Е.Д. Щукин, А.В. Перцов, Е.А. Амелина - Коллоидная химия (другой скан) (1157043), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Разделяемые частицы ценной и пустой породы, отличающиеся значением краевого угла смачивания, обычно имеют близкие друг к другу размеры. Если частицы пустой породы значительно меньше частиц ценной породы, то они будут флотироваться, несмотря на малые значения 8, и мешать обогащению. Высокая эффективность флотационного метода обогащения полезных ископаемых, возможность разделения с помощью флотации даже близких по химическим свойствам минералов в полиминеральных рудах обеспечиваются применением разнообразных ПАВ, которые избирательно гидрофобизуют поверхность флотируемого минерала и гидрофилизуют минералы, не подвергаемые флотации (либо наоборот). Вследствие относительно малой удельной поверхности пород, подвергающихся флотационному обогащению, расход ПАВ-флотореагентов невелик и может составлять сотню граммов на тонну породы.
Это позволяет использовать даже сравнительно сложные и дорогие ПАВ для тонкого регулирования поверхностных свойств разделяемых минералов. Флотореагенты, применяемые при флотации, по своему механизму действия делятся на следующие группы, 1, Коллекторы или собиратели — ПАВ, какправило, хемосорбирующиеся на поверхности флотируемого материала и гидрофобизующие (намасливающие) ее.
Ярко выраженная химическая специфичность хемосорбции обеспечивает возможность проведения селективной флотации — последовательного выделения различных минералов из полиминеральных руд. В качестве собирателей применяют преимущественно анионные ПАВ для минералов основного характера и катионные — для силикатов. При обогащении и разделении полиметаллических сульфидных руд эффективными собирателями служат анионные ПАВ, содержащие тиоловую — БН, тионовую = Б группы и их комбинацию. Сюда относят ксантогенаты КОС Ме и тиофосфаты, так называемые аэрофлоты с Ф"! ~В 138 с ~Т + (КО), Р.
Ме, способные образовывать с двух- и поливалентными металлами труднорастворимые соединения. Примерами тонкого использования собирателей является флотационное разделение таких близких по свойствам минералов, как галит )ч)аС! и сильвии КС! в их смеси, называемой сильвинитом. Флотацию проводят в насыщенном водном растворе солей, собирателями служат высшие амины или другие ПАВ. 2. А к т и в а т о р ы действия собирателей — вещества, часто не являющиеся поверхностно-активными, преимущественно электролиты, модифицирующие поверхность частиц и облегчающие адсорбцию (хемосорбцию) ПАВ-собирателей, например сульфид натрия при флотации окисленных минералов цветных металлов.
Активаторами могут служить и вещества, обеспечивающие заданное значение рН раствора и тем самым определенное состояние ионизации поверхности минеральных частиц. 3. Д е п р е с с о р ы — ПАВ или неорганические электролиты, усиливающие смачивание водой тех минералов, которые не должны флотироваться. В качестве депрессоров широко используют крахмал, декстрин, карбоксиметилцеллюлозу и другие вещества-смачиватели.
Для предотвращения флотации пустой силикатной породы применяется жидкое стекло. 4. Слабые не н о о бр азов а те л и (иногдаихрольвыполняют сами коллекторы), обеспечивающие образование умеренно устойчивой пены, способной удержать в себе минеральные частицы. Слой пены должен содержать как можно меньше воды, с тем чтобы облегчить дальнейшую переработку. Флотации в настоящее время подвергается большинство руд, и, по мере истощения наиболее богатых месторождений, роль флотационного обогащения все возрастает. Флотационному обогащению подвергаются даже такие сравнительно дешевые полезные ископаемые, как уголь и сера.
11!.3. Адсорбция ионов; строение двойного электрического слоя Многие свойства дисперсных систем связаны с особенностями распределения заряда вблизи поверхности раздела фаз при адсорбции электролитов. Специфика адсорбции электролитов обусловлена относительно более дальнодействующим характером электростатических (кулоновскнх) взаимодействий ионов по сравнению с ван- 139 дер-ваальсовским взаимодействием молекул.
Это (с учетом теплового движения) вызывает большую размытость межфазных слоев, образованных ионами, сравнительно с молекулярными адсорбционными слоями, благодаря чему поверхность разрыва приобретает заметную толщину. С таким диффузным характером ионизированных адсорбционных слоев связаны важнейшие свойства дисперсных систем, в частности возникновение электрокинетических явлений (гл. 1Ч) и устойчивость дисперсных систем (гл. ЧП, ЧП1). Другой существенной особенностью адсорбцио нных явлений в растворах электролитов (как правило водных) является то обстоятельство, что адсорбция всегда имеет конкурентный характер — помимо растворителя в системе присутствует по крайней мере два типа ионов (а с учетом диссоциации молекул растворителя — три или четыре), и конкуренция между ними определяет характер строения поверхности разрыва в подобных системах — возникновение пространственного разделения зарядов, называемого двойным электрическим (правильнее — ионным) слоем.
