CC BY
87
- © В.И. Мелик-Гайказян,
Д.В. Долженков, Н.П. Емельянова, М.И. Труфанов, Т.И. Юшина, 2014
УДК 622.765
В.И. Мелик-Гайказян, Д.В. Долженков, Н.П. Емельянова, М.И. Труфанов, Т.И. Юшина
НАНОПУЗЫРЬКИ И МЕХАНИЗМ ИХ ФЕНОМЕНАЛЬНОЙ ФЛОТОАКТИВНОСТИ И СЕЛЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ
ЧАСТЬ I. ПРИЛИПАНИЮ НАНОПУЗЫРЬКОВ СПОСОБСТВУЕТ ИХ МГНОВЕННОЕ РАСТЕКАНИЕ
Высокое капиллярное давление Рк газа в нанопузырьках, прилипших к подложкам, способствует их незамедлительному растеканию по подложке и значительному понижению Рк при этом. Поэтому прилипание и растекание протекают как один процесс необратимо, односторонне и быстро, поскольку не осложнены встречными процессами. Расчеты показали, что убыль удельной энергии AG/V, заключенной в нанопузырьках, при их растекании по подложке достигает миллионов Дж/м3. Введен соответствующий критерий смачиваемости, чтобы оценить ее влияние на убыль G. Для иллюстрации практической одновременности протекания процессов прилипания и растекания пузырьков приведены микрофотографии более крупных пузырьков с люминесцирующим аполярным реагентом, устраняющим явление гистерезиса, которое в случае нанопузырьков легко преодолевается высоким Р в них.
к
Ключевые слова: капиллярное давление, нанопузырьки, растекание нанопузырь-ков по подложке, механизм прилипания нанопузырьков, критерии смачиваемости, закон Юнга и его диагностический признак.
Влияние растекания пузырька на его прилипание к подложке. Эксперимент
На рис. 1 приведены микрофотографии, сделанные при слабом освещении проходящими параллельными лучами видимого света и сильной ультрафиолетовой радиации (сбоку), возбуждающей люминесценцию водонерастворимого люминофора, растворенного в аполярном реагенте (керосине). В результате на кадре получаются четкий контур пузырька, кончик капилляра микропипетки и кончик проволоки диаметром 0,8 мм в качестве масштаба (в верхнем левом углу кадра), а также капельки и линзы люминесцирующего керосина. Подложкой в опытах служит гладкая медная фольга, гидрофобизированная свежеочищенным бутиловым ксантоге-
натом и отмытая затем струей дистиллированной воды.
На кадре А-1 виден четкий контур симметричного пузырька воздуха, сидящего на подложке, а рядом справа две светящиеся ярко зеленым светом капельки керосина. Если капилляром микропипетки, закрепленной в манипуляторе, оказать слабое давление на пузырек, то его контур деформируется, а периметр не смещается (к. А-2), что свидетельствует о наличии гистерезиса смачивания у основания пузырька.
Усиливая капилляром давление на пузырек, его перемещают вправо и приводят в соприкосновение с первой капелькой керосина. Это приводит к окаймлению периметра пузырька керосином, его растеканию по поверхности пузырька, понижению ст на ней и уплощению его контура (к. А-3).
Рис. 1. Микрофотографии, иллюстрируют наличие гистерезиса смачивания у основания пузырька (к. А-2) и его устранение в присутствии пленки апо-лярного реагента на подложке, а также «спрыгива-ние» пузырька вниз из державки на подложку при верхность пузырька (к. Г-1) легком соприкосновении пузырька с каплей реаген- касается гидрофобизиро-
манипуляторе. Если медленно опускать державку с пузырьком к подложке с линзой керосина, то в момент легкого их соприкосновения пузырек как бы «спрыгивает» (к. В-2) из державки вниз (против сил гравитации), растекается и прилипает к подложке. Если после этого поднять державку (к. В-3), то можно убедиться, что пузырек после «спрыгивания» не касался державки, поскольку никаких изменений в его контуре не произошло.
Аналогичное наблюдается, когда омасленная по-
та (к.к. В-2; Г-2)
Кайма у основания пузырька окрашена зеленым цветом. Растекание пузырька усиливается при его соприкосновении со второй капелькой (к. А-4). Все описанное легко объясняется посредством уравнения Лапласа.
