Практичне значення явища змочування

Змочування має вкрай важливе значення для успішного проведення ряду важливих технологічних процесів. Наприклад, змочування тканин чи волокон в текстильній технології (відбілювання, прання, фарбування, просочування та ін.). Ефективне використання інсектофунгіцидів важко уявити собі без ефектив-ного змочування, оскільки як листя рослин так і шерстяний покрив тварин є в тій чи іншій мірі гідрофобними поверхнями. Буріння різного роду свердловин в земній поверхні теж вимагає використання різних змочуючих розчинів. Важливу роль відіграє змочування при склеюванні різних поверхонь, нанесенні лакофарбових та антикорозійних покрить.

Дуже важливою і в той же час досить складною галуззю застосування хімії поверхонь є флотаційне збагачення та розділення мінеральних руд. Цей метод має виключну цінність для добувної промисловості, тому що дозволяє економічно обробляти великі кількості подрібнених руд і відокремлювати цінні мінерали від пустої породи. Для більш повної уяви про важливість флотацій-ного розділення слід навести деякі приклади. Якби не флотація, то добування деяких металів було б практично неможливо здійснити. Зокрема, вміст міді в руді в середньому становить 0,7 - 1,5 %; цинку – 2 - 4 %; молібдену - 0,1 - 0,5 %, а для металургії необхідно міді - 20 - 30 %; цинку – 50 - 60 %; молібдену – 50 %.

В основі флотаційних процесів є різниця в змочуванні рідкою фазою частинок пустої породи і цінного мінералу.

Флотацією називається збагачення, засноване на вибірковому прили-панню (змочуванні) мінеральних частинок, що знаходяться у воді у підві-шеному стані, до поверхні пухирців повітря.

Флотація (піднімання в піну) здійснюється: а) при прилипанні до вели-кого повітряного пухирця багатьох дрібних частинок флотованого матеріалу; б) утворенням укрупнених агрегатів, що включають декілька частинок флото-ваного матеріалу, зв’язаних прилиплими до них пухирцями повітря; в) при-липанням дрібних пухирців повітря до однієї великої частинки матеріалу.

В процесі пінної флотації велику роль набуває адсорбція, яка сприяє концентруванню флотаційних реагентів в між фазових шарах.

В процесі флотації часточки руди захоплюються пухирцями повітря і, вспливаючи з ними (рис. 3), міцно утримуються в піні. Теорією, що пояснює процес флотації є змочування, але при цьому не слід відмежовуватись і від електростатичної взаємодії між часточками руди та повітряними пухирцями (зарядженими позитивно).

Флотацію можна розділити на флотацію рудних і нерудних мінералів.

Для доброї флотації мінералів важливо, щоб крайовий кут на трифазній межі часточка – розчин – повітря був достатньо великим. Деякі мінерали, наприклад, графіт, по своїй природі гідрофобні. Однак, навіть при їх флотації в систему вигідно вводити колектори – речовини, які адсорбуючись, утворюють на твердій поверхні гідрофобну плівку. Роль таких колекторів особливо важлива, якщо проводиться збагачення гідрофільних мінералів, наприклад кремнезему.

Пуста порода

Рис. 2. Схема пінної флотації

Прикладом складності флотаційних процесів може служити поведінка лауринової кислоти при флотації мідної руди: адсорбована кислота присутня на поверхні мінеральних часточок або як лаурат міді, або у вигляді лаурат-іонів. Окрім великого крайового кута, при флотації бажано також, щоб пухирці, навантажені мінеральними часточками, не тріскались при досягненні поверхні, т.т. щоб пухирці утворювали в міру стійку піну. З цією метою в систему зазвичай додають різні піноутворювачі, наприклад довголанцюгові спирти, соснове масло і т.п.

На перший погляд може видатись, що найкращі умови флотації забезпечуються в тому випадку, коли колектор утворює щільний моношар, при якому крайовий кут повинен бути (і це в дійсності так) найбільшим. І все таки було доказано, що флотація оптимальна в таких системах, в яких адсорбція колектора відповідає всього 5 – 15 % щільного шару. При більшій адсорбції колектора адгезія пухирців повітря до часточок руди зменшується.

Основна умова доброї флотації – великий крайовий кут – зводиться до забезпечення негативної різниці s _ТГ - s _ТР, де s _ТГ - поверхневий натяг на межі тверде тіло - газ; s _ТР - тверде тіло - розчин. Адсорбція колектора на поверхні розділу часточка – рідина непрямо сприяє цьому, оскільки при цьому між-фазовий натяг між адсорбованою плівкою і рідиною може бути вищим, ніж відповідна величина для поверхні розділу плівка – повітря. Проникнення піноутворювача в плівку на межі з повітрям дає проміжний ефект, знижуючи s _ТГ, але мало впливаючи при цьому на s _ТР.