起泡剂
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起泡剂
一什么是起泡剂
起泡剂系指能降低水的表面张力形成泡沫,使充气浮选矿浆中的空气泡能附着于选择性上浮的矿物颗粒上的一类表面活性剂。
起泡剂的分子结构与捕收剂有其相似之处,大多数是由极性基和非极性基组成的异极性分子表面活性物质。
分子一端是极性基,另一端是非极性基。捕收剂的极性基亲固体(矿物),非极性基亲空气。
起泡剂的极性基亲水,非极性基亲空气。在水气界面定向排列,降低水的表面张力,故有起泡作用。
其中又有非离子型和离子型化合物之分,其中非离子型表明活性起泡剂的品种、作用、效果都占优势。非离子型起泡剂一般不具有捕收性,而离子型起泡剂往往兼具捕收性。
起泡剂在气-水界面吸附能力强,优良的起泡剂在矿物表面一般不发生吸附,多数起泡剂能使水的表面张力大为降低,增加空气在矿浆中的弥散,改变气泡在矿浆中的大小,当被浮矿粒愈大和矿物密度愈大,要求气泡也应随之增大。气泡相对稳定,能够防止气泡的兼并,并在矿浆表面形成浮选需要的矿化泡沫。
二起泡剂的作用
1、防止气泡兼并,使分散在矿浆中的气泡具有较小的直径和一定的寿命。
2、增大气泡的机械强度。
3、降低气泡的运动速度,增加气泡在矿浆中的停留时间。
4、稳定气泡,其类型和用量影响气泡的大小、黏性和脆性,影响浮选速度。
5、和捕收剂共吸附于矿粒表面上,并起协同作用。
6、与捕收剂共存于胶束中,影响捕收剂的临界胶束浓度。
7、可以用起泡剂使捕收剂乳化或加速捕收剂的溶解。
8、可以增加浮选过程的选择性。
三起泡剂的分类
依据起泡剂的结构与官能团的特点,通常将起泡剂分为非离子型和离子型。非离子型起泡剂包括醇类、醚醇、醚类、酯类;离子型起泡剂分为羧酸及其盐类、烷基磺酸及盐、酚类、吡啶类。
目前市场上的起泡剂种类繁多,有Florrea F579、Florrea F581、Florrea F571、Florrea F520、Florrea F550、Florrea F515、MIBC、Aerofroth70、2号油、桉树油、樟脑油、Dow 200、Dow250、TEB、BK201、BK204等。
在浮选过程中,加入起泡剂,能够防止气泡的兼并;也能够适当地延长气泡在矿浆表面的存在时间。
一般起泡剂具有如下几种共同性质:
(1)起泡剂的分子构造常是异极性有机物质,一端是极性基,另一端为非极性基;极性基亲水,非极性基亲气,这样就可以使起泡剂分子在空气与水的界面上产生定向排列。
(2)起泡剂是表面活性物质,能够降低水的表面张力。此处所谓表面活性系指在溶液中由于增加单位起泡剂浓度而引起的表面张力的降低数值。就一般说,同一系列的有机表面活性剂,其表面活性按“三分之一律”(也叫做“特鲁贝规律”)递增,其溶解度按同样规律递减。以醇类为例,由乙醇起,任何一个醇的表面活性强度都是它的最邻近的低级醇的三倍,也是它的最邻近的高级醇的三分之一。而溶解度则按同样规律渐减。
(3)一般的起泡剂要求有中等的溶解度,0.2~5克/升。如上所述,在同系物中表面活性随分子量增大而增强,但同时溶解度则随分子量增大而减小。浮选实践证明:由于这两种因素作用的结果,常见的起泡剂,其分子中的碳原子数一般为5至11个较为适合。
从历史的发展来看,在浮选工艺中,对于起泡剂的注意力远不如对捕收剂。在早期,各国常因地制宜,就地取材。例如我国多用松油,澳洲多用桉叶油,日本多用樟脑油;其共同特点则都是属于萜类天然植物产品,其缺点是成份因制造方法不同及季节不同而有变化。近年来在基本有机合成工业获得飞跃发展之后,人工合成的起泡剂已有取代天然起泡剂的趋势,其特点是质量稳定,有效成份含量高,例如甲基异丁基甲醇(MIBC)。
测定起泡剂水溶液的起泡性能,主要有四种基本方法:
(1)用手或机械方法搅动起泡剂水溶液数分钟,然后测量泡沫层的体积。
