На результаты флотации существенное влияние оказывает размер пузырьков воздуха во флотационной пульпе. Мелкие пу­зырьки^ сохраняются в пульпе достаточно долго, однако они не выносят иа себе зерен даже средних размеров. Большие пу­зырьки находятся в пульпе непродолжительное время, и поэто­му для флотации они неэффективны. Считают, что подъемные функции выполняют в основном пузырькн диаметром 0 6— 1,2 мм.

При флотации барботируемый газ диспергируется при про­хождении через поры барботера, погруженного в жидкость. Раз­личают три режима барботажа: пузырьковый, промежуточный п струйный. При малой скорости газа имеет место пузырьковый режим. В этом случае частота образования пузырьков не ока­зывает влияния на их размеры. Размер пузырьков, образую­щихся при пузырьковом режиме барботажа, можно определить, исходя из следующих положений. Подъемная сила пузырька q Зависит от его объема V и разности плотностей жидкой среды и газа рж—рг:

Я — (Рж — Р.) Vg

Сила сопротивления отрыву F обусловлена поверхностным натяжением, действующим по периметру отверстия барботера радиусом R:

F = 2л Ra

Условием отрыва пузырька от поверхности барботера явля­ется равенство этих сил:

(Рж —Pr) Vg = 2nRo

Положим, что пузырек имеет форму шара радиусом г, его объем У=4/злг тогда

*/3 (Рж — Pr) Nr3g = 2TiRO

Отсюда получим радиус пузырька:

/ 3Ra Уз

Уравнение (7.1) показывает, что размер пузырька не зави­сит от скорости потока газа при пузырьковом режиме барботи - рования. Величины о и R слабо влияют на размер пузырьков.

При экспериментальной проверке уравнения (7.1) было по­лучено, что отношение измеренного диаметра пузырьков возду­ха к теоретическому составляет от 0,87 до 1 при образовании пузырьков в воде и в некоторых других жидкостях для большо­го интервала диаметров отверстий барботера. В табл. 7 приве­дены значения диаметров отрывающихся пузырьков, рассчитан­ные по уравнению (7.1), и экспериментальные данные, получен­ные В. И. Классеном (для воды).

В соотношении (7.1) не учитывается влияние вязкости жид­кости па размеры образующихся пузырьков, п расчет но этому уравнению приводит к погрешности до 15—20% при использо­вании вязких жидкостей (более 50 мПа-с). Экспериментально найдены соотношения для определения поправочных коэффици­ентов к формуле (7.1) для учета вязкости в виде функции от расхода газа и диаметра отверстий. Для определения размеров пузырьков при барботировании в вязких средах можно восполь­зоваться и другими уравнениями [228].

Промежуточный режим барботирования характеризуется тем, что сначала при увеличении скорости газа размер пузырь­ков уменьшается и при некоторой скорости образуются пузырь­ки наименьшего диаметра. Это явление объясняется возникно­вением вертикальных потоков жидкости, преждевременно отры­вающих пузырьки от отверстия барботера. При промежуточном режиме на размер пузырьков оказывает влияние расстояние между отверстиями барботера. При дальнейшем увеличении скорости газа непосредственно перед наступлением струйного режима размер пузырьков возрастает.

Рис. 56. Зависимое п. скорости всплшшшп нузырькон Or иv радиуса в водных растворах додецнлеульфата натрия при концентра­ции [236]:

/ — 0; г - М0-«; 3 — 1.2 |0-5; 1— Ю-3- Ю-« Д|

Струнный режим барбогироиапня характеризуется относительным рас­ходом газа, равным m = Q/V„(== 10—30 (Q — расход газа через барботср, м3/мин; VH< — объем жидкости над барботером), а также образованием в верхней части аппарата слоя подвиж­ной пены, объем которой зависит от расхода газа.

