Гидрофобно-гидро-фильные взаимодействия при селективной флотации Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

© С.И. Евдокимов, А.М. Паньшин, 2009

С.И. Евдокимов, А.М. Паньшин

ГИДРОФОБНО-ГИДРОФИЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТИЯ ПРИ СЕЛЕКТИВНОЙ ФЛОТАЦИИ

Разработан способ колонной флотации аэрозолем [Патент № 2220781], который получают в конфузор-диффузорном аэраторе при турбулентном смешении спутных потоков водяного пара и воздуха с радиальным потоком аэрозолеобразующего вещества — эмульсии пенообразователя.

Ключевые слова: колонная флотация, адсорбция пенообразователя, извлечения минералов.

ш Ж ри аэрозольной колонной флотации адсорбция Г пено-.Л.Л. образователя по поверхности пузырька изменяется так, что в центре смачивающей пленки ее величина Г (0, 0 меньше (поверхностное натяжение выше), чем на периферии Г (а, 0, что стабилизирует толщину пленки за счет течения жидкости в сторону центра пленки. Существует предельное значение толщины пленки , характерное в том отношении, что при h > пленка утоньча-ется под действием прижимной силы, а по достижении h = толщина пленки стабилизируется, так как истечение жидкости из зазора под влиянием перепада давления компенсируется втеканием за счет перепада поверхностного натяжения. Это обусловило введение в теоретическое уравнение Духина С.С. [1] для предельной

толщины межфазной пленки ^ = f I 0; 0 | (где в1 и в - углы,

характеризующие положение частицы в диффузионном слое пузырька в момент t = 0 и Р, ть = Я/и - время движения пузырька; ТГ = а2/DS - время диффузии по пленке) вместо отношения Ть / Тг параметра в виде отношения времени индукции %пс1 ко времени релаксации к состоянию нового равновесия Тге1. Для измерения Тпс1 использован прибор КЭП-4.

Установлено, что характер зависимости устойчивости смачивающих (несимметричных) пленок при повышении температуры не зависит от поверхностных свойств частиц: при повышении температуры время индукции уменьшается при прилипании пузырька воздуха как к гидрофильным, так и к гидрофобным частицам (рис. 1).

Т

Г

Рис. 1. Влияние температуры на время индукции при прилипании частиц друг к другу и к пузырьку воздуха

Для измерения времени индукции при прилипании одиночной частицы к частицам в слое в приборе КЭП-4 держатель пузырька воздуха заменили иглой, к острию которой был приклеен минерал.

Отсутствие пузырька вносит принципиальное отличие в температурную зависимость устойчивости симметричных пленок. Это отличие состоит в том, что устойчивость симметричной пленки определяется поверхностными свойствами частиц: при повышении температуры время индукции увеличивается при прилипании гидрофильных частиц друг к другу, но уменьшается при прилипании гидрофобных частиц друг к другу. Неизбирательный характер устойчивости смачивающих пленок можно объяснить тем, что пленка одной стороной граничит с минералом, а другой с «гидрофобным» [2-4] воздухом. Между тем гидрофобные силы имеют больший радиус действия, чем силы гидрофильного отталкивания, и дальнодействие сил растет с ростом степени гидрофобности поверхности

[5].

Если при измерении поверхностного натяжения методом максимального давления в пузырьке от капилляра длиной I и радиусом г0 отрывается пузырек радиусом R, то

т ге1 =М*

М

2

(

где К =

2г0 Зг0 а

V г0 у Л

1

+ — 3

ґ ял

V го у

3

(1)

2 гж Я

1/3

М = 32-/-т/г0-Др; М = 2аг_ж/Др получает-

У

ся интегрированием от г = г0 при т = 0 до г = К при т = тГеі (учитывая, что К > 10г0 и пренебрегая членами, сумма которых не превышает 1 % от максимальной суммы) уравнения скорости роста пу-

d г

зырька

г0

( Д р - —

Г у

за счет движения газа в ка-

1 г,

2

0 К * ^

пилляре со скоростью и =--------Д р под действием разности дав-

8 I ц

~ А * А 2 ^

лений Д р = Д р----------.

