Аполярные собиратели

Министерство образования  и науки РФ

 

Московский Государственный  Горный Университет

 

Кафедра Обогащения полезных ископаемых

 

 

 

 

 

 

Реферат по дисциплине «Материаловедение»

На тему: «Аполярные собиратели»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

Студентка гр. ОПИ-09

Дунаева В.Н.

Проверила:

Проф. Юшина Т.И.

 

 

 

 

 

 

Москва 2012 г.

Содержание.

Введение…………………..……………………………………………………….3

Гидрофобизация минералов  аполярными собирателями и 

факторы, влияющие на эффективность  этого процесса……………………...4-7

Адгезия при взаимодействии аполярных собирателей……………………..8-18

Адсорбция аполярных собирателей  поверхностью минералов…………...19-26

Особенности адгезии индивидуальных углеводородов к

поверхности окисленных и  сульфидных минералов……………………....27-31

Примеры аполярных собирателей…………………………………….…….32-36

Заключение……………………………………………………………………….37

Список использованной литературы…………………………………………...38

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Аполярные реагенты не имеют  в составе своих молекул солидофильной  группы  и поэтому лишены возможности  химически фиксироваться на поверхности  минералов. Они представлены углеводородными  жидкостями, главным образом, нефтяного  происхождения, и их закрепление  на минеральной поверхности может  происходить только по механизму  избирательного смачивания с образованием дисперсионных межмолекулярных  сил между углеводородными цепями реагента и поверхностью минерала[1].

Термодинамическая возможность  закрепления аполярных реагентов  на поверхности различной степени  полярности будет определяться в  общем случае конечным выигрышем  энергии  за счет разницы энергий  поверхностей раздела масло –  вода, масло – твердое и твердое  – жидкость до и после закрепления  капелек реагента на минеральной  поверхности. Очевидно, выигрыш энергии  будет тем больше, чем больше аполярность  и гидрофобность минеральной поверхности, а максимум адсорбции молекул аполярных реагентов должен совпадать с областью нулевого заряда поверхности[3].

Углеводородные масла  находятся в пульпе в виде эмульсий, а не растворов, поэтому для увеличения вероятности встречи собирателя с частицами минералов необходима большая загрузка собирателя. Интенсивное  эмульгирование масла в пульпе –  один из путей уменьшения его расхода и концентрации в сточных водах.

В ряде случаев для облегчения эмульгирования масел целесообразно  подавать во флотацию небольшое количество поверхностно-активных веществ –  эмульгаторов, а для очистки поверхности  капель масла от шламов породы –  реагенты-пептизаторы[4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гидрофобизация  минералов аполярными собирателями и факторы, влияющие на эффективность  этого процесса.

Одним из наиболее важных критериев  гидрофобисирующей способности  углеводородных жидкостей является их вязкость.

Вязкость является таким свойством углеводородной жидкости, где как в фокусе собраны все те свойства углеводорода, которые определяются его структурой, длиной молекулы и энергией межмолекулярного взаимодействия.

При взаимодействии молекул углеводородной жидкости действуют силы того же порядка, характера и той же природы, которые проявляются со стороны молекул углеводорода по отношению к кристаллической решетке минерала. Это объясняется тем, что молекулы аполярного реагента, расположенные в том их слое, который непосредственно прилегает к поверхности минерала, будут одновременно взаимодействовать с этой поверхностью, а также и со следующим (вторым от поверхности минерала) слоем тех же молекул углеводорода[2].

Чем выше энергия взаимодействия молекул углеводорода, тем выше должна быть и энергия их взаимодействия с кристаллической решеткой.

Для изучения условий взаимодействий аполярного собирателя (диспергированного  в водной среде) с поверхностью минерала необходимо учитывать силы, действующие  между всеми этими фазами, характер и природу этих сил, проявляемых  каждой фазой.

Вязкость проявляется  при движении жидкости и связана  с наличием молекулярных сил притяжения. Если говорить об углеводородах то межмолекулярные силы, действующие в них, являются силами Ван-дер-Ваальса. При постоянной температуре вязкость не зависит от градиента скорости движения жидкости и является постоянной величиной. Наиболее важной особенностью вязкости является ее уменьшение с повышением температуры.

