在浮选过程中,浮选粒度与分选指标密切相关。矿石颗粒与气泡的粘附是浮选过程中的基本行为,矿石颗粒与气泡粘附的牢固程度直接影响浮选指标的质量。而矿物颗粒附着在气泡上的牢固程度不仅与矿物颗粒本身的疏水性有关,还与矿物颗粒的大小有关。一般来说,如果矿石颗粒较小(小于5-10微米的除外),会更快、更牢固地附着在气泡上;否则,如果颗粒尺寸较粗,它们会缓慢而不牢固地附着在气泡上。我们来分析一下气泡上附着的矿物颗粒的受力情况。
矿物颗粒在气泡上的粘附受以下三种力的影响。
1.力F1是水中矿物颗粒的重力,方向向下,是使矿物颗粒破出气泡的力。等于空气体中矿物颗粒的重量W = D3δg减去在水中的浮力f = D3δg,即:
f1 = W Cf = D3δg-D3δg = D3(δ-δ)g
式中d --矿石颗粒直径;
δ-矿石颗粒的密度;
δ-水的密度。
从上式可以看出,力F1与粒径(d)的三次方成正比。矿石颗粒越大,从气泡中分离出来的力就越大。
2.力F2是附着在气泡上的矿物颗粒的表面张力,具体地说,它是作用在三相润湿外围的表面张力的垂直分量。它的方向是向上的,它使矿物颗粒附着在气泡上。这个力的大小是F2 = 2πrσ气液sinθ。
其中r-附着表面的半径;
σ气-液-气-液界面的表面张力;
θ-接触角(度)。
从上式可以看出,矿物颗粒在气泡上的粘附力F2与矿物颗粒的接触角θ有关。具有大接触角的矿物颗粒,即疏水性矿物颗粒,对气泡具有大的粘附力F2。
3.力F3是气泡中的分子对矿物颗粒粘附表面的压力。这个力是使矿物颗粒脱离气泡的力,所以它的方向是向下抛的。它的大小是:
F3 =π r22σ气液/R
其中r-气泡半径。
从上式可以看出,气泡大(R大)时压力F3较小。
当F 1,F2,F3,三个力处于平衡状态时,即矿物颗粒附着在气泡上,接近脱落时,则F2 = F1+F3。
我们可以看到颗粒和气泡相对静止时,接触角与表面张力、颗粒大小(颗粒重量)、粘附半径和气泡半径的关系。但在实际浮选过程中,矿粒与气泡是相对运动的,矿粒与气泡之间的脱落力比静止状态下更复杂,也比上述反应中的大得多。
1.当矿石颗粒可浮性较好,即接触角较大的矿物时,浮选粒度可以较粗,当然也有一定的限度,即所谓的粒度上限。
2.对于粗颗粒的浮选,气泡越大越有利,或者换句话说,气泡越大,被浮矿物的接触角就可以在更小的条件下浮选。但当泡沫过大时,泡沫本身的稳定性也较差。
根据以上分析,可以看出浮选粒度是影响浮选性能的重要因素之一。为了获得较好的浮选技术经济指标,要求磨矿细度合理,既能使有用矿物充分相互分离,又要求粗颗粒不大于浮选粒度上限,细颗粒下限不小于10微米(或5微米)。浮选粒度上限:硫化矿物一般为0.2 ~ 0.25mm,可浮性好的天然硫为0.5 ~ 1.0mm煤比较粗,1 ~ 2mm。