选矿浮选药剂分类及机理
浮选捕收剂(collectors)是能提高矿物表面疏水性的一类药剂，也是矿物浮选最主要的一类药剂。由于浮选是利用捕收剂与矿物表面的活性点作用，从而使矿物表面疏水上浮的选矿方法，而自然界中，天然疏水性矿物(hydrophobic minerals)为数甚少，大部分矿物亲水或弱疏水，只有与捕收剂作用，增大其表面的疏水性，才具有一定的可浮性。即使是天然疏水性矿物，为了有效浮选，也要适当添加非极性油类捕收剂，以提高其可浮性。因此，捕收剂对浮选技术的发展起着关键的作用。据统计，美国1985年浮选处理4.22x108t矿石，所用捕收剂就占全部浮选药剂费用的50%以上。
最初的捕收剂为杂酚油等油类，随后是油酸捕收剂。可溶于水的捕收剂的发现是浮选药剂的一大进步，尤其是科勒尔发明的黄药。上世纪30年代，浮选技术发展到处理非金属矿物，此时皂类捕收剂和阳离子胺类捕收剂与抑制剂一起使用。至50年代，除哈里斯发明了Z-200外，浮选捕收剂研究进展不大。随后，捕收剂的研究取得很大进展，研制了大豆油脂肪酸硫酸化皂、氧化石蜡皂等铁矿的捕收剂，合成了黄原酸酯类及硫代氨基甲酸酯类等选择性较好的捕收剂。近些年，也出现了一系列高效捕收剂，如硫化矿捕收剂Y-89、T-2K、KM-109、PAC，氧化矿捕收剂GY、CF、MOS，硅酸盐浮选的胺类捕收剂等。
目前，捕收剂的研究，主要朝两个方向发展：一是开发研制高效、无毒(或低毒)、价廉、低耗、原料来源广泛的新型捕收剂；再就是对各种现有捕收剂进行合理搭配与组合使用。前者一旦突破，将使选矿技术取得革命性进展，但研制周期长、难度大；后者见效快，容易在选矿实践中实现。
3.1 浮选捕收剂的分类与作用 3.1.1 捕收剂的分类
理论研究和浮选实践均已表明，对不同类型的矿石需要选用不同类型的捕收剂。对捕收剂进行分类，可系统地、科学地认识各类捕收剂的共性和个性，有利于对药剂的掌握和发展，同时也有助于正确的选择和使用好各种药剂。然而，由于研究角度不同，对捕收剂的分类存在着不同的方法。依据捕收剂对矿物起捕收作用的部分及其结构，可将其分为异极性捕收剂、非极性油类捕收剂和两性捕收剂三类；按捕收剂的应用范围把其分为硫化矿、氧化矿、硅酸盐矿物、非极性矿物和沉积金属等的捕收剂；通常根据药剂在水溶液中的解离性质，将捕收剂分为离子型(ionizing)和非离子型(non-ionizing)两类。在离子型捕收剂中，又根据起捕收作用疏水离子的电性，分为阴离子型、阳离子型和两性型捕收剂。非离子型捕收剂则可进一步分为非极性捕收剂与异极性捕收剂两类(见表3-1)。
表3-1 浮选捕收剂的常用分类
名称 类别 典型药剂 巯基类：黄药、黑药、噻唑、Z-200等 捕 离子型 阴离子型
收 剂 阳离子型 两性型 非离子异极性 型 非极性烃类油 羧基类：油酸、动植物油、脂肪酸皂、皂化氧化石油产品、氧化煤油等 硫氧酸类：烷基硫酸和烷基磺酸 第一脂肪胺及其盐：月桂胺、十八碳铵、混合胺、含羧酸的胺类等 季铵盐：烷基季铵盐、烷基吡啶盐等 十六胺基乙酸、N-十二烷基-β-胺基丙酸、N-十四胺基乙磺酸等 含硫化合物：双黄药、黄原酸丙烯醚、米涅列克浮选剂等 煤油、柴油、燃料油、变压器油、重油、中油等 一、离子型捕收剂
这类捕收剂在水中易解离，主要以离子型式与矿物表面发生作用，并固着于
表面，其非极性基起疏水作用；若起作用的是阴离子，就叫阴离子捕收剂；若起捕收作用的是阳离子就叫做阳离子捕收剂，阳离子捕收剂常常兼有起泡的性质。按照亲固基的组成和结构，阴离子捕收剂可进一步分为巯基类和烃基酸(盐)类捕收剂。阳离子捕收剂主要是胺类，其疏水离子为胺阳离子，在某些情况下胺分子起捕收作用，主要用于阴离子捕收剂效果不明显的硅酸盐、铝硅酸盐和某些氧化矿等。
