Файл: Глембоцкий В.А. Флотация учебник.pdf

словами, чем гидрофобнее поверхность минерала, тем лучше его прилипание к воздушному пузырьку.

Уравнения (1) и (2) свидетельствуют о том, что убыль свободной энергии системы тем меньше, чем ниже а ж - г , т. е. флотационная активность поверхности снижается при снижении о*ж _г . Однако на практике реагенты-пенообразователи, которые всегда несколько

пузырьков воздуха и увеличивая их устойчивость в пульпе и пене.

(закон Генри). Поэтому при понижении давления из воды, содержа­ щей растворенные газы в количестве, близком к насыщению, будут выделяться мельчайшие пузырьки газов.

Возникшие пузырьки обладают свободной поверхностной энер­

Отсюда

Ц\ = Ы* [ о - ж . г - | ( р п - р )

Если пузырек возникает не в объеме воды (будучи со всех сто­ рон окруженным ею), а на твердой поверхности, то приходится затрачивать работу

178

пузырька на твердой поверхности требует меньшей затраты энергии, чем это необходимо при возникновении пузырька в объеме воды. Чем больше в , тем легче пузырьку газов возникнуть на данной поверхности [102].

Другими словами, чем гидрофобнее поверхность частицы мине­ рала, тем вероятнее образование на ней пузырьков газов, выделив­

Кроме двух отмеченных способов образования агрегатов мине­ рал — пузырек при флотации имеет место и третий, комбинирован­ ный способ (выявленный и исследованный В. И. Классеном), при котором на частице минерала вначале возникает, выделяясь из рас­ твора, мелкий пузырек. К этому пузырьку прикасается более круп­

Мелкий пузырек как бы активирует поверхность минерала,, улучшая ее прилипание к другим пузырькам. При таком «коалесцентном» механизме прилипания зерна к пузырьку убыль свободной

Кинетический анализ процессов образования комплекса мине­ рал — пузырек при флотации, в отличие от термодинамического анализа, производится с максимально возможной расшифровкой молекулярного механизма этих процессов при обязательном учете изменений, происходящих с течением времени.

Такой анализ был осуществлен только в последние годы благо­ даря работам советских ученых: А. Н. Фрумкина, П. А. Ребиндера, Б. В. Дерягина и др., давших новые представления относительно сущности процессов смачивания и свойств гидратных слоев, окружаю­ щих зерна и пузырьки воздуха в водной среде [195, 237].

Прослойка воды, разделяющая сближающиеся частицу и пузы­ рек, состоит из двух частей, обладающих различными свойствами. Относительно толстый слой воды h1, несколько удаленный от поверх­ ностей частицы и пузырька, не обладает какими-либо особенными свойствами (рис. 52, а). У поверхностей же зерна и пузырька име­ ются гидратные слои, обладающие специфическими свойствами.

Прослойка неизменной воды удаляется из щели между частицей

минерала и пузырек воздуха (рис. 52, б). Молекулы воды в гид-

Вначале, до соприкосновения гидратных оболочек частицы и пузырька, утончение прослойки воды между ними происходит без возрастания свободной энергии этой прослойки, поскольку удаля­ ется вода, молекулы которой легкоподвижны. Начиная с точки б, свободная энергия возрастает. Другими словами, для компенсации временного возрастания свободной энергии системы приходится затрачивать дополнительную энергию.

По достижении некоторого критического расстояния h3 (см. рис. 52,в) прослойка воды становится тонкой и крайне неустойчи­ вой. Начиная с этого момента, свободная энергия прослойки при дальнейшем утончении ее начинает резко снижаться (см. рис. 53). Следовательно, в данной стадии прилипание осуществляется само­ произвольно с очень большой скоростью. Пузырек как бы скачко­ образно слипается с частицей, контактируя с ней по определенной

•180

площадке диаметром а (см. рис. 52, г). Эта площадка называется площадью контакта, а окружающая ее линия — контуром (пери­ метром) контакта (см. рис. 51).

