自然界的矿物种类繁多,大约有3500多种。由于结晶时的物质组成、温度、压力等条件的差异,矿物的晶格千差万别,矿物的可浮性与晶体结构有很大的关系。实践表明,具有天然可浮性的矿物不多,只有石蜡、石墨、滑石、叶蜡石、辉钼矿等少数几种。而云母、石英等是没有天然可浮性的矿物。晶体结构与可浮性的关系十分复杂,下面只能列举几种典型矿物晶体结构与可浮性的关系。 (1)石蜡 石蜡是天然有机碳氢化合物,分子式为Cn+H2n+2。石蜡晶体基本的单元是分子,每个分子由锯齿状衔接的碳原子组成。这些石蜡分子结成晶体时,由分子键联系着,是由两个分子瞬间偶极中正、负电荷互相吸引引起的,即色散力起作用,强度较小,它与水分子的永久偶极的作用很小。所以石蜡晶体不论完整或破裂,水分子都很少在它的附近发生定向排列。这就是石蜡亲水性小、疏水性大、具有较好的天然可浮性的原因,也是许多带烃基的漂浮选矿药剂具有疏水性的原因。 (2)石墨 石墨的成分是碳,有一种石墨的晶体结构如图6—5所示。石墨晶体中的碳原子按六方形环状成层排列。层中相邻的两个碳原子以共价键相结合,作用力很强,两层间的碳原子由分子键联系着,作用力很弱。石墨晶体沿层面破裂后形成小片,石墨碎片的两端是断裂的共价键,对于水分子有很大的吸引力,有一部分水分子排列在其周围,所以碎片的两端是亲水的。但是碎片的平面是微弱的分子键,是疏水韵,并占很大的优势。所以结晶石墨的疏水性好,具有天然可浮性。
硫化矿中的辉钼矿(MoS2)和硅酸盐中的叶蜡石与石墨晶体结构相似,有一定的天然可浮性。但并非一切层状的矿物都有天然可浮性,如云母虽然有光滑的片状解理面,在水中其层面以离子键存在,层面与两端都亲水。 (3)石英石英是在选矿过程中最为常见的脉石矿物。它是由许多硅氧四面体彼此以顶角相连,组成向三维空间延伸的架状结构,如图6—6所示。破裂时都是折断Si—O间的共价键,所以断面上有很强的亲水性,没有天然可浮性,断裂后的Si一常吸附OH-,断裂后的O-常吸附H+。
(4)方铅矿(PbS) 铜、铅、锌、铁的硫化矿物的晶体种类较多,其中较有代表性的方铜矿具有简单的立方体晶格,如图6—7所示。
这些金属硫化物中晶格质点间的键力,常常兼有共价键和金属键的性质。破裂面上的原子或离子周围,水分子很容易作定向排列,缺乏天然可浮性,但是它们的表面也很容易吸附氧或有机药剂,这对漂浮选矿是极有利的条件。 总之,矿物的晶格与可浮性的关系,主要取决于表面暴露的是什么键,若表面呈离子键,即表面作用力为很强的静电力场,这类矿物(方解石、萤石等)是亲水的。其天然可浮性差,需加异极性的捕收剂来改变矿物表面的亲水性,才可能漂浮选矿。如果矿物表面是共价晶格或是分子晶格,破碎后表面可能是共价键,也可能是分子键,或两者兼有。如果表面呈共价键,即表面有较强的价键能。这类矿物(如绿柱石、石英等)是亲水的,不易浮,也需要加异极性捕收剂作用后才能漂浮选矿。 只有表面暴露的是分子键,才是疏水的。如前面所述,分子键力有三种,其中以色散力为主的表面疏水性最好,如石蜡、石墨、辉钼矿等。 应当指出,在漂浮选矿实践中,矿物是否可浮,不仅与矿物表面固有的润湿性有关,更主要是要看是否与捕收剂起作用。 |