起泡劑工作原理及種類詳細(xì)介紹

1、v1.0 可編輯可修改起泡劑作用及性能介紹一、 起泡劑作用二、 作用：降低界面表面張力，促使空氣在礦漿中彌散，形成小氣泡，并防止氣泡兼并，增加分選界面，提高氣泡的穩(wěn)定性。三、浮選對起泡劑的要求及其分類泡沫浮選在異極性表面活性物質(zhì)存在的純水， 礦漿中充氣形成細(xì)小和比較堅韌的氣泡 或泡沫，氣泡上浮到水面形成具有一定穩(wěn)定性的細(xì)小氣泡聚集層， 此層為泡沫層。 其中兩相泡沫是由氣、液兩相形成的泡沫。 三相泡沫是由氣、液、固三相形成 的泡沫，或稱礦化泡沫礦化氣泡。起泡劑簡介 能促使在介質(zhì)中形成大量大小適宜和具有一定穩(wěn)定性泡沫的物質(zhì)。主要有 醇、酚、酮、醛、醚、酯、酸等有機(jī)異極性表面活性物質(zhì)。 對起泡劑的要

2、求及其應(yīng)具備的條件（1）起泡劑一般應(yīng)是具有適宜結(jié)構(gòu)的有機(jī)異極性表面活性物質(zhì)，由兩部分 組成: 一端為極性基 , 親水; 另一端為非極性基 , 親氣。起泡劑能在氣一液界面 上定向吸附和排列，起泡性能決定于極性基和非極性烴基的性質(zhì)。a 極性基： 最好： -OH（羥基） 、醚基, 兩類極性基是理想的極性基團(tuán)水化作用強(qiáng) , 無捕收作用 ,PH 值影響小。其它，-COOH、-NH2（氨基）、-SO3H（磺 酸基等）起泡能力強(qiáng)，親固性強(qiáng)， PH值影響大。b 非極性基： 起泡劑是以整個分子發(fā)揮起泡作用的。理論上非極性基可由任何一種類型的烴基構(gòu)成， 但烴基長度、 分子量、 結(jié)構(gòu) 類型屬性對起泡性能均有影響。c

3、 極性基：非極性基與起泡性能的關(guān)系（后一節(jié)講述） 。（2）在礦漿中要有適當(dāng)?shù)娜芙舛取?v1.0 可編輯可修改1）溶解度大：在氣液界面吸附少，甚至不具有起泡性能，起泡速度快，氣 泡脆，泡沫層結(jié)構(gòu)疏松，用量大， H3COH、 H3CH2CO。H2）溶解度?。簻舻V漿表面，起泡速度慢，泡沫結(jié)構(gòu)致密，氣泡壽命長， 浮選過程難以控制。3）適當(dāng)溶解度： C4C10脂肪醇，最理想 C5C8。4）對礦物無捕收作用。5）對礦漿 PH值的變化及礦漿中其它組分有較強(qiáng)的適應(yīng)性。6）用量少，無毒和不污染環(huán)境。起泡劑的分類（1）根據(jù)藥劑來源分類：A、天然產(chǎn)物提?。核捎?，樟腦油；B、煤焦工業(yè)副產(chǎn)品提?。杭状?，吡啶；C、人式

4、合成，醇，醚，醇醚類。（2）根據(jù)分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類：A、非離子性（醇、醚醇、醚類、酯類） ；B、離子型（酚類、 重吡啶、烴基磺酸（硫酸） 鹽、羧酸及其皂類、 胺 類）。三、起泡劑的作用及作用機(jī)理 常用的起泡劑是異極性的表面活性物質(zhì)， 分子的一端是非極性的烴基， 而另 一端則是親水性強(qiáng)的極性基，如圖所示。v1.0 可編輯可修改起泡劑的穩(wěn)定作用機(jī)理示意圖在礦漿中起泡劑分子以一定的取向吸附于氣液界面上，非極性基朝向空氣 （指向氣泡內(nèi)部）。極性基朝向水，并吸引著水分子（極性端被水化） ，所以起泡 劑分子能夠降低泡壁間水層流動速度和蒸發(fā)速度，這樣就防止了泡壁的破裂。起泡劑分子在氣泡表面定向排列后， 當(dāng)兩個

