ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Роль поверхностных явлений при флотации руд и в металлургических процессах из "Основы физической химии Издание 2" Поверхностное натяжение твердых тел нельзя непосредственно измерить, так как для твердых тел невозможен обратимый процесс образования новой поверхности, т. е. нельзя раздробить твердое тело и затем получить исходный монолит. В связи с этим поверхностное натяжение твердых тел определяют косвенным путем или теоретическим расчетом на основании современной электростатической теории кристаллической решетки. Как и у жидкостей, величина поверхностного натяжения различных тел неодинакова, однако у твердых тел она значительно больше, чем у жидкостей. [c.262] Молекулярную природу твердых тел, их способность к взаимодействию с водой можно характеризовать гид-рофильностью и гидрофобностью. Гидрофильные тела при одновременном контакте с водой и неполярной нерастворимой в воде жидкостью (углеводородом) избирательно смачиваются каплей воды. Последняя образует с их поверхностью краевые углы смачивания в пределах 9О° 0 О. Гидрофобные тела в тех же условиях избирательно смачиваются углеводородом и капля воды с их поверхностью образует краевые углы смачивания 180° 0 90°. [c.262] Гидрофобное свойство проявляется в том, что взаимодействие между молекулами тела и воды на поверхности тела слабее взаимодействия молекул воды между собой. Гидрофильное свойство характеризуется тем, что взаимодействие между молекулами воды слабее, чем взаимодействие между молекулами воды и твердого тела. В связи с этим гидрофобные поверхности твердых тел как бы противостоят смачиванию водой, а гидрофильные, наоборот, легко ею смачиваются. [c.262] Весьма высокие значения краевых углов смачивания характерны для минералов серы (до 80°), талька (до 70°), графита (до 60°), различных сульфидов (до 30— 50°). Для окисленных руд черных металлов значения краевых углов довольно низки. [c.263] поверхность алюминиевой пластинки (рис. 75,а), в обычных условиях покрытая окисной пленкой АЬОз, гидрофильна, т. е. хорошо смачивается водой (6=40°). Для того чтобы гидрофобизовать алюминиевую пластинку, достаточно покрыть ее раствором органической кислоты. Адсорбированные на поверхности пластинки молекулы кислоты образуют ориентированный слой, в ко-, тором полярные группы молекул обращены к поверхности пластинки, а углеродистые цепи — в воздух. Как видно из рис. 75, б, на обработанной органической кислотой алюминиевой пластинке капля воды образует краевые углы 90°. [c.264] Избирательное, или преимущественное, смачивание лежит в основе процесса флотации, имеющего большое значение в обогащении руд цветных и черных металлов. Наибольшее распространение получила так называемая пенная флотация, при которой сквозь пульпу пропускаются пузырьки воздуха. Количество взвешенных зерен в пульпе достигает десятков тысяч миллиардов в одном кубическом метре. Размер подавляющей части зерен менее 20 мкм. При такой флотации к пузырькам воздуха избирательно прилипают зерна флотируемого материала и выносятся на поверхность воды в виде минерализованной пены, а другие зерна остаются в пульпе. [c.264] При пенной флотации необходимо, чтобы пузырьки воздуха, к которым прилипают частицы руды, были покрыты пленкой, позволяющей им сохранять контакт с частицами руды при выходе из пульпы. При отсутствии такой пленки пузырьки воздуха, выходящие из пульпы, сразу лопались бы. Минерализованной пены в этом случае не получалось бы. [c.264] Для получения относительно устойчивой пленки вокруг пузырьков воздуха применяют различные вспе-ниватели. К числу наилучших вспенивателей относятся поверхностно активные вещества, имеющие в своем составе активные группы гидроксильные, карбонильные, карбоксильные и др. [c.264] Пузырьки воздуха, выходяш.