ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Двухфазные границы раздела из "Физико-химические основы теории флотации" Основной энергетической характеристикой поверхности раздела фаз является ее удельная свободная поверхностная энергия, равная работе обратимого изотермического процесса образования единицы площади этой поверхности. Обозначают ее буквой о и для краткости обычно называют поверхностным натяжением. Обусловлено о некомпенсированностью межмолекулярного взаимодействия молекул и ионов граничащих фаз, т. е. чем большим будет это взаимодействие, тем меньшим будет а вплоть до исчезновения границы раздела. [c.23] В системе СИ а удобно выражать в [мДж ] или [мН м ], так как в этом случае значения о численно совпадают со значениями, измеренными в [эрг/см ] или [дин/см], использовавшимися ранее. Это облегчает сопоставление результатов новых измерений с проводившимися ранее в, течение многих десятилетий. Хотя все эти размерности равнозначны, но [мДж-м ] используют в случае двухфазных границ, а [мН м ] — для трехфазных границ, когда а действительно создает силы, направленные по нормали к линии соприкосновения трех фаз и касательные к двухфазным границам раздела у периметра их совместного контакта [ 1 ]. [c.23] Измерения а обычно используют для регистрации различных процессов, протекающих на границе раздела фаз. Так, адсорбция ионов и молекул поверхностно-активных флотационных реагентов на поверхности пузырька всегда сопровождается понижением статического или равновесного поверхностного натяжения Ор. Это понижение Ор особенно значительно, если в реагенте имеется масляная фаза. Нарушение адсорбционного равновесия, например, при вытягивании поверхности пузырька будет приводить к соответствующему росту поверхностного натяжения, которое для отличия от Ор назовем динамическим и обозначим ад. [c.23] Величина разности между этами величинами т. е. [c.24] Уже в первые десятилетия исследования процесса флотации рядом ученых на основе обобщения данных практики флотации была замечена корреляция между величиной Да для растворов флотореагентов и их флотационной активностью, пенообразующей способностью, крупностью флотируемых частиц и качеством продуктов флотации [5—9]. Любопытно отметить, что на протяжении 30 лет (1923-1953) разные исследователи приходили к одним и тем же выводам, которые, естественно, с позиций пленочной флотации объяснить не могли и потому, по-видимому, считали их ошибочными и прекращали работы в этом направлении. Ниже будет показано, что привлечение уравнений капиллярной физики позволяет легко понять, объяснить и использовать эту корреляцию при подборе реагентов, действующих преимущественно на границе жидкость-газ [10]. [c.24] Необходимо отметить, что рассмотренное выше явление, т. е. рост значений а при отсутствии или нарушении состояния адсорбционного равновесия, наблюдается при использовании динамических методов определения а [2, 3] в растворах типа флотационных пульп. Именно этим обстоятельством обусловлено широко распространенное в литературе оишбочное представление о том, что в флотационных пульпах а понижено всего на 1—2 мДж м [11—13] по сравнению с чистой водой. Измерения а, проведенные статическим методом, показали понижение а на 10 мДж м и более [10, 14—16]. [c.24] Кроме а характеристикой взаимодействия фаз может быть удельный заряд исследуемой границы раздела. Оригинальными опытами в 30-х годах нашего столетия однозначно было показано, что смачиваемость поверхности раздела растет с увеличением заряда [17,18]. В обратной зависимости от величины заряда поверхности находится флотируемость частиц [19]. [c.24] Величина е равна производной от а по потенциалу границы раздела, а вторая производная от а по потенциалу равна электрической емкости двойного слоя зарядов на двухфазной границе раздела [18]. Это обстоятельство может быть использовано и используется для расчета значений а на твердых поверхностях по результатам электрических измерений [18, 20]. Дело в том, что по величине а и ее зависимости от концентрации поверхностно-активного вещества (ПАВ) в растворе можно рассчитать величину адсорбции молекул ПАВ на исследуемой границе раздела, а по зависимости этой адсорбции от потенциала — ориентировку молекул в адсорбционном слое и характер их взаимодействия между собой [18, 20]. [c.24] Специфика пенной флотации такова, что практически на всех этапах, связанных с ней, приходится встречаться с различными вариантами искривлен- ных поверхностей. Поскольку искривления часто довольно значительны, то значительными являются создаваемое ими капиллярное давление и его влияние на процессы прилипания, растекания, коалесценции капель реагентов и пузырьков. Так, одним из движущих факторов коалесценции является не только снижение