ОБЗОР ГИПОТЕЗ ЭЛЕМЕНТАРНОГО АКТА ФЛОТАЦИИ

Для объяснения причин избирательного закрепления различных минералов на межфазовой поверхности высказано несколько гипотез:

1. Избирательная адсорбция кислорода воздуха. В первый период развития флотационного процесса флотировались только сульфидные минералы. Закрепление сульфидов на пузырьках воздуха объясняли сродством серы с кислородом. Предполагали, что растворенный в воде кислород воздуха адсорбируется на поверхности сульфидов, образуя газовую пленку. При столкновении частицы с пузырьком происходит коалесценция газовой пленки и пузырька, и частица оказывается закрепленной на поверхности.

Позднее эта гипотезе была опровергнута, т.к. оказалось, что сульфиды могут флотироваться инертными газами, и что минералы, не содержащие серы, также могут флотироваться на пузырьках воздуха.

Тем не менее кислород воздуха играет важную роль при флотации сульфидов, но основная его роль состоит в окислении поверхностного слоя сульфидов и окислении содержащихся в пульпе ионов до сульфатных.

2. Электростатическая. По этой гипотезе закрепление объяснялось тем, что пузырек и флотирующаяся частица имели электрические заряды разного знака. При экспериментальной проверке оказалось, что частицы графита и пустой породы имели заряды одного знака, однако флотировался только графит. Данная гипотеза не подтвердилась.

3. Гипотеза смачивания или гипотеза краевого угла. Способность минералов закрепляться на поверхности раздела «вода-воздух» зависит от смачиваемости их водой. Чем сильнее минералы смачиваются, тем хуже они флотируются, и наоборот. Смачиваемость характеризуется величиной краевого угла.

Гипотеза смачивания включает две трактовки элементарного акта флотации:

1) Исходит из представления о силах поверхностного натяжения и рассматривает силы, действующие на частицу. Это силовая трактовка.

2) Трактовка исходит только из представления о существовании поверхностной энергии на границе фаз. Она исходит из второго закона термодинамики, по которой возможность закрепления частицы оценивается по величине свободной энергии системы до и после закрепления. Это термодинамическая трактовка.

4. Адсорбционная гипотеза Белоглазова. Гетерополярные молекулы собирателя закрепляются на поверхности флотируемых частиц, причем углеводородные концы молекул обращены в водную фазу. Такое ориентированное закрепление происходит вследствие возникновения сильных связей между полярной частью молекулы собирателя и полярным минералом. Закрепление покрытых собирателем частиц на поверхности раздела « газ-жидкость» объясняется уменьшением свободной поверхностной энергии, т.к. при акте закрепления поверхность раздела «газ-жидкость», обладающая большой удельной поверхностной энергией, как бы заменяется поверхностью раздела «газ-углеводород» с низкой поверхностной энергией. Закрепление частицы на межфазовой поверхности в энергетическом отношении эквивалентно адсорбции того числа молекул гетерополярного вещества, которое находится на грани минерала, контактирующее с газообразной фазой. Поэтому в гипотезе Белоглазова элементарный акт флотации рассматривается как адсорбция гетерополярных молекул.

ГИПОТЕЗА КРАЕВОГО УГЛА.

Явление смачиваемости наблюдается при соприкосновении трех фаз. Две соприкасающиеся фазы образуют межфазовую поверхность. При пересечении этой поверхности с поверхностью третьей фазы образуется линия соприкосновения трех фаз, которая называется периметром смачивания (А1-А2). Краевым углом смачивания называется угол, образованный поверхностью раздела двух фаз с поверхностью третьей фазы.

Если при образовании краевого угла отсутствует гистерезис, то угол называется равновесным; в противном случае образуется гистерезисный краевой угол. Равновесный краевой угол является физико-химической константой для данных трех фаз, определяемой величиной удельных поверхностных энергий на поверхности раздела этих фаз.

Силы, действующие на единицу длины периметра смачивания, не находятся в равновесии, т.к. сила, направленная вверх, больше силы, направленной вниз. Вследствие этого периметр смачивания будет перемещаться вверх, при этом краевой угол будет уменьшаться. Вследствие чего появляется вертикальная составляющая силы, направленная вниз (по мере уменьшения краевого угла она возрастает). При некотором значении краевого угла силы, действующие на единицу длины периметра смачивания вверх и вниз, станут равными, т.е. наступит равновесие сил.

Угол, отвечающий равновесию сил поверхностного натяжения, называется равновесным краевым углом.

Условная классификация гидрофильности и гидрофобности:

1. Тело абсолютно гидрофильно, если вода распространяется по всей его поверхности;

2. Тело частично гидрофильно, если вода частично вытесняет воздух с поверхности тела; при этом равновесный краевой угол будет острым;

3. Тело частично гидрофобно, если воздух частично вытесняет воду с поверхности тела; при этом равновесный краевой угол – тупой;

4. Тело абсолютно гидрофобно, если воздух распространяется по всей поверхности тела, вытесняя воду.