Условия смачивания тел на границе раздела трех фаз.
Если мы возьмем жидкость и твердое тело, то они в отдельности в газовой фазе будут обладать определенным поверхностным натяжением (σж-г и σт-г ). При нанесении капли жидкости на твердое тело между ними возникает межмолекулярное притяжение и межфазное поверхностное натяжение будет меньше суммы поверхностных натяжений отдельных фаз (пренебрегаем силой тяжести). Это положение реализуется в формуле Дюпре:
σт-г – поверхностное натяжение на границе твердое тело–газ.
σж-г – поверхностное натяжение на границе жидкость–газ.
σжт – межмолекулярное притяжение на границе твердое тело–жидкость (также можно представить как поправку на межмолекулярное взаимодействие)
Это выражение характеризует работу адгезии (прилипания) – работа, которую необходимо приложить для отрыва капли от твердого тела.
Теперь представим себе каплю на твердом теле.
В этом случае имеются три поверхности раздела трёх фаз, и вдоль них действуют силы:
сила σт-г стремится увеличить поверхность, хотя она и мала.
сила σж-г стремится сократить до минимума свою площадь – поверхность контакта.
сила σжт также стремится сократить свою поверхность соприкосновения жидкости и твёрдого тела.
θ – краевой угол между касательной к поверхности раздела т–г в точке Х и поверхности раздела т–ж. Он характеризует данную трёхфазную систему (равновесие) и направлен внутрь жидкости.
Из равновесия системы можно записать равновесие сил, стремящихся сжать и растянуть каплю.
σтг=σтж+σжгcosθ (уравнение Юнга)
Подставляем σтг из уравнения Юнга в уравнение Дюпре, получаем:
Wа= σтж+σжгcosθ–σтж+σжг
Wа= σжг(1+cosθ) – уравнение Юнга-Дюпре
Рассмотрим примеры систем с разными θ:
1) θ=0, cosθ=1, Wa=2σжг – полное смачивание
2) θ=90, cosθ=0, Wa=σжг – смачивание уменьшается
3) θ=180, cosθ=–1, Wa=0 – полное несмачивание
На практике обычно θ≤900
Для случая пенной флотации систему Т–Ж–Г можно представить следующим образом:
θ – всегда в жидкости!
Равновесие в системе достигается так:
σтг=σтж+σжгcosθ или
cos θ=
β – флотационная сила – характеризует краевой угол смачивания Т-Ж.
При пенной флотации частица минерала (Т) взаимодействует с пузырьком газа (Г) и жидкостью (Ж), и образуется минерализованный пузырёк, который поднимает минерал на поверхность жидкости. В данном случае важно, чтобы минерал плохо смачивался жидкостью (θ велико) и W > W (работа адгезии минимальная).
Если будет наоборот, то есть минерал лучше смачивается жидкостью (θ мало), чем газом, W < W , и пузырёк не сможет прилипнуть к минералу – нет флотации.
Таким образом θ – краевой угол смачивания характеризует смачиваемость минералов водой.
Минерал | θ | Минерал | θ |
Графит | Халькопирит | ||
Сера | Пирит | ||
Тальк | Кальцит | ||
Молибденит | Барит | ||
PbS | Кварц | 0-10 | |
Слюда |
Следовательно, при флотации минералов основным фактором является смачиваемость минерала, и флотации подвергаются лишь те частицы, которые плохо смачиваются водой. Плотность минерала имеет второстепенное значение (в отличие от классификации).
Смачиваемость поверхности минералов можно изменять, обрабатывая руду небольшими количествами специальных веществ – флотореагентов.
3. Назначение и классификации флотореагентов.Без применения флотореагентов флотация практически невозможна. Влияние флотореагентов позволяет в широком диапазоне изменять поверхностные свойства минералов. Состав флотореагентов разнообразен. В их число входят органические и неорганические вещества. Флотореагенты классифицируются:
a) собиратели (коллекторы)
b) регуляторы: активирующего и депрессирующего действия
c) пенообразователи
Собиратели
Собиратели действуют на границу раздела жидкость–твёрдое тело, увеличивая θ и уменьшая поверхностное натяжение σжт. Собиратели, адсорбируясь на поверхности твёрдого тела, обеспечивают уменьшение смачиваемости поверхности твёрдого тела жидкостью. Собиратели разделяются на:
1) неионогенного типа (неполярные углеводороды, не диссоциирующие в воде, вещества, содержащие одновременно кислотную и основную группу, например карбоксильную и амино- группы).
2) ионогенного типа:
a) анионные
· мыла карбоновых кислот
·
· алкилсульфонаты
, | R–SO3Na |
· алкиларилсульфонаты
R–C6H4–SO3Na
· алкилсульфаты
R–SO4Na
b) катионные
· соли аминов (первичные, вторичные, третичные)
· четырёхосновные аммониевые основания
Наиболее широко распространены ионогенные анионные собиратели: для неметаллических материалов – сульфированные масла, для сульфидных руд – ксантогенаты калия.
этиловый R = C2H5 бутиловый R = C4H9 |
Ксантогенаты также являются собирателями для благородных металлов и самородной меди. Не действуют на окислы, силикаты, алюмосиликаты, солеобразующие минералы. Расход 50-100 г/т руды.
Сланцевая смола получается при сухой перегонке сланца. Является собирателем для окисленных свинцовых и полиметаллических руд.
Контакт Петрова – смесь сульфонафтеновых кислот.
Регуляторы
1. Активирующего действия.
Они действуют на поверхность раздела Т–Ж и способствуют взаимодействию собирателей и минералов, улучшая флотацию
· соли щелочноземельных металлов
· кислород
2. Диспергирующего действия
Они ухудшают адсорбцию собирателя на поверхности минерала и препятствуют флотации. Применяются для увеличения селективности собирателя.
· цианиды (для медных минералов и пирита)
· соли хрома (для PbS)
· Na2SiO3 (для кварца)
· Ca(OH)2 (для железосодержащих сульфидов)
Пенообразователи
ПАВ, которые концентрируются на поверхности Г–Ж, способствуя сохранению пузырьков в дисперсном состоянии, увеличивают стабильность флотационной пены. Наиболее активны пенообразователи, имеющие в своём составе группы
· карбоксильную –COOH
· карбонильную =C=O
· гидроксильную –OH
· аминогруппу –NH2 и т.д.
Пенообразующая сила связана с длиной молекулы
CH3OH<C2H5OH<C3H7OH<C4H9OH, в данном ряду увеличивается пенообразующая сила
В основном применяют вещества с –ОН группой, так как другие группы сочетают свойства собирателей и пенообразователей, что затрудняет селективную флотацию, а также используют сосновое масло (перегонка с водяным паром древесной смолы) и содержащие в своём составе ароматические спирты:
крезол
и др.
Дата добавления: 2017-03-12; просмотров: 2179;