Определение смачиваемости минералов » Ремонт Строительство Интерьер. Лесное дело и деревообработка.

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Определение смачиваемости минералов

08.10.2020

Наибольшее распространение в исследованиях имеют методы измерения отдельных явлений смачиваемости минералов. Объемом исследований обычно является искусственная мономинеральная поверхность.

Подготовка минеральной поверхности. Известны два способа подготовки поверхности минералов к измерениям смачиваемости Для этой цели или создается поверхность на достаточно крупном кристалле минерала или изготовляется препарат, состоящий из мономинерального порошка, закрепленного тем или иным способом на какой-либо подкладке.

Для максимального приближения флотационных свойств поверхности кристалла к действительным флотационным свойствам мелких кристалликов этого же минерала обычно операцию раскалывания исследуемого кристалла и его шлифовку производят под водой.

В связи с тем, что при этом часто возникают трудности, связанные с раскалыванием кристалла по старым, загрязненным трещинам и с неровностью получаемых поверхностей, иногда поверхность подвергают шлифовке и полировке. Уорк и Кокс с успехом осуществляли полировку во влажном состоянии вначале на стекле, затем на полотне. Особенно важно избегать загрязнения минеральных поверхностей и контакта сухой поверхности с воздухом. При полировке необходимо учитывать, происходящее изменение расположения атомов в поверхностном слое.

Приготовление испытуемой поверхности в виде слоя мономинерального порошка имеет свои положительные и отрицательные стороны.

В этом случае отпадает потребность в крупных кристаллах отдельных минералов, возможно выделение минерала из руды при помощи некоторых методов обогащения (например, магнитной сепарацией и т. п.). Положительным обстоятельством является также и то, что измельченные минеральные частицы контактируют с реагентами теми же поверхностями, как в случае реальной флотации.

Недостатки такого метода приготовления минералов связаны с тем, что порошок довольно трудно надлежащим образом закрепить на подкладке и что смачиваемость поверхности порошка от размеров составляющих его частиц и от степени их спрессованности (т. е. от шероховатости поверхности слоя порошка).

Перечисленные трудности не являются непреодолимыми Для приготовления характерной поверхности обычно берут классифицированные в узких пределах фракции порошков. Одним из наиболее подходящих материалов, приклеивающих порошок к стеклу, является парафин. Для того чтобы приготовить хорошие препараты, необходимы определенные навыки; важно получить ровную поверхность порошка (для чего к последней прижимается чистая стеклянная пластинка) и избежать следов проникновения парафина на поверхность порошка. Этого достигают прижатием порошка к достаточно застывшему слою парафина.

Измерение краевого угла смачивания. Краевые углы можно измерить, нанеся на сухую поверхность минерала каплю воды и подведя под эту поверхность пузырек газа. Несмотря на то что в первом случае удобнее измерять небольшие краевые углы смачивания, этот метод представляется менее показательным. Сухая поверхность минерала во многих (если не во всех) случаях имеет иные флотационные свойства, чем поверхность, смоченная водой. Это объясняется процессами адсорбции газов, отсутствием гидратных структур и (на что обычно не указывается) возможностью осаждения на поверхности дополнительных количеств реагентов, остающихся после высушивания минералов.

Измерение краевого угла смачивания, образуемого пузырьком воздуха, по чисто техническим причинам имеет лишь определенную точность. При этом редко удается избежать ошибки менее ± 1°. Проведение касательной к контуру пузырька в точке его сопряжения с твердой поверхностью связано со значительными условностями, возрастающими с уменьшением краевого угла смачивания. Истинные микроскопические краевые углы смачивания пока вообще недоступны измерениям.

Предпринимались попытки уточнить способ направления касательной перпендикулярно радиусу, проведенному из некоторого (фиктивного) центра пузырька к точке сопряжения трех фаз. Ho этот способ оказался еще менее точен ввиду неизбежного отклонения пузырька от правильной сферической формы.

Описанные затруднения стимулировали целый ряд предложений, направленных к повышению точности измерения краевых углов смачивания. Талмуд и Лубман предложили наносить на твердую поверхность каплю жидкости, удельный вес которой близок к удельному весу среды, чем устраняется искажение формы капли силами тяжести. Если капля будет иметь форму шарового сегмента, то краевой угол может быть рассчитан математическим путем по диаметру основания и высоте профиля сегмента. Для нашего случая эта методика неприемлема, так как состав среды будет влиять на смачиваемость. Известны методы определения краевого угла, образуемого поверхностью жидкости с наклонной пластинкой; однако в этом случае в процессе не участвует криволинейная поверхность пузырька, а точность измерений повышается мало.

