Файл: Глембоцкий В.А. Флотация учебник.pdf

было установлено, что из неорганических одновалентных анионов лучше адсорбируются ионы гидроксила.

Ввиду важного значения для флотации способности различных ионов к адсорбции ниже приводятся ряды катионов и анионов, рас­ положенных в порядке понижения их способности к адсорбции из водных растворов на поверхности твердой фазы. Установлено, что ряды ионов по их адсорбируемое™ близки к лиотропным рядам:

. O H - > C N S - > J - > B r - > C l - > l / 2 S 0 4 .

В лиотропных рядах ионы расположены по их убывающей или возрастающей способности связывать воду в водных растворах и таким образом оказывать высаливающее действие на гидрофильные коллоиды. Соответственно этому изменяется гидратируемость и гидрофильность этих ионов.

Переходя к характеристике ионной (полярной) адсорбции, отме­ тим, что при о б м е н н о й адсорбции ионов происходит избира­ тельное поглощение из раствора поверхностью твердой фазы ионов какого-либо одного вида (например, катионов), в то время как ионы противоположного знака (анионы) или совсем не адсорбируются, или адсорбируются в совершенно незначительной степени. Наиболее важной особенностью обменной адсорбции является то, что избира­ тельная адсорбция твердой фазы ионов какого-либо одного знака сопровождается всегда одновременным вытеснением с твердой по­ верхности других ионов того же знака и притом в эквивалентном количестве. Ввиду этого полностью сохраняется как электроней­ тральность раствора электролита, так и электронейтральность по­ верхности раздела жидкой и твердой фаз.

Таким образом, при обменной адсорбции имеет место обмен ионами одного и того же знака между растворами и поверхностью твердой фазы, ввиду чего заряд поверхности не изменяется. В зависимости от того, происходит ли обмен катионами или анионами, различают обменную адсорбцию катионов или обменную адсорбцию анионов.

Если поверхность X, на которой адсорбировано предельное коли­

С учетом принятых обозначений поверхность может быть выражена

54

ющих масс уравнение обменной адсорбции может быть представлено следующим уравнением:

агС2 = Ка2Сг или — = К .

Полученное выражение известно в литературе как уравнение

тельном поглощении твердой фазы из раствора катионов или анионов, в результате чего на поверхности раздела фаз образуется разность потенциалов, приводящая к возникновению двойного электриче­ ского слоя.

В рассмотренной ранее структуре двойного слоя (см. рис. 8) двойной электрический слой образован на поверхности ионного кристалла теми ионами, которые входили в состав его кристалли­ ческой решетки.

Такой способ образования двойного электрического слоя, однако, не является единственным. Двойной электрический слой может быть образован с равным успехом ионами, химически (по составу) отличными от ионов, образующих кристаллическую решетку данного минерала.

Рассматривая взаимодействие минеральной частицы, окруженной двойным электрическим слоем, с ионами в жидкой фазе, необходимо различать взаимодействие этих ионов с внутренней и внешней об­ кладками двойного слоя. Для адсорбции ионов из раствора во внеш­ ней обкладке двойного слоя такие особенности адсорбирующихся ионов, как например их размеры, несущественны, в то время как для адсорбции этих ионов во внутренней обкладке двойного слоя размеры ионов играют весьма важную роль.

Во внутренней обкладке двойного слоя легче всего будут адсор­ бироваться те ионы, которые уже имеются в кристаллической ре­ шетке минерала, или могут замещать их там. Во втором случае наиболее важным условием является близкий или одинаковый размер замещающих друг друга ионов.

Ионы, удовлетворяющие этому требованию, могут адсорбиро­ ваться поверхностью минерала, образуя двойной электрический слой или влияя на его электрическую характеристику, и называются п о т е н ц и а л е п р е. д е л я ю щ и м й . и о н а м и . К числу таких ионов относятся (кроме ионов, одноименных ионам кристал­ лической решетки) как ионы, закрепляющиеся на поверхности мине­ рала с образованием двойного электрического слоя, так и соответ­ ствующие им противоионы.

