在梯度匹配时, 磁力与颗粒半径的二次方成正比。由于有效磁力限于颗粒直径范围内, 故钢毛的每个捕收点只能捕收一个匹配颗粒。因此钢毛捕获的磁性颗粒的体积大致与钢毛的体积相同。 13．简述磁性颗粒在磁选机中分离的两种主要方式。
【解】磁性较强的颗粒与磁性较弱的颗粒在磁选机中的分离主要有两种方式。
一是吸住式，物料给入靠近磁极的区域，较强磁性颗粒受磁极的吸引而吸住在磁极上或紧靠磁极的圆筒上或聚磁介质上，而使之进入磁性产品中，而磁性较弱的颗粒在竟争力的作用下随料浆流或给料输送带进入非磁性产物。
二是吸引式, 物料进入磁选机磁场中, 较强磁性颗粒受磁场吸引, 但又有竞争力作用而不能沉积在磁极上, 只是朝向磁极运动；磁性较弱的颗粒受的竞争力大, 背离磁极运动, 两种不磁性颗粒的运动背道而驰而得到分选。 14．简述电选分离的基本原理。
【解】电场分选(简称电选) 就是基于被分离物料在电性质上的差别, 利用电选机使物料颗粒带电，在电选机电场中颗粒受电场力和机械力(重
力、离心力等) 的作用, 不同电性质的颗粒运动轨迹发生分离而得以使物料分选的一种物理分选方法。
电选过程与电选机的类型有关，应用较多的是高压电晕鼓筒式电选机，其结构示意如图所示。电极由接地圆筒和高压电晕极构成。电晕极为尖形极或细丝极，当电压提高到一定值后会产生电晕放电使颗粒带电。导体颗粒C与圆筒接触，迅速传走电荷，在滚筒离心力作用下，被抛落到导体产品接料斗中；非导体颗粒NC也接触滚筒, 但只传走部分电荷，继续吸于筒面，运转至后方被抛落或用毛刷刷人非导体产品接料斗中；中间导电性颗粒MC落人中间产品斗中。
15．为什么复合物理场能强化分选效果？
【解】复合电场为静电场与电晕电场的叠加电场,结合了这两种电场的优点, 既有电晕放电又有静电场, 扩大了导体颗粒与非导体颗粒所受电场力的差别, 即导体颗粒受到背离鼓筒的电场力和非导体颗粒吸筒面的电场力都较前两种电场单独使用时大,因而提高了分选效果。
16．有关复合力场的计算分析通常采用什么方法？
【解】各种物理场都可以用微分方程来描述，其求解方法有解析解法和数值解法两大类。解析解法需要掌握有关领域的系统知识和较深的数学理论，比较简单的物理场可以用解析法求出精确解，复杂的问题只能用数值解法求解。
第6章 表面物理化学分选
１. 什么是表面物理化学分选？
【解】利用物料颗粒间的表面物理化学性质差异来进行分选，称为表面物理化学分选。目前，表面物理化学分选方法中应用最广泛，也是最重要的是浮选。浮选是利用矿物表面物理化学性质差异，（特别是表面润湿性）在固-液-气三相界面，有选择性富集一种或几种目的物料，从而达到与废弃物料分离的一种选别技术。
２. 润湿现象中的沾湿(a)、铺展(b)和浸湿(c) 三种类型有何区别和联系？
【解】沾湿，系统消失了固-气界面和水-气界面，新生成了固-水界面，单位面积上位能降低为： W SL = gSG + gLG - gSL = - ?G
如果 gSG + gLG > gSL ，则位能的降低是正值，沾湿将会发生。
铺展：系统消失了固-气界面，新生成了固-水界面和水-气界面，单位面积上 W = gSG - gSL - gLG = - ?G
若 gSG > gSL + gLG，水将排开空气而铺展，为了达到很好的润湿, 须使 gLG和 gSL降低，而不降低 gSG。 浸没 系统消失了固-气界面，新生成了固-水界面，单位面积上 W = gSG - gSL 因此，自发浸没的必要条件是 gSG > gSL， 使每个连续阶段成为可能的必要条件是： 由阶段Ⅰ到阶段Ⅱ gSG + gLG > gSL 由阶段Ⅱ到阶段Ⅲ gSG > gSL 由阶段Ⅲ到阶段Ⅳ gSG > gLG + gSL
如果第三阶段是可能的，则其他阶段亦皆可能。因此浸没润湿的主要条件是： gSG -gSL >gLG。所以浸没润湿与铺展润湿的条件相同。 ３. 固体颗粒表面润湿性的度量有哪些参数？与颗粒浮选行为有何联系？