(2)用旋转的搅拌器或者上下移动的多孔盘,在起泡剂水溶液中搅拌,然后测量泡沫体积。(3)在带有砂芯细孔底板的玻璃管内,将空气或其他气体的小气泡鼓入被测试的水溶液中,然后测量泡沫高度。
(4)从一定高度将起泡剂水溶液滴下,然后对所产生的泡沫进行测量。
上述四种基本方法,都是在一定时间内或者测量所产生的泡沫高度,或者测量泡沫层中所含有的液体重量。这些方法的共同特点都是在没有固体颗粒存在的条件下,在两相体系内测量泡沫的体积,一般来说,只适用于测试表面活性剂。用上述方法比较不同起泡剂的优劣是否与浮选实践所得的结论相符,是值得考虑的。1972年,曾有人用浮选法与上述方法进行了比较,证明用上述方法所测得起泡剂的优劣次序与用直接浮选法所测得的优劣次序是有一定差距的,其中只有气泡法与浮选法最为接近。
如何添加起泡剂:大多数的起泡剂都是原液添加,只是根据选厂实际情况添加量不同而已。
鉴定起泡剂的好坏,取决于起泡能力、泡沫的稳定性,即已形成的泡沫消失的快慢。此外,泡沫的大小,泡沫的比表面以及泡沫的粘度、弹性、抗张强度也具有重要意义,但一般很少测量。
鉴别是否是起泡剂:有经验者可根据药剂颜色、气味和浮选效果等;若确定其具体成分必须通过化学检测以及红外光谱等一系列方法,测定其分子组分及官能团,方可确定其药剂是否是起泡剂这种物质。
实用的起泡剂通常应具备下列条件:
1 是有机物质。
2 是分子量大小适当的异极性物质。一般脂肪醇和羧酸类起泡剂,碳数都在8-9个以下。
3 溶解度适当,以0.2-0.5g/L为好。
4 实质上不解离。
5、价格低,来源广。
四国内外常用的起泡剂种类
1 松油类及其加工产品:目前使用的松油类起泡剂是松节油的加工品。松节油由松脂蒸馏制成,主要成分为蒎烯,经过水化加工,可以制成有效成分萜烯醇含量较高的起泡剂产品,所谓的松醇油(2号油)就是这种产品。它的主要成分为α—萜烯醇【C10H17OH】。
松醇油起泡性强,能生成大小均匀黏度中等和稳定性合适的气泡,当用量过大时,影响浮选指标。
2 Florrea F531起泡剂:该药剂为琥珀色油状液体、密度略低于水、起泡性能强,泡沫层稳定、脆散性好、消泡快、结构致密,毒性低,有利于浮选指标的提高。价格低、可以替代MIBC起泡剂。
3 Florrea F532起泡剂:该药剂为油状液体、深黄色、毒性小、在浮选时泡沫层厚度均匀、稳定、起泡性强,浮选指标比2号油好要。价格低、可以替代MIBC起泡剂。
4 Florrea F535起泡剂:该药剂为深黄色油状液体、黏度适中、泡细、活性好、泡沫层稳定、不易碎、不夹带脉石细泥、有利于提高精矿的质量。价格低、可以替代MIBC起泡剂。
5 Florrea F515起泡剂: 该药剂为浅色油状液体、起泡能力强、适合浮选粗颗粒、泡沫稳定。
6 MIBC(甲基异丁基甲醇):纯品为无色液体,可用丙酮为原料合成制得。它的特点是选择性强,活性好,泡细、脆、不黏,消泡容易,无捕收性,用量少,不易夹带脉石细泥到泡沫中去,对提高精矿质量有利。但价格高。
7 Dowfroth250 :它的特点是分子中既有醚基又有醇基,属多功能团起泡剂,水溶性较高,泡沫结构致密,不黏,选择性好,消泡快,用量少,能生成大量对浮选有利的小于0.2mm的微泡,提高指标,但价格贵。
8 BK201:该药剂由北矿院研制,颜色为浅桔色油状液体,密度0.84,发泡力强、浮选速度快、泡沫脆散性好,降解速度快。
9 BK204:是在BK201的基础上研制的,浅黄色、微溶于水、起泡速度快、能力强、脆散性好,克服了BK201起泡的延迟性,性能稳定,毒性较小。
10 Florrea F1202起泡剂:该药剂由沈阳飞瑞化工研制,深褐色油状液体、密度0.98、泡沫稳定、价格低廉、毒性较小、降解速度快、可提高精矿品位和回收率、在国内外铜钼矿等大规模使用。