離子計及其在選礦中的應(yīng)用

離子計及其在選礦中的應(yīng)用
摘要本文在總結(jié)前幾研究的基礎(chǔ)上．舟紹了離子計工作的基奉原理，詳細地描述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 離子計離子選擇性電極離子濃度電位

1 離子計工作原理
離子計又稱離子活度計⋯ ，它與各種離子選擇 性電極配合使用，精密地測定兩電極所構(gòu)成的原電 池的電池電動勢，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 氏作圖法來測量溶液中的離子濃度。 離子計測量離子濃度的原理是建立在電位分析 法的基礎(chǔ)上，電位分析法的實質(zhì)是通過在零電流條 件下測定兩電極間電位差(即由待測試樣溶液所掏 成原電池的電動勢)進行分析測定的方法。 離子計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 的可移動離子移動至空穴中，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離 子，而其它離子不能進入。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) 標準溶液一般為含有與待測離子相同的離子的強電 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)電極膜是對某種離子x 有選擇性穿透的薄膜，當電極插入含有該離子的溶 昆啊理工大學(xué)博士九九級 昆明650093 液中時，由于它和膜上相同離子進行交換而改變兩 相界面間的電荷分布，從而在膜表面上產(chǎn)生膜電勢 ， 它與溶液中待測離子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)標準溶液；3一電報膜 = 峨+ lgax=幅+ Px(1) 其中峨包含膜內(nèi)表面的膜電勢、內(nèi)參比電懾的電 極電勢以及除濃度外其它對電極電勢的影響因素。 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)的離子價數(shù)，對應(yīng)陽離子為 正，陰離子為負： a 一待測離子x的活度 另外，式中的2．303 R7"／ZF稱為能斯特斜率。 實際測量時，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)成一個測量電池(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；5一待測溶液；6一參比電極； 該電池可表示為： Ag+AgC[1內(nèi)標準溶液l電極膜l待淵溶液}參 比電極 則該電池的電動勢為： 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，通過測試電極電位，即可得知待 測離子的活度。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 由欲測離子的濃度所決定。

2 離子計
由離子選擇電極、參比電極與待測溶液組成的 測量電池可以等效為一個化學(xué)原電池，它相當于一 個內(nèi)阻很高的信號源，具有電動勢E和內(nèi)阻r，如圖 3。當電池兩端接入負載后，根據(jù)歐姆定律： VAB V I‘R ‘R (3) 顯然，v 校正器、溫度補嘗器 和電位調(diào)節(jié)器組成。離子計的功能是測出平衡電極 電位后，儀器能直接指示出溶液中待測離子活度的 負對數(shù)。在保持體系和標準溶液的總離子強度不變 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，其基本原理是：電 極信號先經(jīng)定位調(diào)節(jié)器后，在電位E上加一個定位 E =一 ，則送入測量系統(tǒng)的實際電位應(yīng)為： E ：E+E =蘭 Px (4) 以一價離子為例，T=273，15K時IPX的電極 信號的理論值應(yīng)為54．20 my，設(shè)電極的實際能斯特 斜率為理論值的I／K，則IPX的電極信號在T= (273．15+t)K時的大小為： E： K × 27315 ，(mv) (5) ． 該電極信號經(jīng)跟隨器進行阻抗變換。然后進行比例 放大器放大，使IPX的電極信號變成200× (mV)，放大后的信號經(jīng)溫度補償器。把IPX的信號 準確地變?yōu)?00 mV，送入減法器，電極信號中滿 200mV的整數(shù)部分被減去，尾數(shù)送入表頭指示(為 提高測量精度)。 IPX電極信號的交換流程圖如圖4。 田4 IPX電覆僭號矗|慢田

3 離子計在選礦中的應(yīng)用
由于選礦是很復(fù)雜的物理或化學(xué)過程。在選礦 流程中對各取樣點礦漿有關(guān)成分的自動測定是自動 檢測技術(shù)的一項重要內(nèi)容，是實現(xiàn)選礦工藝參敬自 動控制的必要環(huán)節(jié)。目前，離子計用于選礦參數(shù)自 動檢測主要有：
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備的程度。在實驗室中． 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．電位達到恒定值． 證明礦石浮選前的充氣準備過程已結(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，當用輝銅礦作電極，測量礦漿中硫化物離子 S 濃度時．電極電位與s 濃度有下列關(guān)系： E ：E。一0 ． 029Ig[S2一】 (6) 因此，自動監(jiān)測硫化物離子 一濃度就可以及時根 據(jù)失常的反應(yīng)來自動調(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—— 標準電極電位； Eh—— 可浮礦物表面氧化還原電位； 當用角銀礦電極(Ag—A-gzS)作為礦漿中黃藥離子 濃度的測量元件時，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Eo：一0．301V時，則可確定全過程中當黃藥離 子濃度最佳時所要求的電位； 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/雨量記錄器 |深度數(shù)據(jù)記錄器 |溫度/帶警報(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。運用此原理也可對硫化鈉、烷基硫酸鹽和硫酸 銅用擐進行控制。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 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，在實驗室條件下．采用離子計有可能加陜礦物 可選性研究．降低選礦成本。 此外，離子計還廣泛地應(yīng)用于其它工業(yè)領(lǐng)域．它 可用來監(jiān)測水介質(zhì)中的鐵磁微�！�7J．如果水管中發(fā) 現(xiàn)金屬微粒，往往是一些故障的苗頭，如機械損傷或 磨損加劇，及時發(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)測定所造成的大量熱源、水源的浪費。 另外離子計還可用于研究藥品和其它制品的活性組 分的溶解過程，測定土壤硝態(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． 離子計在選礦方面的應(yīng)用將逐漸深入．特別是對于 浮選過程的優(yōu)化控制．將會引起更多的選礦工作者 的重視。