Кадры Б-1, Б-2 и Б-3 демонстрируют, что на омасленной подложке пузырек легко перемещается капилляром без деформации его контура, или, что тонкая пленка керосина на подложке полностью устраняет явление гистерезиса смачивания, не снижая прочности закрепления пузырька на ней (к. Б-4). Для отрыва пузырька от подложки необходим отрыватель значительно большего диаметра, чем торец капилляра (к.к. Г-3, В-4 и Г-4). На кадре Г-4 видно, что при отрыве пузырька часть реагента остается на подложке и свет от нее отражается в перевернутом куполе пузырька.
На кадре В-1 изображен новый пузырек воздуха, плененный в небольшом углублении в торце стеклянной палочки-державки, закрепленной в
ванной подложки (к. Г-2). Происходит одновременное прилипание и растекание микропузырька.
Микрофотографии на рис. 1 призваны пояснить, что высокая флотоак-тивность нанопузырьков является результатом их мгновенного растекания по подложке. Поскольку такое пояснение может показаться спорным, ниже, в п. 2, на основе результатов прецизионных расчетов с пузырьками различных размеров и, в том числе, нано-пузырьков, получено подтверждение справедливости этого пояснения.
Влияние капиллярного давления в прилипшем пузырьке на его растекание. Расчет и данные практики
Вычислим параметры трех прилипших к подложке пузырьков М с диаметрами ёе, равными 3 мкм, 300 и 30 нм посредством соответствующих им таблиц с р -3,15-10-7; -3,15-10-9 и -3,15-10-11. Вычислим также параметры этих же пузырьков при их растекании. Для этого значения в должны быть с теми же характеристиками, но с несколько увеличенными по моду-
лю мантиссами, например, 3,150001; 3,151; 3,16; 3,25; 3,5; 4,0; 6,0 и 8,75.
Поскольку форма растекающегося пузырька М должна удаляться от сферы, то коэффициенты формы в должны плавно расти, соответствуя записанному выше ряду мантисс. Для расчета они последовательно навязываются пузырьку М.
На рис. 2 приведены рассчитанные зависимости площади криволинейной поверхности ПМ пузырька М от диаметра его основания а для пузырьков с начальным диаметром de в 3 мкм (а), 300 нм (б) и 30 нм (в). Точки М С и К на схемах соответствуют началу растекания N (мантисса равна 3,150001), состоянию, когда ПМ при растекании уменьшается, достигая своего минимума С (мантисса равна 3,5), и концу растекания К (мантисса равна примерно 6,0), когда площадь ПМ достигает своего начального значения.
Вычисляются и другие параметры растекающихся по подложке пузырьков М: радиусы кривизны Ь в куполе пузырьков, капиллярные давления РкМ в них, объемы УМ, диаметры периметров контакта а пузырьков с подложками, краевые углы 9, коэффициенты растекания К = ап/ал и К = 9/9,
а 2 1 9 2 1
Рис. 2. Изменение площади ПМ криволинейной поверхности растекающегося пузырька М диаметром d , равным 3 мкм (а); 300 нм (б) и 30 нм (в): точки «Л» соответствуют началу растекания пузырька М, точки «С» - случаю, когда ПМ достигает своего минимального значения и точки «К» - концу растекания, когда ПМ приближается к своему начальному значению (горизонтальная пунктирная линия)
заключенные
в = я.. • V,
в пузырьках + а- П
энергии
кМ М М и удельные ве-
личины их приращений Двп/У. Значения всех этих параметров: Ь, РкМ, УМ, ПМ, а, 9, в , Дв /V, К , и К9, - вносят-
М' ' ' п' п ' а' 9'
ся в графы 3^12 таблицы.