Строение двойного электрического слоя подробно рассматривается в курсе электрохимии; в приводимом ниже рассмотрении основной акцент делается на тех аспектах проблемы, которые наиболее существенны для коллоидной химии. В соответствии с простейшей моделью Гельмгольца пространственное разделение зарядов вблизи поверхности может рассматриваться как двойной электрический (ионный) слой, представляющий собой две параллельные обкладки заряженного конденсатора, разделенные прослойкой дисперсионной среды с некоторой средней (эф- фективной) толщиной Ь. Одна обкладка го конденсатора образована потенг1иолопре- + в деллгощими ионами, закрепленными на Лгр самой поверхности, другая — противо- ионами, находящимися в среде.
При этом + в ионы, одноименно заряженные с поверх+ в постыл — так называемые коионы, оттеснены в объем раствора. Такое разделение зарядов приводит к возникновению раз+ в ности потенциалов Ьгр между контакти+ рующими фазами и (в данной модели) к линейному падению потенциала между обкладками конденсатора (рис. П1-8). 0 х Современная теория строения двой- 1 а „,„, „ Ого электрИческого слОЯ, РаЗВИТая В трудвойного электрического слоя дах Г. Гуи, Д.
Чепмена, О. Штерна, ло гслыягольцу А.Н. Фрумкина, Д. Грэма и др., основана 140 на анализе электростатических взаимодействий ионов в двойном ',, электрическом слое в сопоставлении с межмолекулярными взаимодействиями и тепловым движением ионов. Как известно из электрохимии, равновесие в системе, в которой контактирующие фазы имеют разные электрические потенциалы го, определяется условием равенства э л е к т р о х и м и ч е с к и х поте н ц и ало в ионов )гь связанных с их химическими потенциалами Рл соотношением )г Р' + г~ еггХА.
Здесь г, е — заряд иона (с учетом знака); е — заряд электрона; Х— число Авогадро; произведение еХ вЂ” число Фарадея. При малой концентрации ионов и;(число ионов/м ) условиюравновесия отвечает постоянное значение электрохимического потенциала по всей системе, т. е. Рг = )го + КТ !и и, + г, е10Х„= сопл!. (П1.2) Такая запись учитывает три основных фактора, определяющих поведение ионов в системе: их молекулярное взаимодействие с окружающей средой )гль участие в тепловом движении КТ!и и; и взаимодействие с электрическим полем г; егоХл. Соотношение (П1.2) должно выполняться для всех ионов, присутствующих в системе. Иногда какие-либо ионы практически отсутствуют в одной из фаз или в обеих контактирующих фазах.
В последнем случае ионы присутствуют только на поверхности раздела фаз (поверхностная диссоциация, характерная для неорганических веществ сложного строения, например силикатных и алюмосиликатных минералов). Кроме того, возможна поляризация поверхности, когда для одного из ионов из-за кинетических затруднений электрохимическое равновесие не устанавливается, и разность потенциалов между фазами без изменения их состава может быть задана приложением внешней разности потенциалов. В отсутствие поляризации поверхности изменение разности потенциалов между фазами всегда связано с изменением состава фаз; дифференцирование соотношения (Ш.2) приводит в этом случае к Уравнению Нернста: )сТ -с)гр = — д !и п,. г,е 141 Рис. Ш-9.
Схема строения двойного электрического слоя 142 Заметим, что фигурирующая здесь разность потенциалов между фазами 1Р не может быть определена экспериментально, тогда как ее изменения измеряются сравнительно просто. Вблизи поверхности раздела фаз величины )гхз для различных ионов меняются от значений, соответствующих объему одной фазы, до значений, характерных для объема другой фазы. Это приводит к перераспределению ионов между объемами фаз и поверхностью так, что зависимость гр(х) приобретает более сложный характер по сравнению с моделью Гельмгольца. Обычно рассматривают величину потенциала поверхности твердой фазы относительно д и с п е р с и о н н о й с р е д ы ус, абсолютное значение которой нельзя определить экспериментально.
Если в твердой фазе нет преимущественного концентрирования ионов одного знака у поверхности, потенциал грс равен разности потенциалов между фазами. Как и в объеме фаз, поведение ионов вблизи поверхности раздела обусловливается тремя факторами, определяющими строение двойного электрического слоя: силами адсорбционного взаимодействия (специфическими и неспецифическими) ионов с поверхностью раздела фаз, электростатическими взаимодействиями ионов с заряженной поверхностью и друге другом, а также тепловым движением ионов.
Вследствие малого радиуса действия адсорбционных сил можно, до некоторой степени условно, выделить в двойном электрическом слое две основные части (рис. 1!1-9): более близкую к поверхности «плотную» часть (слой Штерна — Гельмгольца), где адсорбционные силы существенны, и более удаленную «диффузную» часть (слой Гуи — Чепмена), где ими можно гр пренебречь. Главной задачей теогре рии строения двойного электрического слоя является количест+ ' венное описание распределения + <Рг концентрации присутствующих в + системе ионов пь и электрическо- О го потенциала гр в любой точке 'О раствора в зависимости от расстояния до поверхности х. О о '.О Возникновениедвойного элек+ трического слоя происходит вследстане установления адсорбционного равновесия в системе, приводящего к возникновению на поверхности слоя потенциалопреде- ляющих ионов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
