起泡剂工作原理及种类详细介绍

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起泡剂工作原理及种类详细
介绍
-标准化文件发布号:(9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
起泡剂作用及性能介绍
一、起泡剂作用
二、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。

三、浮选对起泡剂的要求及其分类
2.1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。

2.2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。

2.3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。

2.4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。

3.1.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。

(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。

3.2.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。

3.3、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。

3.4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。

四、起泡剂的作用形成
4.1.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。

4.2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。

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
6.1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< -SO3H<-SO4H 。

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。

6.2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 3.14 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 0.9~0.91 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。

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