Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Физико-химические методы исследования флотационных систем. Жидкая фаза. Граница раздела фаз твердое–жидкость. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 76 7 > Следующая >>>

Двойной электрический слой играет важную роль во флотации, он определяет взаимодействие реагентов с минералами. Причины возникновения ДЭС могут быть разными. Во-первых, энергия взаимодействия воды с разными поверхностными ионами минерала неодинакова, что может приводить к переходу ионов одного знака в жидкую фазу, в значительно большем количестве, чем

другого знака. Следствием этого является нарушение электронейтральности поверхности минерала и приобретение ею заряда, противоположного по знаку ионам, преимущественно перешедшим в раствор. Другой причиной образования ДЭС может являться преимущественная адсорбция из жидкой фазы пульпы на поверхности минерала ионов одного знака. В результате устанавливается равновесие между твердой поверхностью и

раствором.

Измерение электрокинетического потенциала минералов в условиях флотации позволяет получить информацию о состоянии минеральной поверхности, условиях и характере адсорбции флотационных реагентов, обмене ионов при адсорбции, месте локализации адсорбированных ионов или молекул реагента в пределах ДЭС, а также объяснить закономерности образования на минералах шламовых покрытий.

Методы измерения дзета-потенциала минералов заключаются

в измерении скачка потенциала, который возникает при движении минеральных частиц и жидкости относительно друг друга, а также скорости их движения под действием внешней ЭДС. Причина наблюдаемых явлений в обоих случаях объясняется смещением ионов диффузной части двойного электрического слоя по гидравлической плоскости скольжения, совпадающей с границей между слоями Штерна и Гюи.

Электродвижущую силу, которая возникает при движении жидкой фазы относительно твердых частиц называют потенциалом про-

текания, а при движении твердых частиц в жидкости – потенциалом седиментации. Движение частиц в жидкости под действием внешней

ЭДС называют электрофорезом, а перемещение жидкости относительно твердых частиц – электроосмосом.

Наиболее простой по аппаратурному оформлению

метод измерения дзета-потенциала – электроосмос, а наиболее точным считают метод измерения потенциала протекания.

Метод потенциала протекания наиболее часто используется в практике исследования поверхностных явлений. А.Н. Долженковой предложены следующие методики и аппаратурное оформление метода (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Схема установки для измерения потенциала протекания (а)

и ячейки для измерения потенциала протекания (

б)

Установка состоит из измерительной ячейки III, системы IV создания и измерения давления, схем I и II измерения соответственно электропроводности и разности потенциалов.

Измерительная ячейка (рис. 5.2, б), предложенная А.Г. Самарцевым и В.В. Остроумовым и видоизмененная А.Н. Долженковой, состоит из стеклянной U-образной трубки 1, соединенной резиновой пробкой с отводом 2. В

трубку 1 вплавлены платиновые электроды 7 для измерения электропроводности растворов в порах столбика минерала, находящегося в трубке. Электроды 3 для измерения потенциала протекания вплавлены в отвод 2 и трубку 1. При работе с растворами хлористых соединений в качестве электродов 3 применяют хлорсеребряные, а в остальных случаях платиновые

электроды, по-

крытые платиновой чернью. Минеральный порошок вводят в прибор

в виде водной суспензии. Частицы минерала самопроизвольно осе-







дают на перфорированную диафрагму 6, покрытую двумя-тремя слоями фильтровальной бумаги, капроновой тканью или сеткой. После заполнения трубки минералом отвод 2 укрепляют в трубке 1, а отвод 4 присоединяют к склянке, содержащей исследуемый раствор. Вытекает раствор через отвод 5. Скорость движения раствора

через ячейку определяется давлением, создаваемым системой IV, состоящей обычно из насоса 10 малой мощности (типа насоса Комовского), буферной емкости 11, редуктора 9 и ртутного или водяного (при низком давлении) манометра 8.

Возникающая разность потенциалов Е между концами системы капилляров столбика минеральных зерен при протекании через них раствора под давлением

(5.1)



где E – потенциал протекания; D – диэлектрическая постоянная;

P – давление раствора, подаваемого в капилляр; ξ – дзета-потенциал; x – электропроводность исходного раствора; η – вязкость воды.

Тогда дзета-потенциал можно рассчитать по формуле

4xE





(5.2)

или



(5.3)

где K – коэффициент пропорциональности, значения которого могут

быть рассчитаны по табличным данным.

