ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 334
Скачиваний: 4
Вязкость характеризует силу сопротивления жидкости сдвигу т, возникающую при относительном движении двух смежных слоев жид кости; она пропорциональна градиенту скорости v вдоль оси у, нор мальной к направлению потока жидкости:
где и — динамическая вязкость (или просто вязкость), измеряемая в пуазах (1П — ЮОсП = 106 мкП; размерность Ш = г/см - с . В тех нике часто используют другие единицы измерения вязкости — стоксы 1Ст = см 2 /с . В этом случае вязкость называется кинематической, причем кинематическая вязкость равна отношению динамической вязкости к плотности жидкости.
Известно, что вязкость является аддитивным свойством и в го мологических рядах углеводородов возрастает с каждым звеном С Н 2 .
Разветвление углеводородной цепи приводит к увеличению вяз кости. Вязкость увеличивается в ряду: углеводороды с нормальным строением — ароматические углеводороды — нафтеновые углеводо роды. Вязкость полициклических соединений растет с ростом числа атомов углерода в молекуле и с увеличением числа циклов.
Все эти факты (с учетом компланарности ароматических углево дородов) показывают, что чем сильнее притяжение молекул углево дородов друг к другу (пропорциональное длине и разветвленное™ цепи и компланарности), тем больше вязкость. Таким образом, вели чина вязкости отражает энергию межмолекулярного притяжения аполярных соединений. При взаимодействии молекул углеводорода друг с другом действуют силы того же порядка, характера и при роды, которые проявляются со стороны молекул углеводорода по отношению к кристаллической решетке минерала. Это объясняется тем, что молекулы аполярного реагента, расположенные в том их слое, который непосредственно прилегает к поверхности минерала, будут одновременно и взаимодействовать с этой поверхностью, а также и со следующим (вторым от поверхности минерала) слоем тех же молекул углеводорода. По этой причине чем выше энергия взаимодействия молекул углеводорода между собою, тем выше их вязкость и тем выше должна быть энергия взаимодействия молекул углеводорода с кристаллической решеткой минерала (табл. 9).
Как видно из табл. 9, гептан, ундекан и гексадекан являются представителями класса парафинов и по мере удлинения молекулы увеличивают свою вязкость и параллельно с ней повышаются значе ния краевого угла и работы адгезии. Интересно сопоставить пред ставители различных классов углеводородов (гептан, бензол и циклогексан), имеющие в составе своих молекул почти одинаковое число атомов углерода (7, 6 и 6). Вязкость у этих трех углеводородов уве личивается от парафина к ароматическим углеводородам и к нафтенам; в соответствии с этим увеличивается и работа адгезии (7,26; 12,8; 21,2 эрг/см2 ).
138
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 9 |
|
Адгезия индивидуальных углеводородов к гематиту |
|
|
|
|||
|
|
(f = 20°C) [46] |
|
|
|
|
|
Углеводород |
Класс |
Число |
сг |
Вязкость, |
Диполь — |
в , град |
Работа |
углеводорода |
атомов |
масло — вода, |
спз |
момент D |
адгезии W , |
||
|
|
С |
эрг/смг |
|
|
|
э р г / с м 2 |
Гептан C 7 H i e
Ундекан СцН2 4 Гексадекан C i 6 H 3 4
Бензол Св Нв Толуол Св Н5 СН3
Метаксилол Св Н4(СН3 )2
Ортоксилол Св Н4 (СН3 )2
Парафины нормального |
7 |
50,85 |
0,417 |
|
31 |
7,26 |
строения |
11 |
50,36 |
1,182 |
— |
44 |
14,2 |
|
16 |
49,85 |
3,451 |
— |
55 |
21,1 |
Ароматическое кольцо |
6 |
34,10 |
0,649 |
|
50 |
12,8 |
То же, с группой СН3 |
7 |
35,70 |
0,584 |
0,40 |
40 |
8,35 |
То же, но с двумя груп |
8 |
37,10 |
0,615 |
0,36 |
47 |
11,8 |
пами СН3 в метаполо- |
|
|
|
|
|
|
жении |
|
|
|
|
|
|
То же, но в ортополо- |
8 |
37,06 |
0,804 |
0,62 |
44 |
10,15 |
жении |
|
|
|
|
|
|
Циклогексан СвНгг |
Нафтены |
6 |
51,01 |
0,979 |
— |
54 |
21,2 |
Переход от бензола к толуолу вызывает снижение вязкости и со ответственно работы адгезии. Что касается ксилолов, то хотя они показывают более значительную работу адгезии по сравнению с толуолом, она все же ниже, чем у бензола. Ортоксилол, несмотря на более высокую вязкость, чем у бензола, показывает все же мень шую работу адгезии, чем бензол, и меньшую, чем метаксилол. Повидимому, это связано с тем, что дипольные моменты (которые свой ственны толуолу и ксилолам, но не бензолу) повышают активность
в,г рад
) |
с; 14 |
2
11
8~к
9
f0^j
|
|
0,4 |
|
0,8 |
1,2 |
1,6 |
2,0 |
2,4 |
2,8 |
3,2 |
3.6 |
Рис. |
39. Влияние |
вязкости |
и химической природы |
углеводо |
|||||||
|
|
родов на смачивание ими гематита |
в водной среде |
[71]: |
|
||||||
1 |
— |
мезитилен ( J , |
3, |
5 — триметилбензол); |
2 — параксилол; |
3 — бензол; |
|||||
4 |
— |
метаксилол; |
5 |
— кумол (изопропилбензол); в — толуол; |
7 — |
ортоксилол; |
|||||
8 — |
уидекан; 9 — |
циклогексан; 10 |
— гептан; и |
— декалин; |
12 — |
гексадекан; |
|||||
|
|
|
13 |
— |
тетралин; |
14 — |
альфаметилнафталин |
|
|
толуола и ксилолов по отношению к воде, что снижает эффект гидрофобизации, причем тем в большей степени, чем выше значение ди поль-момента.