5、氣泡接觸碰撞時， 中間墊著兩層 氣泡劑分子及它們極性基的水化層， 因此氣泡難兼并， 小氣泡容易保存下來， 而 小氣泡比大氣泡更能經(jīng)受外力的振動，其穩(wěn)定性更強(qiáng)。降低氣液界面的張力，改蓋氣泡的分散度。（1）AW與起泡能力的關(guān)系在外界消耗功相同的情況下， AW降低，空氣流被分割易于形成氣泡，生 成更多的利于分選的氣液界面。兩者的關(guān)系如右圖：起泡劑用量不宜過大 , 否則會降低起泡能力。 起泡劑濃度、 溶液的表面張 力和起泡能力之間的關(guān)系如圖 4-2-7 所示 , 由圖可見 , 當(dāng)起泡劑濃度開始增 大時 , 溶液的表面張力降低比較明顯 , 起泡能力顯著增大。 當(dāng)起泡劑濃度達(dá)到 飽和狀態(tài) （B 點(diǎn) ） 時

6、 , 和純水 （A 點(diǎn) ） 一樣 , 溶液不能生成穩(wěn)定的泡沫層 因此 , 溶液的起泡能力不完全由表面張力降低的絕對值決定。 （2）改善氣泡的分散度在充氣量一定 V，氣泡直徑越小，氣液分選界面面積越大，氣泡在分選空間內(nèi)v1.0 可編輯可修改分散度越高 , 對分選有利。對氣泡尺寸的要求：根據(jù)分選對上浮力和升浮速度要求確定氣泡尺寸, 在清水中無起泡劑 , 生成氣泡直徑 45mm，有起泡劑時氣泡直徑 1mm。現(xiàn)代理論研究表明：微泡對浮選過程有強(qiáng)化作用。阻礙或減輕氣泡的相互兼并。（1）氣泡兼并（滅）的原因：A、脫水作用： 重力作用：泡沫層中水下泄； 蒸發(fā)作用：泡沫層表層水蒸發(fā)； 張力作用： Px= -

7、2/R<0在普蘭臺界邊區(qū)： Py=0B、毛細(xì)壓力作用：相鄰氣泡直徑不同毛細(xì)壓力 P 不同。 氣泡向大泡浸透， 而被大氣泡所兼并。（2）作用機(jī)理 A、表面活性劑在液面界面的定向排列，形成水化膜，阻礙水的流泄和蒸 發(fā)，提高氣泡壽命。B、電性作用：同種電性相斥，接近難。 、增大氣泡的機(jī)械強(qiáng)度，提高氣泡的穩(wěn)定性。v1.0 可編輯可修改氣泡變形情況示意圖 a- 變形前 b- 變形后 起泡劑可使氣泡穩(wěn)定的另一主要原因，是氣泡劑使氣泡表面具有彈性。當(dāng) 氣泡受到振動或者外力作用時， 氣泡突然變形， 由于氣泡表面起泡劑分子的定向 排列降低了表面張力， 氣泡受外力作用變形時， 泡壁界面也增大， 就引起氣泡表