Схемы на рис. 2 поясняют также методику оценки убыли удельной энергии Двп^ в растекающихся пузырьках М, как алгебраическую сумму разностей Двп для состояний «С» и «Л», а также «С» и «К» (графа 10), от-
Параметры пузырьков М диаметром 3 мкм, 300 и 30 им, иллюстрирующие причину роста их растекаемости с уменьшением размера (случай а = 0,070 н/м)
№ п/п -Р Ь, м Рм> Н/м2 Чр М3 Пм, м2 а, м е° вп = Р • V + в • П,Дж ЛСП/У, Дж/м3 К>=а2/а1 кв=е2/е1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 3,15-Ю7 1,5-106 93 333 1,41372-Ю17 2,82743-1011 4,78-Ю9 0,0988 3,29867-Ю12
2 3,151-Ю7 1,500238-106 93 318 1,41394-Ю17 2,81418-Ю11 4,23-Ю7 8,11 3,28940-Ю12 89 82
3 3,5-Ю7 1,581139-Ю-6 88544 1,49019-Ю17 2,49521-Ю11 2,56-Ю6 53,9 3,06612-Ю12 -1,64-Ю4 535 546
4 6,0-Ю7 2,070197-Ю-6 67 626 1,95112-Ю17 2,77142-Ю11 4,14-Ю6 88,3 3,25947-Ю12 -1,30-Ю4 866 894
5 Кмг~Рм4 = 25 707 НЛСпЛ0 = -2,94-Ю4
6 3,15-Ю9 1,5-Ю7 933 333 1,41372-Ю20 2,82743-Ю13 5,18-Ю-11 0,0111 3,29867-Ю-14
7 3,151-Ю9 1,500238-Ю7 933 185 1,41394-Ю20 2,78726-Ю13 7Д&10-8 13,8 3,27055-Ю-14 1390 1310
8 3,5-10"9 1,581139-Ю-7 885438 1,49019-Ю20 2,49521-Ю13 2,56-Ю7 53,9 3,06612-Ю-14 -1,64-Ю5 4940 5090
9 6,0-Ю9 2,070197-Ю-7 676 264 1,95111-Ю20 2,77142-Ю13 4,14-Ю7 88,3 3,25946-Ю-14 -1,30-Ю5 7990 8340
10 Р„ -Р„ = 257 069 кМб кМ9 НЛСпЛ0 = -2,94-Ю5
11 3,15-Ю11 1,5-Ю8 9 333 333 1,41372-Ю23 2,82743-Ю15 4,10-Ю13 0,000873 3,29867-Ю16
12 3,151-10- и 1,500238-Ю8 9 331852 1,41394-Ю23 2,81418-Ю15 4,23-Ю9 8,11 3,28940-Ю16 10 300 9290
13 3,5-Ю11 1,581139-Ю-8 8854 377 1,49019-Ю23 2,49522-Ю15 2,56-Ю8 53,9 3,06612-Ю16 -1,64-Ю6 62 400 61800
14 6,0-Ю11 2,070197-Ю-8 6 762 642 1,95111-Ю23 2,77144-Ю15 4,14-10-8 88,3 3,25948-Ю16 -1,30-Ю6 101000 101200
15 Р - Р - 2 570 691 кМ11 кМ14 ^ °' " 1 НЛСпЛ0 = -2,94-Ю6
Примечание. Рост коэффициентов растекания пузырьков М (графы 11, 12) с уменьшением их размера сопровождается падением капиллярного давления РкМ в них (графа 4) на 25 707; 257 069 и 2 570 691 Н/м2 (или на 0,257; 2,57 и 25,7 атм. соответственно), а также уменьшением удельной энергии АСПД/ (графа 10), содержащейся в пузырьках, соответственно на 0,029; 0,29 и 2,9 миллиона Дж/м3.
несенных к соответствующему объему пузырька им (графа 5).
На основе данных расчетов, собранных в Таблице 1, могут быть сформулированы следующие выводы.
2.1. С уменьшением размера пузырьков от 3 мкм до 30 нм коэффициенты их растекания Ka = a2/a1 и К9 = 92/91 заметно растут (графы 11, 12). В связи с этим, становится очевидным, что флотоактивность нанопу-зырьков действительно обусловлена их чрезвычайной растекаемостью на поверхности частиц.
2.2. Капиллярное давление ^^ (графа 4) в растекающихся пузырьках с уменьшением их размера от 3 мкм до 30 нм уменьшается с 25 707 до 2 570 691 Н/м2 (или с 0,25 до 25 атмосфер), подтверждая, что ^^ в на-нопузырьках является фактором интенсивности процессов их растекания и прилипания.
2.3. Убыль удельной энергии Двп/V (графа 10) в растекающихся нанопузырьках достигает 2,94 млн Дж/м3, что делает процессы прилипания и растекания односторонними, поскольку выделившаяся при растекании энергия рассеивается и для обратного энергозатратного процесса ее уже нет.
