ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Равновесие на границе жидкость—газ из "Физико-химические основы теории флотации" Рассмотрение этих равновесий целесообразное позиций правильного понимания процесса флотации и ее разновидностей, оценки рациональности используемых методик их исследования и выяснения свойств, которым должны удовлетворять применяемые реагенты и их сочетания для достижения оптимальных результатов разделения частиц минералов. [c.35] Аналитические выражения условий равновесия в каждом отдельном случае определяются направлением и числом сил, действующих между границей жидкость—газ, представленной шюской поверхностью или пузырьком, и прилипшей к ней исследуемой поверхностью, например частицей, подложкой, кольцом и Т.Д. Возможны несколько вариантов этих условий. Рассмотрим их по порядку. [c.35] Соотношение (16) является уравнением Валентинера [49], который в 1914 г. впервые количественно показал определяющую роль капиллярных сил при плавании частиц минералов на поверхности воды. До этого процесс пленочной флотации, широко используемый в промышленности с 1904 г. [50], не имел в течение 10 лет научного обоснования и протекал как бы в нарушение закона Архимеда. [c.35] Таким образом, в рассматриваемом случае илaFl =478,2 мкН составляет 80% сил, удерживающих частицу галенита на поверхности воды. [c.36] Допустим, что под влиянием каких-либо внешних воздействий периметр трехфазного контакта сокращается на 1%. Если при этом равновесие сохраняется, то согласно уравнению (16) угол в должен возрасти на 1,2°. Сокращение периметра на 10% должно компенсироваться ростом угла на 15,9°. То есть устойчивое плавание частицы на поверхности воды, или явление пленочной флотации, невозможно без роста в или явления гистерезиса краевого угла. Естественно, что если рост угла в происходит без сокращения периметра трехфазного контакта, то плавание частиц будет еще более устойчивым и различные колебания на поверхности воды легко компенсируются соответствующим ростом силы [1,21,44]. [c.36] Введение угла формы p [см. уравнение (13)] позволило П.А.Ребинде-ру связать величину флотационной силы с поверхностными свойствами рассматриваемой частицы (рис. 3,6). Кроме того, это дало возможность объяснить флотацию частиц при 90°. В частном случае схемы рис. Ъ,а = 90°. [c.37] Таким образом, условие флотационного равновесия (19) позволило по сравнению с уравнением (16) наглядно показать следующее. [c.37] Из рассмотренных условий равновесия частиц на поверхности жидкости следует, что оптимальными реагентами, способствующими пленочной флотации и флотогравитации частиц, могут быть вещества, увеличивающие гидрофобность твердой поверхности и величину гистерезиса смачивания на ней и возможно меньше снижающие величину а,2. [c.37] Завершая рассмотрение условий равновесия, отвечающих случаю пленочной флотации, необходимо заметить, что многие авторы полагали, что если замкнуть границу жидкость—газ над прилипшей к ней частицей (пунктир на рис. 3, г), то, пользуясь этой совмещенной схемой, можно легко перейти от случая пленочной флотации к пенной и автоматически распространить на нее все сведения, полученные при исследовании пленочной флотации.. Ниже будет показано, почему такой подход неверен [44). [c.38] Поскольку 6j 62, то часто силу F2 называют гидростатической или архимедовой силой пузырька, равной 261 , пренебрегая силой тяжести воздуха в пузырьке, т.