По мнению Бриллуэна, уменьшение вязкости с повышением температуры вызвано увеличением расстояния между скользящими плоскостями за счет теплового расширения. Межмолекулярные силы с увеличением расстояния уменьшаются, и увлечение одного слоя жидкости другим становится меньше. Рассмотрение вязкости жидкости как волнового процесса, возникающего вследствие разрыва связи между молекулами не позволило найти правильной зависимости вязкости жидкости от температуры.

Наибольшего успеха в теоретической  трактовки вязкости жидкости добился  А.И. Бачинский. Он установил связь вязкости жидкости с ее удельным объемом, если на графике по оси абсцисс откладывать значения текучести (величина, обратная вязкости) при разных температурах, а по оси ординат – удельные объемы жидкости, соответствующие различным температурам, то для большинства жидкостей эта связь будет описываться прямой линией, а зависимость между удельным объемом и текучестью может быть выражена уравнением прямой с угловым коэффициентом:

V=ω+Cφ ,

Где V-удельный объем; φ-текучесть; ω и С – постоянные величины.

Если учесть, что текучесть  является обратной величиной вязкости , то можно получить следующие уравнение, известное, как формула Бачинского:

η = C/V-ω

Если принять в качестве исходного положения, что вязкость жидкостей определяется взаимодействием  ее молекул, то становится вполне понятным, что вязкость должна зависеть от удельного  объема жидкости, чем больше удельный объем жидкости, т.е. чем выше ее температура, тем слабее будут межмолекулярные  силы притяжения и тем меньшим  должна быть вязкость.

Но тем не менее формула Бачинского оказалась неточной для спиртов, органических кислот, некоторых галоидопроизводных углеводородов, воды и ртути, т.е. не подходит для ассоциированных жидкостей[2].

Молекулярная вязкость является аддитивным свойством: в гомологических рядах углеводородов, спиртов и  алифатических кислот она возрастает с каждым звеном CH₂. Установлено что среди алифатических углеводородов, различных гомологических рядов соединения с разветвлённой цепью имеют тем большую вязкость, чем выше степень ее разветвлённости. Как правило, нормальные соединения имеют более низкую вязкость по сравнению с соответствующими изосоединениями, особенно при высокой степени разветвлённости.

Алифатические соединения с  одной или двумя двойными связями  при комнатной температуре имеют  меньшую вязкость, чем соответствующие  им насыщенные соединения при тех  же температурах. Вместе с тем ввиду  того что зависимость вязкости от температуры у обоих этих классов  углеводородов различна, при некоторых  температурах их взаимоположение может измениться.

Введение в нормальные алифатические углеводороды сульфогрупп  приводит к повышению вязкости. Вязкость увеличивается в ряду: углеводороды с нормальными цепями – ароматические  углеводороды – нафтеновые углеводороды. Присоединение к циклическим  соединениям нормальных цепей увеличивает  вязкость. Вязкость быстро увеличивается  с удлинением цепи. Влияние длины боковой цепи на вязкость тем меньше, чем больше и сложнее циклическая часть молекулы. Влияние на вязкость положение боковых цепей в молекуле хорошо видно на примерах орто- ,мета- и парадиметилциклогексана и изомеров ксилола. У этих изомеров вязкость в ортоположение боковых цепей максимальная, а в мета-положении минимальная.

Положение кольца присоединённого к боковой цепи нормального парафиного углеводорода, не оказывает значительного влияния на величину вязкости; последняя, однако, немного увеличивается при смещение присоединённого кольца от начала цепи к середине.

Рис.1 Зависимость вязкости углеводородных масел от температуры:

1 – авиационное МК; 2 –  автол 18; 3 – автол 10; 4 – машинное СУ.

Существенно отметить, что вязкость полициклических углеводородов увеличивается с увеличением числа циклов и их гидрированности.

С ростом числа атомов углерода в молекуле полициклических углеводородов вязкость увеличивается, и зависимость вязкости от числа циклов становится более значительной. Увеличение вязкости с ростом молекулярного веса органических соединений данного класса является общей закономерностью. Вместе с тем характер и степень функциональной зависимости вязкости от молекулярного веса зависят в свою очередь от структуры и состава молекул жидкости. Главное значение в этом случае имеет не молекулярный вес, а скорее — молекулярный объем. В тех случаях, когда в результате молекулярной перегруппировки или скручивания цепей молекул высокомолекулярных  соединений  происходит  изменение молекулярного объема, это влечет за собой соответствующие изменения вязкости у соединений с одинаковым молекулярным весом.

