从热力学观点看，矿粒向气泡粘附，必须在外力作用下排开水化层才能实现，并且粘附前后矿粒和气泡体系的自由能要减少才能形成稳定的气泡矿化体系。用热力学方法分析能够确定矿化过程的方向和结果，但不能确定过程的机理和动力学，所以应将二者结合起来。
1.粘附功
图4-6-34矿粒与气泡固着前后状态
浮选过程中的最基本行为是气泡矿化，该过程进行的基本依据是矿物润湿性不同。一些矿物可粘附到气泡上，而另一些则不能，从而实现不同矿物的分离。过程能否自发进行服从热力学第二定律。即在恒温恒压条件下，行为发生后如系统自由能降低则过程自发进行，反之，则不能自发进行。运用热力学分析方法可以将这一体系简化到如图4-6-34所示的状态，(a)表示矿粒附着于气泡之前;(b)表示矿粒附着于气泡之后。若将体系看做是一个等温等压体系，那么矿粒与气泡附着前体系的自由能为，即
ΔW为附着一个单位表面积前后体系自由能的变化，浮选上称为可浮性指标或粘附功。如果W1>W2，则ΔW〉0，说明粘附过程体系自由能是降低的，按热力学第二定律，此过程可以自发进行。从式(4 - 6 - 13)可见，可浮性指标是气液界面表面自由能和矿物表面接触角θ的函数。对绝对亲水的矿物，θ = 0。，ΔW =0，矿粒不能自发附着于气泡;θ〉0。，ΔW=0，θ越大，ΔW 值也越大，故越是疏水的矿粒附着于气泡的自发趋势越显著。疏水性矿粒能附着于气泡而亲水性矿粒则不能附着这一现象在这里得到了初步解释。
2.矿粒与气泡碰撞附着
(1)水化层薄化
如图4-6-35所示。浮选过程中，矿粒与气泡互相接近，先排除在两者夹缝间的普通水。
由于普通水的分子是无序而自由的，所以易被挤走。当矿粒向气泡进一步接近时，矿粒表面的水化膜受气泡的排挤而变薄。水化膜变薄过程的自由能变化与矿物表面的水化特性有关：
①矿物表面水化性强(亲水性表面〕则随着气泡向矿粒逼近，水化膜表面自由能增加，如图4-6-35曲线1所示。当矿粒与气泡不断接近时，其表
②中等水化性表面，如图4-6-35曲线2所示，这是浮选常见的情况。
③弱水化性表面，即疏水性表面，如图4-6-35曲线3所示。疏水性表面的水化膜比较脆弱，有一部分自发破裂，此时自由能降低。但到很近表面的一层水化层，仍很难排除，曲线3在左侧急剧上升说明了此点。
浮选常见的矿物既非完全亲水，也非绝对疏水，往往是中间状态，即图4-6-35中曲线2的情况。矿粒向气泡附着的过程，详细可分为四个阶段，相对应的矿粒与气泡间距离分别为h1、h2、 h3 、h 4。
a阶段为矿粒与气泡的互相接近，这是由浮选机的充气搅拌、矿浆运动、表面间引力、矿粒和气泡的大小等因素综合造成的。此时自由能变化不多。b阶段是矿粒与气泡的水化层接触，原来矿粒与气泡间的普通水层，逐步从夹缝中被挤走，直至矿粒表面的水化层与气泡表面水化层相互接触。由于水化层的水分子是在表面键能的作用力场范围内，故水分子偶极是定向排列的，这与普通水分子的无序排列不同。因此，要挤走水化层中的水分子，如曲线2由b向c处推进时，就需要外界向体系做功，才能克服b到c的能峰。c阶段是水化膜的变薄或破裂。水化层受外加能的作用变薄到一定程度，成为水化膜，间隔距离为h3，相应曲线2由c到d。此时水化膜表现出不稳定性，