Свидетельством того, что вязкость является определяющим фак тором в эффекте гидрофобизации, является то, что различные угле водороды, нагретые до температуры, при которой их вязкость стано вится одинаковой, показывают одни и те же значения краевого угла и работы адгезии. Так, например, гексадекан при 80° С и ундекан при 20° С имеют одинаковую вязкость, равную 1,18 сП, и имели в этих условиях одинаковые величины краевого угла (39°) и работу смачи вания (11,3 эрг/см2 ).
Влияние вязкости углеводородов на величину краевого угла, образуемого на гематите углеводородами различного строения, по казаны на рис. 39. Углеводороды, имеющие различный состав, структуру и величину молекул, показали, что с увеличением вяз-
140
кости усиливается |
гидрофобизация |
минерала. |
Вязкость каждого |
из углеводородов |
изменяется в зависимости от |
температуры. |
|
Зависимость извлечения мартита |
от -вядаости |
аполярных масел |
из малосернистых и сернистых нефтей показана на рис. 40. Извле чение мартита непрерывно увеличивается с повышением вязкости масел. Масла сернистых нефтей, имеющих вязкость такую же, как и масла малосернистых нефтей, являются более сильными собира телями.
В настоящее время ассортимент минеральных масел довольно широк, свойства их и вязкость стандартизованы и описаны в лите ратуре.
Рис. 40. Зависимость извлечения мартита от вязкости аполярных масел из мало сернистых бакинских нефтей (кривая 1) и из восточных сернистых нефтей (кри вая 2). Расход олеата натрия и масел по 100 I / T
Применение масел повышенной вязкости требует для использо вания их высокой эффективности достаточно длительного перемеши вания пульпы перед флотацией.
Наиболее целесообразным является применение аполярных масел совместно с гетерополярными собирателями. Введение последних до загрузки масла позволяет гидрофобизировать минерал до степени, обеспечивающей последующее устойчивое и активное закрепление на минерале и капелек масла. Эффективное действие масел дости гается при введении его в процесс в виде тонкодисперсной Эмульсии, подготовленной с помощью ультразвуковых аппаратов. При пере ходе к весьма тонкодисперсным эмульсиям следует иметь в виду, что капельки последних поглощают довольно много пенообразователей и их расход необходимо увеличивать.
141
Г л а в а I V
. РЕАГЕНТЫ-ПЕНООБРАЗОВАТЕЛИ
Основным назначением реагентов-пенообразователей является увеличение дисперсности пузырьков воздуха в пульпе и повышение устойчивости пены, насыщенной частицами флотируемого минерала. Кроме основного действия пенообразователи замедляют всплывание пузырьков, а иногда влияют на собирательное действие реагентов и прочность прилипания частиц к пузырькам.
§ 1. Состав и строение пенообразователей
Пенообразующим действием при флотации обладают органиче ские вещества и неорганические электролиты. Для флотации мине ралов применяют в основном органические вещества.
Реагенты-пенообразователи представляют собой поверхностно-
активные |
вещества, |
способные |
самопроизвольно |
|
адсорбироваться |
|||||||||
|
|
|
|
|
на поверхности |
раздела |
вода — |
|||||||
|
|
|
|
|
воздух со снижением |
при |
этом по |
|||||||
|
|
|
|
|
верхностного |
натяжения |
(рис. 41). |
|||||||
|
|
|
|
|
Молекулы |
|
пенообразователей |
|||||||
|
|
|
|
|
имеют |
гетерополярное |
строение. |
|||||||
|
|
|
|
|
В отдельных реагентах в качестве |
|||||||||
|
|
|
|
|
полярных |
(гидрофильных) |
групп |
|||||||
|
|
|
|
|
находятся |
гидроксил |
(ОН), кар |
|||||||
|
|
Концентрация |
|
боксил |
(СООН), |
карбонил |
(СО), |
|||||||
Рис. |
41. Изменение |
поверхностного |
аминогруппа ( N H 2 |
) , сульфогруппа |
||||||||||
( O S 0 2 O H |
или |
S 0 2 O H ) . |
|
|
||||||||||
|
натяжения воды: |
Широкое |
применение |
находят |
||||||||||
1 — |
характерное для поверхностно-актив |
|||||||||||||
реагенты |
с гидроксильной |
поляр |
||||||||||||
ных |
веществ, |
обладающих |
пенообразу- |
|||||||||||
ющими свойствами; 2 — |
характерное для |
ной группой |
(содержащие |
терпе- |
||||||||||
неорганических соединений |
(электролитов) |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
ниол, различные спирты). Эта |
|||||||||
группа реагентов |
обладает сильными гидрофильными |
свойствами |
и относительно слабо закрепляется на минералах. Поэтому пенообра зователи, содержащие гидроксил, обладают сравнительно невысокими собирательными свойствами. Это весьма благоприятно влияет на из бирательность флотации. Напротив, пенообразователи, молекулы которых содержат карбоксильные полярные группы, обладают зна чительным собирательным действием и даже называются реагентами пенообразователями-собирателями. Слабым, но заметным собира тельным действием обладают пенообразователи с аминоили сульфогруппами.