Из практики флотации известно, что микропузырьки, по-видимому, зародышевого размера были первыми пузырьками, успешно применявшимися в промышленности. Это (1) пузырьки пара, образующиеся при кипении воды в процессе братьев Бессель (1877), (2) пузырьки воздуха, выделяющиеся из пульпы в вакуумном процессе Ф. Эльмора (1898), (3) пузырьки СО2, образующиеся в кислотном процессе Поттера-Дельпра (1902) и (4) пузырьки газа, выделяющиеся при электролизе в электролитической флотации Ф. Эльмора (1904) [1, 2]. Эти процессы свидетельствуют о том, что элементарный акт флотации или
переход А^М (ПАМ) с микропузырьками шел в различных вариантах флотации легко и использовался не один год, а микропузырьки закреплялись на поверхности частиц иногда даже без применения реагентов, гидрофо-бизирующих поверхность частиц (они еще тогда не были открыты). То есть, микропузырьки могли исполнять роль молекул современных собирателей.
Проведенные расчеты и исследования позволяют допустить, что в упомянутых выше четырех процессах среди микропузырьков были также и нанопузырьки, активирующие процесс флотации.
3. Требования к критериям смачиваемости подложек (Ф), (Г), (Н ) и их идентификация
Критерии должны просто и количественно отражать различие в смачиваемости подложек с предельной гидрофильностью (Ф). с предельной ги-дрофобностью (Г) и с неполной смачиваемостью (Нх), а также быть удобными при расчете энергетической возможности перехода свободного пузырька А в прилипший пузырек М (ПАМ).
3.1. Отправные начала выбора критериев смачиваемости и закон Юнга
За основу приняты результаты экспериментальной работы [3] 1932 г., в которой решались ключевые вопросы смачиваемости и, в частности, сухой или мокрой может быть поверхность подложки под прилипшим к ней пузырьком. Рассмотрим результаты этой обширной работы, разделив их на три отдельные группы, а также пронумеруем цифрами 1, 2, 3 фигурирующие в ней фазы.
• 1-я группа результатов. Измерялись краевые углы 9 в водной среде (фаза 1) у основания пузырька водорода (фаза 2), сидящего на поверхности ртути (фаза 3). Измерялись также значения поверхностного натяжения а12 на поверхности пузырька и а13 на
Рис. 3. Схема установки для иллюстрации случаев, когда закон Юнга не выполняется и когда выполняется (фотографии на рис. 4)
[3] вычисляли значение а2
поверхности ртути. На основе полученных значений 9, а и а13 авторы
23 на границе пузырек-подложка посредством уравнения Неймана, преобразованного для случая искривленной поверхности ртути. Оказалось, что а23 много меньше значения а для ртути, граничащей с сухим воздухом или вакуумом. По разности Да = а - а23 оценивалась адсорбция молекул воды на границе пузырек-подложка.
1-й вывод - подложка под пузырьком покрыта слоем адсорбированных на ней молекул воды.
• 2-я группа результатов. Проводились измерения 9, а12 и а13, при различных поляризациях ртути. Оказалось, что а12 не меняется с изменением потенциала ф ртути, а зависимости 9 (ф), а13 (ф) и рассчитанная а23(ф) предстали в виде колоколообразных
кривых с максимумом в точке нулевого заряда поверхности ртути при е = 0. Такой вид кривых 9 (ф) и а13(ф) получался ранее и в работах других авторов, а вот зависимость а23(ф) появилась впервые в работе [3] и показала, что в прослойке воды под пузырьком имеется также электрический двойной слой зарядов. Поскольку ионы в воде гидратированы, то это объективно указывает, что водная прослойка имеет заметную толщину. Если отсчитывать величину ф от точки нулевого заряда, то колоколообразный характер а23(ф) указывает, что с ростом поляризации должна расти величина Да а, следовательно, и толщина прослойки воды под пузырьком.
2-й вывод - наличие прослойки воды под пузырьком и рост ее толщины с поляризацией подтверждается другими измерениями.
