捕收剂
• 与铜、铅、锌、铁等硫化矿物伴生的金，在浮选时常用有 机硫代化合物作浦收剂．例如，烷基（乙、丙、丁、戊基 等）二硫代碳酸钠（钾），又称黄原酸盐，俗称黄药。如 NaS2C· OCH2· CH3，在含金多金属矿石的浮选时，多采用 乙基黄药和丁基黄药。烷基二硫代磷酸或其盐类，如 (RO)2PSSH，式中R为烷基，俗称黑药．烷基二硫代氨基 甲酸盐和黄原酸盐的酯类衍生物等也是硫化矿物常用的捕 收剂。也是浮选含金多金属硫化矿的常用描收剂，常与黄 药类同时使用．非极性型极性捕收剂的分子不解离，如含 硫酯类，非极性捕收剂为烃油（中性油），如煤油、柴油 等。
14.3 泡沫分离的操作方式及其影响因素
14.3.1 泡沫分离的操作方式 泡沫分离的操作是由 两个基本过程组成： 1 待分离的溶质被吸 附到气－液界面上； 2 对被泡沫吸附的物 质进行收集并用化学、 热或机械的方法破坏 泡沫，将溶质提取出 来。因此它的主要设 备为泡沫塔和破沫器。
泡沫分离装置
泡沫浮选流程
气泡的矿化
气泡 起泡剂
捕收剂
调整剂
• 用于调整其它药剂与矿物表面的作用,调整矿浆的性质,提 高浮选的选择性。调整剂是控制矿物与捕收剂作用的一种 辅助药剂,调整剂按作用可分为pH矿浆调整剂、活化剂、 抑制剂、絮凝剂与分散剂五类。 • (1) pH值调整剂。用它来调节矿浆的酸碱度，用以控制矿 物表面特性、矿浆化学组成以及其他各种药剂的作用条件， 从而改善浮选效果。在氰化过程中也同样要调节矿浆pH 值的。常用的有石灰、碳酸钠、氢氧化钠和硫酸等。在选 金时，最常用的调节剂是石灰和硫酸。(2)活化剂。能增 强矿物同捕收剂的作用能力，使难浮矿物受到活化而浮起。 使用硫化钠活化含金的铅铜氧化矿，然后用黄药等捕收剂 浮选。(3)抑制剂．提高矿物的亲水性和阻止矿物同捕收 剂作用
泡沫分离装置：
三种泡沫分离装置
复合塔
浓缩塔
提取塔
应用简介
• 1.在湿法冶金中的矿石浮选的应用 • 早在1915年泡沫分离技术就开始应用于矿石浮选。 • 近期，N．SHEH的研究工作，这种方法在工业中应用较 广，是比较成熟的分离技术。 • 泡沫分离技术是通过选择合适的捕获剂使矿物获 得疏水性，再加入适量起泡剂，采用空气鼓泡， 利用矿石粒子和脉石粒子性质上的差异，使脉石 下沉，矿石随气泡浮出而得已分离。其最终产物 是固体粒子。
• 分离富集蛋白质体系 • 糖-蛋白质混合体系糖通常存在于植物和微生物体内,在糖 的提取过程中生物体内的蛋白质也往往随之被提取出来。 因此,去除提取混合物中的蛋白质成为一些糖类提纯的关 键步骤。蛋白质和糖类表面活性具有较大差异,可以利用 泡沫分离技术来实现蛋白质和糖的分离. • 有人利用环流泡沫分离技术对牛血清白蛋白(BSA)、葡萄 糖、蔗糖和葡聚糖的混合体系进行分离,实验表明在接近 BSA等电点处(pH4.0)蛋白质与糖,特别是与多糖混合体系 的泡沫分离效果很好,可实现蛋白回收率92%。 • 与溶剂萃取方法相比,该法操作简单,处理量大,不需外加任 何有机溶剂。因而从植物和微生物中提取糖时,采用泡沫 分离技术可以满足初步去除蛋白质的需要,大大降低后续 纯化工作的负荷。
分离体系简介
• 无泡沫分离： • 鼓泡但不定形成泡沫层。 • 鼓泡分离：底部通气鼓泡，表面活性物质 被气泡富集并上升至塔顶，使液相主体被 净化。 • 溶媒浮选：溶液顶部置有一种与其互不相 溶的溶剂，萃取或富集由塔底鼓出的气泡 所吸附的表面活性物质。 • 泡沫分离： • 按分离对象分：溶液 泡沫分馏
