泡沫

    泡沫是浮选的重要组成部分，矿物就是随同泡沫一起浮出的。
    一、泡沫形成和性质
   （一）形成原因
    泡沫是以气体为分散相,固相或液相为分散介质的粗分散体系,本节主要讨论分散介质为水溶液的泡沫。由于气体与液体的密度相差很远,所以,在液体中形成的气泡很快上升至液面,形成以一定厚度液膜所包围的气泡聚集体,这就是泡沫,但在纯净水中很难形成泡沫,即使形成也会立即破裂消失。产生泡沫的液体必须有两种以上的成分。要使泡沫容易生成并能稳定存在,就必须在纯水中加入添加物，通常称为起泡剂,多为表面活性剂,其作用是吸附在气泡外面液膜表面上,形成较牢固的膜，延缓膜中液体排液速度以增加泡沫寿命。
    泡沫生成时，伴随着液体表面积增加，体系能量也相应增加，泡沫破坏时，体系能量也相应下降。因此，从能量观点考虑，低表面张力对于泡沫形成比较有利（就是说,生成相同总表面积的泡沫，可以少作功），但不能保证泡沫有较好稳定性。只有当表面膜有一定强度、能形成多面体泡沫时,低表面张力才有助于泡沫稳定。因为根据Laplace 公式,液膜Plateau交界处与平面膜之间的压差与表面张力成正比；表面张力低则压差小,因而排液速度较慢,液膜变薄较慢,有利于稳定。
    很多现象均说明，液体表面张力与泡沫稳定性并无确定的相应关系。如浮选起泡剂萜烯醇及松油能显著降低溶液表面张力，相应的起泡能力大；而浮选油比这两种起泡剂使溶液表面张力降低更多，但起泡能力却小，相反,甲酚不能明显降低溶液表面张力，却也有较好的起泡性。另外，一些蛋白质水溶液表面张力也比表面活性剂水溶液高,但却有较高的泡沫稳定性。
    Marangoni认为，当泡沫液膜受外力冲击时，会发生局部变薄现象,变薄之处表面积增大,表面吸附分子密度减少,表面张力升高。因此表面活性剂分子力图向变薄部分迁移，使表面吸附密度增大,表面张力又降至原来水平。与此同时,表面分子迁移时，会带动邻近薄层液体一起移动，使变薄的液膜强度恢复,表现为泡沫具有良好稳定性,此即为表面张力的“修复”作用。因此，表面活性剂吸附于表面液膜，有反抗液膜表面扩张或收缩的能力,即使界面膜具有膜弹性。纯液体没有表面弹性，其表面张力不会随面积变化，因而不能形成稳定的泡沫。
    对于Marangoni效应，应考虑两种不同的过程。一为自低表面张力区域迁移表面活性剂分子至高表面张力区域的过程(如上所述)；另一为由溶液中的分子吸附至表面上的过程。此过程的结果亦可使受冲击液膜的表面张力恢复至原值，同时恢复了表面吸附分子的密度。但若后一过程进行较快（吸附速度快）,则在液膜扩张部分所需表面活性剂分子将大部分由溶液中提供来补足，而不是通过表面迁移。于是，受冲击处的表面张力和吸附分子密度虽可复原,但变薄的液膜并未重新变厚（因无迁移分子带来溶液）。这样的液膜，其强度显然较差，泡沫稳定性也因此较差。
   （二）泡沫性质
    泡沫是由许多单个气泡堆集起来的集合体，一般都是五角十二面体的结构，它们包含大、小不同的气泡,而且泡与泡之间形成棱界面，最小泡沫的尺寸是几微米,而最大的可达几十毫米。视其膜厚不同,泡沫的密度有的和连续相自身密度差不多，有的则和泡沫内部气体密度接近。
    泡沫有弹性和刚性之分。泡沫的破坏主要是由液膜排液变薄至难以恢复和泡内气体扩散所引起，当液膜减薄到5~10nm时,泡沫破坏。
