浮选起泡剂对气泡大小和泡沫稳定性的影响_Y_S_楚

浮选起泡剂对气泡大小和泡沫稳定性的影响

Y ·S ·楚　等

摘　要　为了研究起泡剂对气泡大小的影响,采用单孔气泡发生器、多孔气泡发生器和浮选槽进行了试验。试验发现只有使用

多孔气泡发生器(或在浮选槽中)测定时,气泡大小主要依赖于起泡剂的浓度。起泡剂浓度低时(C

关键词　浮选　起泡剂　气泡　充气器　临界兼并浓度　气泡动力学起泡性能　指数

引　言

浮选动力学涉及许多质量转移过程,有些发生在矿浆相中(粒子-气泡碰撞、黏附和粒子-气泡集合体输送到气泡相中),有些发生在气相中(粒子从

泡沫相回收到精矿槽中)。所有这些子过程与气泡大小和泡沫稳定性关系密切。在浮选过程中,利用起泡剂促使细小气泡的发生和提高泡沫的稳定性。根据Leja -Schulman 的渗透理论,在粒子-气泡黏附运动中,起泡剂与捕收剂的相互作用是粒子-气泡黏附的关键步骤。

众所周知,纯液体不起泡,但是优先吸附在液气界面上的表面活性分子的存在从根本上改变了这种状况。对一系列浮选起泡剂的气泡大小、动力学起泡性能指数和表面张力测定的最新结果(图1)表明,气泡大小和动力学起泡性能之间表现了很好的相关关系。结果发现,虽然气泡大小和动力学起泡性能指数对极低的起泡剂浓度变化敏感,但只在比此浓度高10倍的起泡剂才影响表面张力。由于以前推导出的方程式把产生的气泡大小与表面张力联系起来,而表面张力在极低起泡剂浓度下似乎变化不大,因此,就提出一个气泡大小为什么取决于起泡剂浓度的问题。为了回答这样的问题,我们进行了一系列试验,在试验中使用了特别设计的充气器,对不同起泡剂在广泛的浓度范围内测量了气泡的大小。在随后的试验中,对同样的起泡剂测定了动力学起泡性能指数和表面张力。

1　试验步骤

1.1　原　料

用Condea Vista 提供的M IBC 和4种不同的己

醇异构体或衍生物进行了试验。M IBC 甲基异丁基甲醇

[(CH 3)-CHCH 2CH (OH )CH 3]

起泡剂1　1-己醇　[C 6H 13OH ]起泡剂2　二乙氧基单丙氧基己醇[C 6H 13OH (EO )2(PO )]起泡剂3　二乙氧基己醇

[C 6H 13OH (EO )2]

起泡剂4　单丙氧基-二乙氧基己醇

[C 6H 13OH (PO )(EO )2]

图1　正己醇和MIBC 的标准化气泡持续时间、S auter

平均气泡直径和表面张力

1-正己醇气泡标准化持续时间测定值;2-正己醇气泡标准化持续时间DFI 模型计算值;3-M IBC 气泡标准化持续时间测定值;4-M IBC 气泡标准化持续时间DFI 模型计算值;5-正己醇标准化平均气泡直径;6-正己醇标准化表面张力;7-M IBC 标准化平均气泡直径;8-M IBC 标准化表面张力

1.2　方　法

1.2.1　气泡大小的测定

按照Tucker 等人所描述的方法,用UCT 气泡

大小测定仪测定气泡大小。气泡在装有蒸馏水的3

L 有机玻璃制造的罐中发生。所有试验均在21℃下进行。在每轮试验中抽样检测大约3000个气泡。对所试验的每种表面活性剂的浓度试验3次,在另一篇论文中报道了3次的平均值和试验详情。