• 3-я группа результатов. Проводились измерения с различными органическими жидкостями:
а) при подаче в фазу 1 водорастворимого поверхностно-активного органического вещества происходило смещение кривой а23(ф) вниз. По-видимому, молекулы ПАВ диффундируют из объема фазы 1 в прослойку под пузырьком и понижают величину а23 в результате своей адсорбции;
б) капля плохо растворимой в воде органической жидкости, помещенная на поверхность ртути, при потенциале электрокапиллярного максимума (е = 0) растекается в тонкую пленку с краевым углом 9, близким к 1800, демонстрируя предельную гидрофоб-ность поверхности ртути.
3-й вывод - а) подтверждается наличие относительно толстой водной прослойки под пузырьком с адсорбированными на ней молекулами ПАВ; б) показана предельная гидрофоб-ность поверхности ртути в точке нулевого заряда.
Необходимо заметить, что в качестве основного расчетного уравнения в работе [3] использовалось правило Неймана, являющееся следствием из закона Юнга (1805), который в середине ХХ-го столетия подвергся резкой критике, например в [4-6], как противоречащий прямым наблюдениям и потому ошибочный. Возможно, это обстоятельство бросало тень на работу [3] и она, по существу, была забыта и редко цитировалась. По этой причине прежде, чем использовать данные [3], следовало экспериментально реабилитировать закон Юнга, повторить экспериментальную часть работы [3] с одновременным контролем чистоты использованных растворов и поверхности ртути путем измерения дифференциальной емкости электрического двойного слоя на ее поверхности. Эта работа была выполнена [7-9]. Получились несколько иные значения 9 и а23, но наличие прослойки воды под пузырьком подтвердилось.
3.2. Экспериментальное подтверждение правильности закона Юнга
На рис. 3 изображена схема ячейки с «плоским» ртутным электродом 1 для фотографирования сидящих на нем пузырьков водорода в чистом растворе электролита [7]. Измерения краевого угла 9 у основания пузырька производились на измерительном микроскопе на негативах фотоснимков.
Доказательством правильности закона Юнга является независимость величины 9 от объема V пузырька. Для раздувания пузырька до желаемого объема V в ячейке создается необходимое разрежение путем соеди-
нения ее с откачивающей системой через специальный затвор 2, который исключает попадание в ячейку лабораторного воздуха при сбрасывании в ней разрежения.
При проведении измерений большое внимание уделяется чистоте. Очистка стенок ячейки, использованной посуды и затвора 2 производилась концентрированной серной кислотой, которая после этого смывалась тонкой струей кипящей, дистиллированной воды, получаемой в установке с горячим приемником [10]. Практика показала, что воды для этого требуется мало.
Аналогичная вода использовалась для приготовления раствора из еще горячей после прокаливания соли (На2Б04) особой чистоты. Описанная методика позволила получать неизменные значения емкости электрического двойного слоя на ртути в течение суток после начала работы.
На рис. 4, а приведена микрофотография двух пузырьков водорода одинакового объема, сидящих рядом на поверхности ртути в водном растворе 0,5 М На2Б04 с различными краевыми углами 9: 62° и 92° при ф = -0,8 В против нормального каломельного электрода. Угол 62° у левого пузырька соответствует практически чистой поверхности пузырька, а 92° - слегка запачканной поверхности. Загрязнения, которые, по-видимому, проникли в используемую для измерений стеклянную ячейку из воздуха лаборатории, стабилизируют поверхности пузырьков и препятствуют их коалес-ценции. Загрязнен правый пузырек, поскольку он имеет уплощенную форму, большее значение в, и, следовательно, несколько пониженное а (не более, чем на 10-4 Н/м).
При уменьшении поляризации ртути до ф = -0,5 В (е^0) загрязнения мигрируют с поверхности пузырьков на поверхность ртути, пузырьки сли-
Рис. 4. Микрофотографии пузырьков водорода на поляризованной поверхности ртути в 0,5 М растворе Ма2Б04. Иллюстрация чувствительности краевого угла 9 к микрозагрязнениям на поверхности пузырька: а - два одинаковых по объему пузырька с V = 0,15 мм3 при ф = -0,8 В против н.к.э. с углами 62° и 92° иллюстрируют зависимость 9 от чистоты поверхности пузырька; б - при ф = -0,5 В (е^0) пузырьки коалесцируют и 9 = 102°; в - при раздувании этого пузырька 9 падает до 68°; г - при сбросе вакуума в ячейке 9 растет до 110°; д -объемы V пузырьков различаются более, чем в 1000 раз, а краевые углы пузырьков, находящихся в одной плоскости с большим пузырьком, имеют одинаковое значение, равное 9 62°. Независимость 9 от V является диагностическим признаком, подтверждающим правильность закона Юнга.