即已越过能峰再逼近，距离h3缩为h4 ，自由能减低，水化膜厚度会自发变薄。据测定，大致间隔为(1~100)×10-9m。此时矿粒与气泡自发靠近。
d阶段是矿粒与气泡接触。从c自发进行到d，此时矿粒与气泡开始接触。接触发生后，如为疏水矿物表面，接触周边可能继续扩展。
根据一些研究，在矿粒与气泡接触面积上，可能有“残余水化膜”，就此膜特性而论，已近于半固态，要除去此膜，需要很大的外加能，如果存在残余水化膜，则矿粒与气泡只是两相接触，即只有固一液和液一气两种界面。于是三相接触的平衡式应改写为两相。
(2)碰撞过程及影响因素
矿粒与气泡的碰撞附着过程和影响因素与浮选机中流体的性质、二者相对运动的轨迹、气泡和矿粒的大小等因素有关，而前二者又主要和浮选机的型式有关。当气泡和矿粒的大小在一定范围内时，根据矿浆的运动形式及矿粒和气泡相对运动轨迹，可把碰撞附着分成层流碰撞和湍流碰撞。
①层流碰撞一通常将雷诺数小于103的流动称为层流。在层流情况下，颗粒顺流线运动，流体的惯性可以忽略。根据浮选机的型式不同，在浮选机中产生层流碰撞的区域是不相同的。图4-6-36是传统的机械搅拌式浮选机中不同的分区，通常分为四个区，即泡沫区、分离区、矿化运输区和混合区。而在浮选柱中则和以上分区完全不同，基本没有混合区，主要为分离区。
在混合区中气固液三相进行激烈混合。气流被切割、分散成气泡，气泡群与悬浮的颗粒群进行大量的碰撞和接触。在该区内气泡和矿粒的运动没有一定的方向，不属于层流，其碰撞属于紊流碰撞。在分离区和矿化运输区中，气泡随矿浆流或靠浮力向上运动，矿粒主要靠重力向下运动或随矿浆流向上运动，气泡和矿粒的运动属于层流范围。在该区内的碰撞属于层流碰撞。研究浮选中气泡和矿粒碰撞过程的绝大部分照片上都是在这种条件下拍摄的，可以用于层流条件下碰撞过程的分析。为使整个系统简化，假定有一个矿粒自气泡的上方落下，见图4-6-37，矿粒的半径为RP，气泡的半径 为R B。当气泡和水介质之间没有其他相对运动时，在气泡上方，半径为RP 十R B水柱中的矿粒均可借重力沉降与气泡接触。当气泡和水流有相对运动，水掠过气泡时，使流线弯曲，位于水中的矿粒受介质粘滞力的影响，其运动轨迹将偏离气泡，则只有半径为b的流束管中的矿粒，才可能与气泡接 触，即b〈RP 十R B。b的大小取决于矿粒受介质粘滞力作用及矿粒本身的惯性力。粘滞力使矿粒沿流线弯曲，离开气泡;惯性力使矿粒偏离流线，有可能与气泡接触碰撞。矿粒和气泡发生碰撞的部位在矿粒和气泡相向运动的气泡半球上。
②端流碰撞 通常将雷诺数介于104 ~ 106的流动称为端流，端流碰撞发生在浮选机的搅拌混合区，在此区域，矿粒、气泡运动方向不定，碰撞可发生在任何部位，并且湍流的强度对碰撞的效果、上浮的速度和脱落的几率等产生的影响都有一定的随机性。
图4-6-37矿粒运动轨迹
湍流中，颗粒和气泡的碰撞几率除受湍流强度影响外，还受矿浆浓度、矿浆中颗粒数目和气泡数量的影响。若湍流强度、矿浆浓度、矿浆中颗粒数目、气泡数量提高，均可使碰撞几率提高。但如上所述，湍流强度提高后，气泡和颗粒之间的脱落力也随之增高。而且粒度越粗、密度越大、颗粒表面亲水性越强，这种湍流的副作用也越显著。因此湍流强度增加后，颗粒的浮出率不一定随湍流强度的增加而提高。在工业条件下，要保证粗颗粒的最大回收率，应选择适宜的湍流强度。为了克服绕流的影响，对细粒物料可选用较高的湍流强度，这对附着有利。且湍流强度提高后，机械搅拌式浮选机可产生更多的小气泡，有助于提高微细颗粒(-10μm)的碰撞几率和浮选速度。