气泡通常由充气产生,充气就是通过毛细管或烧结多孔玻璃皿将气体泵入混合液中。在机械浮选槽中,气泡是在叶轮叶片的外缘由气穴现象产生的,或者是由在压力下提供的空气通过剪切破碎形成的。在平衡条件下孔口处形成的气泡大小可以由热力学数据计算出来,这表明气泡大小与表面张力有关。可是,在大多数气泡快速形成的实际情况下,平衡计算对预测脱离的气泡体积是不适用的。为了创造尽可能接近平衡的条件,试验中以2cm 3/min 极低的空气流速产生气泡,且使用了Bel -Art Rite 流量

计,UC T 气泡大小分析仪的取样器放在充气器上方50mm 处。

试验了几个不同的充气器。一个可扰曲的橡胶充气器可恒定地产生均匀直径的气泡(如图2)(0.057和0.029mm 标准偏差),该充气器在伸缩的橡胶片上由皮下注射器扎成两个孔,两孔互相远离,以避免气泡兼并。可是,可能由于所扎孔口尺寸不同,故所观察到的的气泡大小也是不同的(1.45～2.15mm )。由于Rice 等人在使用的橡胶充气器中所扎的孔不是圆形的,所以不可能精确测定其孔径,因此我们使用了刚性的黄铜充气器。虽然这种充气器的孔径可以容易测定,但是得到一个稳定的气泡流是不可能的。Rice 等人注意到,在表面气体速率小于5cm /s 时,橡胶充气器产生比较均匀的气泡流,而刚性充气器产生难以预测和不规则的尺寸变化的气泡流。由于橡胶充气器和刚性黄铜板充气器之间唯一的差别是,前者具有柔性,并且气体通过时可以摆动和变形,因此决定对刚性充气器进行振动。充气器罐安装在Syntron Lapping -Polishing 抛光机上,并施加振动。随着振动频率逐步增大,发现了一个小的频率窗口,在此范围内在5轮气泡粒径测定期间所产生的气泡大小变得均匀稳定(5%以内)。因此,振动频率在整个试验中是固定下来的。

1.2.2　充气器孔径的确定

按照已发表的数据,确定用1～2mm 大小的气泡进行试验,这样的气泡是浮选系统中最普通的。利用下面的方程式(4)计算出了充气器孔所要求的

尺寸在0.1～0.15m m 之间,用这种尺寸的钻头打

孔。

图2　使用橡胶充气器时起泡剂浓度对气泡大小的影响

气泡大小的测定是在一个顶部开口的Leeds 浮

选槽中进行的,叶轮转速固定在1000r /min ,空气速率为5L /min 。气泡大小分析仪的取样器安装在定子上方50mm 处。1.2.3　动力学起泡性能指数

由于该法应用于含有液体和分散气体的两相体系,我们决定用“泡沫(foam )”术语而不用M alysa 等人在原出版物中使用的“泡(froth )”术语。在M alysa 方法中起泡性能以泡沫持续时间(rt )表示,它定义为系统(溶液+泡沫)中所含的总空气体积对空气流速曲线直线部分的斜率。泡沫持续时间值与空气流速和测量柱的几何形状无关。实质上,rt 是整个体系(溶液+泡沫)中一个气泡的平均寿命。动力学起泡性能指数(DFI )被定义为当对浓度C ※0时rt 对浓度的极限斜率。

DFI =( rt / C )c =0

(1)

可从以下两种方法中选取一种确定DFI 值:为了减缓根据图解法找出初始斜率难度,可让该方程与rt 和C 的数据对拟合;方程式取反指数形式,当它展开成一个幂级数时,方程式为:

rt -2.4=DFI ·C

(2)

式中:DFI =rt ∞·k

由Maly sa 给出的数值2.4是对于蒸馏水得出的rt 值,rt ∞是C ※∞时的极限值,k 是一个常数。

在我们的试验中,将起泡剂水溶液放置在柱形容器中(直径45mm ,高度92cm )。用气体泵起初以100cm 3/min 的流速(随后逐步增加到2000cm 3/min )将氮气通过烧结的多孔玻璃皿泵入。在每次变化后,记录下所产生的稳定状态的体积量(溶液+泡沫)。绘制总体积对气体流速的图,以得到经