Физ/хим и хим св-ва пенообразователей.

Большая поверхность раздела газ — жидкость воздушных пузырьков, на которой происходит закрепление минеральных частиц, и необходимая прочность минерализованной пены на поверхности пульпы обеспечиваются при флотации с применением пенообразователей (вспенивателей).

В качестве реагентов-пенообразователей наиболее широко применяются гетерополярные поверхностно-активные вещества, содержащие полярную (водоактивную) и неполярную (воздуш- ноактивную) части. Вещества такого типа способны адсорбироваться на границе раздела вода — воздух, ориентируясь полярной группой к воде, а неполярной к воздушной фазе.

Адсорбция пенообразователя сопровождается изменением поверхностной энергии границы раздела вода — воздух. Поверхностная активность пенообразователей

а = dσ/dС зависит от характера полярной группы и строения углеводородного радикала. Лучшими пенообразующими свойствами обладают соединения с неразветвленной углеводородной цепью. Используемые на практике пенообразователи содержат, как правило, от 5 до 12 атомов углерода в цепи, а их растворимость составляет обычно 5— 0,2 г/л. Действие реагентов-пенообразователей при флотации обусловлено главным образом адсорбцией их на поверхности раздела жидкость — газ и в гораздо меньшей степени на границе раздела жидкость — твердое. Адсорбция пенообразователей на границе раздела жидкость — газ позволяет изменять коалесцентную способность воздушных пузырьков и степень их дисперности в пульпе, скорость подъема пузырьков, структурно-механические свойства оболочек воздушных пузырьков и прочность пены.

Уменьшение коалесцентной способности и средней крупности пузырьков. Интенсивность процесса флотации определяется площадью поверхности раздела жидкость — газ, которая при одном и том же количестве воздуха увеличивается с увеличением дисперсности воздушных пузырьков. Однако этот процесс сопровождается резким увеличением свободной поверхностной энергии и поэтому аэрированная пульпа является неустойчивой в термодинамическом отношении.

В присутствии пенообразователя процесс коалесценции резко замедляется, так как в результате адсорбции на поверхности раздела жидкость — газ пенообразователь образует ориентированный слой молекул, полярные концы которых гидратируются диполями воды

Этот гидратированный слой приводит к повышению механической стойкости оболочек пузырьков и препятствует их слиянию при столкновении друг с другом, что позволяет сохранить в пульпе более мелкие пузырьки. Иначе обстоит дело с пузырьками воздуха, заключенными в довольно «жесткую» гидратную оболочку и имеющими вследствие этого форму, близкую к сферической. При подъеме такие пузырьки меньше деформируются, у них меньше возможностей принять выгодную в гидродинамическом отношении форму, поэтому скорость их подъема гораздо меньше скорости подъема пузырьков такого же размера в чистой воде.

Снижение скорости подъема пузырьков под действием пенообразователей приводит к увеличению содержания воздуха в пульпе и тем самым увеличивает вероятность их столкновения с минеральными частицами.

Причина упрочнения пены заключается в следующем: довольно прочная ассоциация молекул воды около полярных групп пенообразователя препятствует стеканию воды из прослоя h при выходе пузырьков в пенный слой. Чем больше гидратированы полярные группы пенообразователя, тем медленнее стекает вода с поверхности пузырька между адсорбционными слоями пенообразователя и тем прочнее и устойчивее пена.

Применение реагентов-депрессоров является основным средством получения максимальной селективности при флотационном разделении минералов с близкими свойствами.

Если для эффективной флотации минералов необходимо соблюдение двух условий: гидрофобизации поверхности, поверхности собирателем; и возможности закрепления на гидрофобизированной подкладке микрокапель физически адсорбированного собирателя,

то для подавления их флотации необходимо несоблюдение хотя бы одного из этих условий.

1.Растворение поверхностных соединений собирателя и создание условий, препятствующих закреплению собирателя на поверхности минерала (рис.).

В результате этого обнажается гидрофильная поверхность минерала и его способность флотироваться утрачивается.(Примером такого механизма является депрессирующее действие цианистых солей на флотацию сульфидов меди или активированного медным купоросом сфалерита.)

2. Вытеснение ионов собирателя ионами депрессора, образующими с ионами, минерала труднорастворимое гидрофильное соединение. (Примером такого механизма является депрессирующее действие гидроксильных ОН- и сульфидных S2- ионов, конкурирующих с ионами собирателя Кх- и замещающих их на поверхности (рис.).)

3. Повышение степени гидрофильности минеральной поверхности без вытеснения собирателя. Энергетическая неоднородность минеральной поверхности вызывает неравномерное распределение собирателя по ней. Средняя гидрофобность сульфидной поверхности определяется гидрофобностью участков,.покрытых собирателем, и гидрофобностью чистой поверхности, не занятой собирателем. При добавке депрессора он может закрепляться на свободных участках поверхности, резко увеличивая степень их гидрофильности (рис.).Это приводит к увеличению средней гидрофильности поверхности без вытеснения-собирателя и флотируемость минерала ухудшается. Примерами такого механизма является депрессирующее действие хроматов и фосфатов на галенит.

4. Закрепление на поверхности депрессируемого минерала гидрофильных неорганических или. органических частиц. Коллоидные частицы всегда значительно больше ионов или молекул собирателя. Закрепляясь на свободных от собирателя участках поверхности, они перекрывают гидрофобизирующее действие собирателя (рис.). Контакт между пузырьком и частичкой и ее флотация поэтому становится невозможными. По такому механизму могут депрессировать флотацию минералов жидкое стекло, осадки продуктов взаимодействия реагентов, высокомолекулярные органические вещества.