[科普中国]-矿物润湿性

介绍

矿物与液体接触时，固液间发生相互附着现象，这种附着现象即为润湿，矿物表面润湿前后界面自由能发生变化(见粘着功)。水是最广泛存在的液体，矿物表面的润湿性以矿物亲水性和矿物疏水性表示。矿物润湿性是由矿物本身的结晶化学特性决定的。分子晶格矿物具有分子键，分子之间的结合力很弱，表现为饱和态，呈疏水性，故可浮性良好。离子晶格矿物的碎裂面为离子键，键力较强，呈不饱和态，断面有剩余离子电荷，呈亲水性，可浮性不佳。具有强共价键或离子键的矿物属极性矿物，在极性表面表现出高自由能值，它同水分子起强烈反应，这些矿物具有天然亲水性。

矿物表面润湿性的大小，可用在水溶液中气泡与颗粒间的润湿接触角来表示。接触角越大，矿物表面润湿性越差，其天然可浮性越好。矿物表面润湿性可通过使用浮选药剂处理来改变。1

物理意义矿物颗粒表面的润湿是由水分子结构的偶极性及矿物晶格构造不同引起的，润湿性即矿物被水润湿的程度。易被水润湿的矿物称为亲水性矿物，不易被水润湿的矿物称为疏水性矿物。矿物的润湿性决定着矿粒与气泡发生碰撞接触时，是否能附着于气泡，也即润湿性决定了矿粒的天然可浮性。

表面润湿性强的矿物(亲水性矿物)，天然可浮性差；反之天然可浮性好。矿物表面的润湿性——即亲水或疏水程度通常用接触角来衡量。其物理意义如图4-11所示，当气泡附着于矿粒表面(或水滴附着于矿粒表面)时，在液体所接触的固体(矿粒)表面与气相(气泡、空气)的分界点处(三相分界点)，沿液相或气相表面作切线，切线在液相一方与固体表面夹角称为接触角。接触角θ是三个相界自由能的函数，它既与矿物表面性质有关，也与液相、气相的界面的性质有关。心是能引起任何三相界面自由能改变的因素，都可影响矿物表面的润湿性。

浮选中通常是指三相接触达到平衡状态时的接触角。其形成过程遵守热力学第三定律，当三相接触达平衡时，可以三相界面间表面张力或表面自由能来表示： γ固气=γ固液+γ液气Xcosθ；cosθ值大，θ值小，反映矿物表面有较强润湿性(亲水性)；cosθ值小，θ值大，反映矿物的亲水性较弱(疏水性强)。式4-21表示的接触角是反映矿物表面亲水性与疏水性强弱程度的物理量，接触角θ值愈大，cosθ值愈小，说明矿物润湿性愈小，可浮性愈好。cosθ值介于0～1之间。2

润湿现象矿物可浮性好坏的最直观的标志，就是被水润湿的程度不同，例如石英、云母等很易被水润湿，而石墨、浑辉钼矿等不易被水润湿。易被水润湿的矿物叫做亲水性矿物，不易被水润湿的矿物叫做疏水性矿物。

上图是水滴和气泡在不同矿物表面的铺展情况。图中矿物的上方是空气中水滴在矿物表面的铺展形式，从左至右，随着矿物亲水程度的减弱，水滴越来越难于铺开而成为球形；图中矿物下面是水中气泡在矿物表面附着的形式，气泡的形状正好与水滴的形状相反，则从右至左，随着矿物表面亲水性的增强，气泡变为球形。