浮选虽是继重选之后发展起来的，但随着矿石资源越来越贫，有用矿物在矿石中分 布越来越细和越来越杂，再加之材料和化工行业对细粒、超细物料分选的要求和精度越 来越高，浮选法越来越显示出优越于其他方法的特点，成为目前应用最广且最有前途的 选矿方法（目前在煤炭分选中尚少于重选）。浮选不仅用于分选金属矿物和非金属矿 物，还用于冶金、造纸、农业、食品、医药、微生物、环保等行业的许多原料、产品或废弃物 的回收、分离、提纯等。随着浮选工艺和方法的改进，新型、高效浮选药剂和设备的出 现，浮选法将会在更多的行业和领域得到更广泛的应用。
一般而言，从水的悬浮液中（称矿物和水的悬浮液为矿浆）浮出固体的过程称为浮 选。浮选已有几百年历史。工业中最早釆用的全油浮选是将细粒矿石与大量的油和水 一起搅拌，矿石中某些疏水亲油的矿物进入油中后浮起，其他亲水疏油的矿物则留在水 中，然后从油和水中再分离出不同的矿物。随后工业上釆用的表层浮选法也有近百年 历史，它是将细矿石粉撒在流动水面，矿石中某些疏水亲气的矿物浮在水面，另一些亲 水疏气的矿物则沉到水中，分别收集后实现分离。上述方法虽都很简单，但效率也很 低。
20世纪初开始出现了现代浮选法的雏形一泡沫浮选法，即利用矿浆中产生的气 泡增加气液界面，提高分离效率。最早是通过矿物在悬浮液中产生化学反应生成的气 泡；也有的是将气体直接引入矿浆产生气泡;还有的是将空气和矿浆加压后在常压下释 放产生气泡。1909年发现了松油和醇等作为起泡剂，可形成适宜的气泡。1910年发明 浮选机，使泡沫浮选工业化。1925年又发明了黄药作为捕收剂，浮选得到飞速发展。
基于它的高效分离，近几十年浮选又向其他领域迅速扩展。随着对浮选的逐步认识，加 上新型、高效浮选药剂的出现及浮选机的大型化和多样化，浮选工艺和方法不断改进, 应用范围和规模也不断扩大，仅我国目前就有浮选厂近千家，现全世界每年用浮选处理 的矿物数量已达数十亿吨。
现代的泡沫浮选过程一般包括以下作业:①磨矿一即先将矿石磨细，使有用矿物 与其他矿物或脉石矿物解离;②调浆加药一调整矿浆浓度适合浮选要求，并加入所需 的浮选药剂，以提高效率;③浮选分离一矿浆在浮选机中充气浮选，完成矿物的分选; ④产品处理一浮选后的泡沫产品和尾矿产品进行脱水分离。
在图1-1中，固体矿物颗粒和水构成的矿浆（矿浆通常来自分级或浓缩作业）首先 要在搅拌槽内用适当的浮选药剂进行调和，必要时（在选煤厂）还要补加一些清水或其 他工艺的返回水（如过滤液）调配矿浆浓度，使之符合浮选要求。用浮选药剂调和矿浆 的主要目的是使欲浮的矿物表面增加疏水性（捕收剂或活化剂），或使不欲浮的矿物表 面变得更加亲水,抑制它们上浮（抑制剂），或促进气泡的形成和分散（起泡剂）。调好的 矿浆被送往浮选槽，矿浆和空气被旋转的叶轮同时吸入浮选槽内。空气被矿浆的湍流 运动粉碎为许多气泡。起泡剂促进了微小气泡的形成和分散。在矿浆中气泡与矿粒发 生碰撞或接触，并按表面疏水性的差异决定矿粒是否在气泡表面上发生附着。结果，表 面疏水性强的矿粒附着到气泡表面，并被气泡携带升浮至矿浆液面形成泡沫层,被刮出 成为精矿;而表面亲水性强的颗粒不和气泡发生粘附，仍然留在矿浆中，最后随矿浆流 排出槽外成为尾矿。这种有用矿物进入泡沫、成为精矿称正浮选，反之称为反浮选。图 1-2详细描述了浮选槽内所发生的固液气三相混合、气泡分散和矿化、完成浮选的过 程。由上所述不难看出矿粒表面性质差异的重要，这也是浮选的基本依据。
