入浮选剂，满足分选所需要的药剂条件。

③搅拌充气，造成大量的矿化泡沫，以使金矿物和泡沫充分接触和附着。

④稳定的矿化泡沫层的形成和刮出，实现金矿物和脉石矿物的有效分离。

正常情况下，浮选的泡沫产物作为精矿产出，这种方法称为正浮选。但有时也可以将脉石矿物浮入泡沫产物中，而将有用矿物留在矿浆中作为精矿排出。这种与正常浮选相反的浮选过程称为反浮选。