Присутствие в молекуле пенообразователя одной — двух поляр ных групп вполне достаточно для них активного действия. Даль нейшее увеличение числа полярных групп не способствует улучше нию пенообразующего действия, а иногда даже снижает его.
142
Свойства пенообразователей во многом зависят и от строения и раз меров гидрофобного радикала. Наиболее простым и часто встреча ющимся является алифатический радикал ( — С Н 2 — С Н 2 — С Н 2 — СН 3 ) . Существует четкий максимум поверхностной активности и пенообразующего действия реагентов с разной длиной радикала, причем этот максимум несколько различен у реагентов с разными полярными группами. Зависимость между длиной алкильной группы спирта,
объемом пены и концентра- | |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
цией |
спирта |
|
показана |
|
на- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
рис. |
42 |
[ 3 ] . |
|
Как |
указыва- |
«§• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
лось, |
адсорбция |
поверхно- |
|
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|||||||||
стно-активных |
|
веществ |
|
на |
•5 350 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
поверхности пузырьков имеет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|||||||||||
ориентированный |
характер: |
|
V00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
полярная |
группа |
находится |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
в |
воде, а гидрофобный ради |
|
I |
|
\\ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
кал — на |
ее |
|
поверхности. |
|
\150 |
-2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Наличие |
максимума |
поверх |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
ностной |
активности |
может |
|
|
\ \ |
|
|
ь> |
|
|
|
|||||||||||
быть объяснено |
следующими |
|
1 200 |
|
|
|
|
л я р |
||||||||||||||
схематическими |
|
рассужде |
|
|
\ |
|
|
I / |
|
|
|
|||||||||||
ниями. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
\ |
|
|
|
- 3 |
|
|||
|
Адсорбция |
единичных |
ге- |
|
|
|
|
\ |
|
/1 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
терополярных |
|
молекул |
|
на |
|
§100 |
|
|
\ \ |
|
' I |
|
- |
Ч |
||||||||
поверхности |
раздела |
вода — |
|
|
50 |
|
|
г \ |
/ |
|
2 |
|||||||||||
воздух происходит |
тем |
зна |
|
I |
|
|
> |
/ |
|
|
|
н |
||||||||||
|
|
|
|
11 |
N >— |
|||||||||||||||||
чительнее, чем длиннее апо- |
|
|
|
|
ч< |
|
|
|||||||||||||||
лярный радикал, так как при |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
этом |
возрастает |
дипольный |
|
|
3 |
4 5 0 7 8 |
|
3 |
10 |
11 |
|
|||||||||||
момент. |
Внешне |
это |
проя |
|
|
Уиело атомов углерода в угле |
|
|||||||||||||||
вляется в снижении по |
|
|
водородной цепи молекулы спирта |
|||||||||||||||||||
верхностного |
|
натяжения |
с |
Рис. 42. |
Зависимость |
|
между |
длиной |
||||||||||||||
увеличением |
длины |
гидро |
алкильной группы спирта, объемом пены |
|||||||||||||||||||
фобного |
радикала. Поэтому |
и |
|
концентрацией спирта, |
вызывающей |
|||||||||||||||||
вначале с возрастанием |
чис |
прекращение коалесценции |
пузырьков |
|||||||||||||||||||
ла |
углеводородных |
групп |
|
воздуха в воде (по С. В. Дуденкову): |
||||||||||||||||||
1 |
— объем |
пены; 2 — критическая |
концентрация |
|||||||||||||||||||
вспенивающий |
|
эффект |
уве |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
личивается (левая ветвь кривой 1 на рис. 42). Однако с достижением определенной (критической) длины радикала в действие вступает все сильнее взаимная ассоциация молекул. Гетероподярные моле кулы с короткими гидрофобными радикалами не сцепляются друг с другом. Этому противодействует сильная гидратация полярных групп, которую не могут преодолеть слабые дисперсионные силы сцепления аполярных радикалов на небольшом участке их контакта.
С увеличением радикалов эти силы сцепления |
возрастают, приводя |
|
в конце концов к образованию |
агрегатов молекул. Это прояв |
|
ляется в снижении растворимости |
реагентов в воде (известно, что с |
|
чрезмерным увеличением длины |
радикалов |
молекул спиртов их |
143