Практичне значення явища змочування
Змочування має вкрай важливе значення для успішного проведення ряду важливих технологічних процесів. Наприклад, змочування тканин чи волокон в текстильній технології (відбілювання, прання, фарбування, просочування та ін.). Ефективне використання інсектофунгіцидів важко уявити собі без ефектив-ного змочування, оскільки як листя рослин так і шерстяний покрив тварин є в тій чи іншій мірі гідрофобними поверхнями. Буріння різного роду свердловин в земній поверхні теж вимагає використання різних змочуючих розчинів. Важливу роль відіграє змочування при склеюванні різних поверхонь, нанесенні лакофарбових та антикорозійних покрить.
Дуже важливою і в той же час досить складною галуззю застосування хімії поверхонь є флотаційне збагачення та розділення мінеральних руд. Цей метод має виключну цінність для добувної промисловості, тому що дозволяє економічно обробляти великі кількості подрібнених руд і відокремлювати цінні мінерали від пустої породи. Для більш повної уяви про важливість флотацій-ного розділення слід навести деякі приклади. Якби не флотація, то добування деяких металів було б практично неможливо здійснити. Зокрема, вміст міді в руді в середньому становить 0,7 - 1,5 %; цинку – 2 - 4 %; молібдену - 0,1 - 0,5 %, а для металургії необхідно міді - 20 - 30 %; цинку – 50 - 60 %; молібдену – 50 %.
В основі флотаційних процесів є різниця в змочуванні рідкою фазою частинок пустої породи і цінного мінералу.
Флотацією називається збагачення, засноване на вибірковому прили-панню (змочуванні) мінеральних частинок, що знаходяться у воді у підві-шеному стані, до поверхні пухирців повітря.
Флотація (піднімання в піну) здійснюється: а) при прилипанні до вели-кого повітряного пухирця багатьох дрібних частинок флотованого матеріалу; б) утворенням укрупнених агрегатів, що включають декілька частинок флото-ваного матеріалу, зв’язаних прилиплими до них пухирцями повітря; в) при-липанням дрібних пухирців повітря до однієї великої частинки матеріалу.
В процесі пінної флотації велику роль набуває адсорбція, яка сприяє концентруванню флотаційних реагентів в між фазових шарах.
В процесі флотації часточки руди захоплюються пухирцями повітря і, вспливаючи з ними (рис. 3), міцно утримуються в піні. Теорією, що пояснює процес флотації є змочування, але при цьому не слід відмежовуватись і від електростатичної взаємодії між часточками руди та повітряними пухирцями (зарядженими позитивно).
Флотацію можна розділити на флотацію рудних і нерудних мінералів.
Для доброї флотації мінералів важливо, щоб крайовий кут на трифазній межі часточка – розчин – повітря був достатньо великим. Деякі мінерали, наприклад, графіт, по своїй природі гідрофобні. Однак, навіть при їх флотації в систему вигідно вводити колектори – речовини, які адсорбуючись, утворюють на твердій поверхні гідрофобну плівку. Роль таких колекторів особливо важлива, якщо проводиться збагачення гідрофільних мінералів, наприклад кремнезему.
|
Рис. 2. Схема пінної флотації
Прикладом складності флотаційних процесів може служити поведінка лауринової кислоти при флотації мідної руди: адсорбована кислота присутня на поверхні мінеральних часточок або як лаурат міді, або у вигляді лаурат-іонів. Окрім великого крайового кута, при флотації бажано також, щоб пухирці, навантажені мінеральними часточками, не тріскались при досягненні поверхні, т.т. щоб пухирці утворювали в міру стійку піну. З цією метою в систему зазвичай додають різні піноутворювачі, наприклад довголанцюгові спирти, соснове масло і т.п.
На перший погляд може видатись, що найкращі умови флотації забезпечуються в тому випадку, коли колектор утворює щільний моношар, при якому крайовий кут повинен бути (і це в дійсності так) найбільшим. І все таки було доказано, що флотація оптимальна в таких системах, в яких адсорбція колектора відповідає всього 5 – 15 % щільного шару. При більшій адсорбції колектора адгезія пухирців повітря до часточок руди зменшується.
Основна умова доброї флотації – великий крайовий кут – зводиться до забезпечення негативної різниці sТГ - sТР, де sТГ - поверхневий натяг на межі тверде тіло - газ; sТР - тверде тіло - розчин. Адсорбція колектора на поверхні розділу часточка – рідина непрямо сприяє цьому, оскільки при цьому між-фазовий натяг між адсорбованою плівкою і рідиною може бути вищим, ніж відповідна величина для поверхні розділу плівка – повітря. Проникнення піноутворювача в плівку на межі з повітрям дає проміжний ефект, знижуючи sТГ , але мало впливаючи при цьому на sТР.