суммарной поверхности сливающихся капель или пузырьков, но и заметное понижение капиллярного давления при этом. Применительно к слиянию пузырьков это впервые, по-видимому, обнаружил в 1935 г. Свен-Нильсон [23], экспериментально показавший, что наличие микропузырьков на поверхности минерала катализирует прилипание к нему более крупного пузырька. В дальнейшем некоторые исследователи [11—13] безссьшкина [23] развивали это положение. [c.25] Этот закон справедлив, если размеры пузырьков или капель и прочих скоплений реагента превышают радиус действия межмолекулярных сил [24]. То есть уравнение (2) может быть использовано при расчетах, связанных с фазами, например с каплями диаметрсйи 1 мкм. [c.25] Величина и знак /3 однозначно характеризуют форму капель или пузырьков. Посредством уравнения (4) все многообразие форм капель и пузырьков может быть разделено на три группы. [c.26] Численное решение уравнения Лапласа оказалось весьма трудоемким, но все же было выполнено Башфортом и Адамсом с большой точностью для 30 положительных значений Р от 0,125 до 100 в диапазоне от 5 до 180°. На основе полученных результатов были составлены специальные таблицы, позволившие авторам [25] оценить формы пяти лежачих капель ртути с экваториальными диаметрами от 4,018 до 7,82.3 мм, получив для них соответственно значения Р от 2,334 до 24,023. Совпадение контуров капель ртути с вычисленными по уравнению Лапласа для найденных значений Р оказалось полным. Таким образом, теоретическое уравнение Лапласа, являющееся основой математической теории капиллярности, получило через 77 лет экспериментальное подтверждение. [c.26] ТАБЛИЦЫ БАШФОРТА И АДАМСА И ИХ ПРИЛОЖЕНИЯ. [c.27] Таблицы Башфорта и Адамса [25] послужили основой для разработки различных методов определения значений статического или равновесного поверхностного натяжения Ор расплавленных металлов, сплавов, силикатов, вязких смол, коллоидных растворов, а также растворов типа флотационных пульп, содержащих малые количества медленно диффундирующих поверхностно-активных веществ и мелкие капельки масляной фазы, взвешенные в водной среде. Определение о производится по форме меридионального сечения симметричных покоящихся капель жидкости или образованных в ней пузырьков газа. Метод является бесконтактным, статическим, а полученные значения а абсолютными. [c.27] Кроме того, регистрируя изменения формы капель (пузырьков) во времени с момента их образования, можно изучать кинетику установления равновесных значений Ор, а следовательно, и кинетику различных процессов, протекающих в жидкости и на ее поверхности и связанных с изменением поверхностного или межфазного натяжения. Определение а основано на оценке формы р капли (пузырька) посредством совокупности различных несложных измерений, проводимых в определенной последовательности на контуре их меридионального сечения. [c.27] По данным этих измерений при помощи специальных таблиц, соотношений или графиков, соответственно сосчитанных, составленных или построенных по результатам численного решения уравнения Лапласа [2], вычисляют соответствующие безразмерные коэффициенты [2, 3, 25, 28, 29], абсолютная величина которых однозначно характеризует форму поверхности данной капли (пузырька). Заметим, что все эти коэффициенты характеризуют отклонение рассматриваемой формы от сферы, и потому с уменьшением размера капель (пузырьков), используемых для оценки р, точность из-мерений, проводимых на контуре капли (пузырька), и число значащих цифр в таблицах должны повышаться. [c.27] Вторым приложением таблиц [25] является составление корректиро-вочных таблиц для различных других методов определения о с целью, например, учета несферичности менисков жидкости в капиллярах [2, 3]. Для решения задач флотации таблицы [25] впервые были использованы Уорком в работе [30], к которой мы вернемся ниже. [c.27] Современные таблицы содержат для каждого Р не только параметры пузырьков (капель) Ь/р, кр, х Ь V. г1Ь, входящие в уравнение (3), но и ряд других, которые необходимы для проведения различных расчетов. Это — длина дуги 8/Ь, отсчитанная по контуру формы от начала координат в точке О (рис. , а), объем К/, боковая поверхность III, площадь меридионального сечения рассматриваемой формы, ограниченные криволинейной ее поверхностью и горизонтальным сечением на уровне, фиксированном значениями г/Ь, кр или Безразмерный характер таблиц [25] делает их приложимыми к границам раздела практически с любыми размерами, поверхностными натяжениями и плотностями граничащих фаз. [c.28] Таблицы [25] были использованы для решения следующих задач флотации. [c.28] моделирующих процесс флотации [15, 16, 32,35] и регистрирующих влияние реагента на поверхностные свойства частиц [36]. [c.29] Вернуться к основной статье