图1-2浮选槽内的浮选过程 F-入料；K-泡沫精矿;T-尾矿;
0-空气；•-矿粒
固、液、气各相性质
如上所述，浮选是由于不同固体矿物的表面性质差异,通过它们对矿浆中液体和气 体的作用不同而实现分选的。有的矿物疏水、亲气，可粘附到气泡上，进入泡沫成为精 矿，另一些亲水、疏气的矿物则不和气泡粘附，留在矿浆中成为尾矿（正浮选）。浮选中 矿物的表面性质差异主要是由于固体的不同组成和结构所致，由于浮选是包括固、液、 气三相体系的过程，所以又与液相和气相性质密切相关。
固相的结构和性质
浮选中固相由有用矿物和无用的脉石矿物组成，它们以颗粒形式存在。自然界的 矿物按工业用途可分为两大类:工业矿物（如NaCl）和能源矿物（如煤）。前者多为晶体 矿物，后者则为非金属矿物。
1. 矿物的晶体结构
矿物表面性质是决定矿物向气泡附着难易程度的主要因素（又称可浮性）,而影响 矿物表面性质的主要因素是矿物的化学组成和结构。所有的矿物都是由离子、原子、分 子等质点以一定的键（作用力）联系起来的。这些质点在矿物内部可呈规则排列，也可 呈不规则排列。规则排列时称为晶体，不规则排列时称为非晶体。正是由于不同矿物 具有不同晶型结构，因而具有不同表面性质和可浮性。
经破碎解离后的矿物表面由于晶体受到破坏，表面便具有了剩余的不饱和键能，因
图1-3晶体内部的饱和键和表面的不饱和键
此具有一定的'‘表面能”如图1-3所示的一立方体颗粒，晶格内部的A质点和周围质 点的作用力（键力）处于饱和平衡状态，所以A质点和周围质点联系的键称为饱和键。 表面层的三个质点B、C、D则分别有一、二、三个不饱和键指向空间。这些指向空间的 不饱和键有吸引周围物质来满足或补偿其表面不饱和键能的特性，依据其性质和强弱 的不同，对矿物表面与水、与浮选药剂、与气泡、与水中的离子和分子等的吸附作用起决 定性的影响。而这种矿物表面的离子、原子或分子的不饱和表面键能特性及大小又取 决于矿物内部的质点性质、键能特点及断裂面特性。
在晶体结构中，各质点以最高的对称形式按最紧密方式排列,质点间的相互作用力 （键力）使质点相互靠近，到一定距离时由于电子云的穿插又会产生斥力，达到平衡后质 点距离一般不再变化。组成晶格的质点不同，其键力不同，晶体的结构类型也不同，因 而决定了其破碎后断裂面的表面可浮性也就不同。从浮选角度看，即如何从复杂多样 的晶体结构中认识晶体的内部结构与其表面性质的关系，关键是了解晶体内部的质点 性质和强弱，其次是了解矿物从哪部分断裂,然后其表面具有何种性质就大致清楚了。
晶体化学中根据晶体内部质点和键的性质将矿物晶体分为四类:离子晶体、原子晶 体（共价晶体）、分子晶体和金属晶体。图1-4列出六种典型矿物晶体的晶格结构和可 能的断裂面（虚线）（1）离子晶体
离子晶体由阴离子和阳离子组成，阴、阳离子交替排列在晶格结点上，它们之间以 静电引力相结合,这种结合力所形成的键称离子键。矿物断裂时，沿离子界面断开，断 裂后表面露出的是不饱和的离子键。由于阴、阳离子的电子云可以近似地看成球形对 称,故离子键没有方向性，一般配位数较高、硬度较大、极性较强。具有典型离子键的晶 体矿物有岩盐NaCl、萤石CaF-、闪锌矿ZnS、金红石TiO2和方解石CaCO3等。
