Трехфазные пены

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Трехфазные пены

08.10.2020

Для трехфазных (флотационных) пен в основном сохраняют силу все основные закономерности, установленные для двухфазных пен. Огромное количество наблюдений, сделанных на флотационных фабриках и в лабораториях, свидетельствует о принципиально важном влиянии на свойства пены содержащихся в ней минеральных частиц. Обобщая этот материал можно считать доказанным наличие следующих закономерностей:

а) в присутствии минеральных частиц устойчивость флотационной пены, как и прочность связи ее пузырьков (см. рис. 239) резко возрастает; при этом устойчивость пены повышается с увеличением прочности прилипания минеральных частиц к пузырькам воздуха:

б) существует оптимум крупности частиц — стабилизаторов пены; слишком крупные частицы, как и тонкие шламовые частицы, обычно оказывают меньшее влияние на устойчивость пены, чем частицы средних размеров;

в) форма минеральных частиц играет существенную роль при повышении ими устойчивости пены; в общем случае плоские частицы дают более устойчивую пену;

г) в случае, когда пенообразователи и регуляторы флотации не изменяют прилипаемости минеральных частиц к пузырькам, они влияют на устойчивость трехфазной зоны так же, как и на устойчивость двухфазной; однако если эти реагенты существенно изменяют прочность укрепления минеральных частиц в пене и ее минерализацию, эта сторона их действия оказывает решающее влияние на устойчивость пены.

Нельзя проводить полную аналогию между условиями закрепления минеральной частицы на поверхности пузырька, плавающего в пульпе и находящегося в пене. Последний случай отличается следующими особенностями:

а) слияние пузырьков в пене приводит к резкому уменьшению их поверхности и, следовательно, к высокой степени минерализации; расчеты и наблюдения показывают, что поверхность пузырьков пены может быть полностью покрыта минеральными частицами; поэтому при закреплении частиц в пене начинает играть особую роль сцепление смежных частиц, т. е. процессы флокуляции и коагуляции частиц и капиллярные явления между ними;

б) время соприкосновения частиц с пузырьками в пене в десятки и сотни раз превосходит время контакта частиц с пузырьками в пульпе; этим обусловливается возможность наиболее прочного закрепления частицы на пузырьках пены и максимально снижается влияние гистерезисных явлений в процессе возрастания краевых углов в направлении достижения равновесных (максимальных) их значений;

в) силы, отрывающие в пене минеральные частицы от пузырьков вследствие небольших скоростей движения пены являются в основном силами тяжести; при этом отрыв минеральных частиц от пузырьков происходит главным образом при слиянии последних. Таким образом в пене создаются более благоприятные, чем в пульпе, условия для удержания подготовленных к флотации минеральных частиц.

Рассматривая процесс разрушения пены по стадиям, приведенным на рис. 249, ясно видно, что присутствие в наружных слоях водных прослоек пены закрепленных минеральных частиц не может не оказывать очень сильного влияния на кинетику разрушения пены. Стекание воды в минеральных пенах затрудняется вследствие сужения каналов, увеличения шероховатости их стенок и, наконец, из-за образования местных «пробок» из частиц, не прилипших к пузырькам. Дальнейшее утончение прослойки затрудняется прямым соприкосновением минеральных частиц. Это явление может настолько сильно стабилизировать пену, что даже после полного удаления из нее воды путем испарения пена в ряде случаев сохраняет свой минеральный каркас.
Трехфазные пены

Явление флокуляции частиц в пенном слое в очень большой мере повышает устойчивость этого слоя. Опыты Ребиндера и Лубман иллюстрируют это явление. Если на пленку водного раствора гептиловой кислоты, образованную на проволочном кольце, насыпать порошок малахита, то его частицы интенсивно втягиваются в жидкость, флокулируют в ней и придают пленке очень большую устойчивость. Такая пленка даже под влиянием больших нагрузок только деформируется, но не лопается (см. рис. 240, д).

Таким образом, минеральные частицы пены повышают структурно-механические свойства прослоек жидкости в пене.

В результате создания благоприятных условий для минерализации пены крупными, малогидратированными и хорошо флокулирующимися частицами, отличающимися к тому же малым удельным весом, могут быть получены своеобразные пены, названные Алейниковым «агрегатными». Такие пены получаются в определенных условиях при флотации угля. Они отличаются относительно небольшими размерами пузырьков, между которыми содержится небольшое количество воды. Содержание твердого в такой пене равно 41—46%. Устойчивость «агрегатных» пен очень велика; будучи образованы в цилиндре они не разрушаются в течение нескольких месяцев. Наряду с этим «агрегатные» пены имеют значительную хрупкость и легко разрушаются при небольшом внешнем механическом воздействии.

«Агрегатные» пены могут быть получены как непосредственно при флотации, так и в процессе обезвоживания (синерезиса) обьчных пен. Можно считать, что «агрегатные» пены являются системой, предельно стабилизированной крупными минеральными частицами.

Рассмотренный механизм стабилизирующего влияния минерализации пены на ее устойчивость позволяет следующим образом объяснить зависимость последней от крупности минеральных частиц. Слишком крупные частицы чаще могут выпадать из пены, чем частицы средних размеров. С другой стороны, чрезмерна мелкие, приближающиеся к коллоидным частицы могут хуже стабилизировать пену по двум причинам. В части второй, показано, что такие частицы в ряде случаев могут отличаться повышенной гидратированностью и легко отмываться от пузырьков пены стекающими между ними потоками воды. Кроме того, небольшая высота этих частиц приводит к тому, что они не могут воспрепятствовать слишком большому утончению прослойки (рис. 240, в). При частицах с плоскими гранями имеется большая вероятность полного покрытия поверхности пузырьков.