е. величиной 262 . В расчетах, естественно, используют величину б, а не 6j. Уравнение (21) экспериментально проверялось его авторами, а затем в [53]. В обоих случаях проверка осуществлялась путем сравнения численных значений правой и левой частей уравнения при подстановке в него значений прааметров а, в, V, Н, Ь и О12, измеренных на контуре конкретных пузырьков. [c.38] Измерения и расчеты показали, что равенство соблюдается для пузырьков, сидящих как на заряженной, так и на незаряженной подложке. Отсюда вывод — никакие другие силы, кроме принятых в гипотезе, в том числе и электростатические, не могут играть существенной роли при закреплении пузырьков на подложках (частицах). Следует отметить, что объемы пузырьков, использованных для измерений в [51, 53], превосходили объем среднего флотационного пузырька диаметров в 1 мм в 20-70 раз. [c.38] В случае маленьких пузырьков величина мала, а в и в явном или неявном виде входят одни и те же параметры, поэтому правильность уравнения должна проверяться иным способом, например путем вычисления одного из входящих в уравнение параметров по пяти остальным, измеренным на пузырьке, и сравнением полученного значения с найденным экспериментально. Так это было сделано в [14] сравнением значений а, определенных посредством уравнения (21) и методов [25, 28]. Расхождение в значениях о оказалось в пределах 1%. Проверка уравнения (21) по другим параметрам была осуществлена в [38]. В настоящее время удалось экспериментально показать справедливость гипотезы [51] для широкого диапазона размеров пузырьков — вплоть до объема в 0,1 мм . [c.39] Для перехода от рассмотренного статического случая сидячего пузырька (рис. 4, а) к свободным пузырькам и иллюстрации применимости к ним урдвнений (20) и (21) необходимо рассмотреть направление сил, действующих между пузырьком и прилипшей к нему подложкой (частицей). Сила обусловлена стремлением легкоподвижной поверхности пузырька к сокращению (она как бы притягивает к себе прилипшую подложку) и потому приложена к периметру контакта и направлена вверх. Сила обусловлена действием избыточного капиллярного давления Рк газа в пузырьке на уровне его контакта с подложкой на площадь этого контакта и направлена вниз. Сила р2, численно равная подъемной силе пузырька, также направлена вниз. [c.39] Естественно, что подъемная сила пузырька, равная его архимедовой силе за вычетом силы тяжести воздуха в пузырьке, направлена вверх и приложена к той части поверхности пузырька, которая расположена выше ее экваториального сечения. К этому заключению легко прийти, если мысленно разбить пузырек на ряд столбиков и просуммировать их подъемные силы. Поскольку, однако, сидячий пузырек (рис. 4, а) покоится, то его подъемная сила компенсируется силой р2, направленной вниз и отрывающей пузырек от подложки, ибо в статике сумма всех сил равна нулю. [c.40] Аналогичное произойдет с пузырьком в состоянии невесомости. ПрежДе чем перейти к рассмотрению других равновесий на границе жидкость—газ, рассмотрим следствия из уравнения (21). [c.40] В принципе приведенные ниже четыре следствия из уравнения Фрумкина-Кабанова могли быть получены дедуктивно еще в 30-х годах. Их выявлению в значительной мере способствовало применение ЭВМ, позволившее дополнить таблицы [25] и провести ряд расчетов, результаты которых были проверены экспериментально. [c.40] Следствие первое. В балансе сил, описываемом уравнением (21), удельный вклад силы Рг резко возрастает с уменьшением размера пузырька, прилипшего к подложке (частице). [c.40] Очевидно, что если уменьшается размер или объем пузырька, то растет кривизна его поверхности. Первое приведет к уменьшению силы 2, а второе — к росту силы Рз в полном соответствии с уравнением (2) первого закона капиллярности. Соотношение между силами отрьша г/ з в уравнении (20) будет расти. [c.40] Познавательное и практическое значение первого следствия состоит в том, что оно позволяет объяснить, во-первых, причину многократного упрочнения контакта частица—пузырек при незначительном увеличении силы прилипания 1 [31, 33, 54, 55] во-вторых, причину значительно меньшей крупности флотируемых частиц при пенной флотации по сравнению с пленочной флотацией и флотогравитацией [44] в-третьих, причину сим-батной зависимости между размером пузырька и силой, необходимой для отрыва от него данной частицы [32], и т.д. [c.40] Следствие второе. Явление гистерезиса смачивания не может заметно за-труднить отрыв пузырька от гидрофобной подложки или частицы. [c.40] Вернуться к основной статье