離子計(jì)及其在選礦中的應(yīng)用

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離子計(jì)及其在選礦中的應(yīng)用
摘要本文在總結(jié)前幾研究的基礎(chǔ)上.舟紹了離子計(jì)工作的基奉原理,詳細(xì)地描述r品『豐膜高 選擇性電極及離于汁的結(jié)悔 列舉了離于汁在選礦方面的應(yīng)用.并指出離子H在選礦中的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞 離子計(jì)離子選擇性電極離子濃度電位

1 離子計(jì)工作原理
離子計(jì)又稱離子活度計(jì)⋯ ,它與各種離子選擇 性電極配合使用,精密地測(cè)定兩電極所構(gòu)成的原電 池的電池電動(dòng)勢(shì),根據(jù)能斯特方程在不同條件下的 應(yīng)用,可以用直接電位法、加入法、電位滴定法和格 氏作圖法來測(cè)量溶液中的離子濃度。 離子計(jì)測(cè)量離子濃度的原理是建立在電位分析 法的基礎(chǔ)上,電位分析法的實(shí)質(zhì)是通過在零電流條 件下測(cè)定兩電極間電位差(即由待測(cè)試樣溶液所掏 成原電池的電動(dòng)勢(shì))進(jìn)行分析測(cè)定的方法。 離子計(jì)必須與離子選擇性電極配合使用,離子 選擇性電極 J是一種電化學(xué)敏感元件。是以電位法 測(cè)量溶液中某些特定離子活度的指示電極,它能將 非電量的離子活度的變化轉(zhuǎn)換為電位的變化。 以下就以測(cè)量離子濃度攝常用的晶體膜電極為 倒闡述其原理。 晶體膜電極的薄膜一般都是由難溶鹽經(jīng)過加壓 或拉制成單晶、多晶或混晶的活性膜 電極的機(jī)理 是,由于晶格缺陷(空穴)引起離子的傳導(dǎo),接近空穴 的可移動(dòng)離子移動(dòng)至空穴中,一定的電極膜+按其空 穴大小、形狀、電荷分布,只能容納一定的可移動(dòng)離 子,而其它離子不能進(jìn)入。晶體膜就是這樣限制了 除待壩i離子外的其它離子的移動(dòng)而顯示其選擇性。 圖1是晶體(膜)電極的基本形式。 電極管一般用玻璃或其它聚合物材料制成。內(nèi) 標(biāo)準(zhǔn)溶液一般為含有與待測(cè)離子相同的離子的強(qiáng)電 解質(zhì)溶液(0.1 mol/kg左右),內(nèi)參比電極一般為Ag — AgCI電撅。一般來說,設(shè)電極膜是對(duì)某種離子x 有選擇性穿透的薄膜,當(dāng)電極插入含有該離子的溶 昆啊理工大學(xué)博士九九級(jí) 昆明650093 液中時(shí),由于它和膜上相同離子進(jìn)行交換而改變兩 相界面間的電荷分布,從而在膜表面上產(chǎn)生膜電勢(shì) , 它與溶液中待測(cè)離子x的活度a 的關(guān)系可由 能斯特(Nernst)公式表示: 田1 晶體電極的差事形式 1一內(nèi)參比電極;2一內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)溶液;3一電報(bào)膜 = 峨+ lgax=幅+ Px(1) 其中峨包含膜內(nèi)表面的膜電勢(shì)、內(nèi)參比電懾的電 極電勢(shì)以及除濃度外其它對(duì)電極電勢(shì)的影響因素。 其它參數(shù)分別為: R一氣體常數(shù),8.314 J·m0l~ ·K-。; 1 一絕對(duì)溫度.K: F一法拉第常數(shù),96496 C/m0l; z一參比電撅反應(yīng)的離子價(jià)數(shù),對(duì)應(yīng)陽離子為 正,陰離子為負(fù): a 一待測(cè)離子x的活度 另外,式中的2.303 R7"/ZF稱為能斯特斜率。 實(shí)際測(cè)量時(shí),用離子選擇性電極作為指示電撅。用另 一支不隨溶液中被測(cè)離子活度變化而改變其本身電 位的電極作參考電極,通常用甘汞電極或Ag—AgC1 電極,在溶液中構(gòu)成一個(gè)測(cè)量電池(如圖2)。 圖2 離子選擇電掘與參比電掘構(gòu)成的剁量電旭 意圖 I 離子選擇性電極12 內(nèi)參比電極:3一內(nèi)部溶液; 4 電掘膜;5一待測(cè)溶液;6一參比電極; 該電池可表示為: Ag+AgC[1內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)溶液l電極膜l待淵溶液}參 比電極 則該電池的電動(dòng)勢(shì)為: E: #一 : +蘭 PX (2) 由公式(2)可知,電極電位的大小除與溫度和壓 力有關(guān)外,主要決定于電極的性質(zhì)和待.刪離子的活 度。在電極選定后,通過測(cè)試電極電位,即可得知待 測(cè)離子的活度。該方法的關(guān)鍵是選擇指示電極,指 示電極材料選擇的原則是:必須使該電極的電位僅 由欲測(cè)離子的濃度所決定。