8、 面層起泡劑密度降低，氣液界面的表面張力則顯著增大， ，一方面有利于約束氣 泡內(nèi)氣體分子向外沖出， 另方面使氣泡產(chǎn)生較大的收縮力， 克服了使氣泡發(fā)生破 裂的外力。氣泡為了保持最小面積 , 通常呈球形。起泡劑在氣一液界面吸附后 , 定 向排列在氣泡的周圍 , 見圖 4-2-6 。氣泡在外力作用下發(fā)生變形時 , 使氣泡 表面的起泡劑分子吸附密度發(fā)生變化。 變形地區(qū)表面積增加 , 起泡劑密度降低 , 表面張力增大。但降低表面張力 , 是體系的自發(fā)趨勢。因此 , 氣一液界面存在 有起泡劑 , 增強(qiáng)了抗變形的能力。如果變形力不大時 , 氣泡將不致破裂 , 并 能恢復(fù)原來的球形 , 增加了氣泡的機(jī)械強(qiáng)度。

9、總之，氣泡在受到外力作用時 , 局部變形，表面積增大 , 變形區(qū)起泡劑濃度降低，張力增大 , 使氣泡恢復(fù)原形。降低氣泡在礦漿中的升浮速度。（1）原因： A、升浮氣泡的開形狀 無起泡劑時：橢圓形，魚體形 有起泡劑時：圓形B、水偶極子內(nèi)聚吸引力作用；C、氣泡直徑小，升浮力和速度降低。2）作用： A、增大氣泡與礦粒碰撞機(jī)率；B、減少碰撞動能；v1.0 可編輯可修改C、減小礦化氣泡振動，抖動，降低脫落幾率。四、起泡劑的作用形成單純起泡劑的作用起泡劑多數(shù)是雜極性表面活性劑 , 可以在氣一液界面吸附濃集 , 降低氣 一液表面能 , 使氣泡體系能量降低 , 促使空氣分散 , 生成直徑較小的氣泡 , 并能在相

10、界面上進(jìn)行定向排列 , 以其極性端指向水 , 非極性端指向氣。 由于極 性端和水分子發(fā)生作用 , 在氣泡表面形成一層水化層 , 阻礙了氣泡的兼并 , 同時還可增加氣泡抗變形及破裂的能力。起泡劑與捕收劑的共吸附作用捕收劑與起泡劑在氣液界面有聯(lián)合作用 , 這種現(xiàn)象稱為共吸附。捕收劑與 起泡劑不僅在氣泡表面產(chǎn)生共吸附現(xiàn)象 , 而且也在礦物表面產(chǎn)生共吸附。礦粒 與氣泡碰撞時 , 起泡劑與捕收劑由于在界面上共吸附而產(chǎn)生互相穿插 , 使氣 泡與礦物固著穩(wěn)定。五、泡沫層的穩(wěn)定性1兩相泡沫層的不穩(wěn)定性2三相泡沫的穩(wěn)定性（1）礦粒吸附在氣泡上形成吸水的毛細(xì)管， 降低泡末中水層流動速度。 ； （2）藥劑作用，起泡

11、劑與捕收劑的共吸附作用，增強(qiáng)氣泡的機(jī)械強(qiáng)度；（3）礦粒吸附在泡壁，阻礙了氣泡的互相兼并。3二次富集作用六、起泡劑的組成與結(jié)構(gòu)對起泡性能的影響極性基對起泡性能的影響（1）影響溶解度，影響溶解度 ：主要取決于極性基性質(zhì)和數(shù)量 , 極 性基與水分子作用越強(qiáng) , 其溶解度越大。幾種常見極性基對水作用力的順序為 : -O - <-COOH<-OH< -SO3H<-SO4H 。因此 , 當(dāng)非極性基相近時各類起泡劑溶解度 按上面順序逐漸增大。此外 , 極性基數(shù)目越多 , 溶解度越大。v1.0 可編輯可修改（2）影響解離度，各種醇類、醚類等非離子型起泡劑 , 在水中不能解離。 羧酸類由