Аддитивность вязкости в  гомологических рядах проявляется в тех случаях, когда удлинение цепи не приводит к ее деформированию тепловым движением или под влиянием других причин. Однако наиболее важным фактором, влияющим на величину вязкости, несомненно является температура. Повышение температуры во всех случаях неизменно снижает вязкость  (рис. 1). Зависимость вязкости от температуры для разных жидкостей различна; причем важным является то, что температурный коэффициент вязкости непостоянен и возрастает с понижением температуры и повышением вязкости. Циклические углеводороды обладают более высоким температурным коэффициентов вязкости, чем соответствующие им углеводороды алифатического ряда. Боковые алифатические цепи снижают температурный коэффициент вязкости циклических углеводородов тем в большей степени, чем они длиннее. При окислении и сульфировании углеводородов наблюдается повышение температурного коэффициента вязкости.

В высокомолекулярных высоковязких жидкостях молекулы ассоциируются  в группы. Возникновение дополнительных связей между молекулами кроме постоянно  действующих сил сцепления (когезии) приводит к повышению сопротивления  тангенциального сдвига, т.е. к увеличению вязкости. Чем ниже температуры, тем больше ассоциация. Предполагается, что стремление к ассоциации , возникающее главным образом у высокомолекулярных соединений, связано с большей вероятностью у них осуществлять взаимно параллельную ориентацию длинных цепей таких молекул[3].

При взаимодействии молекул  углеводородов наиболее важное значение имеют ван-дер-ваальсовые силы.

В нефтепродуктах, содержащих смолы и другие кислородосодержащие  соединения, на ассоциацию могут влиять водородные связи и взаимодействия поляризованных молекул.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Адгезия при взаимодействии аполярных собирателей.

Поскольку адгезия характеризует  взаимное притяжение молекул, адгезионные  явления при применении аполярных  собирателей в условиях флотации имеет большое значение. Здесь  приходится иметь дело с адгезией воды к минералу, а также с адгезией самого аполярного собирателя к минералу и воде. Вообще, в той или иной степени адгезия существует и  проявляется при контакте двух любых фаз. Энергия, необходимая для отрыва одной фазы от другой ( в случае, если они образуют общую поверхность раздела), называется энергией или работой адгезии. Работа адгезии может быть определена экспериментально, и ее определение не представляет больших трудностей, если, например, речь идет об адгезии воды к минералу в присутствии воздуха или масла к минералу в водной среде, или воды к минералу в среде аполярного углеводородного вещества.

 

Рис. 2 Смачивание поверхности минерала (3) каплей аполярного реагента (2) в водной среде (1)

В системе минерал - масло адгезия масла к минералу в воде будет характеризовать прочность закрепления аполярного собирателя на минеральной поверхности в водной среде. Величины работы адгезии в этом случае будут характеризовать не только аполярный собиратель, но и способность поверхности минерала закреплять этот реагент. В связи с этим необходимо рассмотреть здесь некоторые аспекты явлений адгезии.

Представим себе каплю  жидкого углеводорода 2, нанесенную на поверхность минерального шлифа 3 в окружении водной фазы 1 (рис.2) Если площадь контакта минерала с углеводородом равна 1 см², то работа адгезии W_а, т.е. работа отрыва капли от поверхности минерала, в соответствии известным уравнением Дюпре будет численно равна работе изотермического образования двух новых поверхностей раздела углеводород-вода и минерал-вода за вычетом энергии межфазового натяжения на разделе фаз минерал-углеводород.

Обозначая водную, аполярную и твердую фазы соответственно 1,2 и 3, получим:

W_a=σ_1,2+σ_1,3 - σ_2,3 (1)

Практическое использование  данного уравнения затрудненно тем, что величины σ_1,3 и σ_2,3 трудно определимы экспериментально. Воспользовавшись уравнением Давидова-Неймона: