5.5. Практическое значение смачивания

Одним из химико-технологических процессов, основанных на смачи­вании и адсорбции из растворов, является флотация, т. е. метод обогаще­ния полезных ископаемых, основанный на различии смачивания минеральных частиц водой. При пенной флотации в суспензию минерала (флотаци­онную пульпу) вводят пузырьки воздуха. При всплывании пузырьки соби­рают на своей поверхности гидрофобные частицы, плохо смачиваемые во­дой. Для повышения эффективности флотации поверхность частиц минера­лов модифицируют ПАВ, гидрофобизирующими поверхность и называемыми собирателями (коллекторами). ПАВ адсорбируются на поверхности за счет хемосорбции, что приводит к селективной гидрофобизации поверхности

Элементарный акт пенной флотации состоит во взаимодействии час­тицы минерала, обладающей гидрофобной поверхностью, с пузырьком воз­духа. При этом происходит переход от менее устойчивого состояния, когда частицы минерала и пузырьки воздуха разобщены, к более устойчи­вому состоянию, когда частицы прилипли к пузырькам воздуха.

Флотационные методы обогащения применяются не только для руд, но и для углей. В гидроотвалы шахт обогатительных фабрик выбрасывается до 10% угля в виде угольных шламов. Уголь находится в шламах в виде мельчайших частиц, которые трудно поддаются флотации в силу малой инерционности. Для флотации тонких угольных шламов применяется флокулярная флотация. Суть этого процесса состоит в укрупнении частиц угля путем флокуляции высокомолекулярными флокулянтами, например, полиэтиленоксидом или полиакриламидом. Укрупненные частицы в дальней­шем подвергаются флотации.

Обращение правила Траубе при адсорбции из водных и углеводородных растворов

Взаимодействие адсорбента и среды характеризуется теплотой смачивания. При увеличении теплоты смачивания величина адсорбции уменьшается, т.к. поверхность адсорбента занимает растворитель, а не адсорбат. Значения теплоты смачивания из водных растворов для угля и SiO₂ равны соответственно 6 и 400 кал/см². Вода не смачивает уголь, и адсорбция на угле идет сильно, т.к. создаются условия для адсорб­ции растворенного вещества.

Вода сильно смачивает силикагель, поэтому адсорбция жирных кислот из водных растворов не идет. Адсорбция на силикагеле интенсивно протекает из углеводородных растворов. Чем меньше растворимость вещества, тем сильнее оно адсорбируется. При адсорбции из водных растворов соблю­дается правило Траубе. Как было указано выше, согласно этому правилу адсорбционная способность возрастает в гомологическом ряду жирных кислот или спиртов в 3,2 раза при удлинении цепи на одну группу СН₂.

На рис. 5.4 показаны изотермы адсорбции жирных кислот из водных растворов на угле ( ) и из толуольных растворов на силикагеле ( )

Рис. 5.4. Изотерма адсорбции жирных кислот: ) из водных растворов на угле, ) из толуольных растворов на силикагеле.

При адсорбции из органических жидкостей правило Траубе обраща­ется, т. к. при увеличении длины цепи растворимость увеличивается, и адсорбционная способность уменьшается.

Другой причиной обращения правила Траубе является пористость адсорбента. С увеличением пористости адсорбента увеличивается удель­ная поверхность и, следовательно, адсорбционная способность. Для тонкопористых адсорбентов это увеличение идет до определенного предела. Мелкие поры становятся недоступными для вещества, длинные цепи не могут туда проникнуть, следовательно, удельная поверхность адсорбента, участвующая в адсорбции, уменьшается. Поэтому адсорбция с увеличением длины цепи уменьшается. Происходит обращение правила Траубе.