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浮选分离的基本原理和主要有几种类型(选择性絮凝浮选的原理)

浮选分离的基本原理和主要有几种类型(选择性絮凝浮选的原理) 沉淀浮选的基本原理

沉淀浮选是按化学计量的量向体系中加入所需的沉淀剂,使所有的物体都沉淀下来,然后加入表面活性剂覆盖颗粒的部分表面,使其附着在气泡上或气泡沉淀在疏水表面。沉淀浮选的成功取决于目标对沉淀的转化程度和沉积物的浮选行为。

从水溶液中去除或回收金属离子时,大部分形成氢氧化物或硫化物沉淀,有时以碳酸盐或磷酸盐沉淀的形式存在。

1.不溶性物质溶解度的计算

不溶性沉淀物的形成和溶解符合溶度积法则。溶度积可以用来计算沉淀是否完全(一般含量小于10-5mol·L-1,沉淀完全)。但沉淀浮选中遇到的混合体系大多是多组分的,必须考虑各种因素对溶解度的影响。一般来说,同离子效应降低了不溶性物质的溶解度;惰性电解质增加不溶性物质的溶解度,但当离子强度较高时,溶解度降低。副反应(金属离子水解、质子转移反应、络合反应、氧化还原反应)一般会增加不溶性物质的溶解度。

(A)M人在纯水中的溶解度

物质在人体内的沉淀平衡是

溶度积为:

(1)

溶解度是:

(2)

类型:

C——用体积摩尔浓度测量的C——MmAn的溶解度;

ks-mman的热力学溶度积常数:

(m),(A)——组分的活性,当浓度很低时,可以用浓度代替。

(MmAn在相同离子溶液中的溶解度

如果物质MmAn溶解在含有过量AM-离子的溶液中,则过量AM-离子的浓度为C′a,MmAn的溶解度C为:

(3)

中中

c ' a --过量AM-离子的体积摩尔浓度;

c-mman在惰性电解质溶液中的溶解度。

在惰性电解质溶液中,由于离子强度的增加,沉淀的离子活性降低,导致不溶物的实际溶解度增加。离子强度变化对降水离子活度系数的影响可用德拜-胡克尔方程计算。高价离子形成的沉淀的溶解度受离子强度的影响很大。

通常,在某一离子强度下的溶解度可以用相应离子强度值下不溶性盐的热力学溶度积和活度系数来计算。

(3)在有副反应的系统中的溶解度

如果不溶性化合物MmAn的一个组分参与副反应,该物质的溶解度就会增加。计算溶解度时,应将式(2)或式(3)中的热力学溶度积Ks替换为条件溶度积Ks*(沉淀剂常见离子过量时用式3)。

条件溶度积Ks*由参与相关副反应的组分的热力学溶度积和副反应系数am和aA计算:

(4)

式中:aM,aA——参与副反应的组分的副反应系数;

(m)和(A)——自由离子的平衡浓度;

(M)′和(A)′—溶液中含有M或A的所有形式的总浓度;

Ks—沉淀反应,即主反应的热力学溶度积。

(4)氢氧化物的溶解度

对于不溶性氢氧化物,必须考虑形成羟基络合物的副反应对溶解度的影响。因此,各种不溶性金属氢氧化物都有自己的最佳沉淀pH范围。在一定的ph值下,氢氧化物M(OH)n的溶解度为:

(5)

式中:KW——水的离子积;

ks *—m(oh)n的条件溶度积。

副反应系数aM(OH)计算如下:

副反应系数的计算比较复杂,利用各种羟基络合物的LGC-pH图可以得到金属离子在各种pH值下的溶解度(见式6)。

(5)硫化物的溶解度

酸度对不溶性金属硫化物溶解度的影响特别重要。S2-的水解和金属离子的水解与pH值密切相关。此外,当溶液中存在过量的硫化氢时,溶液还将含有显著浓度的分子金属硫化物和各种金属硫络合物。然而,大多数金属硫络合物的平衡常数是未知的,重金属硫化物的分子溶解度也没有测量过,因此很难精确计算金属硫化物的条件溶度积Ks*。如果只考虑S2水解和羟基络合物形成对金属硫化物溶解度的影响,各种pH条件下二价金属硫化物的条件溶度积Ks*可根据下式粗略计算:

(6)

其中K1、k2是H2S的第一和第二电离常数。

如果加入的沉淀剂与待沉淀的金属离子相当,且pH不太高,则残余金属离子浓度可由下式估算。

(7)

值得注意的是,残留金属离子的浓度并不总是随着硫化沉淀剂用量的增加而降低。例如,当通过HgS沉淀去除汞时,过量的硫化沉淀剂会以Hg(HS)2、HgHS2 -、HgS22 -的形式溶解汞,并增加残留汞的含量。

二。沉淀浮选机理

沉降在很多方面与矿物浮选相似,不需要添加化学表面活性剂。用于非硫化矿石浮选的捕收剂也可用于氢氧化物、碳酸盐和磷酸盐的沉淀浮选;硫化物捕收剂可用于硫化物沉淀浮选。捕收剂在沉淀颗粒表面的吸附和在矿物表面的吸附是一样的,包括物理吸附和化学吸附。

但由于沉淀颗粒的性质不同于矿物颗粒的性质,因此也不同于矿物浮选。沉积物的团聚体为松散的絮状物,团聚体的含水量为99% ~ 99.9%。沉积物的表面疏水性低于矿物浮选,通常每升只需要几毫克捕收剂,但絮凝剂的加入更重要。单个未聚合的泥沙颗粒为微米或纳米大小,具有活性,难以上浮。一旦形成絮体沉淀,有时不需要收集器也能浮起,因为天然水中通常每升含有几毫克的有机物,其引起的疏水性有时足以使絮体浮起。

颗粒和气泡之间的粘附机理并不完全相同。在矿物浮选过程中,矿石颗粒与气泡之间的粘附主要是碰撞粘附,其次是气泡在矿物表面的沉淀。颗粒与气泡之间的粘附力随着固体表面疏水性的增加而增加,即随着接触角θ的增加而增加。疏水性是影响粘附概率的主要因素。

沉淀浮选过程中,气泡在沉积物上的沉淀是主要形式,沉淀过程中夹带气体,为气泡沉淀创造了有利条件。与絮体沉淀结构有关的机械粘附和过滤夹带(絮体沉淀在沉降过程中遇到漂浮的气泡,絮体的网状结构阻碍了絮体中气泡的机械夹带)也增加了颗粒与气泡粘附的概率。因此,在沉淀浮选中,气泡和颗粒之间的附着率不仅取决于表面疏水性,还取决于絮凝结构。

 
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