离子型捕收剂还包括既有阳离子基团又有阴离子基团的有机复极性化合物的两性捕收剂，它们的分子结构至少应有—个阳离子基团，一个阴离子基团，一个较短的烃基和一个较长的烃链，有的也有较长有机硅基团，一般具有通式R1X1R2X2，其中Rl为较长的烃链，以C8～C18的烷烃较好；若R1为芳香基，则捕收能力较弱；R2为一个或多个较短的烷基、芳香基或环烷基等；X1为一个或多个阳离子基团或官能团；X2为一个或多个阴离子基团或官能团。随介质条件的变化，两性捕收剂既可呈疏水性的阴离子，也能呈疏水性的阳离子。阴离子基团和阳离子基团类型较多，常见的阴离子基团主要有羧基(-COOH)、磺酸基(-SO3H)、膦酸基(-PO3H2)和黄原酸基(-OCSSH)等；阳离子基团主要有氨基
(-NH2)。所以，有时两性捕收剂可以看成是将氨基引入羧酸分子、磺酸分子、膦酸分子或黄原酸分子中而得到的一些复极性有机化合物。
两性捕收剂对赤铁矿、萤石、镍石等有较好的选择性捕收作用，但因其成本价高，目前上尚处于研究阶段。
二、非离子型极性捕收剂
这类捕收剂如双黄药、黄原酸酯、硫胺酯、双黑药、黑药酯等，在水中不能解离成为离子，但因整个分子具有不对称的结构而显示出极性，所以叫非离子型极性捕收剂，常用于捕收硫化矿，一般来说，它们的捕收能力比黄药弱，但选择性好，适应性高，主要用于分选重金属硫化矿。
以上两大类捕收剂的共同特点是分子由极性基(-OCSSNa，-COOH，-NH2)和非极性基(R-)两部分组成，所以，这些药剂也称杂极性或复极性药剂。在极性基中不是全部的原子价都被饱和，因而有剩余亲和力，并决定了极性基的作用活性。它与矿物表面作用时，固着在矿物表面上，故也叫亲固基。在非极性基中，即亲
油(疏水)基团，全部原子价均被饱和，因此，具有很低的化学活性，不被水所润湿，也不易与其它化合物反应；形成了既有亲固性又有亲油(疏水)性的所谓“双亲结构”分子。与矿物表面作用的特点是以其分子(或离子)中的极性基团如黄药中的极性基(-OCSS-)、硫胺酯中的极性基(-OCSNH-)，同矿物表面作用，疏水的非极性基朝向水，从而使矿物表面疏水化。
三、非极性烃类油捕收剂
这类捕收剂如煤油、焦油、变压器油等整个分子是非极性的、结构是均匀的，化学通式为R-H。它们的分子不含极性基团，且碳氢原子间都是通过共价键结合而成的饱和化合物，致使在水溶液中不与偶极水分子作用而呈现出疏水性和难溶性。同时，它们不能电离成离子，因此，被称为中性油或非极性烃类油捕收剂。 烃油作为主要捕收剂始于浮选初期的全油浮选，但因分子结构既无极性官能团，本身又无极性，化学活性很低，故与矿物表面作用不可能发生化学吸附或表面化学反应，只能通过范德华力依靠物理吸附方式与矿物表面作用，属于不溶解物质在矿物表面附着的一种型式。
烃油对外表现为弱的分子键，因而容易附着于表面同样呈弱分子键的非极性矿物。矿物表面的疏水性越强、亲油性越大，烃油在矿物表面的吸附越容易，吸附量也越多，吸附速度也越快。因此，对不同矿物而言，烃油的捕收作用能呈现出一定的选择性，尤其是在分离非极性矿物与极性矿物时，可获得较好的分离效果。但烃油捕收剂能有效分选的矿物种类不多，特别是在现代浮选药剂种类多样化、矿石又趋于“贫、细、杂”的情况下，单独使用烃油只适于分选某些天然可浮性很好的所谓非极性矿物，如辉钼矿、石墨、天然硫、滑石、煤以及雄黄等。这些矿物碎磨后的解离面主要呈分子键力，表面有一定的天然疏水性，浮选时不需要用很强的捕收剂，通常烃油即可很好的浮选。浮选实践表明：很多情况下，阴离子型捕收剂或阳离子型捕收剂，若与适量烃油混合使用常可增强极性捕收剂的捕收能力，提高矿物的浮选粒度上限，降低极性捕收剂的用量，获得良好的浮选效果。因此，烃油尤其是燃料油、煤油和柴油等，已广泛用作离子型捕收剂的辅助捕收剂。
3.1.2 捕收剂的作用
自然界中常见的矿物如硫化矿物、氧化矿物和硅酸盐矿物绝大多数亲水难浮，矿石在开采、储存、运输以及选厂的破碎、磨矿等过程中，矿物表面难免受到一定程度的氧化和污染，其可浮性也受到一定的影响。为了有效的进行浮选，必须根据不同类型的矿石采用不同的捕收剂，使矿物表面疏水化，提高它们的可浮性。概括起来，捕收剂对于矿物主要有两重作用：①提高矿物表面的疏水性；②增大矿粒在气泡上的附着力和缩短诱导时间，提高矿粒与气泡粘附的速度。
一、提高矿物表面的疏水性
除烃类油外，捕收剂能使矿物表面疏水化主要是由于浮选所用的捕收剂都是由极性基和非极性基两部分组成的异极性有机化合物，其分子中的极性基(或称