• 泡沫浮选 含有固体粒子的悬浮液、 胶体溶液。 • 泡沫分馏：针对已溶解得物质，可以有表 面活性的物质。这包含两个方面，第一， 被分离物本身就可以在气—液表面富集； 第二，被分离物可以和某物质，结合物可 以在气—液表面富集。 • 由于本法很设计、原理、效果可以和精馏 相类比，故又叫泡沫分馏。 • 泡沫浮选：分离不溶解的物质，按粒子性 质不同（分子还是胶体、是大颗粒还是小 颗粒、不同等），分离方法不同分以下几
泡沫
• 泡沫的形成和组成部分 ： 泡沫是由被极薄的液膜 所隔开的许多气泡所组成的，当气体在含活性剂 的水溶液中发泡时，首先在液体内部形成被包裹 的气泡。在此瞬时，溶液中表面活性剂分子立即 在气泡表面排成单分子膜，亲油基指向气泡内部， 亲水基指向溶液，该气泡会借浮力上升冲击溶液 表面的单分子膜。在某种情况下，气泡也可从表 面跳出。此时，在该气泡表面的水膜外层上，形 成与上述单分子膜的分子排列完全相反的单分子 膜，从而构成了较为稳定的双分子层气泡体，在 气相空间形成接近于球体的单个气泡。许多气泡 聚集成大小不同的球状气泡集合体，更多的集合 体集聚在一起形成泡沫。
Gibbs(吉布斯)等温吸附方程
Γ为吸附溶质的表面过剩量，即单位面积上吸附溶质 的摩尔数与主体溶液浓度之差,对于稀溶液即为溶质 的表面浓度，可通过 σ (溶液的表面张力)与浓度c(溶 质在主体溶液中的平衡浓度)来求得；Γ/c为吸附分配 因子。
捕收剂
• 捕收剂能选择性地作用于矿物表面,提高矿物的疏水性 ,使 矿粒能更牢固地附着于气泡而上浮。捕收剂按其在水中解 离程度分为两大类:非极性捕收剂和极性捕收剂。非极性 捕收剂主要是非极性烃类和不溶性的酯类，前者是非极性 物。 • 自然界中除煤、石墨、硫磺、滑石和辉钼矿等矿物颗粒表 面疏水、具有天然的可浮性外，大多数矿物均是亲水的， 金矿物也是如此。加一种药剂能改变矿物颗粒的亲水性而 产生疏水性使之可浮。极性捕收剂由能与矿物颗粒表面发 生作用的极性基团和起疏水作用的非极性基团两部分组成。 当这类捕收剂吸附于矿粒表面时，其分子或离子呈定向排 列，极性基团朝向矿物颗粒表面，非极性基团朝外形成疏 水膜，从而使矿位具有可浮性。
• 世界范围内几乎有20亿吨矿石是经过浮选 处理的, 泡沫浮选显然是分离科学中重要的 一个方法。 • 六十年代：工厂污水表面活性剂（直链烷 基磺酸盐、苯磺酸盐） • 七十年代初：有机废水（染料） • 七七年：DNA 、蛋白质、液态卵磷酯等生 物活性物质（阴离子） • 八、九十年代：酶、白蛋白、血红蛋白、 激素等。
2．在生物工程中的应用
• 分离细胞 • 泡沫分离法可以从待分离基质中分离出全 细胞。比如，用月桂酸、硬脂酰胺或辛胺 之间的表面活性剂,对初始细胞浓度为 7.2×108 cfu/cm3的大肠杆菌进行细胞分离, 结果1 min内能除去90%的细胞,用10 min的 时间能去除99%的细胞。 • 此外,泡沫分离还可用于酵母细胞、小球藻、 衣藻等的分离。
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类： 矿物浮选：矿石和脉石离子的分离 粗粒浮选：粒子直径大致1～10mm 微粒浮选：粒子直径为1μm ～1mm 粒子浮选和分子浮选：分离非表面活性粒 子或分子，加入浮选捕集剂与被分离组分 形成难溶或不溶物，后以浮渣形式脱除 • 沉淀浮选：改变溶液的pH值或加入某种絮 凝剂等方法，使需脱除的粒子形成沉淀， 再利用浮选法将沉淀脱除
