含铜和含锌溶液的吸附泡沫分离技术的研究

含铜和含锌溶液的吸附泡沫分离技术的研究

发表时间：2015-02-03T16:43:43.497Z 来源：《教育研究·教研版》2015年1月供稿作者：王优然[导读] 泡沫吸附分离低浓度的含锌溶液的操作参数影响规律分析。王优然

近年来，泡沫分离技术发展的越来越快。下面我们就来分一下含铜和含锌溶液的泡沫分离技术的发展状况。

1 泡沫分离法的应用与发展 1.1 泡沫分离法发展情况。泡沫分离法是一项利用物质在气泡表面上吸附性质的差异进行分离的技术，在20 世纪初泡沫浮选就已广泛应用于矿冶工业，但针对离子、分子、胶体及沉淀的泡沫吸附分离技术，则是近30 年中发展起来的一种新型分离技术。

1.2 泡沫分离法分析。泡沫分离法是基于溶液中溶质间表面活性的差异，使得表面活性强的物质优先吸附于分散相与连续相的界面处，然后通过鼓泡使溶质选择性的聚集在气- 液界面并借助浮力上升至溶液主体上方形成泡沫层，从而实现分离、浓缩溶质或净化液相主体的目的。这项技术具有设备简单、耗能低、适合于低浓度溶液的分离回收、处理量大等特点，因此在许多领域都得到广泛的应用。

2 泡沫吸附分离低浓度的含锌溶液的操作参数影响规律分析 2.1 气体流量的影响。气体流量的影响主要体现在塔的流体力学特性的改变上。从理论上来讲，气体流量越大越有利于分离，但在一段反应时间后，随着气体流量的增大浓缩比反而减小，这是因为气体流量过大会导致溶液的气含率较高，气泡在溶液中的停留时间变短，易引发气泡破碎、合并，因此浓缩比下降。但是气体流量增大，单位时间内产生的气泡数增多，总的传质面积也增大，结果使单位时间的传质量增加。

2.2 液位高度的影响。事实上，液位高度的所产生的影响并不十分显著，但是也可以作为影响因素来研究。总的来说，液位的高低决定了塔内的压力，如果液位过高，那么液体向下流的速度就会减慢，这样就会使反应的时间过长，不利于试验的进行，但是如果液面的高度过低，则会产生反应过快，而且反应不充分的现象。所以对于液位的选取也是很重要的一个方面。

2.3 进料量的影响。当然了，进料量对也会对反应产生一定的影响。实验中必须选择一个合适的进料量，如果进料量太小，在经济上不合理;而进料量太大，则待去除组分在气浮池的停留时间缩短，去除率降低，因为进料量增加，待分离组分在气浮池中停留时间缩短，气泡与锌离子复合体相互碰撞的机会减小，去除效率就会降低.同时也可以看出泡沫分离法在分离低浓度溶质方面效果较为显著。

2.4 表面活性剂浓度的影响。当表面活性剂浓度较低时，溶液中的金属离子并不能完全的与表面活性剂配和，所以自由离子很难吸附到气泡表面，但随着表面活性剂浓度不断的增大，浓缩比也会增大。产生这种现象的原因是当表面活性剂浓度增大时，气液界面的吸附量增多，浓缩比增大。但当表面活性剂浓度太高时，气泡界面上的吸附趋于饱和，而过多的表面活性剂就会与金属离子的气泡复合体抢占气泡界面，因此浓缩比会迅速下降。

3 铜的泡沫吸附分离

3.1 正交试验。由于影响铜泡沫吸附分离效果的因素有很多，比如气体流量、液位高度、进料量、表面活性剂的浓度和pH 等，因此为了得到更好地分离效果，可以将每一个影响因素在进行单因素试验时得到的较好的试验条件，进一步和其他各个因素的试验适宜值相组合，通过更加深入的试验，以获得最好的试验结果。当然，试验数据的选取还是要视具体条件而定，可以一个影响因素同时选择3 至4 个值继续试验，但是不建议选择的太多，因为这样会大大增加试验量，而且可能试验的结果都差不多，所以也要适当的设计试验，以达到最终的目的。

3.2 铜离子泡沫分离的最佳PH 值范围分析。如果要进行最佳单因素的研究，就要在控制其他因素不变的条件下开始，正因为是研究一个最佳的pH 范围，所以在设定要试验的pH 范围一定要宽一些，这样的结果才更有说服力。在单一离子存在的情况下，金属铜离子水溶液pH>5.3 时，开始出现氢氧化物沉淀，而金属锌离子水溶液则在pH>6.8 时，有沉淀析出。在混和离子共存条件下，由于共沉淀和载体沉淀作用，锌离子形成氢氧化物沉淀的pH 值范围明显往酸性方向偏移，因此为了使分离形式控制在泡沫分离上，最优化的pH 值一般选取5.0。

3.3 离子对平衡常数与表面相组成的理论估算。在硫酸铜与十二烷基硫酸钠的的反应体系中，存在着硫酸铜与十二烷基硫酸钠反应生成十二烷基硫酸铜和硫酸钠，因此，在这个溶液中就会存在离子对的平衡。设定十二烷基硫酸铜的平衡浓度为x mol/L 和反应起始物质的反应初速度，根据平衡常数的定义列出平衡常数的表达式，进一步分析铜离子、钠离子对十二烷基硫离子的亲和力强弱，借此分析吸附分离的效果。

4 泡沫吸附分离铜、锌离子的选择性及表面活性剂复配对泡沫分离的影响分析 4.1 泡沫吸附分离铜、锌离子的选择性。金属离子的电性能是影响其与表面活性剂结合能力的关键因素，同价离子的半径越小，其水合半径越大，电势越小。而对于铜离子和锌离子来说，因为它们是同价离子，所以其水合半径将决定其电势的大小。由于铜离子半径为72 pm，锌离子半径为74 pm，两者相差不大，所以其二者电势也应相差不大，因此铜离子、锌离子与一些活性成份的结合能力也相差不大。从而可以推断出一些物质对铜离子、锌离子泡沫分离选择性的好坏。

4.2 表面活性剂的复配性对泡沫吸附分离的影响。设置其他实验条件保持相同，可以得出表面活性剂的复配对泡沫吸附分离的影响。一般的，阴阳离子复配会产生混浊，没有分离效果。而当非离子表面活性剂被加入时，由于碳氢链间的疏水作用加上极性端的氢键结合，以及混合溶液的临界胶束浓度、表面活性离子在表面上的定向排列紧密，可以显著的改变水表面性质，使之接近非极性表面，表现出很低的表面张力，表面活性增高，使原来的离子表面活性剂的极性端之间的电性斥力减弱。再加上两种表面活性剂分子的碳氢链间的疏水作用，而较易形成胶团，故此复配比是较为理想的。参考文献

1 董红星等.泡沫分离法的现状与研究进展[J].化工时刊，2009；18（5）：20~22

2 杨运泉等.阳离子型表面活性剂界面性质研究[J].湘潭大学学报（自然科学版），2010；16（4）：25~28 作者单位：哈尔滨石油学院