гте на поверхность пульпы без вспенивателей, существуют тысячные доли секунды, а со вспенивателями не лопаются в течение секунды. Это достигается снижением поверхностного натяжения воды под действием поверхностно активных веществ вспенивателей от 72,8 до 70 мдж/м эрг1см ), т. е. на 2—3 мдж/м эрг1см ). [c.265] Кроме вспенивателей, при флотации можно применять так называемые собиратели и регуляторы. Собиратели предназначены для того, чтобы придать (или усилить) определенным минералам их гидрофобную поверхность, способную закрепиться на пузырьках воздуха. Так, при флотации сульфидов руд цветных металлов в качестве собирателей применяют соли калия и натрия органических кислот. [c.265] Назначение регуляторов — активизировать поверхности минералов для соединения их с собирателями или сделать поверхности минералов гидрофильными. Обычно регуляторами являются растворимые в воде соли, основания и кислоты. Для флотации руд черных металлов наиболее целесообразно применять щелочную среду. [c.265] Из этой формулы следует, что сила прилипания зерна к пузырьку для удержания его на поверхности пузырька пропорциональна синусу краевого угла смачивания, т. е. пропорциональна степени гидрофобности. Чем больше размеры зерна минерала и его масса, тем больше должна быть степень его гидрофобности. С увеличением среднего радиуса кривизны пузырька R увеличивается и сила сцепления. [c.266] Поверхностные явления играют большую роль в металлургических процессах. Так, в условиях высоких температур между огнеупорной кладкой и наваркой мартеновских печей, с одной стороны, и печной атмосферой, шлаком и металлом, с другой, происходят сложные физико-химические процессы, приводящие к понижению стойкости и износу материала свода, стен и наварки печей. [c.266] На износ огнеупоров сильно влияет смачиваемость их соответствующими расплавами. В свою очередь, смачиваемость определяется краевым углом смачивания. Полная смачиваемость характеризуется краевым углом смачивания 0 = 0, а полная несмачиваемость—0=180°. В табл. 34 приведены краевые углы смачивания фаз, характерные для сталеплавильных процессов. [c.266] В результате насыщения рабочей и переходной зон сводового огнеупора силикатным расплавом пористость его понижается. Так, если пористость магнезитохрвми-тового кирпича до службы в мартеновской печи составляла 21—22%, то в процессе службы в рабочей зоне она понижается до 6—8%, а содержание окислов железа возрастает до 60%. Таким образом, одной из основных причин износа магнезитохромитовых огнеупоров является перемещение силикатного расплава по капиллярам в более высокие горизонты и происходящие при этом изменения химических и физических свойств огнеупора. [c.268] Подина и откосы мартеновской печи, имеющие шероховатые поверхности, плохо смачиваются жидкой сталью. Ошлакование подины связано с уменьшением краевого угла смачивания от 120—129 до 52—78°. С повышением степени окисленности стали возрастает смачиваемость ее огнеупорных материалов. [c.268] Физико-химические свойства огнеупоров в значительной степени зависят от размеров пор, причем пористость играет решающую роль в износе огнеупоров от шлакоразъедания. [c.268] При вспенивании основных мартеновских шлаков ухудшается передача тепла и кислорода из атмосферы печи, замедляются физико-химические процессы взаимодействия металла и шлака, повышается температура свода в результате перегрева шлака с поверхности и увеличивается уровень шлака в печи. Если же необходимо удалить шлак из печи, то кратковременное вспенивание его облегчает выполнение этой операции, особенно в печах большой емкости. [c.269] На основе многих исследований, проведенных при низких температурах с различными веществами, установили, что вспениваемость жидкостей обусловлена низким поверхностным натяжением на границе жидкость— газ при наличии прочных адсорбционных пленок. Пена представляет собой дисперсную систему, состоящую из заполненных газом ячеек, разделенных между собой пленками жидкости. Она является неустойчивой системой, так как обладает большим запасом поверхностной энергии на границе фаз жидкость — газ. При пенообразовании значительно увеличивается поверхность, что облегчается малым поверхностным натяжением жидкости на границе с газом. [c.269] Для образования устойчивой пены низкое поверхностное натяжение на границе жидкость — газ является необходимым, но недостаточным условием. Большое значение имеет механическая прочность пленок пены и способность их претерпевать без разрушения значительные деформации. Устойчивой может быть только пена с упругими пленками. Вещества, добавляемые в небольших количествах в систему и способствующие возникновению на границе раздела фаз адсорбционных слоев, которые препятствуют слиянию пузырьков газа, называются стабилизаторами. [c.269] Вернуться к основной статье