Электропроводность х минеральных диафрагм, может превышать электропроводность х

раствора, находящегося в тонких порах

общ

раств

исходного раствора в объеме. Чтобы исключить влияние поверхностной проводимости на определяемое «теоретическое» значение дзета-потенциала вводят поправку α:

;

/ (/)/ (/)/ ,xx С Rx xRRx  

общ раств общ раств 0 общ раств

 (5.4)

тн

(5.5)

где х

– электропроводность раствора в порах минеральной

общ

диафрагмы; х

– электропроводность исходного раствора;

раств

С – постоянная ячейки, заполненной минеральным порошком и 0,1 н раствора KСl; R`

общ

и R

– сопротивление минеральной

общ

диафрагмы в 0,1 н растворе KCl и исследуемом растворе;

– табличное значение электропроводности 0,1 н

раствора KСl при данной температуре.

Потенциал протекания Е (см. рис. 5.2, а) измеряют при трех различных значениях давления в интервале13…53 кПа с помощью электродов 3, включенных в цепь обычной потенциометрической схемы II, состоящей из высокоомного потенциометра 6 и зеркального гальванометра 5 с большой чувствительностью по

току. Потенциал протекания Е определяется как алгебраическая разность значений потенциала Е

и Е0 при заданном и нулевом давлении. Потенциал Е0 возни-

кает вследствие асимметрии индикаторных электродов, разницы уровней раствора в склянке с исследуемым раствором и измерительной ячейки, а так же поляризации электродов. Целесообразно измерять значения Е

после каждого определения Ер в течение 1…1,5 мин,

чтобы получить воспроизводимые и устойчивые результаты. Чувствительность измерений составляет ±1 мВ при разности потенциалов 1…2 В и ±0,01 мВ при разности потенциалов 0,1…1 мВ. В качестве примера результатов измерений дзета-потенциала с использованием данной установки приведены данные для микроклина, (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Значения Е/Р, α и ξ в зависимости от давления Р для микроклина

крупностью –150 + 44 мкм (А.Н. Долженкова)

Р, Па Е = Е

0 – – 260 000 8,30 – 4,28 –

70,66 346 65 430 000 5,03 14,8 2,58 38,2 115,99 656 75 500 000 4,43 17,3 2,22 38,4 161,32 986 81 530 000 4,08 18,2 2,10 38,2

– Е0, мВ Е/Р R

общ

, Ом

, 10–6 Ом–1  см

об

–1

ξн, мВ α ξт, мВ

Метод микроэлектрофореза используют для измерения дзетапотенциала тонкодисперсных минеральных зерен с целью изучения взаимодействия поверхности минералов с флотационными реагентами, образования шламовых покрытий и действия «носителей» при флотации. Данный метод, в отличие от предыдущего, можно использовать для измерения дзета-потенциала твердой фазы, обладающей электронной проводимостью (металлов и др.), так как

вследствие

поляризации в электрическом поле частицы проводника приобретают диэлектрические свойства.

Под микроэлектрофорезом понимают движение взвешенных заряженных частиц в неподвижной жидкости под влиянием электрического поля. В этом плане тонкодисперсные суспензии являются хорошим примером. Частицы твердой фазы могут передвигаться к аноду или катоду, что зависит от знака заряда частицы

твердой фазы. Такое движение можно отслеживать при помощи современных средств наблюдения, простейшим из которых является микроскоп. Наблюдая под микроскопом за направлением передвижения частиц, можно определить знак заряда их поверхности. Как правило, суспензию с содержанием твердого 0,05…0,1 % помещают в специальную стеклянную камеру или кювету, к концам которой приложено напряжение 50…100 В.

Далее выбирают отдельную частицу твердой фазы, определяют ее положение и измеряют путь, который она пройдет за определенное время.

Дзета-потенциал рассчитывают по известной формуле Гельмголь-

ца–Смолуховского:

4,U





(5.6)

где η – вязкость жидкости; U – электрофоретическая подвижность

(путь, который частица твердой фазы проходит за 1 с при гради-

енте потенциала 1 В/см); D – диэлектрическая проницаемость

или

ξ = 140U, (5.7)

где U = h/(tH), где h – путь, пройденный частицей твердой фазы, см;

t – время, с;

Н – градиент потенциала внешнего электрического поля:

Н = E/l

= I/(Ax), (5.8)

здесь Е – разность потенциалов, В; l – расстояние между электрода-

ми, см; I – сила тока, А; А – площадь поперечного сечения камеры (кюветы), см сти, Ом

–1

 см–1.

; х – удельная электропроводность жидко-

Ограничения данного метода связаны с тем, что кроме электрофоретического передвижения частиц твердой фазы возможно их оседание, а также значительный электроосмотический перенос жидкости у

стенок камеры из-за ее небольшого сечения. Например, наблюдается ускоренное движение отрицательно заряженных частиц суспензии к аноду в середине камеры и замедленное у поверхности и дна. Для предотвращения оседания частиц твердой фазы можно проводить исследования в переменном поле при низкой частоте 0,1…10 Гц.