Краевые углы смачивания следует применять для сравнительной оценки флотационной активности минеральных поверхностей в тех случаях, когда они больше 5° и когда сравниваемые образцы значительно разнятся друг от друга. На небольшом количестве чистых минералов измерениями краевых углов смачивания можно устанавливать примерную номенклатуру реагентов смеси, которая должна быть уточнена флотационными опытами. Этим методом удобно также оценивать устойчивость закрепления реагентов и изменение гидратированности поверхности во времени. Белоглазов предложил использовать измерение краевых углов для количественной характеристики флотационной активности собирателей.

Измерение гистерезиса смачивания. Ранее было показано, что гистерезис смачивания, являющийся индикатором устойчивости гидратных слоев и закрепленности периметра смачивания, обусловливается составом поверхности, регулируемым реагентами, и шероховатостью поверхности (размерами расположения и конфигурацией впадин). Также было отмечено, что величина гистерезиса смачивания не всегда однозначно связана с флотационной активностью поверхности. Измерения гистерезиса смачивания поэтому следует производить с учетом причин, его обусловливающих.

Из многих методов измерения гистерезиса смачивания отметим следующие:

1. «Метод пластинки», при котором сравниваются размеры краевых углов смачивания, образуемых поверхностью жидкости и погруженной в нее наклонной пластинкой в случаях медленного погружения и поднятия пластинки.

2. «Метод капли», при котором сопоставляются краевые углы натекания и оттекания, образуемые каплей жидкости на наклонной твердой поверхности.

3. Метод, при котором гистерезис смачивания определяется путем сопоставления краевых углов смачивания, образуемых каплей жидкости на сухой твердой поверхности, и пузырьком воздуха на той же поверхности, погруженной в ту же жидкость.

4. «Метод отсасывания», при котором объем пузырька, помещаемого в жидкости под твердой поверхностью, уменьшается путем отсасывания из него воздуха капиллярной пипеткой.

5. Метод передвижения пузырька, при котором гистерезис смачивания определяется сопоставлением максимальной и минимальной величин краевых углов смачивания, образуемых пузырьками, передвигаемыми при помощи специального механического приспособления по твердой поверхности.

6. Метод отрыва пузырька, когда прилипший пузырек постепенно отрывается от твердой поверхности или придавливается к ней держателем.

Так же, как и при определении краевых углов смачивания, измерением гистерезиса смачивания следует пользоваться для изучения отдельных процессов, протекающих на твердой поверхности и для постановки предварительных опытов, сокращающих последующее флотационное экспериментирование.

Измерение скорости пропитки толстого слоя порошка. Скорость передвижения воды в толстом слое порошка при постоянном среднем размере капиллярных каналов определяется смачиваемостью порошка. Оценка флотационных свойств порошков по скорости их пропитки была применена Липец, Римской и Таубман и Волковой, использовавшими специальную, весьма несложную аппаратуру. Этот метод, давая известную характеристику смачиваемости толстых слоев порошков, имеет важные недостатки: скорость пропитки очень сильно зависит от размеров и формы, а также от плотности слоя порошка; имеет место вытеснение воздуха водой, т.е. явление, обратное флотационному.

Применение пленочной флотации. Пленочная флотация основана на способности минералов удерживаться на поверхности жидкости при определенном соотношении веса и формы частицы и смачиваемости ее поверхности. При пленочной флотации сухой порошок постепенно и осторожно поступает на поверхность жидкости. Относительное количество не потонувшего порошка определяет гидрофобность частиц. При пленочной флотации воздух с поверхности частиц вытесняется водой.

Недостатком этого метода, общим для всех случаев применения сухих порошков, является трудность моделирования с его помощью процесса взаимодействия с реагентами.

Если вначале осуществить контакт порошка с раствором реагентов, а затем обезводить порошок, то неизбежно будет наблюдаться некоторое искажение флотационных свойств порошка (см. подготовку минералов к опытам). Если же применять метод пропитывания порошков растворами отдельных реагентов (при различной их концентрации), то контакт минералов с реагентами будет продолжаться различное время. Кроме того, этим методом нельзя изучать влияние стадиального воздействия реагентов на минералы.