【解】固体颗粒表面润湿性的度量有接触角、润湿功与润湿性、粘着功与可浮性。
接触角可以标志固体表面的润湿性。如果固体表面形成的θ角很小，则称其为亲水性表面；反之，当θ角较大，则称其疏水性表面。θ角越大说明固体表面疏水性越强；θ角越小，则固体表面亲水性越强。
润湿功亦可定义为：将固-液接触自交界处拉开所需做的最小功。显然，W SL越大，即cosθ越大，则固-液界面结合越牢，固体表面亲水性越强。
W SG表征着矿粒与气泡粘着的牢固程度。显然，W SG越大，即（1-cosθ）越大，则固-气界面结合越牢，固体表面疏水性越强。 当矿物完全亲水时，θ=0°，润湿性cosθ=1，可浮性（1-cosθ）= 0。此时矿粒不会附着气泡上浮。当矿物疏水性增加时，接触角θ增大，润湿性cosθ减小，可浮性（1-cosθ）增大。 ４. 矿物的表面润湿性是如何分类的？
【解】矿物表面润湿性，实际上反映了水化作用的强弱，其中价键性质是水化作用能的主要影响因素，因而矿物价键与其表面润湿性直接相关，依据价键特性，可以把矿物的自然润湿性分为4个类型，即强亲水性、弱亲水疏水性、疏水性、强疏水性。 ５. 如何改变固体间表面的天然润湿性差异，创造出较大的人工润湿性差异，从而有利于实现浮选？
【解】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。
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q和天然强疏水性，见表6-1），参见图6-16。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的，为pH调整剂。 ６. 矿物在水介质中的表面电现象是如何起源的？简述矿物表面的双电层结构。 【解】矿物在水介质中的表面电现象起源于离子优先解离（或溶解）、离子优先吸附、离子吸附和电离、离子晶格取代。
矿物表面的双电层结构可用斯特恩（Stern）双电层模型表示。
在两相间可以自由转移，并决定矿物表面电荷（或电位）的离子称“定位离子”。定位离子所在的矿物表面荷电层称“定位离子层”或“双电层内层”。如图中的A-A层。 溶液中起电平衡作用的反号离子称：“配衡离子”或“反离子”。配衡离子存在的液层称“配衡离子层”或“反离子层”、“双电层外层”。
在通常的电解质浓度下，配衡离子受定位离子的静电引力作用，在固-液界面上吸附较多而形成单层排列。随着离开表面的距离增加，配衡离子浓度将逐渐降低，直至为零。
因此，配衡离子层又可用一假设的分界面将其分成“紧密层”（或称“斯特恩层”），如图中的B-B层；以及“扩散层”[或称“古依（Gouy）层”]，如图中的D层。该分界面称为“紧密面”。紧密面离矿物表面的距离等于水化配衡离子的有效半径（δ）。 ７. 什么是零电点PZC，什么是等电点IEP？
【解】当ψ0 为零（或表面净电荷为零）时，溶液中定位离子活度的负对数值被定义为“零电点”，用符号PZC（Point of Zero Charge）表示。 当没有特性吸附，ζ电位等于零时，溶液中定位离子活度的负对数值为“等电点”。用符号IEP（Isoelectric Point）表示。 ８. 什么是动电现象？它有何应用？如何通过动电现象来测定 ζ电位？
【解】当一相相对于另一相运动时，会引起一些电现象，称为电动现象，包括电渗、电泳、流动电位和沉降电位。 由电渗法测定ζ电位通常是测出电渗电流和液体的电渗流出体积V ml/s,由下式求出ζ电位：
κ＊――溶液电导率Ω－1cm-1，3002为换算因子，η为粘度 泊（g/cm·s），D为液体的介电常数，i为电流强度 安培，V为电渗时液体流过多孔性物质的体积（ml·s-1）。
电泳法测ζ电位通常由所施加的电场强度i，测得界面移动速度u，然后求得电泳迁移率u0, 便可根据式（6-25）求得 ζ电位