3.微泡析出附着
在正常情况下，水中都溶解有一定数量的空气，溶解的多少服从享利定律，随压力和温度的变化，溶解的空气数量也发生变化。如在恒温降压、降压 加温或压力不变温度升高的情况下，原来溶解于矿浆中的气体就会以微泡的形式析出。浮选矿浆中析出的微泡均是在恒温降压条件下析出的。
悬浮在水中的微泡核直径的数量级为10-4μm。理论研究认为，含有这种微泡核的水比溶有气体的水更易断裂，这有利于微泡核在矿粒表面析出及扩大。矿物表面疏水性越强，气泡增长的速度越快，见图4-6-38。在任何湍流的旋涡中心(速度中断面和局部降压区〕也都可看到微泡核发展成微泡的现象。水中气体的过饱和度越高和大气泡含量越多，微泡核发展为微泡的几率也越高。
附在微细颗粒表面的微泡可以携带微粒上浮，或微泡和微粒互相形成气絮团，促使它们上浮。前者的上浮速度要比大气泡慢得多，后者可借微泡群的浮力进行有效的浮选。附在粗粒表面的微泡，因浮力不够，不能直接浮选粗粒物料，但微泡可以成为颗粒和大气泡之间附着的桥梁，促使它们之间的附着。颗粒通过微泡和大气泡的附着比一般颗粒和气泡之间的附着更牢固。 这是因为它们之间的附着接触面积较大，而且颗粒和微泡之间的附着是没有残余水化层的气固直接接触。
微泡是颗粒表面疏水区的气核，可以提高表面疏水性不均匀颗粒和难浮颗粒的附着几率，特别是提高粗、重颗粒的回收率和浮选速率，并可改善细粒矿物的选择性。克拉辛曾用三种不同充气方法对0.074 -0.147mm、经油酸处理的萤石进行浮选，见图4-6-39，结果证明，微泡和大气泡同时存在时，浮选效果最好。
4.诱导时间和接触时间
当矿粒和气泡发生碰撞开始进入附着阶段后，水化层要变薄甚至破裂，即从碰撞到附着，要完成水化层薄化、破裂、三相润湿周边的扩展以及颗粒稳定地粘附于气泡之上四个过程，这段时间称诱导时间，过称感应时间。一个有可能和气泡附着的颗粒，与气泡发生碰撞后，一般会沿着气泡表面向下滑动，一直到下半部或尾部才能和气泡附着。
在颗粒和气泡的附着过程中，颗粒和气泡从开始碰撞到颗粒从气泡上脱落这段时间称为接触时间。一个颗粒要附着到气泡上，其诱导时间必须小于接触时间。即在接触时间内颗粒和气泡应能完成水化层薄化、破裂、三相润湿周边扩展及颗粒稳定地粘附于气泡之上几个过程;反之，诱导时间大于接触时间，在接触时间内不能完成上述几个阶段，颗粒和气泡不能够附着。诱导时间越短，颗粒越容易附着到气泡上。诱导时间短则千分之几秒，长达十分之几秒以上，取决于颗粒表面的疏水程度，随颗粒表面疏水程度提高而缩短。浮选药剂、矿物颗粒大小等也影响诱导时间。
浮选药剂能改变颗粒表面的疏水性或亲水性，因而影响诱导时间。捕收剂在矿粒表面吸附能增加其疏水性，缩短诱导时间，用量增加可缩短诱导时间;抑制剂在颗粒表面的吸附增加颗粒表面亲水性，故延长了诱导时间。
诱导时间随矿物粒度增大而增加，但当粒度大于50μm后，诱导时间趋向于常数。气泡尺寸、颗粒的表面粗糙度、润湿阻滞效应、颗粒形状等都能或多或少影响水化膜的破裂和诱导时间。
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