г

На рис. 2 приведена зависимость отношения от темпе-

ратуры и крупности частиц. Причем в числителе стоит время, рассчитанное по формуле (1), а в знаменателе - измеренное с приме-

нением контактного прибора КЭП-4. Рост предельной толщины

смачивающей

2,5

Ы 5

е |е К

к

<и>

а

о

к

ё

К

а

й

и

£

1,5

0,5

-0,5

-1,5

/ / /

/ А / /

/ / /

/

20 40 60

Температура,° С

Рис. 2. Отношение

Тге1 !Ттй

как

пленки является главной причиной заметного отторжения с поверхности пузырька недостаточно гидрофобных частиц и повышения гидрофобности, необходимой для закрепления частиц.

Полученная зависимость позволяет следующим образом объяснить повышение извлечения минералов и избирательности флотационной сепарации при использовании аэрозоля в качестве газовой фазы. Поверхностная диффузия ПАВ создает напряжение сдвига т (градиент поверхностного натяжения), и обусловленное им тангенциальное движение жидкости (поток Марангони-Гиббса) в сторону центра пленки, где х = 0. Поток жидкости увлекает в пленку с поверхности мениска добавочное количество ПАВ, что приводит к возникновению градиента концентрации, вызывающего встречную поверхностную диффузию ПАВ. Вошедшее с мениска добавочное количество ПАВ возвращается в результате поверхностной диффузии в течение времени, определяемом формулой (1), обратно на мениск. В результате взаимодействия противоположно направленных потоков ПАВ возникают максимумы поверхностной концентрации и образование волнообразной выпуклости на профиле пленки, постепенно распространяющейся к ее центру и одновременно размывающейся из-за падения градиентов а с течением времени. Поскольку отношение Тге^ТпЛ с повышением температуры резко увеличивается, тангенциальное движение жидкости в сторону центра пленки за время контакта частицы с пузырьком успевает существенно увеличить предельную толщину межфазной пленки, что повышает избирательность прилипания.

функция температуры и крупности d частиц: 1 - d = (-300 +250) мкм; 2 - d = (160 +125) мкм

1. Духин С.С. Динамический адсорбционный слой и эффект Марангони-Гиббса // В кн. Современная теория капиллярности: К 100-летию теории капиллярности Гиббса /Под ред А.И.Русанова, Ф.Ч.Гудрича - Л.: Химия. 1980. - С. 126162.

2. Лу Шоу-Цзы. О роли гидрофобного взаимодействия во флотации и флокуляции //Коллоидн. журн. -1990. -Т. 52. - № 5. -С. 858-864.

3. Чураев Н.В., Соболев В.Д. Вклад структурных сил в смачивание поверхности кварца растворами электролита //Коллоидн. журн. - 2000. - Т. 62. - № 2. - С. 278-285.

4. Чураев Н.В. Поверхностные силы и физикохимия поверхностных явлений //Успехи химии. - 2004. - Т. 73. - № 1. - С. 26-38. Н5Ы=1

Evdokimov S.I., Panshin A.M.

HYDROPHOBIC-HYDROPHILIC INTERACTIONS DURING SELECTIVE FLOTATION

A method of column flotation with aerosol (patent № 2220781) is developed. The aerosol is produced in convergent-divergent aerator during turbulent mix of flows of water vapors and air with radial flow of aerosol forming component (emulsion offoam-generator).

Key words: column flotation, adsorption, foamgenerator, mineral recovery.

— Коротко об авторах -----------------------------------------------

Евдокимов С.И. - кандидат технических наук, доцент кафедры обогащения полезных ископаемых СКГМИ (ГТУ),

Паньшин А.М. - кандидат технических наук, технический директор ОАО «Электроцинк».

А