2 離子計(jì)
由離子選擇電極、參比電極與待測(cè)溶液組成的 測(cè)量電池可以等效為一個(gè)化學(xué)原電池,它相當(dāng)于一 個(gè)內(nèi)阻很高的信號(hào)源,具有電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r,如圖 3。當(dāng)電池兩端接入負(fù)載后,根據(jù)歐姆定律: VAB V I‘R ‘R (3) 顯然,v 校正器、溫度補(bǔ)嘗器 和電位調(diào)節(jié)器組成。離子計(jì)的功能是測(cè)出平衡電極 電位后,儀器能直接指示出溶液中待測(cè)離子活度的 負(fù)對(duì)數(shù)。在保持體系和標(biāo)準(zhǔn)溶液的總離子強(qiáng)度不變 的情況下,可直接指示出離子濃度的大小。 例如PXD一2型通用離子計(jì),其基本原理是:電 極信號(hào)先經(jīng)定位調(diào)節(jié)器后,在電位E上加一個(gè)定位 E =一 ,則送入測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)際電位應(yīng)為: E :E+E =蘭 Px (4) 以一價(jià)離子為例,T=273,15K時(shí)IPX的電極 信號(hào)的理論值應(yīng)為54.20 my,設(shè)電極的實(shí)際能斯特 斜率為理論值的I/K,則IPX的電極信號(hào)在T= (273.15+t)K時(shí)的大小為: E: K × 27315 ,(mv) (5) . 該電極信號(hào)經(jīng)跟隨器進(jìn)行阻抗變換。然后進(jìn)行比例 放大器放大,使IPX的電極信號(hào)變成200× (mV),放大后的信號(hào)經(jīng)溫度補(bǔ)償器。把IPX的信號(hào) 準(zhǔn)確地變?yōu)?00 mV,送入減法器,電極信號(hào)中滿 200mV的整數(shù)部分被減去,尾數(shù)送入表頭指示(為 提高測(cè)量精度)。 IPX電極信號(hào)的交換流程圖如圖4。 田4 IPX電覆僭號(hào)矗|慢田

3 離子計(jì)在選礦中的應(yīng)用
由于選礦是很復(fù)雜的物理或化學(xué)過程。在選礦 流程中對(duì)各取樣點(diǎn)礦漿有關(guān)成分的自動(dòng)測(cè)定是自動(dòng) 檢測(cè)技術(shù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容,是實(shí)現(xiàn)選礦工藝參敬自 動(dòng)控制的必要環(huán)節(jié)。目前,離子計(jì)用于選礦參數(shù)自 動(dòng)檢測(cè)主要有:
3.1 用于可浮性研究【4 由研究可知,礦漿氧化一還原電位的變化特征 可用來確定浮選前礦石準(zhǔn)備的程度。在實(shí)驗(yàn)室中. 以處理黃銅礦一鎳黃鐵礦一磁黃鐵礦為倒,在礦漿 充氣過程中氧化一還原電位上升.當(dāng)由磁黃鐵礦組 成的硫化物主要物質(zhì)氧化結(jié)束后.電位達(dá)到恒定值. 證明礦石浮選前的充氣準(zhǔn)備過程已結(jié)束。
3.2 用于調(diào)整礦漿離子成分l5 硫化鈉在混合浮選中是硫化劑.在優(yōu)先浮選中 是許多礦物的抑制劑,它的這種雙重作用取決于硫 化物離子的濃度.人工控制無法保持作業(yè)過程優(yōu)化, 可選用硫化銀電極或硫化礦粉末壓制成的電極作指 示電極,當(dāng)用輝銅礦作電極,測(cè)量礦漿中硫化物離子 S 濃度時(shí).電極電位與s 濃度有下列關(guān)系: E :E。一0 . 029Ig[S2一】 (6) 因此,自動(dòng)監(jiān)測(cè)硫化物離子 一濃度就可以及時(shí)根 據(jù)失常的反應(yīng)來自動(dòng)調(diào)整硫化鈉的用量。
3.3 用于確定礦漿中黃藥濃度的最佳水平【‘] 根據(jù)一定的推導(dǎo),礦漿中所需黃藥離子濃度可 由下式確定: F0一F lgIx—I (7) 其中:x—— 黃藥離子濃度; E0—— 標(biāo)準(zhǔn)電極電位; Eh—— 可浮礦物表面氧化還原電位; 當(dāng)用角銀礦電極(Ag—A-gzS)作為礦漿中黃藥離子 濃度的測(cè)量元件時(shí),發(fā)生如下電極反應(yīng): Ag+ X一:AgX + e— E:一0.540—0.0511lgIX—I.(V) (8) 當(dāng)Eo:一0.301V時(shí),則可確定全過程中當(dāng)黃藥離 子濃度最佳時(shí)所要求的電位; E =一0.美國OnsetHOBO儀器儀表目錄 |溫度數(shù)據(jù)記錄器 |土壤濕度傳感器 |氣象站專用記錄器 |溫濕度數(shù)據(jù)記錄儀 |溫度/光度數(shù)據(jù)記錄器 |環(huán)境記錄儀 |外部傳感器 |狀態(tài)記錄儀 |HOBO應(yīng)用軟件 |雨量計(jì)/雨量記錄器 |深度數(shù)據(jù)記錄器 |溫度/帶警報(bào)(防水)記錄器 240+Eh,(V) (9) 由式(9)即可確定捕收劑用量,控制系統(tǒng)的函數(shù)關(guān) 系。運(yùn)用此原理也可對(duì)硫化鈉、烷基硫酸鹽和硫酸 銅用擐進(jìn)行控制。這種方法能艇金屬回收率提高 0.5—7%,藥劑用量減少1O~l4%。因而,離子計(jì) 是解決浮選過程控制和調(diào)節(jié)的理論和工業(yè)化問題的 手段,在實(shí)驗(yàn)室條件下.采用離子計(jì)有可能加陜礦物 可選性研究.降低選礦成本。 此外,離子計(jì)還廣泛地應(yīng)用于其它工業(yè)領(lǐng)域.它 可用來監(jiān)測(cè)水介質(zhì)中的鐵磁微粒【7J.如果水管中發(fā) 現(xiàn)金屬微粒,往往是一些故障的苗頭,如機(jī)械損傷或 磨損加劇,及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些金屬微粒,可防止事故發(fā) 生。用于制鹽行業(yè)的在線氯離子測(cè)定儀 】,解決了 冷凝水回用所存在的問題,改變了鹽礦以往的化學(xué) 容量法斷續(xù)測(cè)定所造成的大量熱源、水源的浪費(fèi)。 另外離子計(jì)還可用于研究藥品和其它制品的活性組 分的溶解過程,測(cè)定土壤硝態(tài)氮以及大氣和肥料成 分分析、環(huán)境分析等。隨著電化學(xué)理論的不斷完善. 離子計(jì)在選礦方面的應(yīng)用將逐漸深入.特別是對(duì)于 浮選過程的優(yōu)化控制.將會(huì)引起更多的選礦工作者 的重視。

發(fā)布人:2010/8/20 10:03:001685 發(fā)布時(shí)間:2010/8/20 10:03:00 此新聞已被瀏覽:1685次