浮選中不同類型起泡劑界面性質(zhì)的研究

王哲鑫

摘 要：本文通過探究浮選中兩種典型起泡劑的界面性質(zhì)，結(jié)果表明離子型捕收劑的界面張力相較于同濃度的非離子型起泡劑低，起泡能力更強(qiáng)；而離子型起泡劑的擴(kuò)張模量比非離子型起泡劑大，泡沫的穩(wěn)定性更好。隨著濃度的上升，離子型起泡劑的表面張力下降，擴(kuò)張模量上升，起泡能力增強(qiáng)，穩(wěn)定性上升；非離子型起泡劑濃度上升，表面張力與擴(kuò)張模量均下降，起泡能力增強(qiáng)，泡沫穩(wěn)定性下降。

關(guān)鍵詞：浮選；起泡劑；界面性質(zhì)

泡沫浮選是在固，液，氣三相互相接觸的界面進(jìn)行的，實(shí)質(zhì)是利用礦物與脈石表面潤(rùn)濕性的差異來進(jìn)行分選。浮選藥劑主要是通過改變?nèi)嘟缑娴男再|(zhì)來調(diào)節(jié)浮選效果的。調(diào)節(jié)氣液界面的浮選藥劑統(tǒng)稱為起泡劑。起泡劑濃度上升對(duì)泡沫半衰期變長(zhǎng)，泡沫的穩(wěn)定性增強(qiáng)。起泡劑濃度增大，表面張力與表面粘彈性都有變化。說明起泡劑對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響的本質(zhì)是改變了溶液體系的性質(zhì)，尤其是表面張力、表面粘彈性等。

本文將通過研究十二烷基硫酸鈉以及仲辛醇的界面性質(zhì)，探究不同起泡劑界面性質(zhì)的差異與起泡劑濃度對(duì)界面性質(zhì)的影響。

1 試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)采用泰克里斯公司生產(chǎn)的界面流變儀來測(cè)量起泡劑的表面張力。其原理為上升氣泡法。測(cè)量擴(kuò)張模量的基本原理為小幅低頻震蕩法，通過刺激氣液界面表面積面積以一定的正弦周期變化，記錄周期內(nèi)表面面張力的變化梯度，計(jì)算界面擴(kuò)張模量。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 十二烷基硫酸鈉的界面性質(zhì)

十二烷基硫酸鈉溶液的表面張力隨濃度的變化趨勢(shì)如表1所示。十二烷基硫酸鈉的表面張力隨著濃度的上升逐漸增大，當(dāng)?shù)竭_(dá)1×10-3mol/L時(shí)，表面張力趨于穩(wěn)定，不再變化。表面張力下降的速率隨著濃度的增大減小。當(dāng)濃度上升時(shí)，更多的十二烷基硫酸鈉分子排布在泡沫表面，使體系的表面能下降，溶液起泡能力增強(qiáng)；當(dāng)分子含量趨于臨界膠束濃度時(shí)，相當(dāng)于表面活性劑分子已經(jīng)密集排布在泡沫表面，泡沫的破裂與生成基本穩(wěn)定，溶液的起泡能力不再增強(qiáng)。結(jié)合十二烷基硫酸鈉的性質(zhì)，可以推測(cè)，十二烷基硫酸鈉溶液的臨界膠束濃度約為1×10-3mol/L ，并且在十二烷基硫酸鈉溶液中，起泡能力與溶液體系的表面張力負(fù)相關(guān)。表面張力越低，溶液起泡能力越強(qiáng)，當(dāng)達(dá)到溶液臨界膠束濃度時(shí)，起泡能力達(dá)到最大。

十二烷基硫酸鈉溶液的表面擴(kuò)張模量表1所示。

十二烷基硫酸鈉溶液的擴(kuò)張模量隨著濃度的增大而增大。因?yàn)闈舛仍酱?，被干擾的液氣界面分子膜通過擴(kuò)散交換恢復(fù)表面動(dòng)態(tài)平衡的時(shí)間就越少。該過程有兩個(gè)方面，一是指十二烷基硫酸鈉溶液分子在液氣界面分子膜同液相中的分子進(jìn)行擴(kuò)散交換；二是指十二烷基硫酸鈉分子在液氣界面分子膜上重新排列的過程。當(dāng)泡沫表面積受到震蕩時(shí)，部分十二烷基硫酸鈉分子從液體中被吸附到氣液界面分子膜上，如果溶液濃度低，活性分子少，十二烷基硫酸鈉分子就會(huì)耗費(fèi)越多的時(shí)間來修復(fù)界面表面積變化引起的表面濃度梯度差，因而表面張力的變化幅度就比較小，擴(kuò)張模量相對(duì)較低。

2.2 仲辛醇的界面性質(zhì)

仲辛醇溶液的表面張力變化趨勢(shì)如表2所示。隨著濃度的上升逐漸降低，濃度較低時(shí)，表面張力下降快；濃度較高時(shí)，表面張力下降慢。當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)表面張力趨于穩(wěn)定，說明仲辛醇達(dá)到臨界膠束濃度時(shí)，表面張力最低，整個(gè)體系的表面能最低。

由表2可知，仲辛醇體系的粘彈性也受濃度的影響，隨著濃度上升，仲辛醇的擴(kuò)張模量隨之減小。濃度較低時(shí)，擴(kuò)張模量下降較快；濃度較高時(shí)，擴(kuò)張模量下降變慢。說明仲辛醇濃度增大，影響了泡沫受到形變力后恢復(fù)原狀，對(duì)泡沫穩(wěn)定性下降。

仲辛醇的表面張力大于十二烷基硫酸鈉，所以其起泡能力遠(yuǎn)弱于十二烷基硫酸鈉溶液，隨著濃度的上升，仲辛醇溶液的起泡能力越強(qiáng)，當(dāng)達(dá)到臨界膠束濃度時(shí)，起泡能力最強(qiáng)，之后濃度上升，起泡能力變化不大。

3 結(jié)論

①隨著起泡劑濃度上升，表面張力下降，起泡能力變強(qiáng)。離子型起泡劑的擴(kuò)張模量隨濃度上升而變大，泡沫穩(wěn)定性增強(qiáng)；非離子型起泡劑的擴(kuò)張模量隨濃度上升而減小，泡沫穩(wěn)定性下降。

②離子型起泡劑的表面張力小于非離子型起泡劑的表面張力，因此非離子型起泡劑的起泡能力較弱，離子型起泡劑氣泡能力強(qiáng)。離子型起泡劑生成的泡沫比非離子型起泡劑生成的泡沫穩(wěn)定。

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