Состав и эмульгирование собирателей, мало растворимых в воде

Собиратели данного типа представлены главным образом аполярными углеводородными жидкостями, условно называемыми маслами. В отличие от ранее описанных реагентов масла составлены аполярными молекулами, соединенными одна с другой дисперсионными вандерваальсовыми силами. К этой же группе можно отнести и реагенты, состоящие из дипольных молекул, но обладающие сильно развитыми гидрофобными (аполярными) группировками. Относительно невысокая гидратация полярных групп этих реагентов, стремящихся разъединить молекулы, не может преодолеть значительных сил сцепления их гидрофобных радикалов. Реагенты, состоящие из таких молекул, не растворяются в воде и ведут себя аналогично реагентам, состоящим из аполярных молекул. Примером таких реагентов являются высшие спирты и др.

Часто маслами называются соединения, имеющие в составе своих молекул типичные солидофильные группы (карбоксильную и др.); поскольку такие молекулы полярны, относить эти реагенты к маслам нельзя.

Типичными представителями реагентов данной группы являются осветительный керосин, сульфированный керосин, из которого многократным сульфированием и промывкой удалены ароматические соединения, «полимер» (полимерный остаток от производства изооктилена) и др.

В США в качестве аполярных собирателей-масел применяются легкие топливные масла — керосин, масла из крекинговых смол и др.

Технические собиратели этого типа отличаются непостоянством состава и присутствием в существенном количестве поверхностно активных веществ, которые в значительной мере влияют на флотацию. Так, состав керосина в большой степени зависит от того, из какой нефти он получен. Химический состав различных нефтей колеблется в очень широких пределах. Главной их составной частью являются углеводороды предельного ряда СnH2n+2, циклические углеводороды общей формулы CnH2n (известные под названием нафтенов). В меньших количествах присутствуют олефины, ароматические (бензольные) углеводороды и терпены, а также кислородсодержащие соединения в виде нафтеновых кислот (карбоновых кислот, нафтенов, фенолов, альдегидов и других соединений). Такой комплексный характер нефтей сказывается на различии состава и флотационных свойств получаемых из них керосинов. Особенное значение имеют нафтеновые кислоты, содержащие солидофильные карбоксильные группы. Количество нафтеновых кислот в нефти колеблется от 0,1 до 3%. Нефть отечественных месторождении отличается повышенным содержанием нафтеновых кислот. Наибольшее значение имеют нафтеновые кислоты, соответствующие общему уравнению CnH2n-1, СООН, углеводородный остаток которых содержит циклопарафиновое кольцо.

Мало растворимые в воде реагенты участвуют во флотации в виде эмульсии.

Эмульгирование малорастворимых реагентов происходит вследствие механического воздействия на них при перемешивании суспензии и т.п. Согласно данным Ребиндера, Клейтона и др., первая стадия процесса дробления крупных капель на более мелкие заключается в вытягивании капель диспергируемой жидкости в воде. При этом работа, связанная с возрастанием поверхности и преодолением молекулярных сил поверхностного натяжения, происходит за счет внешних механических сил.

При соотношении l > 3,14 d (l — длина, d — диаметр) вытянутая капля становится термодинамически неустойчивой и распадается на ряд мелких сферических капелек. Такой механизм дробления капли прослежен с помощью фотографирования (рис. 163). Диаметры получаемых капель намного меньше диаметра начальной капли (в данном случае они составляют около 1% последней).

На рис. 164 приведены фотоснимки диспергирования легкоплавких сплавов при перемешивании в жидкости, при замораживании всей системы через определенные промежутки времени. Видна следующая закономерность: вначале капельки вытягиваются, затем распадаются. Непосредственно после распада капли поверхность полученных капелек испытывает колебательное движение.

Последние данные о механизме распада капелек эмульгируемого вещества показывают, что это происходит как при растяжении капель, так и при их сжатии, с изменением очертаний капель. В результате самопроизвольного распада капель получаются мелкие капельки неравного размера. В процессе эмульгирования одновременно с дроблением крупных капель с большой скоростью происходит коалесценция мелких (менее 1 u) капелек.

В процессе диспергирования и коалесценции устанавливается определенная характеристика крупности эмульгируемого реагента, на которую оказывает большое влияние последующее слияние капелек.

Дисперсность эмульсии определяется: 1) интенсивностью механического воздействия на начальные капли; 2) концентрацией эмульсии в воде; 3) действием стабилизатора.

Чем большая энергия затрачивается на диспергирование малорастворимых реагентов в воде, тем, естественно, выше дисперсность получаемой эмульсии. На рис. 165 приведены микрофотографии эмульсий окрашенного керосина в воде, полученные при разном времени перемешивания эмульсии механической мешалкой. Результаты обработки этих микрофотографий, приведенные на рис. 166, показывают, что с увеличением времени перемешивания эмульсии значительно уменьшаются размеры ее капелек. Дисперсность эмульсии характеризуется определенной кривой распределения с ясно выраженным максимумом.

Влияние концентрации эмульсии на ее устойчивость и, следовательно, на дисперсность очень велико. В разбавленных эмульсиях (при содержании эмульгируемого реагента менее 0,1 %) возможность коалесценции капелек весьма невелика из-за малой вероятности их столкновений и небольшой эффективности последних. Поэтому, такие эмульсии могут быть весьма устойчивыми без применения специальных реагентов-стабилизаторов. Концентрированные эмульсии требуют для устойчивости сильных стабилизаторов. Механизм действия этих стабилизаторов, по Peбиндеру, двоякий: во-первых, стабилизаторы эмульсий, являясь поверхностно активными веществами, адсорбируются на поверхности капелек, понижая при этом поверхностное натяжение почти до нуля (этим обусловливается почти самопроизвольный распад капелек на более мелкие); во-вторых, дифильные молекулы гора ориентируются в адсорбционном слое на поверхности капелек масла так, что их полярные группы обращены в воду (рис. 167). Гидратация полярных групп приводит к образованию вокруг капелек эмульсии устойчивых гидратных оболочек, препятствующих сближению капелек.

Стабилизаторами эмульсии являются многие поверхностно активные вещества. Например, мыла представляют собой активные стабилизаторы эмульсий масел в воде. Многие поверхностно активные реагенты — собиратели и пенообразователи — содействуют увеличению дисперсности эмульсий собирателей, мало растворимых в воде.