起泡剂工作原理及种类详细介绍

一、起泡剂作用
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。

二、浮选对起泡剂的要求及其分类
泡沫浮选
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。

其中两相泡沫是由气、液两相形成的泡沫。

三相泡沫是由气、液、固三相形成的泡沫，或称矿化泡沫矿化气泡。

起泡剂简介
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。

主要有醇、酚、酮、醛、醚、酯、酸等有机异极性表面活性物质。

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。

1）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。

2）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。

3）适当溶解度：C4～C10脂肪醇，最理想C5～C8。

4）对矿物无捕收作用。

5）对矿浆PH值的变化及矿浆中其它组分有较强的适应性。

6）用量少，无毒和不污染环境。

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）。

三、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。

．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。

（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～1mm。

现代理论研究表明：微泡对浮选过程有强化作用。

．阻碍或减轻气泡的相互兼并。

（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。

、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。

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。

四、起泡剂的作用形成
．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。

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。

五、泡沫层的稳定性
1．两相泡沫层的不稳定性
2．三相泡沫的稳定性
（1）矿粒吸附在气泡上形成吸水的毛细管，降低泡末中水层流动速度。

；
（2）药剂作用，起泡剂与捕收剂的共吸附作用，增强气泡的机械强度；
（3）矿粒吸附在泡壁，阻碍了气泡的互相兼并。

3．二次富集作用
六、起泡剂的组成与结构对起泡性能的影响
极性基对起泡性能的影响
（1）影响溶解度，影响溶解度：主要取决于极性基性质和数量 , 极性基与水分子作用越强 , 其溶解度越大。

几种常见极性基对水作用力的顺序为: -O -
<-COOH<-OH< -SO
3H<-SO
4
H 。

因此 , 当非极性基相近时各类起泡剂溶解度按上面
顺序逐渐增大。

此外 , 极性基数目越多 , 溶解度越大。

（2）影响解离度，各种醇类、醚类等非离子型起泡剂 , 在水中不能解离。

羧酸类由于- COOH基中-C=O 对-OH 基有诱导效应和共扼效应 , 氢有一定程度的解离 , 使之具有酸性。

酚解离呈酸性。

离子型起泡剂在水中的解离度受溶液 pH 值的影响 , 故起泡能力也受 pH 值的影响。

解离后使溶液呈酸性的起泡剂称酸性起泡剂。

酸性起泡剂在碱性介质中解离度较高 , 使其表面活性降低 , 对起泡剂的使用不利。

所以 , 酸性起泡剂一般应在酸性介质中使用为好; 同理 , 碱性起泡剂应在碱性介质中使用较理想。

非离子型起泡剂, 如松油和醇类, 虽然不解离, 但分子中有羟基, 可视作碱性物 , 一般在碱性介质中使用较好。

（3）水化作用的影响，水化作用的影响：起泡剂分子或离子, 在水中与水偶极作用 , 发生水化, 在气泡表面形成一层水膜, 使气泡不容易破裂 , 提高其稳定性。

极
性基水化能力较强的 , 气泡稳定性也较强。

非极性基对起泡性能的影响
碳链长度：不同系列的表面活性物质，烃基每增加一个碳原子，表面活性可以增大倍。

表面活性越大，起泡能力越强。

所以起泡剂非极性基越长 , 起泡能力就应越强。

但非极性基过长，溶解度会显著降低，反而会使起泡能力下降。

非极性基性质，结构性质，饱和程度，链的形式。

七、起泡剂起泡性能的测定
起泡剂性能的好坏，取决于起泡能力、泡沫的稳定性。

此外 , 泡沫的大小, 泡沫的比表面积(可用显微镜或透射光进行测量)以及泡沫的粘度、弹性、抗张强度也很重要 , 但一般很少测量。

测定起泡剂水溶液的起泡性能，主要有四种基本方法：
1.用手或机械法搅动起泡剂水溶液数分钟，然后测量泡沫层体积
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.在带有砂芯细孔的玻璃管内 , 将空气、其他气体的小气泡鼓人被测试
的水溶液中 , 然后测量泡沫体积。

4.从一定高度将起泡剂水溶液滴下 , 对所产生的泡沫进行测量。

上述方法的共同特点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。

起泡剂可分为三大类 , 天然类、工业副产品和人工合成品。

1. 天然起泡剂
该类起泡剂是由林木直接蒸馏和加工后的产品。

松油——是最早的天然起泡剂 , 主要成分为α–萜烯醇。

2 号油——亦称松醇油 , 是我国选矿厂应用最广泛的一种起泡剂占起
泡剂总用量的 95% 以上。

2 号油以松节油为原料 , 经水合反应制得 , 为淡黄色油状液体 , 密度 ~0.91 g/cm3 。

主要成分为α -萜烯醇 , 含量 40%~60%, 高者可达 80%, 其余为萜烯类化合物。

起泡性能较松油稍
弱 , 泡沫稍脆, 无捕收能力, 组成和性质较稳定。

2. 工业副产品起泡剂
杂醇
仲辛醇
杂醇油
混合醇
酯油
充分利用工业上的各种副产品 , 寻找新的品种 , 并进行加工和调整作为起泡剂使用 , 这是浮选药剂的一个发展方向 , 具有很高的经济和社会意义。

3. 人工合成起泡剂
该类起泡剂是人工合成专门生产用作起泡剂的化工产品。

醚醇类起泡剂
醚类起泡剂 4号油（三乙氧基丁烷）
甲基异丁基甲醇——亦称甲基戊醇 , 代号 MIBC, 我国未在工业上应用 ,只作为实验室浮选标准起泡剂。

由于人工合成起泡剂有很多优点 , 现已开始逐步取代天然起泡剂 , 同时一些化工副产品起泡剂仍在选矿厂广泛应用。