Термодинамическое объяснение элементарного акта флотации. Роль растворенного воздуха при элементарном акте флотации

Максимальная крупность частиц, которые могут флотироваться на плоской поверхности раздела «жидкость – газ» в статических условиях. Закрепление частицы на пузырьке воздуха. Вывод формулы Фрумкина−Кабанова для случая закрепления частицы на пузырьке. Максимальная крупность частиц, которые могут флотироваться на сферической поверхности раздела в статических условиях. Значение сил инерции и сил трения при флотации. Статический и генетический гистерезис смачивания. Влияние на гистерезис свойств поверхности твердой фазы. Значение гистерезиса для флотации. Гипотеза смачивания изложена в [1, с. 14−32; 2, с. 16−46; с. 161−163].

Анализ показывает, что если  > 0, то флотационная сила направлена вверх и флотация будет иметь место. Флотация невозможна только при значении краевого угла, равному нулю.

Мокрая флотация имеет место при значении краевого угла  < 90^о, а сухая – при  > 90^о.

Приравнивая значение флотационной силы - силе веса, с учетом гидростатического давления на нижнюю грань частицы, можем определить максимальный размер частицы, которая будет удерживаться на плоской поверхности раздела «жидкость – газ» в статических условиях.

При рассмотрении условий закрепления частицы на сферической поверхности (уравнение Фрумкина−Кабанова) необходимо учитывать дополнительную отрывающую силу, вызванную избыточным давлением внутри пузырька. Вопросы о гистерезисе смачивания изложены в [1, с. 30−32].

Вследствие явления гистерезиса перемещение периметра смачивания будет тормозиться. При наступлении жидкой фазы на газообразную гистерезисный угол  будет больше равновесного. При наступлении газообразной фазы на жидкую гистерезисный краевой угол будет меньше равновесного.

Установлено, что на гладких поверхностях гистерезис меньше, чем на шероховатых; на гидрофобных поверхностях больше, чем на гидрофильных, и при наступлении жидкой фазы на газообразную гистерезис больше, чем при наступлении газообразной на жидкую.

При флотации мы всегда имеем дело не с равновесными, а гистерезисными углами, причем при закреплении частиц на пузырьке имеет место наступление газообразной фазы на жидкую. Вследствие этого гистерезисный угол смачивания при флотации значительно меньше равновесного. В этом случае гистерезис играет отрицательную роль. Но если закрепившуюся частицу отрывать, то площадь контакта будет уменьшаться (наступление жидкой фазы на газообразную) и явление гистерезиса будет препятствовать отрыву.

1.1.2 Термодинамическое объяснение элементарного акта флотации

Показатель флотируемости (уменьшение свободной энергии системы на единицу площади контакта «газ – твердое тело» при акте закрепления). Зависимость между показателями флотируемости и краевым углом. Тождественность выводов силовой и термодинамической трактовки элементарного акта флотации. Энергия прослоя воды между твердой и газообразной фазами.

Остаточный гидратный слой. Поправка к формуле для краевого угла.

Этот раздел программы изложен в [1, с. 33−39; 2, с. 150−160].

Поправка к формуле для краевого угла при учете остаточного гидратного слоя. Так как после закрепления остается гидратный слой, то непосредственного соприкосновения газообразной фазы с твердой поверхностью не будет.

Величину удельной поверхности энергии _тг на границе «газ – твердое тело» можно в этом случае рассматривать как состоящую из двух отдельных поверхностных энергий.

                                                                                 σтг       ^σгж        ^σжт,

где σ_гж – удельная поверхностная энергия на границе газообразной фазы с остаточным гидратным слоем ж;  σ_жт – удельная поверхностная энергия на границе твердой фазы с тем

же гидратным слоем ж.

Подставляя это значение σ_тг в формулы для краевого угла и показателя флотируемости, получим:

cos_θ σгт σжт  σгж    σжт σжт _; σгж      ^σжт

F σгж σжт σгт σгж σжт σгж σжт.

1.1.3 Роль растворенного воздуха при элементарном акте флотации

Минимальный размер зародышевых пузырьков, выделяющихся из раствора. Преимущественное выделение пузырьков на более гидрофобных поверхностях, значение этого явления для закрепления частиц на более крупных пузырьках.

Коалесцентный механизм при флотации углеводородными маслами минералов