2.3　钛铁矿浮选体系的溶液化学计算

计算浮选药剂在溶液中的溶解、解离与缔合平衡，矿物溶解、解离与表面电荷平衡及浮选药剂与矿物相互作用的平衡关系等，可以确定浮选药剂对矿物起浮选活性的有效组分，药剂与矿物相互作用的条件，矿物上浮或抑制的条件，可为合理选择药剂及药剂用量提供理论依据。席振伟等对此进行了详细计算。

（1）钛铁矿的浮选溶液化学计算

钛铁矿为三方晶系，晶体结构与刚玉相似，不同之点在于刚玉结构中三价阳离子Al3+的位置被Fe2+和Ti4+替换并相间排列而成。因此对于钛铁矿的溶液化学计算可以通过分别计算FeO与TiO2的溶液化学计算表示。钛铁矿表面覆盖有氢氧化类的化合物，氢氧化钛是两性的，其解离受H影响，具体表示如下。

酸性介质中：

碱性介质中：

FeO的水溶液中存在下列平衡：

由上述平衡关系，可得各组分浓度与pH的关系：

　　 （2-1） 　　

lg[Fe（OH）+]=lg（K1[Fe2+][OH-]）=3.4-pH　　（2-2）

lg[Fe（OH）2]=lg（K2[Fe2+][OH-]2）=-7.7　　（2-3）

　　 （2-4） 　　

TiO2的水溶液中存在下列平衡：

由上述平衡关系，可得各组分浓度与pH的关系：

　　 （2-5） 　　

lg[Ti（OH）3+]=lg（K1[Ti4+][OH-]）=-1.8-3pH　　（2-6）

　　 （2-7） 　　

　　 （2-8） 　　

lg[Ti（OH）4]=lg（K4[Ti4+][OH-]4）=-3.97　　（2-9）

由上式可绘制出钛铁矿的浓度对数图，见图2-10。

由溶液化学理论可知，钛铁矿颗粒表面上的Ti、Fe质点在水溶液中溶解并进行水化反应后，生成各种络合离子和中性络合物。在低pH值下，钛铁矿表面因吸附Ti4+、Ti（OH）3+、TiO2+、Fe3+等离子，表面显正电；在等电点附近，钛铁矿表面因吸附Ti（OH）4、Fe（OH）+、等离子，表面不显电；在高pH值下，钛铁矿表面因吸附等离子，表面显负电。

（2）油酸钠浮选溶液化学计算

油酸的溶解S=10-7.6度，通常浮选用量下，矿浆中油酸的浓度均大于溶解度，此时水溶液中溶解的油酸RCOOH（aq）与不溶的液态油酸RCOOH（l）间成饱和溶液，平衡如下：

质量等衡式MBE为：

将K值代入上式，并令KH=Ka/[H+]，得：

RCOOH（aq）与RCOOH（l）成平衡的临界pH值由下式确定：

由此算得不同浓度下，RCOOH（aq）与RCOOH（l）成平衡的pH1值，如表2-4所示。

因此，若pH>pHl，由上述几式可求得：

　　 （2-10） 　　

设，

则有：

［RCOOH（aq）]=W/4Z

［RCOO-］=KH·［RCOOH（aq）］=KHW/4Z

当pH<pHl时，根据K值计算的方程组有：

lg[RCOOH（aq）]=lgS　　（2-11）

lg[RCOO-]=lgKa+lgS+pH　　（2-12）

　　 （2-13） 　　

　　 （2-14） 　　

当CT=1.5×10-4mol/L时，可求得形成离子-分子缔合物浓度的最大pHm=8.37。由上述方程组可绘出不同浓度下油酸盐各组分的浓度对数图。图2-11是CT=1.5×10-4mol/L时，油酸盐溶液的浓度对数图。

油酸钠在水溶液中有RCOOH（aq）、RCOOH（l）、RCOOH-、、RCOOH·RCOO-等组分。当CT=1.5×10-4mol/L时形成离子-分子缔合RCOOH·RCOO-最大的pH为8.37，油酸钠捕收钛铁矿的pH值区间为4～10，回收率最大时的矿浆pH值也大致在此pH值附近，可见在与矿物作用时，主要是RCOOH·RCOO-起着活性组分的作用。一般钛铁矿和钛辉石的分离在弱酸性条件下进行-这时溶液中的主要组分为油酸分子RCOOH和RCOO-，钛铁矿表面的主要离子为、Fe（OH）+、Fe3+，利于离子-分子缔合物在矿物表面的吸附。在强酸条件下，油酸主要呈分子状态，发生捕收作用的活性不强。在强碱性介质中，因OH-浓度大，OH-与油酸阴离子或离子-分子缔合物发生吸附竞争，降低了油酸钠的捕收作用。

（3）苯甲羟肟酸浮选溶液化学计算

苯甲羟肟酸为弱酸，在水溶液中溶解度（25℃）为2.25g/100ml，且存在解离平衡，在水溶液中，未解离的分子与解离的离子间的比例，取决于苯甲羟肟酸的解离平衡和介质的pH值。苯甲羟肟酸（简写HB）的解离平衡常数pKa为8.1，在水溶液中有：

根据质量平衡CB=[HB]+[B-]，可得：

对上两式两边取对数可得：

lg[B-]=lg[CB]-lg（Ka+[H+]）+lgKa　　（2-15）

lg[HB]=lg[CB]-pH-lg（Ka+[H+]）　　（2-16）

将CB=1.5×10-4mol/L，pKa=8.1代入上式可绘制苯甲羟肟酸溶液的浓度对数图，如图2-12。

当pH<Ka，即pH<8.1时，苯甲羟肟酸水溶液中HB组分占优；而当pH>8.1时，B-组分占优。由浮选实验结果可知，在苯甲羟肟酸最佳浮选pH在5～9范围内，苯甲羟肟酸水溶液中离子B-组分与HB组分相当。当pH值过低时，苯甲羟肟酸加合质子H+减少了能与金属离子螯合的苯甲羟肟酸离子的数量，从而导致捕收能力下降；而且当pH值过高时，虽然螯合剂解离增大，同样由于OH-的竞争作用，使苯甲羟肟酸与金属螯合的数量减少，也使捕收能力下降。在pH=8.1附近，同油酸钠的作用类似，苯甲羟肟酸水溶液中分子HB和离子B-会共吸附在钛铁矿表面，苯甲羟肟酸离子B-螯合在钛铁矿表面，苯甲羟肟酸分子的非极性部分又会以氢键的形式吸附在原先的单分子层上，这种离子-分子共吸附的作用，增加苯甲羟肟酸的活性，表现出较好的捕收性能。由此推测苯甲羟肟酸在钛铁矿表面的多层吸附模型可能如图2-13所示。