原子晶体 原子晶体由原子组成，晶格结点上排列的是中性原子，靠共用电子对结合在一起， 这种键称原子键或共价键。共价键具有方向性和饱和性，一般配位数很小，因此，该晶 体结构的紧密程度远比离子晶格低。原子晶格中没有自由电子,故晶体是不良导体;晶 格断裂时，必须破坏共价键,故极性较强。共价键键合强度比离子键高，因此晶体的硬 度比离子晶体高。自然界单纯以共价键结合的晶体在矿物中较少见，最典型的如金刚 石，多数晶体为离子键和共价键的混合键型，如石英SiO-、锡石SnO-等。
（ 3）分子晶体
图1-4典型矿物晶格及可能断裂面
(a)岩盐 NaCl;(b)萤石 CaF*;(c)方解石 CaCOj；(d)重晶石 BaSO4;(e)石墨 C;(f)辉钼矿 MoS*
分子晶体的晶格中分子是结构的基本单元，分子间由极弱的范德华力(即分子间 力)或分子键联接。晶格破裂时暴露出的是弱分子键，分子间的引力与分子间距离的7 次方成反比。分子晶体的特点：分子间无自由电子运动，故为不良导体。组成晶体的分 子键很弱，因此硬度较小，对水的亲和力弱。多数层状构造矿物层与层之间常以弱分子 键相连，如石墨、辉铝矿等。
以上是3种典型的晶体构造，除此之外还有金属晶体。金属晶体的结点上为金属 阳离子，周围有自由运动的电子，阳离子与公有电子相互作用，结合成金属键。金属键 无方向性和饱和性，具有最大的配位数和最紧密的堆积。晶格断裂后其断裂面上为强 不饱和键。自然金和自然铜属于此类。实际上，自然界矿物很少由单一的键组成，常见 的矿物多为混合键或过渡键型晶体。例如，硫化矿物和氧化矿物多为离子一共价键或 离子一共价一金属键;氢氧化物和含氧盐类矿物则多为离子一分子键和离子一共价键。
又如金红石Ti-0之间是以离子键为主向共价键过渡的键型，但离子键占主导地位,故 划为离子晶体。多种元素所构成的晶体常同时存在几种不同性质的键。同一元素组成 的晶体内，有时也有不同的键。因此,具体矿物的内部成键性质应作具体研究。
从断裂面来看，如萤石Ca2+与F-之间作用力较弱，故易于沿此界面断裂。重金石 与方解石各含有基团S0*-、C03-，基团内部都是共价键，金属离子与基团之间是离子 键，晶格往往沿离子交界面断裂。石墨与辉铝矿具有典型的层状结构。石墨中的碳原 子，在同一层内相距1.42x10-10m，层与层之间距离为3.39x1O-1om，所以易沿层片间 断裂。
1. 矿物的表面键能、极性与天然可浮性的关系
矿物晶格破裂时，由于暴露在表面的键型不同，矿物表面性质也就不同，其规律大致如下：
① 当断裂面以离子键为主,表面不饱和键具有强的静电吸引力，为强不饱和键。
② 当断裂面以共价键为主，表面不饱和键多为原子键。该类表面有较强静电力或 偶极作用，亦为强不饱和键。
③ 当断裂面以分子键为主,其表面不饱和键多为弱键。如矿物表面以定向力、诱导 力为主，此种弱键又强于色散力为主的弱键。
矿物表面键能的差异对矿物的可浮性有极大的影响。这就是决定矿物可浮性的 “键能因素”当矿物表面具有较强的离子键、共价键时，其不饱和程度较高，矿物表面 有较强的极性和化学活性，对极性水分子有较大的吸引力，矿物表面表现出亲水性，称 之为亲水性表面，此时的矿物可浮性差。当矿物表面是弱的分子键时，其不饱和程度较 低,矿物表面的极性和化学活性均较弱，对极性水分子的吸引力小，这种矿物表面具有 疏水性，称为疏水性表面，此时的矿物可浮性好。