(伏特)
９.举例说明颗粒表面电性与浮选药剂的吸附，颗粒可浮性的关系？
【解】PZC和IEP是矿物表面电性质的重要特征参数，当用某些以静电力吸附作用为主的阴离子或阳离子捕收剂浮选矿物时，PZC和IEP可作为吸附及浮选与否的判据。当pH>PZC时，矿物表面带负电，阳离子捕收剂能吸附并导致浮选, pH 以浮选针铁矿为例，针铁矿的零电点PZC为pH=6.7，当pH<6.7时，其表面电位为正，此时用阴离子捕收剂，如烷基硫酸盐RSO4-，或烷基磺酸盐RSO3-，以静电力吸附在矿物表面，使表面疏水良好上浮。当pH>6.7时，针铁矿的表面电位为负，此时用阳离子捕收剂如脂肪胺RNH3， 以静电力吸附在矿物表面，使表面疏水良好上浮。 １０.锡石的ｐHpzc=6.6。计算ｐH=4和ｐH＝8时锡石表面电位的大小，并说明其表面电性质。分别在此两种不同条件下浮选锡石时，如何选择捕收剂？ 【解】 pH=4时锡石表面电位 选择阴离子性捕收剂 pH=8时锡石表面电位 选择阳离子性捕收剂 11.简述半胶束吸附现象，及其在浮选中的应用。 【解】当阴离子表面活性剂浓度较低时，离子完全靠静电力吸附在双电层外层，起配衡离子作用，因此又称为“配衡离子吸附”。在浓度较高时，表面活性剂离子的烃链相互作用，形成半胶束状态，产生半胶束吸附。这种吸附是在静电力吸附基础上，又加上分子烃链间的范德华力的作用。 半胶束吸附有利于增强矿物表面的疏水性，强化药剂对矿物的捕收能力。 １２.矿物溶解对浮选过程有何影响？ 【解】矿物溶解对浮选过程在以下几个方面存在影响。 （1）矿浆pH值及其缓冲性质 硫化物矿物溶解后对溶液pH值一般无影响。氧化物矿物溶解后，对溶液pH值的影响也不大。盐类矿物的矿浆pH值一般维持在某一狭小范围，这就是盐类矿物矿浆的缓冲性质。这意味着，无论矿浆的初始pH值是多大，经过一定时间平衡后，盐类矿物矿浆的pH值最终会趋于某一狭小范围。 （2）可浮性 水化能大的，其溶解度大，矿物亲水性大，可浮性差。因此，较难溶的纯净的硫化矿表现出一定的天然可浮性，而溶解度较大的氧化矿是亲水的，没有天然可浮性。 （3）矿物溶解离子的活化作用 由于矿物的溶解，使矿浆中溶入了各种离子，这些离子会对矿物的浮选产生重要影响。例如溶解的Cu2+会使闪锌矿、黄铁矿的浮选明显改善，这时，我们称Cu2+起了活化作用。 １３.简述硫化矿物表面静电位与硫基捕收剂在矿物表面吸附的关系。 【解】当电极上没有净电流通过（即开路条件）时所测得的电极电位被称为静电位。 捕收剂只在那些矿物的静电位大于相应的二硫化物生成的可逆电位时，才氧化成二硫化物。对于那些静电位低于可逆电位的硫化物，使生成金属捕收剂盐。 １４.简述硫化矿可浮性大小与容度积判据意义。 【解】用药剂与硫化矿金属离子反应产物的溶度积大小衡量药剂对硫化矿的作用能力，溶度积小时，药剂对矿物的捕收能力强，反之则弱。例如按照乙基黄原酸盐溶度积依次增大的顺序排列，常见硫化矿金属离子顺序如下（用当量溶度积Ksp1/m比较）： Au+，Cu+，Hg2+，Ag+，Bi3+，Pb2+，Ni2+，Zn2+，Fe2+ 这也大体上是这些金属硫化矿，用乙黄药浮选时，可浮性依次降低的顺序。 １５.根据硫化矿浮选电化学原理。如何强化浮选过程中硫化矿的浮选和抑制行为？ 【解】根据硫化物矿物与巯基类捕收剂相互作用的电化学机理和混合电位模型，硫化物矿物、捕收剂、氧气三者的相互作用如图所示。 曲线O代表阳极过程；捕收剂离子X-与矿物作用或捕收剂离子X-的自身氧化。 曲线R表示阴极过程：氧的还原。 图中A处于表示实际的混合电位，此时阳极电流和阴极电流大小相等，方向相反。根据硫化矿浮选电位学理论，可以从以下五个方面强化或抑制浮选。 （1）当加入还原剂，如亚硫酸盐、SO2气体等，或减少悬浮液中的氧含量时，氧的还原电流降低，R曲线变为Rˊ，混合电位由A处移至B 处。