    泡沫稳定性是泡沫最主要的性能。此外,表面活性剂的起泡能力亦属于泡沫有关的重要性质,因而一般泡沫性能的测量,主要是对稳定性及起泡性进行研究。起泡力是指泡沫形成的难易程度和生成泡沫量的多少,而泡沫稳定性是指泡沫存在“寿命”的长短。就其本质而言，泡沫是一种热力学上的不稳定体系，不可能是稳定的。
    泡沫稳定性的测定方法很多，根据成泡方式主要分为两类：气流法及搅动法,其中罗氏泡沫（RossMiles）法已被许多国家采用为工业标准法，可以比较方便而且准确地测量泡沫的起泡性和稳定性。一般以试液流下5min后的泡沫高度(mm)作为泡沫稳定性的量度，但也常以起始泡沫高度及泡沫破坏一半(即泡沫高度为起始高度的一半)所需的时间,表示起泡性及泡沫稳定性。
    二、影响泡沫稳定性因素
    泡沫破坏的过程，主要是隔开气体的液膜由厚变薄，直至破裂的过程。因此,泡沫的稳定性主要取决于排液快慢和液膜强度。[next]
    影响泡沫稳定性的主要因素，亦即影响液膜保持厚度和表面膜强度的因素，比较复杂。
    （一）液膜及其透气性
    一般形成的泡沫其大小总是不均匀的，由于曲面压力的结果，小泡中的气压比大泡中的大,气体自高压的小泡中透过液膜扩散至低压的大泡中，造成小泡变小（直至消失），大泡变大,最终泡沫被破坏。整个过程中,液膜是依赖于气体穿过液膜能力大小而存在的,这叫液膜的透气性。这种气体透过液膜的扩散,在浮于液面的单个气泡中清楚地表现为：气泡随时间逐渐变小，以致最终消失。通常以液面上气泡半径与时间变化率作为衡量液膜透气性的标准,见下式。

    式中  r₀ ——t=0时的气泡半径，cm；
          r——时间t时的半径；
          p ——大气压力；
          γ——溶液的表面张力；
          k——透气性常数。
    以r²对t作图，可得一直线，其斜率为,由此可求出常数k.研究表明：透气性低者，表面粘度高，泡沫稳定性也好，反之亦然。
    液膜透气性与表面上吸附分子排列紧密程度有关，排列越紧密，气体越不易通过,液膜越稳定。在十二烷基硫酸钠中加入少量十二醇后,表面形成的混合吸附膜中即含有大量十二醇分子,该分子对表面活性剂离子电荷起着屏蔽效应,因此,分子间引力加强，分子排列更紧密，透气性降低。
    （二）表面粘度和溶液粘度
    表面粘度是指液体表面上单分子层的粘度,是由表面活性剂分子吸附在表面构成单分子层产生的。表1是几种常见表面活性剂水溶液的表面张力、表面粘度和泡沫寿命三者之间的关系。这些数据表明，凡是表面粘度比较高的体系,所形成泡沫的寿命也较长，而溶液表面张力与泡沫稳定性并无确定的相应关系。
    因此，起泡剂分子吸附在溶液表面使其表面粘度增大，膜强度增大,形成稳定泡沫。表面膜的强度与吸附分子间引力有关，引力大者，膜强度也大。
    一般蛋白质分子较大，分子间作用较强，故其水溶液所形成的泡沫稳定性亦比较高。一般疏水基中分支较多的表面活性剂，其分子间作用较直链者差，因而溶液的表面粘度较小,泡沫稳定性亦差。一些离子型表面活性剂吸附分子间存在斥力，这时加入一些中性的极性物质，可提高泡沫稳定性，就是因为这种中性分子插入表面吸附层内,减弱了同性离子间的斥力，有利于增加膜的强度和表面粘度，见表2。