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高考申論題 105年 [採礦工程] 選礦學

第 一 題

📖 題組：
五、礦物依其浮選性質可分為硫化礦(sulfide)、微溶礦(slightly soluble)、不溶礦(insoluble)、可溶礦(soluble)、自然浮游礦(natural floatable)等五類,就此五類礦物:(←各舉一礦物名;(二)其電位決定離子;(三)使用之捕集劑;四捕集劑吸附機制;(五)捕集劑大約用量(kg/ton)。(每小題4分,共20分)
📝 此題為申論題，共 5 小題

小題 (一)

各舉一礦物名

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看到這類浮選礦物分類題，應迅速回憶浮選學中對礦物表面化學性質與晶體結構的分類標準。針對五大類，各挑選最典型、最常見的代表性礦物作答（如黃銅礦、螢石、石英、鉀鹽、石墨等），以確保答案正確且無爭議。

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依據礦物之浮選性質，五大類礦物之代表性礦物名稱如下：

  1. 硫化礦 (Sulfide)：黃銅礦 (Chalcopyrite, CuFeS2) 或方鉛礦 (Galena, PbS)。
  2. 微溶礦 (Slightly soluble)：螢石 (Fluorite, CaF2) 或磷灰石 (Apatite)。

小題 (二)

其電位決定離子

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看到「電位決定離子（PDI）」應先聯想到決定礦物表面電荷的關鍵離子。解題時依據礦物的晶格特性與水化反應分類：氧化物及矽酸鹽（不溶礦）主要受氫離子與氫氧根影響，而鹽類（微溶/可溶/硫化礦）則主要受其晶格組成離子影響。

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【破題】 電位決定離子（Potential Determining Ions, PDI）是指能進入礦物晶格或在礦物表面發生特定化學吸附，從而決定礦物表面電荷符號與大小的離子。五類礦物之電位決定離子如下： 【論述】

小題 (三)

使用之捕集劑

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本題測驗考生對浮選藥劑化學的掌握度。看到此題應迅速聯想五大類礦物的表面化學特性，並對應出合適的捕集劑家族：硫化礦對應硫氫基、微溶（鹽類）對應脂肪酸、不溶（矽酸鹽）對應胺類、可溶礦對應特定胺類或硫酸鹽、自然浮游礦則對應非極性油類。

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此五類礦物在浮選時所使用的代表性捕集劑（Collectors）分別如下： (1) 硫化礦 (Sulfide minerals)： 主要使用「硫氫基類捕集劑」（Sulfhydryl collectors），最常見為 黃藥（黃原酸鹽，Xanthates） 與 黑藥（二硫代磷酸鹽，Dithiophosphates）。

小題 (四)

捕集劑吸附機制

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看到這題應先聯想五大類礦物的表面化學特性（如金屬活性、表面電荷、天然親疏水性），並結合其對應的捕集劑種類（如黃藥、脂肪酸、胺類、中性油）。接著再依據表面與捕集劑的交互作用力，推導出其吸附機制是化學鍵結（化學吸附）、靜電引力（靜電吸附）還是凡得瓦力（物理吸附）。

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五類礦物之捕集劑吸附機制分別如下：

  1. 硫化礦 (Sulfide)：主要為「化學吸附 (Chemisorption)」。捕集劑（如黃藥）的陰離子與礦物表面的重金屬陽離子發生化學鍵結，生成難溶的金屬黃原酸鹽；或在礦物表面經催化氧化形成雙硫化合物（如雙黃藥）附著於表面。
  2. 微溶礦 (Slightly soluble)：主要為「化學吸附為主，物理吸附為輔」。捕集劑（如脂肪酸）的羧基與礦物表面的鹼土金屬陽離子發生化學反應，生成表面難溶鹽；在高濃度下，烴鏈間會透過凡得瓦力締合形成「半膠束 (Hemimicelle)」的物理吸附。

小題 (五)

捕集劑大約用量(kg/ton)。(每小題4分,共20分)

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本題考查選礦學中浮選技術的核心基礎：各類礦物的表面化學特性及其對應的浮選藥劑制度。解題時應先建立『礦物晶體結構 → 表面電位決定離子 → 適配捕集劑 → 吸附機制 → 藥劑用量』的邏輯鏈，特別留意吸附機制（化學吸附通常用量少且選擇性強，物理吸附用量較大）。

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【破題】 浮選是依賴礦物表面疏水性差異的選別技術。根據礦物的晶體結構與表面化學性質，其適用的捕集劑種類、吸附機制與用量皆有顯著差異。以下針對五大類浮選礦物逐一分析： 【論述】

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