Двойной электрический слой оказывает большое влияние на смачиваемость минерала, так как образование его внешней обкладки происходит в зоне расположения гидратных слоев, возникающих

55

в результате адсорбции воды поверхностью минерала и обусловли­ вающих его смачиваемость.

В связи с этим необходимо рассмотреть влияние электролитов на термодинамический и электрокинетический потенциалы. Электро­ литы, не содержащие потенциалопределяющих ионов, сравнительно мало влияют на величину термодинамического потенциала, но могут резко изменять величину дзета-потенциала. Это объясняется тем, что введение электролита такого состава не может сколько-нибудь значительно изменить заряд внутренней обкладки двойного электри­ ческого слоя. Величина этого заряда, в конечном счете определя­ ющего величину термодинамического потенциала, сравнительно быстро достигает своего предельного значения. Напротив, величина электрокинетического потенциала зависит главным образом от рас­ пределения противоионов между внешней обкладкой и диффузным слоем.

Чем выше концентрация в растворе ионов одинакового знака с противоионами, тем большая доля последних переходит из диффуз­ ного слоя во внешнюю обкладку. Ввиду этого величина электрокине­ тического потенциала будет понижаться. При определенных кон­ центрациях электролита в растворе может произойти практически полный переход противоионов из диффузного слоя в упорядоченную часть внешней обкладки, вследствие чего электрокинетический потенциал станет равным нулю. Такое состояние системы принято называть и з о э л е к т р и ч е с к и м .

Для флотационных свойств минерала существенно, что величина электрокинетического потенциала так же как и гидратированность поверхности минерала, в основном определяются толщиной диффуз­ ного слоя, противоионы которого гидратированы в наиболее значи­ тельной степени.

Добавление электролита, понижающего электрокинетический по­ тенциал, уменьшает толщину диффузного слоя, при этом также должна уменьшаться гидратированность поверхности минерала. Наоборот, увеличение электрокинетического потенциала должно привести к противоположным результатам. Эти положения согла­ с у ю т с я с результатами флотационных опытов. Следует иметь в виду, что влияние как электрокинетического, так и термодинамического потенциала на гидратированность минерала и его флотационные свойства является сложным и не всегда выступает в явной и отчет­ ливой форме.

Для взаимодействия минералов с флотационными реагентами важное значение имеет то, что при специфической адсорбции адсор­ бируемые ионы могут непосредственно внедряться в кристаллическую решетку минерала, изменяя состав его поверхностного слоя. Взаимо­ действие между ионами, закрепившимися во внутренней обкладке двойного электрического слоя, и поверхностью минерала по своему характеру заметно не отличается от взаимодействий, имеющих место в самой кристаллической решетке этого минерала.

Согласно правилу Панета — Фаянса, адсорбция иона, не входя-

56

щего в состав кристаллической решетки твердого тела, тем значитель­ нее, чем меньше растворимость соединения, образуемого адсорби­ руемым ионом с противоположно заряженным ионом кристалли­ ческой решетки минерала. Так, ионы свинца по этой причине легко адсорбируются сернокислым барием и галоидными солями серебра. Действие этого правила нельзя, однако, распространять на случаи адсорбции по внешней обкладке двойного электрического слоя.

Особый интерес несомненно представляет адсорбция потенциалопределяющих ионов, общих с ионами кристаллической решетки минерала.

Кристалл, погруженный в раствор, содержащий одноименные с ним ионы, особенно активно адсорбирует те или иные из этих ионов,

кристаллов минерала, так и возникновение зародышей кристал­ лической твердой фазы в объеме раствора и рост этих зародышей. Достраивание кристаллической решетки имеет важное зна­ чение в объяснении некоторых практически весьма интересных случаев взаимодействия минералов с реагентами-регуляторами при флотации рассмотренных ниже (например, ионная депрессия мине­ ралов, являющаяся депрессией минералов одноименным ионом [27]).

§ 3. Закрепление реагентов на поверхности воздушных пузырьков

57