12、于 - COOH基中-C=O 對-OH 基有誘導(dǎo)效應(yīng)和共扼效應(yīng) , 氫有一定程度 的解離 , 使之具有酸性。酚解離呈酸性。 離子型起泡劑在水中的解離度受溶 液 pH 值的影響 , 故起泡能力也受 pH 值的影響。解離后使溶液呈酸性的起泡 劑稱酸性起泡劑。酸性起泡劑在堿性介質(zhì)中解離度較高 , 使其表面活性降低 , 對起泡劑的使用不利。 所以 , 酸性起泡劑一般應(yīng)在酸性介質(zhì)中使用為好 ; 同理 , 堿性起泡劑應(yīng)在堿性介質(zhì)中使用較理想。 非離子型起泡劑 , 如松油和醇類 , 雖然 不解離 , 但分子中有羥基 , 可視作堿性物 , 一般在堿性介質(zhì)中使用較好。 （3） 水化作用的影響，水化作用的影響 ：

13、起泡劑分子或離子 , 在水中與水偶極作用 , 發(fā)生水化 , 在氣泡表面形成一層水膜 , 使氣泡不容易破裂 , 提高其穩(wěn)定性。極 性基水化能力較強(qiáng)的 , 氣泡穩(wěn)定性也較強(qiáng)。非極性基對起泡性能的影響碳鏈長度 ：不同系列的表面活性物質(zhì)，烴基每增加一個碳原子，表面活性 可以增大 倍。表面活性越大，起泡能力越強(qiáng)。所以起泡劑非極性基越長 , 起 泡能力就應(yīng)越強(qiáng)。但非極性基過長，溶解度會顯著降低， 反而會使起泡能力下降。 非極性基性質(zhì)，結(jié)構(gòu)性質(zhì)，飽和程度，鏈的形式。七、起泡劑起泡性能的測定起泡劑性能的好壞，取決于起泡能力、 泡沫的穩(wěn)定性。此外 , 泡沫的大小 , 泡 沫的比表面 積（可用顯微鏡或透射光進(jìn)行測

14、量 ）以及泡沫的粘度、 彈性、抗張 強(qiáng)度也很重要 , 但一般很少測量。測定起泡劑水溶液的起泡性能，主要有四種基本方法：1. 用手或機(jī)械法攪動起泡劑水溶液數(shù)分鐘，然后測量泡沫層體積2. 用旋轉(zhuǎn)的攪拌器或者上下移動的多孔盤， 在起泡劑水溶液中攪拌， 然后 測量泡沫體積。3. 在帶有砂芯細(xì)孔的玻璃管內(nèi) , 將空氣、其他氣體的小氣泡鼓人被測試 的水溶液中 , 然后測量泡沫體積。v1.0 可編輯可修改4. 從一定高度將起泡劑水溶液滴下 , 對所產(chǎn)生的泡沫進(jìn)行測量。 上述方法的共同特點(diǎn)是在沒有固體顆粒存在的條件下 , 在兩相體系內(nèi)測 量泡沫的體積 , 一般來說 , 只適用于測試表面活性劑。起泡劑可分為三大類 , 天然類、工業(yè)副產(chǎn)品和人工合成品。1. 天然起泡劑該類起泡劑是由林木直接蒸餾和加工后的產(chǎn)品。 松油是最早的天然起泡劑 , 主要成分為 萜烯醇 。2 號油亦稱松醇油 , 是我國選礦廠應(yīng)用最廣泛的一種起泡劑占起 泡劑總用量 的 95% 以上。 2 號油以松節(jié)油為原料 , 經(jīng)水合反應(yīng)制得 , 為淡黃色油狀液體 , 密度 0.91 g/cm3 。主要成分為 - 萜烯醇 , 含 量 40%60%, 高者可達(dá) 80%, 其余為萜烯類化合物。起泡性能較松油稍 弱 , 泡沫稍脆 , 無捕收能力 , 組成和性質(zhì)較穩(wěn)定 。2. 工業(yè)副產(chǎn)品起泡劑雜醇仲辛醇雜醇油混合醇酯油充分利用工業(yè)上的各種副產(chǎn)品 ,