浮选相界面吸附

吸附是浮选过程中相界面间一种相互作用的主要形式。如起泡剂主要吸附在气一液界面，捕收剂主要吸附在固一液界面，乳化剂主要吸附在液一液界面，矿浆中离子可吸附在不同界面，等等。吸附的结果导致相界面性质的变化，使浮选过程得以调节和进行。

①气一液界面的吸附一浮选过程用起泡剂使引入矿浆的空气形成稳定的气泡。起泡剂多为表面活性剂，并以分子形式吸附、定向排列在气一液界面，非极性基朝向气相，极性基朝向水。因此，浮选过程中要研究表面活性物质在气一液界面的吸附。在气一液界面，表面活性物质的平衡浓度c及表面张力σ与气一液界面吸附密度的变化规律可由吉布斯(Gibbs)等温吸附方程计算           如吸附质能使吸附剂的表面张力显著降低，即小于零，则大于零，即吸附质在表面层的浓度大于体相浓度，则称为正吸附，此吸附质就称为表面活性物质(剂)。例如浮选中常用的长烃链羧酸盐、硫酸酯、磺酸盐及胺类捕收剂等。如果吸附质使表面张力升高，即大于零，则小于零，此时吸附质在表面层的浓度小于体相浓度，则称为负吸附。这种吸附质被称为非表面活性物质，如浮选中使用的无机酸、碱、盐调整剂等。

对表面活性物质的同系物而言，每增加一个CH2，表面活性约增加三倍， 起泡剂的性能与其表面活性密切相关，此关系称为特劳伯法则。

②固一液界面的吸附---浮选体系中固一液界面吸附相当复杂。浮选过程中无论添加何种药剂，绝大多数情况下都在固一液界面发生吸附，从而使界面性质发生变化。因此，研究固液界面吸附主要是研究不同药剂质点在固一液界面的吸附。

固体的吸附作用同液体的吸附作用类似，只发生在表面层而不深入到内 部，属于表面现象。如果吸附的物质扩展到固体深处，则称为吸收。被吸附 的溶质称吸附物，吸附吸附物的物质称为吸附剂。因为固体表面存在表面 能，故也有吸附某种物质降低表面能的倾向，因此，吸附剂总是吸附那些能降低其表面能的物质。溶液中药剂在固一液界面的吸附服从朗缪尔〔Langmuir)吸附等温式：

式中，分别为平衡吸附量、饱和吸附量、吸附质平衡浓度和常数。利用式〔4-6- 6〕可准确地计算高、低浓度下单分子层的吸附结果。该式同样也适用气体在固体表面的吸附。对朗缪尔吸附等温式的研宄表明，常数b值等于吸附量为0.5时的吸附质浓度。

对于固体表面不均匀的多层吸附，可用费兰德利希吸附经验方程来计算：

式中，k和n均为经验常数，可用双对数图的方法获得。水溶液中，捕收剂在矿物表面的吸附常符合此式。此外固一气界面的吸附也可采用此式。

③液一液界面吸附一一泡沫浮选过程中经常使用非极性烃类油作捕收剂，尤其在浮游选煤时烃类油是最主要的药剂。此外，油团、全油或乳化浮选时，也需要采用大量非极性烃类油。但在泡沫浮选时要将油分散在水中形成 O/W(水包油〕型乳状液;而对全油浮选等，要将水分散在油中形成W/O/油包水)型乳状液。

由于液一液界面界面面积和界面自由能储量极高，系统处于多相热力学不稳定状态，力图向自由能降低的方向发展,以求达到稳定状态，即减少液一液界面面积。故单靠物理作用形成的乳状液只能暂时地增加界面面积，很快会发生破乳(油和水分层〕。而欲维持此乳状液的稳定，有一个途径就是用表面活性剂降低油一水界面自由能，这种办法可获得分散度适宜和稳定性较高的乳状液。制备这样的乳状液对烃类油浮选剂很有实际应用价值，所以浮选中研究液一液界面吸附主要就是研究油一水界面表面活性物质的分布规律以及对油和水分散性能及形式的影响。

浮选过程中使用着大量表面活性物质，绝大多数情况下属正吸附。图4-6-27为三种类型物质的表面张力与浓度的关系曲线。曲线1为无机盐类表面惰性物质的σ一c曲线，这类物质为负吸附，表面张力稍高于水;曲线2为浮选中常用的表面活性物质，多为烃链较短的复极性分子，例如C9以下的醇和羧酸、萜烯醇、醚醇、含氧烷基衍生物及黄原酸盐类，等等。该类物质在浮选中多为优良的起泡剂和硫化矿物的捕收剂，故通常称为表面活性物质;曲线3多为碳链较长的烷基硫酸盐或磺酸盐类、胺盐、皂类和多元醇类，特点是在低浓度时就可显著降低表面张力，并以曲线上最低点标志其在溶液中形成的胶束的临界点，而后表面张力随浓度增加又有所回升。此类物质通称为表面活性剂。在浮选中多作为氧化矿物的捕收剂，也作为非极性油类的乳化剂和分散剂。

当水中加入表面活性物质后，这些长烃链表面活性剂分子的疏水基被水排斥，亲水基被水吸引。由于烃链较长，所以被水排斥的力大于水对极性基 的吸引力，因此这样的单个分子在水中处于不稳定状态。为了趋于稳定状 态，该类分子只能采取两种存在形态：一是在油一水界面上定向吸附，把亲水 基留在水中，疏水基插入油中，如图4-6-28中的(a)和(b);二是在水中形成胶束，以尽量减少疏水基与水的接触，疏水基之间靠分子内聚力互相紧靠在一起;当水中的表面活性剂浓度很低时，可以形成二或三个分子的聚集体， 如图中所示。当表面活性剂浓度增高到一定程度，表面张力、电导率会发生突变(图4-6-27中曲线3〉，这个转折点的浓度就是形成胶束的临界浓度，称CMC。此时，由几十个至几百个组成球形、薄叶形、小棒形胶束，见图4 -6-29，这种胶束的尺寸为几个纳米。

CMC表示表面活性剂形成胶束时的浓度,也可作为度量表面活性剂的标志。CMC越小，表示表面活性剂形成胶束所需的浓度越低，改变界面性质所需的浓度也越低。临界胶束浓度还是表面活性剂溶液的性质发生显著变化的一个转折点。一般地说，对于某一同系物，CMC值随烃链中碳原子数增 加而降低，可用下列经验式表示：