Наличие условии, благоприятствующих достижению в пене максимальных краевых углов смачивания или, по крайней мере, большему к ним приближению, увеличивает вероятность относительно более полного погружения частиц в оболочку пузырька. В отдельных случаях при очень высокой степени гидрофобизации минеральных поверхностен в процессе слияния пузырьков некоторые частицы, не могущие уместиться на поверхности пузырьков, выдвигаются внутрь пузырьков или на поверхность пены, образуя так называемую «сухую» пену. Такое явление наблюдается, и частности, при флотации самородной серы и галенита в присутствии избытка амилового ксантата.

Обратив внимание на часто отмечаемое различное пенообразование при флотации руд примерно одними и темн же реагентами, Лившиц и Дуденков исследовали влияние минеральных частиц и реагентов-собирателей на устойчивость трехфазных пен.

Устойчивость пены определялась ими по времени ее разрушения. Чтобы образовалась пена, в цилиндре встряхивали 25 мл раствора и 1 г порошка минерала. Установлено, что для порошка галенита при отсутствии собирателя отдельные пенообразователи обладают следующей активностью (в убывающем порядке), триэтоксибута и, монометиловый эфир трипропиленгликоля, терпинеол, метилизобутилкарбинол, паракрезол. Добавление ксантогената вначале повышает, а затем понижает устойчивость пены. Для каждого пенообразователя и его концентрации капелек практически гораздо больше размеров частиц — продуктов взаимодействия собирателен с поливалентными катионами. Для углеводородов более вероятным представляется процесс вытеснения пенообразователя с поверхности пузырьков (этот механизм рассмотрен выше).

Лившиц и Дуденков полагали, что тонкодисперсные гидрофобные осадки, закрепляясь на пузырьках в пене, способствуют разрыву межпузырьковых прослоек чисто капиллярным путем. Естественнее предположить, что такие тончайшие гидрофобные частицы уменьшают гидратированность поверхности пузырьков (вызываемую полярными группами пенообразователи в адсорбционном слое) и тем самым снижают устойчивость этих гидратных оболочек. Ранее же было показано, что именно устойчивость гидратных оболочек стабилизирует пену.

Эти исследования подтвердили сложность процессов, происходящих в пенном слое, и необходимость индивидуального подхода при выборе пенообразователей в отдельных случаях флотации.

Уменьшение устойчивости трехфазных пен можно достигнуть двумя способами, которые могут быть использованы одновременно: а) добавлением определенных веществ, повышающих гидратированность поверхности минеральных частиц, чем достигается их удаление с поверхности пузырьков внутрь жидкости прослойки и уменьшение силы сцепления частиц в поверхностном слое и б) применением комплекса мер, описанных в предыдущем параграфе, имеющих основной целью снизить прочность пограничных гидратных слоев.

Особую роль в этих процессах играет доступ реагентов к максимально большим поверхностям пузырьков. Для осуществления контакта реагентов-регуляторов свойств пены с основной частью прослоек пены и ее минеральных частиц применяют специальные приемы, без чего реагенты оказываются малоэффективными. Так, например, Эйгелес и Мокроусов успешно применили соли алюминия для разрушения минерализованных пен, получаемых при флотации несульфидных минералов карбоновыми кислотами и смолами При этом раствор, содержащий соли алюминия, жидкое стекло и щелочи, разбрызгивался в возможно большем объеме иены. Ребиндер и Лубман установили, что разрушение трехфазной пены добавлением реагентов надо осуществлять так, чтобы вводимые в пену реагенты соприкасались с возможно большими участками пены.

Необходимо подчеркнуть, что отдельные реагенты действуют на устойчивость трехфазных пен в зависимости от того, как они влияют на флотационные свойства минералов пены. Это влияние может быть совершенно иным, чем влияние на устойчивость двух фазных пен, что хорошо иллюстрируется влиянием на пену керосина. Ранее было показано, что керосин при малых концентрациях повышает устойчивость двухфазных пен, полученных при помощи соснового масла или олеиновой кислоты. Большие концентрации керосина снижают устойчивость таких пен. В случае трехфазных пен избыточные количества керосина влияют на их устойчивость различно в зависимости от того, является керосин для данного минерального комплекса собирателем или нет. Если керосин не гидрофобизирует минералы (например, при флотации фосфоритных руд), то он при больших расходах значительно снижает устойчивость пены. Этим свойством керосина часто пользуются в практике обогащения. Однако, если в пене присутствуют минеральные частицы, для которых керосин является собирателем (например, частицы каменного угля), то при тех же концентрациях, что и в предыдущем случае, керосин не уменьшает, а даже увеличивает устойчивость пены. Это связано, очевидно, с тем, что в данном случае керосин улучшает закрепление минералов на поверхности пузырьков пены. Крайне интересно поведение керосина при флотации самородной серы, пену которой он разрушает. Это может быть связано с тем, что керосин доводит величину краевого угла смачивания серы до 90° и выше, чем обусловливается удаление частиц пены из поверхностного слоя жидкости внутрь пузырьков.

Рассматривая свойства трехфазных (флотационных) пен, нельзя все сводить только к вопросам устойчивости пены. Во флотации очень большую роль играют процессы вторичной концентрации минералов в пенном слое, о которых уже говорилось ранее. Кроме того, существенное значение имеет повышение содержания в пене твердого.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: