起泡剂

二、起泡剂

作用点：气液界面。

作用：降低界面表面张力，促使空气在矿浆中弥散，形成小气泡，并防止气泡兼并，增加分选界面，提高气泡的稳定性。

第三节起泡剂

一、浮选对起泡剂的要求及其分类

1．浮选泡沫及起泡剂的概念：

在异极性表面活性物质存在的纯水，矿浆中充气形成细小和比较坚韧的气泡或泡沫，气泡上浮到水面形成具有一定稳定性的细小气泡聚集层，此层为泡沫层。

两相泡沫：由气、液两相形成的泡沫。

三相泡沫：由气、液、固三相形成的泡沫，或称矿化泡沫矿化气泡。

起泡剂：能促使在介质中形成大量大小适宜和具有一定稳定性泡沫的物质。

种类（具有起泡性能）：醇、酚、酮、醛、醚、酯、酸等有机异极性表面活性物质。

2．对起泡剂的要求及其应具备的条件

（1）起泡剂一般应是具有适宜结构的有机异极性表面活性物质，由两部分组成: 一端为极性基, 亲水;另一端为非极性基,亲气。起泡剂能在气一液界面上定向吸附和排列,

,起泡性能决定于极性基和非极性烃基的性质。

a 极性基：

最好：-OH(羟基)、醚基,两类极性基是理想的极性基团水化作用强,

无捕收作用,PH值影响小。其它，-COOH、-NH2（氨基）、-SO3H（磺酸基等）起泡能力强，亲固性强，PH值影响大。

b 非极性基：

起泡剂是以整个分子发挥起泡作用的。

理论上非极性基可由任何一种类型的烃基构成，但烃基长度、分子量、结构类型属性对起泡性能均有影响。

c 极性基：非极性基与起泡性能的关系（后一节讲述）。

（2）在矿浆中要有适当的溶解度。

a 溶解度大：在气液界面吸附少，甚至不具有起泡性能，起泡速度快，气泡脆，泡沫层结构疏松，用量大，H3COH 、H3CH2COH。

b 溶解度小：滞留矿浆表面，起泡速度慢，泡沫结构致密，气泡寿命长，浮选过程难以控制。

c 适当溶解度：C4～C10脂肪醇，最理想C5～C8。

（3）对矿物无捕收作用。

（4）对矿浆PH值的变化及矿浆中其它组分有较强的适应性。

（5）用量少，无毒和不污染环境。

3．起泡剂的分类

（1）根据药剂来源分类：

A、天然产物提取：松油，樟脑油；

B、煤焦工业副产品提取：甲醇，吡啶；

C、人式合成，醇，醚，醇醚类。

（2）根据分子结构特点分类：

A、非离子性（醇、醚醇、醚类、酯类）；

B、离子型（酚类、重吡啶、烃基磺酸（硫酸）盐、羧酸及其皂类、胺类）。

二、起泡剂的作用及作用机理

常用的起泡剂是异极性的表面活性物质，分子的一端是非极性的烃基，而另一端则是亲水性强的极性基，如图所示。

起泡剂的稳定作用机理示意图

在矿浆中起泡剂分子以一定的取向吸附于气液界面上，非极性基朝向空气（指向气泡内部）。极性基朝向水，并吸引着水分子（极性端被水化），所以起泡剂分子能够降低泡壁间水层流动速度和蒸发速度，这样就防止了泡壁的破裂。

起泡剂分子在气泡表面定向排列后，当两个气泡接触碰撞时，中间垫着两层气泡剂分子及它们极性基的水化层，因此气泡难兼并，小气泡容易保存下来，而小气泡比大气泡更能经受外力的振动，其稳定性更强。

1．降低气液界面的张力，改盖气泡的分散度。

（1）δAW与起泡能力的关系

在外界消耗功相同的情况下，δAW降低，空气流被分割易于形成气泡，生成更多的利于分选的气液界面。

两者的关系如右图：

起泡剂用量不宜过大, 否则会降低起泡能力。起泡剂浓度、溶液的表面张力和起泡能力之间的关系如图4-2-7 所示, 由图可见, 当起泡剂浓度开始增大时, 溶液的表面张力降低比较明显, 起泡能力显著增大。当起泡剂浓度达到

饱和状态(B 点) 时, 和纯水(A 点) 一样, 溶液不能生成稳定的泡沫层。因此, 溶液的起泡能力不完全由表面张力降低的绝对值决定。

结论：

A、泡和状态不能形成稳定的泡沫层，实际生产中远低于C点值；

B、起泡能力大小不大小不完全取决于表面张力降低的绝对值。

（2）改善气泡的分散度

在充气量一定V，气泡直径越小，气液分选界面面积越大，气泡在分选空间内分散度越高,对分选有利。

对气泡尺寸的要求：根据分选对上浮力和升浮速度要求确定气泡尺寸,在清水中无起泡剂,生成气泡直径4～5mm，有起泡剂时气泡直径0.8～1mm。

现代理论研究表明：微泡对浮选过程有强化作用。

2．阻碍或减轻气泡的相互兼并（灭）。

（1）气泡兼并（灭）的原因：

A、脱水作用：

重力作用：泡沫层中水下泄；

蒸发作用：泡沫层表层水蒸发；

张力作用：△Px= -2δ/R<0

在普兰台界边区：△Py=0

B、毛细压力作用：相邻气泡直径不同毛细压力P不同。气泡向大泡浸透，而被大气泡所兼并。

（2）作用机理

A、表面活性剂在液面界面的定向排列，形成水化膜，阻碍水的流泄和蒸发，提高气泡寿命。

B、电性作用：同种电性相斥，接近难。

3、增大气泡的机械强度，提高气泡的稳定性。

气泡变形情况示意图

a-变形前b-变形后

起泡剂可使气泡稳定的另一主要原因，是气泡剂使气泡表面具有弹性。当气泡受到振动或者外力作用时，气泡突然变形，由于气泡表面起泡剂分子的定向排列降低了表面张力，气泡受外力作用变形时，泡壁界面也增大，就引起气泡表面层起泡剂密度降低，气液界面的表面张力则显著增大，，一方面有利于约束气泡内气体分子向外冲出，另方面使气泡产生较大的收缩力，克服了使气泡发生破裂的外力。

气泡为了保持最小面积, 通常呈球形。起泡剂在气一液界面吸附后, 定向排列在气泡的周围, 见图4-2-6 。气泡在外力作用下发生变形时, 使气泡表面的起泡剂分子吸附密度发生变化。变形地区表面积增加, 起泡剂密度降低, 表面张力增大。但降低表面张力, 是体系的自发趋势。因此, 气一液界面存在有起泡剂, 增强了抗变形的能力。如果变形力不大时, 气泡将不致破裂, 并能恢复原来的球形, 增加了气泡的机械强度。总之，气泡在受到外力作用时,局部变形，表面积增大,变形区起泡剂浓度降低，张力增大,使气泡恢复原形。

4、降低气泡在矿浆中的升浮速度。

（1）原因：A、升浮气泡的开形状

无起泡剂时：椭圆形，鱼体形

有起泡剂时：圆形

B、水偶极子内聚吸引力作用；

C、气泡直径小，升浮力和速度降低。

（2）作用：A、增大气泡与矿粒碰撞机率；

B、减少碰撞动能；

C、减小矿化气泡振动，抖动，降低脱落几率。

三、起泡剂的作用形成

1．单纯起泡剂的作用；起泡剂多数是杂极性表面活性剂, 可以在气一液界面吸附浓集, 降低气一液表面能, 使气泡体系能量降低, 促使空气分散, 生成直径较小的气泡, 并能在相界面上进行定向排列, 以其极性端指向水, 非极性端指向气。由于极性端和水分子发生作用, 在气泡表面形成一层水化层, 阻碍了气泡的兼并, 同时还可增加气泡抗变形及破裂的能力。

2．起泡剂与捕收剂的共吸附作用。捕收剂与起泡剂在气液界面有联合作用, 这种现象称为共吸附。捕收剂与起泡剂不仅在气泡表面产生共吸附现象, 而且也在矿物表面产生共吸附。

矿粒与气泡碰撞时, 起泡剂与捕收剂由于在界面上共吸附而产生互相穿插, 使气泡与矿物固着稳定。