Змочуваність мінералів водою та визначення крайових кутів змочування

У процесі пінної флотації приймають участь 3 фази: рідка, тверда та газоподібна. Флотаційна активність мінералів залежить від співвідношення вільних енергій на межі розподілу фаз: тверда-рідина, рідина-газ, газ-тверда. Вільна поверхнева енергія - це надлишок енергії, яку мають атоми, іони та молекули поверхневого шару в порівнянні з об'ємом.

Перед флотаційним збагаченням різної мінеральної сировини здійснюється її здрібнення. Здрібнення мінералів відбувається по площинах спайності, окремості, тріщинуватості та дефектних місцях кристалічної структури. Якщо при здрібненні мінералів відкриваються сильні зв'язки, то така поверхня активно взаємодіє з диполями води і має низькі флотаційні властивості. У випадку відкриття слабих (молекулярних та ін.) зв'язків поверхня мінералу погано взаємодіє з диполями води та розчиненими флотореагентами та характеризується високою флотоактивністю.

Мінерали, поверхня яких змочується водою, називають гідрофільними. Мінерали, які погано змочуються водою, називаються гідрофобними.

Штучно змочуваність мінералів можна змінити обробкою розчинами флотореагентів.

Змачуваність мінералів водою кількісно можна оцінити величиною крайового кута змочування (θ;) та електричними характеристиками: термодинамічним (φ;) та електрокінетичним (Е) потенціалами.

Теоретичне значення θ; може змінюватись від 0° (гранична гідрофільнісь) до 180° (гранична гідрофобність).

Рівноважне значення крайового кута змочування можливо визначити по рівнянню Давидова - Неймана (закону Юнга):

,

де σ_т-г, σ_т-ж, σ_ж-г – граничні поверхневі енергії на межі розподілу фаз, які взаємодіють.

Рівняння Давидова — Неймана одержано з розгляду рівноваги трьох сил поверхневих енергій на межі розділу фаз, спрямованих перпендикулярно лінії контакту трьох фаз по дотичній к поверхні розділу кожних з двох фаз (див. рис.1).

Крайовий кут змочування вимірюється завжди у бік рідкої фази.

 

Рис. 1 Капілярні сили, діючі по трифазному периметру змочування.

Значення крайового кута змочування змінюється застосуванням флотаційних реагентів. При збільшені крайового кута змочування поліпшуються гідрофобні властивості поверхні мінералів та їх флотаційні властивості.

Крайовий кут змочування мінералів можна визначити на установці академіка

П.А. Ребіндера. Установка П.А. Ребіндера приведена на рисунку 2.

Мета роботи - визначення ступені гідратації поверхні мінералів вимірюванням крайових кутів змочування.

 

Зміст та порядок виконання роботи.

 

1. Підготувати поверхню мінералу шліфуванням на матовому склі з порошком корунду, промивкою дистильованою водою і сушкою (грушою чи у ексикаторі).

2. Установити шліф на речовий стіл. Ввімкнути проекційний ліхтарик. Установити напругу (по вольтметру 40 - 50 вольт). Нанести піпеткою на поверхню мінералу краплю дистильованої води. Відрегулювати чіткість видимого зображення шліфа та краплі на екрані переміщенням об'єктиву.

3. Збільшити напругу обертанням ручки автотрансформатора до 180 вольт та визначити крайовий кут змочування шляхом обведення контура краплі та шліфа на екрані та проведенням дотичної до поверхні краплі у точці дотику трьох фаз.

4. Визначити θ, вимір виконати п'ять разів.

5. Визначити:

а) середнє значення θ: (1)

для наших умов n = 5.

б) вибіркова дисперсія: (2)

в) стандартне відхилення середнього результату: (3)

г) вірогідна відносна похибка: (4)

де t_{α, k} - коефіцієнти нормових відхилень (коефіцієнт Стьюдента).

при 95% довірчої вірогідності та n= 5 t_{α, k} = 2,78

д) результати записати у такому вигляді

6. Результати оформити у вигляді табл.1

Таблиця 1

Результати вимірювання крайових кутів змочування

Наймену-вання мінералу

Зміст звіту:

1. Опис ходу роботи, ескіз установки.

2. Результати вимірів.

3. Висновки.

 

Необхідне устаткування, приладдя, мінерали.

1. Проекційний ліхтар - 1 штука.

2. Автотрансформатор - 1 штука.

3. Шліфи мінералів: галеніту, халькопіриту, піриту, кальциту, кварцу, мартиту,

гематиту, магнетиту та ін. - 20 шт.

4. Речове скло - 20 шт.

5. Пластилін - 0,5 кг.

6. Мінералогічний прес - 2 шт.

7. Матове скло - 20 шт.

8. Порошок корунду-10г.

9. Фільтрувальний папір - 20 шт.

10.Піпетки - 4 шт.

11.Груші-2шт.

12.Транспортир - 2 шт.

Контрольні питання:

1. Питомі поверхневі енергії на межі розподілу фаз.

2. Крайовий кут змочування.

3. Гістерезис змочування.

4. Рівняння Давидова - Неймана.

5. Методика визначення крайового кута змочування на установці П.А. Ребіндера.

6. Класифікація кристалічних решіток по величені міжатомних відстаней у кристалі.

 

 

Література.

1. В.А.Глембоцкий, В.И. Классен. Флотационные методи обогащения. М., Недра, 1981,с. 16 - 23.

2. А.А.Абрамов. Флотационные методы обогащения. М., Недра, 1984 г., с. 5 - 9, 29 – 32.