Свойства пен

31.07.2018
Непрерывное и быстрое образование пены во флотационной машине путем всплывания наверх пузырьков воздуха сопровождается быстрым увеличением поверхности границы раздела фазы воздух — вода. Каждый попадающий из среды жидкости на ее поверхность пузырек увеличивает эту поверхность раздела. Такое быстрое увеличение поверхности ведет к резкому изменению концентрации адсорбированных на ней молекул вспенивателя, что, в свою очередь, производит изменение поверхностного натяжения. Если прочность стенки пузырька невелика, то под влиянием резкого изменения поверхностного натяжения может наступить разрыв оболочки пузырька.

Прочность пузырьков в зависимости от концентрации вспенивателя на таких поверхностях изучалась Таггартом, Годэном и Гарди, а в последнее время Д. Талмудом и П. Ребиндером. Опыты показали: 1) что максимум прочности пузырьков лежит в узком пределе концентрации вспенивателя; 2) что этот максимум достигается при концентрациях меньших, нежели отвечающие образованию мономолекулярной пленки собирателя; 3) что максимум прочности пузырька отвечает максимуму прочности поверхностной пленки на разрыв.

Кроме того, прочность стенки зависит от ее толщины: чем последняя больше, тем прочнее стенка. Ho эта толщина оболочек пузырьков в верхних слоях пены также быстро уменьшается вследствие испарения воды и стекания (под влиянием силы тяжести) вниз раствора, лежащего в стенке пузырька между двумя фазовыми поверхностями.

Таким образом, прочность пузырьков в верхних слоях пены не может быть значительной и вследствие этого флотационная пена обычно недолговечна. Если путем диффузии в стенках пузырьков быстро восстановится прежняя концентрация вспенивателя, то поверхностное натяжение уменьшится и прочность пузырька увеличится. Отсюда видно, что: 1) прочность пузырьков пены, а следовательно, и успешность флотации зависит от скорости, с какой молекулы вспенивателя могут передвигаться из середины жидкости в стенки пузырьков; 2) молекулы вспенивателя должны обладать свойством быстро распространяться по поверхности воды, что зависит от присутствия в молекуле вспенивателя полярной гидрофильной группы; 3) молекулы вспенивателя должны сильно адсорбироваться поверхностью раздела между водой и воздухом, что, как указано выше, зависит, по Лангмюиру, от соответствующей ориентировки полярных и аполярных групп.

Барч впервые указал на существенное различие в свойствах пены, образуемой воздухом и одной жидкой фазой (такая пена названа им двухфазной) и флотационными пенами, где в стенках пузырьков находятся еще прилипшие частицы одной или многих твердых фаз. Эти пены названы Барчем трехфазными или, вернее, многофазными пенами.

Пример 31. Разберем влияние различных порошков на прочность пены. Порошок минерала пустых пород — полевого шпата или кварца — увеличивает прочность, по наблюдениям на устойчивость, двухфазных гидрофобных пен лишь в незначительной степени, тогда как порошки сернистых минералов повышают прочность таких пен гораздо значительней. Так, халькопирит повышает прочность пены с 17 до 60 сек., a PbS, ZnS, MoS2 даже до нескольких минут. Это усиление прочности пены зависит от степени измельчения твердой фазы: в то время как коллоидные суспензии PbS почти не влияют на эту прочность, зерна от 75 до 125 меш увеличивают прочность ее до 1 мин., а зерна 240—270 меш — до нескольких часов.

Максимальная прочность трехфазной пены, по Барчу, относится к случаю, когда твердая фаза покрыта такой тонкой пленкой адсорбированного стабилизатора (олеиновой кислоты), что силы сцепления между адсорбированными молекулами и твердой поверхностью, с одной стороны, и поверхностью пузырька — с другой, больше сил сцепления между самими молекулами адсорбированного вещества. Если взять вещества сильна поверхностно-активные, скорость растекания которых на поверхности вода-воздух велика, то при больших концентрациях этих веществ не могут образоваться прочные агрегаты из пузырьков воздуха и твердых фаз. Таково, например, сосновое масло, при избытке которого происходит «перемасливание» поверхности пузырьков, вызывающее прекращение флотации.

В заключение перечислим требования, предъявляемые к пенообразователям:

а) пенообразователи должны обеспечить получение устойчивой и объемистой пены;

б) пена должна быть достаточно хрупкой, чтобы по выходе из машины быстро распадаться;

в) действие реагента не должно быть слишком интенсивным, чтобы не получалось чрезмерного вспенивания;

г) пенообразователь должен понижать поверхностное натяжение;

д) пенообразователь должен до некоторой степени растворяться в воде пульпы;

е) пенообразователь не должен заметно ионизироваться.