Эти особенности метода пропитки сильно ограничивают его применение.

Измерение прочности прилипания пузырька к минералу. Прочность прилипания частицы к пузырьку играет при флотации огромную роль. Кабанов и Фрумкин, а также Уорк показали, что прочность закрепления частицы на пузырьке находится в однозначной зависимости от величины краевого угла смачивания. Оценка флотационной активности поверхностей минеральных частиц по прочности прилипания к ним пузырьков воздуха относится к методам, связанным с измерениями смачиваемости этих поверхностей водой.

Определение подготовленности минеральных поверхностей к флотации по прочности прилипания к ним пузырьков воздуха, позволяет оценить с достаточной точностью гидратированность минеральных поверхностей, характеризуемых весьма малыми краевыми углами смачивания. При этом сохраняется «флотационное подобие» системы минерал — вода — пузырек воздуха.

Известно несколько методов определения прочности прилипания пузырька к минералу. Богданов и Суховольская определяли прочность прилипания пузырька к относительно большой твердой поверхности, измеряя размеры отрывающихся пузырьков, по которым подсчитывали их подъемную силу (схему прибора см. на рис. 272). Частицы минерала помещали в заполненную водой герметическую кювету, из которой обсасывали воздух. На частице минерала закреплялся пузырек, увеличивающийся за счет выделения растворенных газов настолько медленно, что удавалось довольно точно определить размер пузырька в момент, непосредственно предшествовавший его отрыву.
Определение смачиваемости минералов

Так называемый метод «критического угла отрыва» состоит в следующем: под горизонтальной поверхностью слоя порошка (такой слой получается благодаря осторожному приклеиванию порошка к стеклышку), погруженного в воду, подводится снизу пузырек определенных размеров. Затем площадку медленно, с постоянной скоростью наклоняют до тех пор, пока пузырек не сдвинется с места. Почти во всех случаях пузырек, сдвинувшись с места, совершенно отрывается от шлифа. Зная водоизмещение пузырька и критический угол наклона площадки, легко рассчитать отрывающую силу, направленную параллельно поверхности слоя порошка (рис. 273). Ввиду того, что разница величин критических углов наклона колеблется в пределах 10°, изменением расстояния от точки приложения этой силы до порошка можно пренебречь.

Переменными факторами могут быть состав минерального порошка и подготовка его поверхности путем добавления в водную среду различных поверхностно активных веществ.

В качестве примера приведем результаты подбора реагентов для флотации одного природного силиката, содержащего кальций. Опыты показали, что олеат натрия — типичный собиратель — дает кривую с одним максимумом (рис. 273, г). He менее характерны были кривые влияния соды и электролитов-подавителей (рис. 273, в). Во всех случаях получены характерные кривые, обычные при флотации данного типа минералов указанными реагентами. Флотация этого минерала в лабораторных условиях с применением тех же самых реагентов систематически приводила к хорошо совпадающим результатам.

Это может быть объяснено тем, что принятая методика опытов фиксирует изменение нескольких основных факторов, характеризующих гидратированность и, следовательно, флотационную активность минеральной поверхности.

Основным недостатком описанной методики является то, что она не оценивает кинетики — минимального времени контакта частицы с пузырьком, необходимого для их слипания. Этот недостаток может быть устранен разработкой приспособления динамического стряхивания пузырька с поверхности.

Этот метод успешно применялся при разработке реагентных режимов флотации каменного угля, самородной серы, барита и других минералов.

К этой же группе методов можно отнести и так называемый нулевой метод Уорка. По этому методу к шлифу минерала, помешенному в воду, вручную подводится пузырек воздуха. Если пузырек в данных условиях не прилипает к шлифу, то опыт повторяется при другой концентрации испытываемого реагента, и так до тех пор пока не будет отмечено наличие прилипания. Граница флотируемости лежит между теми двумя концентрациями реагента, при одной из которых пузырек не прилипает к шлифу, а при другой — прилипает. Результаты опытов представляются в виде графика, схема которого приведена на рис. 274. По этому методу можно принципиально установить влияние двух реагентов на флотируемость минерала. Ho произвольное время контакта минерала с пузырьком и сила их сжатия, равно как и экспериментирование со шлифом не позволяют установить количественные зависимости. Тем не менее имеются примеры проведения в последнее время с помощью «нулевого» метода весьма обширных исследований — Сазерлендом и Уорком и др.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: