Флотация. 
Физическая химия дисперсных систем

Условия смачивания поверхностей имеют существенное значение при анализе процессов флотации. Рассмотрим поведение частиц твердого тела на поверхности жидкости меньшей плотности. Для конкретности возьмем цилиндрик и опустим его в жидкость.

Рис. 6.1. Схемы сил, действующих на твердое тело на поверхности жидкости при разном смачивании.

Просуммируем проекции сил на вертикальную ось:

где Р — выталкивающая сила (сила Архимеда); g — вес тела; о_ж — поверхностное натяжение жидкости; 0 — угол смачивания; L — периметр смачивания (длина трехфазной границы).

Когда смачивание положительное, то равнодействующая силы F направлена вниз и цилиндрик затонет. При плохом смачивании добавляется выталкивающая сила.

Металлическая иголка, смазанная жиром, не утонет, а покрытый жировой пленкой железный топор — утонет, т. к. в последнем случае удельная поверхность мала. Если выполняется соотношение.

то твердое тело будет плавать по поверхности жидкости. Такое соотношение отвечает определенной глубине погружения.

Если учесть, что разность (g — Р) меняется пропорционально /³, где / — линейный размер, а о~ /', то, измельчая данное вещество, мы уменьшаем объемные силы пропорционально /³, а поверхностные — уменьшают менее интенсивно ~ /'. При определенном соотношении этих сил, когда 0 > —, тело будет плавать по поверхности жидкости.

Такое всплывание и называется флотацией. Флотация возможна только при плохом смачивании жидкости твердых поверхностей.

Добавляя к жидкости поверхностно-активные вещества, можно ухудшить смачивание его твердой поверхности и добиться того, что твердые частицы в жидкости занимают устойчивое положение только на ее поверхности. Такие вещества называют гидрофобизаторами.

Явление флотации широко используется в ряде областей техники, в металлургии — для обогащения руд. Особенно широко флотация используется в цветной металлургии при обогащении руд цветных и ценных металлов. Руды обычно содержат много пустой породы, в которой в виде включений содержатся ценные минералы.

Для извлечения ценных минералов всю породу измельчают до 10^-2— 10 ³ см и смешивают порошок с водой. Получается суспензия, которую называют пульпой.

Для повышения эффективности флотации в воду добавляют вещества, которые ухудшают смачивание ценных минералов водой. Такие вещества обычно называют собирателями или коллекторами. Распространены ксантоны. это ооганические соединения следующего типа:

Эти вещества уменьшают сцепление жидкости с твердой поверхностью, и смачивание ухудшается. Затем через пульпу продувают газ. Те минералы, которые плохо смачиваются жидкостью, прилипают к пузырькам газа и поднимаются ими вверх.

Рис. 6.2. Схема флотационной установки.

Для успешной флотации необходимо обеспечить:

• — селективное (избирательное) смачивание;
• — вспенивание пульпы.

Явление флотации имеет место и в сталеплавильных процессах: многие неметаллические включения прилипают к газовым пузырькам и выносятся на поверхность.

При выгорании углерода из металлической ванны пузырьки газа попадают в шлак в металлических оболочках, на поверхности шлака пузырек разрушается, а металлическая оболочка, собравшись в капельку, заглубляет пузырек газа в шлак. Начинается выгорание углерода из этих капелек. Пузырек оксида углерода СО увеличивается в размерах и может поднять капельку вверх. Поэтому в этих корольках мало углерода. Капельки могу совершать возвратно-поступательные движения до выгорания углерода или до утяжеления капли.

Рис. 6.3. Вынос капель металла на поверхность шлака пузырьками оксида углерода.

6. Флотация Если капля тяжелая, то скорость меняется скачками по мере отрыва пузырьков.

Рис. 6.4. Изменение со временем скорости всплывания капель стали совместно с газовыми пузырьками.

Движение может быть более сложным. За счет такой флотации в шлаке может находиться до 15—20% металла. Флотация влияет на скорость обезуглероживания, увеличивает потери металла со шлаками.