По данным М. Смолуховского, истинные значения электрофоре-

тической скорости

дают измерения, сделанные на 1/5 глубины камеры. Для предотвращения термического передвижения частиц твердой фазы используется термостатирование камеры.

Для количественных измерений электрофоретической подвижности может быть использована герметически закрытая плоская камера типа камеры Абрамсона–Дорфмана с горизонтальной ориентацией плоского капилляра (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Схема установки для измерения скорости электрофореза

микроскопическим методом:

стенками;

5 – слой агар-агара; 6 – электроды; 7 – соединительная и резиновая

2 – крепление камеры; 3 – воронка; 4 – трубка;

трубки;

1 – стеклянная камера с плоскопараллельными

8 – зажим; 9 – трехходовой кран

Основная часть установки представляет собой стеклянную камеру с плоскопараллельными стенками 1 (длина 30…40 мм, ширина 8…12 мм, а высота внутренней полости 0,5…1 мм). Камера смонтирована на шлифах в креплениях 2. Загрузка суспензии проводится через воронку

3. Камеру устанавливают на предметный столик микроскопа и герме- тически соединяют (на шлифах) с трехходовыми кранами 9. После

камеру через воронку 3 наполняют суспензией, отсасывая жид-

чего кость через трубку 7 с резиновым шлангом. Нижние отводы 4 кранов

заполнены агар-агаром 5 с раствором сульфата меди. В раствор с помощью пробок 3 введены медные электроды 6, которые подключены к источнику постоянного тока с рабочим напряжением 100 В.

С целью измерения глубины камеры в центре верхней и нижней

пластинок камеры делают отметку а и а

. В камеру подают суспен-

зию графита в воде, частицы которого быстро седиментируют. Под микроскопом измеряют расстояние от фиксированной точки а до точки а на 180° и измеряют расстояние от точки а ют высоту камеры h = b – b

и до осевших частиц b1. После этого камеру переворачивают

до точек b и а. Определя-

. Площадь S поперечного сечения каме-

ры, необходимую для расчета градиента потенциала, определяют по средним значениям вершины и высоты камеры.

После окончания геометрических измерений камеру промывают дистиллированной водой, заполняют суспензией для исследований и накладывают внешнее напряжение 100 В. Фиксируют черту окулярмикрометра микроскопа на какой-либо частице, находящейся приблизительно на 1/5 глубины,

и измеряют скорость ее перемещения. Измерения повторяют 20–30 раз, переключая полюса. По средним значениям всех измерений рассчитывают искомые величины.

В современных аппаратах измерение дзета-потенциала полуавтоматизировано или автоматизировано. Аппараты состоят из аналитического оборудования и компьютера со специальным программным обеспечением.

6. ИЗУЧЕНИЕ АДСОРБЦИИ НА ГРАНИЦЕ



РАЗДЕЛА ФАЗ ТВЕРДОЕ–ЖИДКОСТЬ

Адсорбцией называют концентрирование вещества на границе раздела фаз. Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, – адсор- бент, а вещество, которое адсорбируется, называют адсорбатом. Адсорбция является самопроизвольным процессом и может происходить на границе раздела жидкость–твердое, жидкость–газ и твердое–газ.

Существует два вида адсорбции: химическая и физическая. Химическая адсорбция (хемосорбция ских соединений. Физическая адсорбция вызвана силами межмолекулярного взаимодействия. В качестве критерия типа адсорбции используют теплоту адсорбции, то есть количество тепла, которое выделяется в результате адсорбции 1 моля адсорбата. В случае химической адсорбции теплота адсорбции составляет более 30 кДж/моль, в обратном случае имеет место

В условиях флотации протекает адсорбция собирателя на поверхности раздела твердое–жидкость, которая в случае мономолекулярной адсорбции подчиняется уравнению адсорбции Лэнгмюра, (моль/см

) связана с образованием химиче-

физическая адсорбция.

– предельная адсорбция собирателя; C – концентрация собира-

где Γ

∞





1kCkC

, (6.1)

теля; k – константа, зависящая от природы адсорбента и адсорбата.

Изотерма адсорбции Лэнгмюра изображена на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Вид изотермы адсорбции Лэнгмюра

Перед изучением адсорбции минерал измельчают и формируют навески заданной массы. Готовят рабочие растворы собирателя заданной концентрации, причем объем рабочего раствора поддерживают постоянным в каждом опыте.

Изучение адсорбции собирателя проводят двумя методами: кондиционированием минералов с рабочими растворами или пропусканием раствора через плотный слой минералов.

