浮选中不同类型起泡剂界面性质的研究

王哲鑫

摘 要：本文通过探究浮选中两种典型起泡剂的界面性质，结果表明离子型捕收剂的界面张力相较于同浓度的非离子型起泡剂低，起泡能力更强；而离子型起泡剂的扩张模量比非离子型起泡剂大，泡沫的稳定性更好。随着浓度的上升，离子型起泡剂的表面张力下降，扩张模量上升，起泡能力增强，稳定性上升；非离子型起泡剂浓度上升，表面张力与扩张模量均下降，起泡能力增强，泡沫稳定性下降。

关键词：浮选；起泡剂；界面性质

泡沫浮选是在固，液，气三相互相接触的界面进行的，实质是利用矿物与脉石表面润湿性的差异来进行分選。浮选药剂主要是通过改变三相界面的性质来调节浮选效果的。调节气液界面的浮选药剂统称为起泡剂。起泡剂浓度上升对泡沫半衰期变长，泡沫的稳定性增强。起泡剂浓度增大，表面张力与表面粘弹性都有变化。说明起泡剂对泡沫稳定性影响的本质是改变了溶液体系的性质，尤其是表面张力、表面粘弹性等。

本文将通过研究十二烷基硫酸钠以及仲辛醇的界面性质，探究不同起泡剂界面性质的差异与起泡剂浓度对界面性质的影响。

1 试验方法

本次试验采用泰克里斯公司生产的界面流变仪来测量起泡剂的表面张力。其原理为上升气泡法。测量扩张模量的基本原理为小幅低频震荡法，通过刺激气液界面表面积面积以一定的正弦周期变化，记录周期内表面面张力的变化梯度，计算界面扩张模量。

2 试验结果与分析

2.1 十二烷基硫酸钠的界面性质

十二烷基硫酸钠溶液的表面张力随浓度的变化趋势如表1所示。十二烷基硫酸钠的表面张力随着浓度的上升逐渐增大，当到达1×10-3mol/L时，表面张力趋于稳定，不再变化。表面张力下降的速率随着浓度的增大减小。当浓度上升时，更多的十二烷基硫酸钠分子排布在泡沫表面，使体系的表面能下降，溶液起泡能力增强；当分子含量趋于临界胶束浓度时，相当于表面活性剂分子已经密集排布在泡沫表面，泡沫的破裂与生成基本稳定，溶液的起泡能力不再增强。结合十二烷基硫酸钠的性质，可以推测，十二烷基硫酸钠溶液的临界胶束浓度约为1×10-3mol/L ，并且在十二烷基硫酸钠溶液中，起泡能力与溶液体系的表面张力负相关。表面张力越低，溶液起泡能力越强，当达到溶液临界胶束浓度时，起泡能力达到最大。

十二烷基硫酸钠溶液的表面扩张模量表1所示。

十二烷基硫酸钠溶液的扩张模量随着浓度的增大而增大。因为浓度越大，被干扰的液气界面分子膜通过扩散交换恢复表面动态平衡的时间就越少。該过程有两个方面，一是指十二烷基硫酸钠溶液分子在液气界面分子膜同液相中的分子进行扩散交换；二是指十二烷基硫酸钠分子在液气界面分子膜上重新排列的过程。当泡沫表面积受到震荡时，部分十二烷基硫酸钠分子从液体中被吸附到气液界面分子膜上，如果溶液浓度低，活性分子少，十二烷基硫酸钠分子就会耗费越多的时间来修复界面表面积变化引起的表面浓度梯度差，因而表面张力的变化幅度就比较小，扩张模量相对较低。

2.2 仲辛醇的界面性质

仲辛醇溶液的表面张力变化趋势如表2所示。随着浓度的上升逐渐降低，浓度较低时，表面张力下降快；浓度较高时，表面张力下降慢。当达到一定浓度时表面张力趋于稳定，说明仲辛醇达到临界胶束浓度时，表面张力最低，整个体系的表面能最低。

由表2可知，仲辛醇体系的粘弹性也受浓度的影响，随着浓度上升，仲辛醇的扩张模量随之减小。浓度较低时，扩张模量下降较快；浓度较高时，扩张模量下降变慢。说明仲辛醇浓度增大，影响了泡沫受到形变力后恢复原状，对泡沫稳定性下降。

仲辛醇的表面张力大于十二烷基硫酸钠，所以其起泡能力远弱于十二烷基硫酸钠溶液，随着浓度的上升，仲辛醇溶液的起泡能力越强，当达到临界胶束浓度时，起泡能力最强，之后浓度上升，起泡能力变化不大。

3 结论

①随着起泡剂浓度上升，表面张力下降，起泡能力变强。离子型起泡剂的扩张模量随浓度上升而变大，泡沫稳定性增强；非离子型起泡剂的扩张模量随浓度上升而减小，泡沫稳定性下降。

②离子型起泡剂的表面张力小于非离子型起泡剂的表面张力，因此非离子型起泡剂的起泡能力较弱，离子型起泡剂气泡能力强。离子型起泡剂生成的泡沫比非离子型起泡剂生成的泡沫稳定。

参考文献：

[1]MYERS D，迈尔斯，大诚，et al.表面，界面和胶体：原理及应用[M].北京：化学工业出版社，2005.

[2]赵国玺.表面活性剂物理化学[M].北京：北京大学出版社，1991.