自然界中天然可浮性好的矿物较少。通常，具有分子键的晶体，如石蜡、硫磺具有 良好的天然可浮性;片状或层状结构的晶体,如石墨、滑石则具有中等天然可浮性;其他 多数矿物都具有强的亲水性，其天然可浮性较差。大多数硫化矿、氧化矿、硅酸盐矿等 都具有强的亲水性。要实现各类矿物的浮选主要是依靠人为地改变矿物的可浮性。要 人为的改变可浮性，最有效的方法是靠调节不同的浮选药剂在不同矿物表面的吸附。 如捕收剂定向吸附在矿物表面，其一端具有极性，朝向矿物表面,可满足矿物表面未饱 和的键能，另一端具有非极性朝外,从而造成矿物表面的“人为可浮性”如石蜡或烃类油 那样疏水。
2. 矿物表面不均匀性和可浮性
浮选中常发现，同一种矿物的可浮性差别相当大。其原因是实际矿物很少是理想 典型的纯矿物，它们存在着许多物理不均匀性、化学不均匀性和物理一化学不均匀性 (半导体),从而造成了表面的不均匀性，使可浮性发生各种变化。矿物表面不均匀性是 多种原因作用的结果，但主要是物理的和化学的两类。
(1) 矿物的物理不均匀性
典型完整的矿物晶体是少见的，总有各种结构上的缺点。矿物在生成及经历地质 矿床变化过程中，矿物表面呈现的宏观不均匀性和晶体产生各种缺陷、空位、夹杂、错位 以至镶嵌现象，统称物理不均匀性。
实际矿物的缺陷常见的有:存在阴离子空位，或夹带有间隙阳离子;存在阳离子空 位,或夹带间隙阴离子。前两种情况使矿物的金属阳离子过量;后两种情况使非金属阴 离子过量。晶体的错位是晶体的一种不整合现象,是晶体受外力的作用产生变形或沿 着某一晶面产生滑动或晶格产生错乱的现象。实际晶体往往是由许多不同取向的微晶 互相镶嵌而成的，形成所谓的“镶嵌现象”实际晶体的“微缺陷”造成矿物的不均匀性, 对矿物的可浮性有直接的影响。
自然界金属硫化矿物如方铅矿、黄铜矿、黄铁矿,都具有半导体性质。N型半导体靠电子导电,P型半导体靠空穴导电。矿物的半导体性质主要受晶体所含杂质的影响。 当晶体中存在阴离子空位或夹带间隙阳离子时，则构成N型半导体；当晶体中存在阳 离子空位或夹带间隙阴离子时，由于"正孔”的存在构成P型半导体。一般硫化矿物在 和氧作用以前属于N型半导体,靠电子导电。和氧作用以后，矿物表面自由空穴的浓 度增大，可以转变为P型半导体。硫化矿物吸附氧转变为P型半导体以后吸附捕收剂 黄原酸阴离子的能位增高，硫化矿物易于实现浮选。
实际矿物表面经常存在细微的空隙和裂纹。不同矿物由于内部空隙与裂纹的多少 不同，矿物的比表面积相差很大。例如：粒度为147 - 208!n的石英比表面积为 3000cm2,软锰矿的比表面积为155000cm2,同样粒度的烟煤其比表面积竟高达 1500000cm2 o
（2） 矿物的表面化学不均匀性
在实际矿物中，各种元素的键合，不像矿物化学分子式那样单纯，常夹杂许多非化 学分子式的非计量组成物。Cu、Pb、Zn、Hg、Ag对S有很强的键合强度，具有形成硫化物 的条件，因而常形成这类金属的硫化矿物。但是As、Sb、Bi却以络硫阴离子的形式与 Cu:、Pb:、Ag+等形成含硫矿物，并且还可呈AsS、As2S3、Bi2S3等形式。Se和Te的性质 与S相近，因而就常以类质同象的方式混入各种硫化矿物（如黄铁矿、磁黄铁矿）中。
在硫化矿物中，有些非计量夹杂物往往具有重要意义。如磁黄铁矿中的镍,黄铁矿 及黄铜矿中的金，方铅矿中的银等。掌握金属共生规律，认识矿物的化学不均匀性与可 浮性的关系，对综合回收有用成分,提高选矿效果，具有重大的实际意义。