При каждой концентрации реагента в

растворе проводят адсорбцию, выдерживая минерал в контакте с рабочим раствором заданное время. Как правило, проводят агитацию, либо пропускают раствор собирателя через адсорбционную колонку, заполненную навеской изучаемого минерала. После этого одним из методов анлиза определяют остаточную концентрацию собирателя в жидкой фазе, предварительно отделив ее от твердой минеральной фазы. Например, остаточную концентрацию

ксантогенат-ионов можно найти, исполь-

зуя метод УФ спектроскопии или фотометрический метод.

Фотометрический метод определения ксантогенатов (Ю.Ю. Лурье и др.) основан на образовании ксантогенатов никеля, которые растворяются в органическом растворителе с образованием окрашенных растворов. Ксантогенаты меди также переходят в слой органического растворителя, но образуют менее устойчивые и

слабее окрашенные растворы. Метод позволяет определить концентрацию ксантогената в жидкой фазе в диапазоне от сотых долей грамма до десятков миллиграммов в литре.

Определению мешающих веществ не препятствуют дитиофосфаты и цинк. Если содержание цианидов превышает 40-кратное по отношению к содержанию ксантогенатов, надо добавлять большее количество соли никеля;

рекомендуется прибавлять 5 мл 10 %-ного раствора сульфата никеля. Определению мешает свинец. Для устранения его влияния в анализируемую воду вводят карбонат кальция (1 г на 50 мл жидкой фазы), взбалтывают 10 мин, оставляют на 10 мин, фильтруют и промывают осадок небольшим количеством воды. В фильтрате определяют ксантогенат-ионы описанным ниже способом.

Если в жидкой фазе

присутствует медь, то она будет связана ксантогенатом. Поэтому приведенным методом в этом случае можно определить содержание только свободного ксантогената. Если в жидкой фазе отсутствуют другие (помимо ксантогенат-ионов) анионы, связывающие медь в комплексы (например, цианид-, тиосульфатионы), то, умножая содержание меди в растворе (тщательно профильтрованной пробе) на

коэффициент 5,9, находят содержание свя-

занного ксантогената и, прибавляя полученный результат к найден-

ному содержанию свободного ксантогената, находят общее содержание ксантогенат-ионов.

При одновременном присутствии меди и указанных выше связывающих ее ионов содержание связанного ксантогената будет соответственно меньше, но точный расчет такого равновесия очень сложен.

Рабочие растворы, в 1 мл которых содержится 0,1; 0,01; 0,001 мг ксантогената, получают разбавлением основного стандартного раствора. Рабочие стандартные

растворы готовят перед использованием.

Пробу анализируемой водной фазы (200 мл при содержании ксантогенатов 0,025…1,0 мг/л; 100 мл при содержании ксантогенатов 1,0…10,0 мг/л и 25 мл при содержании ксантогенатов 10…80 мг/л) переносят в делительную воронку и осторожно нейтрализуют свободную кислоту или щелочь, добавляя по каплям при сильном перемешивании раствор щелочи или

кислоты. Требуемый для нейтрализации объем этого раствора определяют, титруя отдельную пробу анализируемой воды с применением в качестве индикатора метилового оранжевого. Затем приливают 5…10 мл ацетатного буферного раствора и 5 мл 0,04 М раствора сульфата никеля и экстрагируют толуолом, добавляя его малыми порциями (по 1…1,5 мл) до тех пор, пока толуольный экстракт

не станет бесцветным. Все экстракты соединяют, разбавляют толуолом в мерной колбе до определенного объема, переносят весь окрашенный раствор или его часть в кювету с толщиной слоя 2 см и измеряют светопоглощение при λ = 450…480 нм. Во вторую кювету фотоколориметра наливают чистый толуол.

Содержание ксантогената рассчитывают по калибровочному гра-

фику, для

построения которого готовят стандартные растворы чистого ксантогената, подвергая эти растворы той же операции извлечения ксантогената никеля толуолом. Для каждого объема взятого на анализ раствора строят отдельный график.

Определение можно заканчивать калориметрическим титрованием. Для этого весь толуольный экстракт переносят в пробирку, снабженную притертой пробкой, в другую такую же

пробирку наливают

5 мл указанного буферного раствора, 5 мл раствора сульфата никеля

и столько же толуола, сколько прибавлено в анализируемый раствор, после чего во вторую пробирку прибавляют из бюретки при сильном перемешивании стандартный раствор чистого ксантогената до уравнивая окрасок обоих растворов.

Для очистки технического ксантогената его сначала перекристаллизовывают из обезвоженного

этилового спирта, потом растворяют в

перегнанном обезвоженном ацетоне и осаждают из раствора бензолом.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 76 7 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]