形成泡沫的气泡集合体包括两个部分，一是泡，两个 或两个以上的气泡，二是泡与泡之间以少量液体构成 的隔膜(液膜)是泡沫的骨架。 泡沫的稳定及层内排液 泡沫不是很稳定的体系，气 泡与气泡之间仅以薄膜隔开，此隔膜也会因彼此压力 不均或间隙液的流失等原因而发生破裂，导致气泡间
的合并现象，或由于小气泡的压力比大气泡高，因此气 体可以从小气泡通过液膜向大气泡扩散，导致大气泡变 大，小气泡变小，以至消失。 泡沫的稳定性一般与溶质的化学性质和浓度，系统温度 和泡沫单体大小、压力、溶液pH值有关。表面活性剂 的浓度愈是接近临界浓度，气泡愈小，气泡的寿命愈长。
若是三个以上，如四个气泡聚集在一起时，见图，最 初可能形成十字形或其他结构，但它是不稳定的，在 相邻气泡间的微小压力差作用下，膜会滑动，直至转 变成上述的三泡结构的稳定形式。这也是泡沫层内排 液的主要原因。
起泡剂
• 起泡剂多数是极性表面活性剂,可以在气—液界面 吸附浓缩 ,降低气 - 液表面能,使气泡体系能量降 低，促使空气分散，生成直径较小的气泡，并能 在相界面上进行定向排列，使其极性端指向水， 非极性端指向空气，由于极性端和水分子发生作 用，在气泡表面形成一层水化层，阻碍了气泡的 兼并，同时还可以增加气泡抗变形及破裂的能力， 使充入水中的空气易于弥散成气泡和稳定气泡。 起泡剂和捕收剂联合在一起吸附于矿物颗粒表面， 使矿粒上浮。常用的起泡剂有：松树油，俗称二 号油、酚酸混合脂肪醇，异构己醇以及各种酯类 等。
典型的三个气泡集合体的结构见图，泡与泡之间壁为平 面，三个泡的共同交界处形成有一定曲率半径的小三角 形柱体，由于这个曲率半径，使液膜中位于平面内的液 体所受的压力要比位于三角柱体壁内的液体所受压力高 很多，这一压力梯度会导致液膜中液体由膜向小三角柱 体流动，从而使平壁逐渐变薄，最后在阻力的平衡下， 膜达到一定的厚度。当膜间夹角为120°时，压力差最 小，泡沫稳定。
调整剂
• 抑制闪锌矿，用水玻璃抑制硅酸盐脉石矿物等、 利用淀粉、拷胶（单宁）等有机物作抑制剂达到 多金属分离浮选的目的。(4)絮凝剂。使矿物细颗 粒聚集成大颗粒，以加快其在水中的沉降速度； 利用选择性絮凝进行絮凝一脱泥及絮凝一浮选。 常用的絮凝剂有聚丙烯酰胺和淀粉等。(5)分散剂。 阻止细矿粒聚集，处于单体状态，其作用与絮凝 剂恰恰相反，常用的有水玻璃、磷酸盐等。浮选 剂的种类和用量随矿石性质和浮选条件及流程特 点而各异，可用试验单位提供药方（或称药剂制 度），在生产实践过程中也可根据上述各种条件 的变化而加以改变。
• 吸附胶体浮选：是以胶体粒子作为捕集剂， 选择性吸附所需的溶质，再用浮选法除去。 • 总体思路两个： • 1----泡沫除杂（反浮选）杂质在表面层富集， 除去泡沫的同时除去杂质。 • 2----泡沫提取（正浮选）目的提取物在泡沫 中富集，收集泡沫的同时得到 预提取物。
机理
• 本大法核心：粒子（离子、分子、分子团 等）在气—液表层富集现象。 • 一个前提:待分离物质本身具有表面活性。 • 方法实质简述：用泡沫分离。
• 图a表示可以被水完全润湿的固体，水滴可沿整个 表面展开，θ值近于零。 • 图b表示，当θ< 90°时，可被水润湿，属亲水性 固体。 • 图c、d，当θ≥ 90°时，此固体表面不易被水润 湿，属于疏水性固体。 • 图e所示当θ=180°，说明此固体表面不被水润湿， 是绝对疏水的固体。