После прилипания при большой гидрофобности поверхности пло­ щадь контакта может еще увеличиться в результате его расширения.

На поверхности площади контакта обычно остается тончайшая (толщиной /г4 , см. рис. 52, г), сопоставимая с молекулярными раз­ мерами пленка воды, находящаяся в равновесии с парами воды внутри пузырька. Эта пленка очень прочно связана с твердой поверх­ ностью и является как бы ее продолжением. Удаление этой пленки крайне затруднительно и связано с увеличением свободной энергии системы (восстающий участок г — д кривой на рис. 53) и сопряжено с за­ тратой большого количества внешней энергии.

Механизм слипания частицы минерала с пузырьком при их столкновении

Кинетика разрушения прослойки воды, разделяющей пузырек и ча­ стицу минерала, определяет кинетику процесса их слипания при столкно­ вении.

Частица и пузырек должны столкнуться в пульпе с некоторой силой, необходимой для преодоления сопротивления водной про­ слойки разрушению. Время их контакта должно быть таким, чтобы вода успела удалиться из зазора между поверхностями частицы и пузырька. Сила столкновения и время контакта могут быть тем меньше, чем гидрофобнее поверхность частицы минерала.

Влияние реагентов, изменяющих гидратированность поверхности минеральных частиц, на время контакта, необходимое для прилипа­ ния, установлено измерениями.

Имеются контактные приборы (конструкции Свен — Нильсона, М. А. Эйгелеса [248], В. А. Глембоцкого [30], которые при по­ мощи различных приспособлений позволяют касаться пузырьком, закрепленным в держателе 2 (рис. 54), поверхности порошка, находя щегося в кювете 1. Время контакта с пузырьком можно изменять от тысячных долей секунды до минут и часов. При помощи контактных приборов установлено, что реагенты-собиратели повышают скорость прилипания. Реагенты-подавители, наоборот, замедляют прилипание.

Существенное влияние на прилипание оказывает также форма частицы. Если частица ударяется о пузырек острым выступом, то условия разрушения гидратной прослойки и удаления воды из зазора улучшаются. Наоборот, при столкновении с пузырьком большой плоской грани частицы удаление воды затруднено, и прилипание минерала к пузырьку ухудшается.

181

Столкновение частицы с пузырьком может сопровождаться после­ дующим скольжением ее по поверхности пузырька, во время кото­ рого также происходит разрушение гидратной оболочки. Процесс скольжения зерен по пузырькам при флотации экспериментально изучен О. С. Богдановым [13] и другими, а прилипание при первом контакте — Д. И. Брауном и П. Ф. Веланом [256].

Выше рассматривался механизм слипания при столкновении единичной частицы с пузырьком. В пульпе флотационной машины в каждую секунду происходит бесчисленное количество таких столк­ новений, и процесс прилипания частиц к пузырькам носит стати­ стический характер. Определенная часть этих столкновений окан­

Обычно не удается достичь очень резкого различия гидратированности поверхности всех флотируемых и нефлотируемых минера­ лов и, кроме того, невозможно обеспечить лучшие условия для при­ липания к пузырькам воздуха всех частиц, подлежащих переводу в пену. Поэтому при флотации практически никогда не достигается 100%-ное извлечение минералов в абсолютно чистые от примесей концентраты и небольшая часть минеральных частиц, подготовлен­ ных к флотации, не переходит в пену. Наряду с этим в пену попа­ дает некоторое количество минералов пустой породы. Основная задача при флотации состоит в создании условий, обеспечивающих возможно более полное разделение минералов.

при столкновении частицы с пузырьками, но и в результате выделе­ ния последних из раствора [ 10*2].

Кинетика возникновения пузырька показана на рис. 55.

После понижения давления и возникшего вследствие этого пере­ сыщения раствора газов в воде пульпы в течение некоторого (весьма короткого) отрезка времени 1 пузырьки не образуются. В это время молекулы газов перемещаются к участкам, где им легче объеди­ ниться, разорвать связи, существующие между молекулами воды, и образовать пузырек. Когда в таком участке накопится достаточ-

182