ваются, и 9 принимает значение 102° (рис. 4, б). Если пузырек после этого сильно раздуть (рис. 4, в), то угол 9 уменьшится до 68° и затем возрастет до 110° при сбросе разрежения в ячейке. То есть, налицо зависимость 9 от V . Это и наблюдали критики закона Юнга.
На рис. 4, д приведена микрофотография пузырьков, различающихся по объему более, чем в 1000 раз. У всех пузырьков, находящихся в
плоскости меридионального сечения большего пузырька, углы 9 составляют 62° при ф = -0,8 В. Это не только реабилитирует закон Юнга (независимость 9 от объема пузырька), но также свидетельствует, что критики закона проводили свои наблюдения и измерения в недостаточно чистых условиях. Подробнее об этом в [7-9].
Из работы [3] следует, что подложке (Ф) соответствует случай, когда под пузырьком М находится поляризованная поверхность ртути с прослойкой из воды при значениях ф, близких к началу электролиза.
Подложке (Г) отвечает случай незаряженной поверхности ртути (е = 0), когда она предельно ги-дрофобна и капля неполярной органической жидкости растекается на ней до угла 9^180°, а водной прослойки под пузырьком М вообще нет. Подложки (Ф) и (Г) необходимы для выбора рациональных методик расчета капиллярного давления Р М в пузырьках М [11].
У подложки (Нх) со смачиваемостью, промежуточной между (Ф) и (Г), доля площади контакта ПаМ , покрытая прослойкой воды, для проводимого расчета составляет (1 - х), где х - доля площади, покрытая молекулами собирателя.
Итак, подложки (Ф), (Г) и (Нх) под прилипшим к ним пузырьком М различаются по смачиваемости из-за своей различной обводненности. Тогда соотношения для расчета поверхностной энергии G пузырька М примут вид:
• для подложки (Ф)
СпФ = (ПМ + ПаМ) • СТ12
• для подложки (Г)
Gnr = ПМ^СТ12
(1); (2);
• для подложки (Нх)
^Их = Пм + ПаМ • (1 - Хх)] • °12 (3).
В первом приближении предполагается, что ст23 на поверхности прослойки, обращенной к пузырьку, равно ст12, как и на поверхности ПМ пузырька М.
Выводы
1. Причиной высокой флотационной активности нанопузырьков является их способность к мгновенному растеканию по поверхности частиц из-за высокого капиллярного давления в них.
2. Иа периметре растекшегося на-нопузырька легко могут закрепиться «транспортные» пузырьки, образовавшиеся в результате коалесценции микропузырьков. Они и флотируют частицы.
1. Hoover T.J. Concentrating ores by flotation. 3-rd ed. London. The Mining Magazine. 1916. - 320 p.
2. Сазерленд К.Л., Уорк И.В. Принципы флотации. - М.: Цветная металлургия, 1958. - 411 с.
3. Фрумкин А.Н., Городецкая А.В., Кабанов Б.Н., Некрасов Н.И. Электрокапиллярные явления и смачиваемость металлов электролитами // Журнал физической химии. - 1932. - Т. 3. - № 5-6. - С. 351-367.
4. The Proceedings of the Second International Congress of Surface Activity. Butterworth London. 1957. V. 3. Discussion. P. 187-201.
5. Leja J., Poling G.W. International Mineral Processing Congress. London. 1960. P. 325-336.
6. Smolders C.A. Contact Angles, Wetting, and De-Wetting of Mercury. University of Utrecht. Netherland. 1961. - 31 р.
7. Мелик-Гайказян В.И., Ворончихи-на В.В. Выяснение некоторых причин кажущегося нарушения закона Юнга // Электрохимия. - 1969. - Т. 5. - Вып. 4. - С. 418-425.
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
8. Мелик-Гайказян В.И., Емельянова Н.П. Конкурирующие представления в работах по пенной флотации и перспективы их применения для подбора реагентов. Часть I // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2008. - № 5. - С. 358-370.