表明氧化反应（O线表示）难以进行，即捕收剂不能在矿物表面形成疏水产物，浮选受到抑制； （2）若增大捕收剂浓度，或者加入长烃链的同系列捕收剂（较短链同系捕收剂易氧化），氧化电流（O线）增大至Oˊ线，从图可知在B处仍有捕收剂与硫化物矿物的作用，表明浮选加强； （3）提高捕收剂与矿物作用的氧化电位（如降低捕收剂浓度），使捕收剂的氧化需要更高的电位，即将O线移至O″线，则浮选难以进行，矿物受到了抑制； （4）浮选过程中加入比捕收剂更易氧化的药剂，与O2形成共轭反应，消耗氧，也可以实现浮选的抑制； （5）硫化矿表面预先氧化形成亲水物质，捕收剂难以吸附，浮选受到抑制 １６.晶体的分类，结构和性质以及矿物的晶格结构与极性对矿物可浮性的影响？ 【解】矿物表面润湿性，实际上反映了水化作用的强弱，其中价键性质是水化作用能的主要影响因素，因而矿物价键与其表面润湿性直接相关，依据价键特性，可以把矿物的自然润湿性分为4个类型，即强亲水性、弱亲水疏水性、疏水性、强疏水性。 类 型 表面不饱和键性质 E/EW 接触角(θ) 界面水结构类型 代表性矿物 强亲水 离子键、共价键、金属键 >>1 无 A型 石英、云母、锡石、刚玉、、高岭石、方解石等 弱亲水 弱疏水 离子—共价键(部分自身闭合) 1左右 无，或θ很小 A型为主 方铅矿、辉铜矿、闪锌矿等 疏 水 强疏水 分子键为主（层面间），离子，共价键为辅（层端断面） 色散作用为主的分子键 <1 <<1 中等，40°~90° 大，90°~110° B型为主 B型 滑石、石墨、辉钼矿、叶腊石等 自然硫、石腊 １７.空气的组成，特别是氧对矿物浮选的影响如何？ 【解】空气中氧的含量对矿物浮选主要主要有以下几点影响： (1) 影响硫化矿矿物表面的氧化速度； (2) 影响硫化矿矿物表面的氧化程度； (3) 影响硫化矿矿物表面与药剂的吸附方式与吸附产物。 第7章 矿物加工药剂 1.什么是表面活性剂？ 【解】溶质加入到溶剂中可使其表面张力发生变化，有三种情形：有的物质如强电解质等物质使溶剂表面张力升高，有的物质如低碳醇等有机化合物使溶剂表面张力逐渐降低，另一些物质如油酸钠在其加入少量时会使溶剂表面张力急剧下降，但降到一定程度后便下降得很慢，或不再发生变化，并可能出现表面张力的最低值。通常，把能使溶剂表面张力降低的性质称为表面活性（对此溶剂而言）。而具有表面活性的物质称为表面活性物质。少量物质即能明显降低溶剂的表面张力，而且在某一浓度下表面张力曲线出现水平线，这类物质称为表面活性剂。 2.表面活性剂有何主要用途？浮选表面活性剂主要有哪些？ 【解】表面活性剂主要有润湿、增溶、起泡、乳化、分散和去污作用。浮选表面活性剂，根据其用途并结合药剂的属性以及解离性质等，分为捕收剂、起泡剂两大类。 作为捕收剂的这类浮选表面活性剂，其极性基（亲固基）以羧酸基及胺基为主。这类药剂对矿物晶格表面有O原子的氧化物矿物有选择性捕收作用，同时也有较强的起泡性。 作为起泡剂的浮选表面活性剂，极性基通常是羟基—OH、醚氧基—O—等，一般用异构烷基、萜烯基、苯基和烷氧基作烃基，碳原子数多在6～9个左右。 3.异极性浮选捕收剂的结构有何特点？主要有哪些类型？ 【解】它们的分子结构类似于表面活性剂，均由非极性的亲油（疏水）基团和极性的特定亲固基团构成，形成既有亲固性又有亲油（疏水）性的所谓“双亲结构”分子。异极性浮选捕收剂的疏水基通常是2~6个碳原子的脂肪族烃基、脂环族烃基和芳香族烃基，常写成R—；异极性浮选捕收剂的亲固基团中的亲固原子一般为S，这类药剂对矿物晶格表面有S原子的硫化矿物有选择性吸附捕收作用。主要有硫代化合物、硫代化合物的酯、多硫代化合物。 4.浮选捕收剂的亲固基团的键合原子有哪些？其与矿物表面的吸附遵循什么原则？
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