（3） 矿物表面不均匀性与可浮性
矿物表面的不均匀性直接影响矿物表面和水及药剂的作用。近代釆用示踪原子研 究药剂和矿物的作用表明，药剂在矿物表面的分布是不均匀的，经常呈斑点状。在某个 部位没有吸附药剂,而在另一部位吸附了几个甚至几十个分子厚度的药剂。与药剂作 用的活泼部位称为活化中心。一般认为，药剂与矿物的作用首先从活化中心开始，然后 再往外延伸。总之，由于矿物表面的不均匀性造成了矿物表面各区域浮选性质的差异。
图1-5方铅矿（PbS）的缺陷与黄药离子反应示意图
图1-5是一种矿物的物理不均匀性（晶格缺陷，阳离子空位）与一种浮选捕收剂 —黄药的反应示意图。由于阳离子空位，使化合价及电荷状态失去平衡，在空位附近 的电荷状态使硫离子对电子有较强的吸引力，而阳离子则形成较高的电荷状态及较多 的自由外层轨道。缺陷使晶体成为P型，因而形成对黄原酸（阴）离子较强的吸附中心。
相反，若缺陷使晶体成为N型（阴离子空位或阳离子间隙），则不利于黄原酸（阴）离子 吸附。
理想的方铅矿晶体内部,Pb-S之间大部分为共价键，只有少量为离子键，其内部 价电荷是平衡的，故对外界离子的吸附力不强。缺陷使内部价电荷不平衡，从而形成表 面活性，这就是缺陷的类型及浓度（缺陷数目）直接影响可浮性及使不同的方铅矿具有 不同可浮性的原因之一。对硫化矿而言，缺陷除影响捕收剂吸附外还影响氧化还原状 态及界面电化学反应。
图1-6磷灰石的化学不均匀性与可浮性
1-F磷灰石C*5（PO4）F（人工合成）;2-F磷灰石C*5（PO4）F（西班牙）；
3-F磷灰石Ca5（PO4）F（前苏联）,4 -C1磷灰石Ca5（PO4）Cl（人工合成）；
5-C1磷灰石C*5（PO4）3C1（挪威）,6-方解石;7-萤石
图1-6是磷灰石的化学不均匀性与可浮性的关系。如前所述，方铅矿、闪锌矿、黄 铜矿、黄铁矿等许多硫化矿物的可浮性异常都与化学组成的不规则性有关。例如，不同 矿床的闪锌矿（ZnS）具有不同颜色便与其中所含杂质有关。绿色、灰色和黄绿色是二价 铁离子引起的；深棕色、棕褐色和黄棕色是锌离子本身显色特性和同晶形镉离子的取代 所致。随着闪锌矿晶格中铁离子增加，其颜色由浅变深，当铁离子含量达20%左右，甚 至达到26%时，闪锌矿变成黑色，并称之为高铁闪锌矿。各种颜色的闪锌矿可浮性异 常极为明显。一般Ag、Cu和Pb这类杂质能够提高闪锌矿的可浮性，而另一些杂质，特 别是铁则降低闪锌矿的可浮性，并影响到锌精矿的质量。杂质的取代交替，使得闪锌矿 中的离子键分布、晶格参数、晶体表面能及半导体电性发生变化,从而使闪锌矿有广泛 的化学不均匀性。
矿物化学组成不规则性对非硫化矿的影响亦很明显，例如，磷灰石有两种：OH磷 灰石和F磷灰石。它们的成分分别为Ca5（PO4）3OH和Ca5（PO4）3F，其中的Ca2+可以被 下列成分所置换：Mn、Sr、Mg、Na、K、Cu、Sn、Pb和稀土元素等；PO.-可被SO/-、SiO4-、 co3-、Aso4-、vo3-及c<o4-等所取代;f-可被oh-、ci-所取代。这些取代，使磷灰石 有广泛的化学不均匀性，从而具有不同的可浮性。如图1-6所示，不同组分及产地的 磷灰石，其可浮性有很大差别。
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