9. Мелик-Гайказян В.И., Емельянова Н.П. Конкурирующие представления в работах по пенной флотации и перспективы их применения для подбора реагентов. Часть II // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2008. - № 6. -С. 355-366.
10. Мелик-Гайказян В.И. Установка для перегонки воды // Заводская лаборатория. - 1950. - № 2. - С. 242-243.
11. Мелик-Гайказян В.И., Емельянова Н.П., Юшина Т. И. К решению задач пенной флотации на основе уравнений капиллярной физики. Сообщение 2. Влияние капиллярного давления в пузырьке на его прилипание к подложке-частице. Часть 2 // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. - № 9. - С. 181-187. ЕИЗ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Мелик-Гайказян Виген Иосифович - доктор химических наук, профессор,
руководитель лаборатории, e-mail: [email protected],
Долженков Дмитрий Викторович - аспирант, e-mail: [email protected],
Емельянова Нина Павловна - кандидат химических наук, доцент,
Труфанов Максим Игоревич - кандидат технических наук, доцент,
Юго-Западный государственный университет;
Юшина Татьяна Ивановна - кандидат технических наук, доцент,
e-mail: [email protected],
МГИ НИТУ «МИСиС».
UDC 622.765
NANOBUBBLES AND MECHANISM OF THEIR PHENOMENAL FLOTATION RESPONSE AND SELECTIVITY
PART I: NANOBUBBLE ADHERENCE PROMOTED BY THEIR INSTANTANEOUS SPREADING
Melik-Gaikazyan V.I., Doctor of Chemical Sciences, Professor, Head of Laboratory, e-mail: [email protected], Dolzhenkov D.V., Graduate Student, e-mail: [email protected], Emel'yanova N.P., Candidate of Chemical Sciences, Assistant Professor, Trufanov M.I., Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Southwestern State University;
Yushina T.I., Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, e-mail: [email protected],
Moscow Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS».
High capillary pressure Pk of gas in nanobubbles adhered to a substrate material promotes instantaneous spreading of nanobubbles over the substrate, which results in the decrease in P . For this reason, adherence and spreading run as a single process, irreversible, one-way and fast, as they are not impeded by cross-processes. By calculations, the loss of specific energy AG/V of nanobubbles during their spreading over a substrate reaches millions of J/m3. The wettability criterion is introduced to evaluate the influence of wettability on the loss of G. To illustrate synchronism of the bubble adherence and spreading, the article shows microscopical shots of large bubbles with a luminescent agent added to eliminate hysteresis, which is readily overcome in nanobubbles by their high P .
Key words: capillary pressure, nanobubbles, spreading of nanobubbles over substrate material, nanobub-ble adherence mechanism, wettability criterion, Young's law and its diagnostic property.
REFERENCES
1. Hoover T.J. Concentrating ores by flotation. 3-rd ed. London. The Mining Magazine. 1916. 320 p.
2. Sazerlend K.L., Uork I.V. Printsipy flotatsii (Принципы флотации), Moscow, Tsvetnaya metallurgiya, 1958, 411 p.
3. Frumkin A.N., Gorodetskaya A.V., Kabanov B.N., Nekrasov N.I. Zhurnal fizicheskoi khimii, 1932, vol. 3, no 5-6, pp. 351-367.
4. The Proceedings of the Second International Congress of Surface Activity. Butterworth London. 1957. V. 3. Discussion, pp. 187-201.
5. Leja J., Poling G.W. International Mineral Processing Congress. London. 1960, pp. 325-336.
6. Smolders C.A. Contact Angles, Wetting, and De-Wetting of Mercury. University of Utrecht. Netherland. 1961. 31 р.
7. Melik-Gaikazyan V.I., Voronchikhina V.V. Elektrokhimiya, 1969, vol. 5, issue 4, pp. 418-425.
8. Melik-Gaikazyan V.I., Emel'yanova N.P. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten', 2008, no 5, pp. 358-370.
9. Melik-Gaikazyan V.I., Emel'yanova N.P. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten', 2008, no 6, pp. 355-366.
10. Melik-Gaikazyan V.I. Zavodskaya laboratoriya, 1950, no 2, pp. 242-243.
11. Melik-Gaikazyan V.I., Emel'yanova N.P., Yushina T.I. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten', 2012, no 9, pp. 181-187.