Струйный режим барботирования возникает при достижении скорости течения газа через отверстия аэратора выше некоторого крити­ческого -значения. В этом случае газовый поток представляет собой сплошную струю, которая распадается на отдельные пу­зырьки на небольшом расстоянии от отверстия барботера [229]. Критическая скорость зависит от диаметра отверстий аэрато­ра: чем больше диаметр, тем меньше критическая скорость, т. с. струпный режим наступает при меньших скоростях потока газа.

Скорость всплывания пузырьков лишь в начальный момент барботирования непостоянна. В дальнейшем подъемная сила уравновешивается силой сопротивления среды и скорость всплы­вания сферического пузырька по закону Стокса становится по­стоянной:

2/-2p,„g " 9ц

Где 1) — вязкость среды.

Однако соответствие скорости всплывания пузырьков закону Стокса имеет место только для небольших пузырьков, диаметр которых не превышает 1,5 -2,0 мм [229]. Реальная скорость всплывания пузырьков в воде характеризуется кривой 1, пред­ставленной на рис. 56. Кривые 2, 3 и 4 показывают снижение скорости с ростом концентрации ПАВ.

Скорость всплывания совокупности пузырьков может значи­тельно отличаться от скорости всплывания одиночного пузырь­ка. Коллективная скорость всплывания пузырьков зависит от их диаметра, доли диспергированного в жидкости газа и нали­чия в жидкости ПАВ. В зависимости от критерия Рейнольдса различают стоксовский (Re^0,5), переходный (0,5^Re^lOO) и потенциальный (100^Re^l500) режимы барботирования [230]. Показано, что коллективная скорость всплывания при стоксовском режиме отличается от скорости всплывания одиноч­
ного пузырька множителем (I—ф1/») (где ср — доля дисперги­рованного в жидкости газа). Для потенциального режима этот множитель представляет собой отношение (1—Ф)2/(1—фв/8), а переходный режим характеризуется более сложной зависи­мостью.

Существенное влияние на скорость всплываиия оказывает наличие в растворе ПАВ. При барботировапин газа на поверх­ности растущего пузырька образуется адсорбционный мономо­лекулярный слой, степень заполнения которого зависит от ре­жима барботирования, свойств молекул ПАВ и т. д. Показана принципиальная возможность теоретического расчета степени заполнения адсорбционного слоя [231]. При стоксовском режи­ме барботирования этот слой делает поверхность пузырька пол­ностью «заторможенной». В присутствии ПАВ влияние содер­жания газа ф на коллективную скорость больше, чем па ско­рость всплывания одиночного пузырька.

Для потенциального режима барботирования адсорбирован­ные молекулы ПАВ переносятся в «кормовую» зону пузырьков, где происходит их десорбция. Поэтому лишь часть пузырька (его «кормовая» зона) оказывается покрытой плотным адсорб­ционным слоем ПАВ, что вызывает возрастание силы сопротив­ления подъему пузырьков.

Форма всплывающих пузырьков диаметром до 2 мм весьма близка к сферической, а траектория подъема прямолинейна. Пузырьки средних размеров (до 6 мм) уже заметно деформи­рованы, они имеют эллипсоидальную форму и поднимаются по спиральной траектории. Скорость всплывания таких пузырьков с увеличением диаметра несколько уменьшается. Наконец, боль­шие пузырьки деформированы еще сильнее — до линзообразной формы. Скорость их всплывания с увеличением диаметра воз­растает незначительно. В работе [232] измерена скорость подъема отдельных крупных пузырьков воздуха в различных средах. Было найдено, что эта скорость зависит от объема пу­зырька V следующим образом (для V^=20 см3):

V = 0,792g1/s Vllt

Характерно, что скорость всплывания пузырьков в водных средах не зависит от их вязкости до значения 200 мПа-с [233]. В растворах неорганических солей скорость всплывания пузырь­ков несколько больше, чем в дистиллированной воде.

Подъем пузырьков сопровождается явлением коалесценции. .Экспериментально установлено, что эффективность коалесцен­ции зависит от соотношения диаметров пузырьков, концентра­ции ПАВ и других факторов.

Если барботирование газа сопровождается перемешиванием раствора, то траектория всплывающих пузырьков значительно усложняется, а время нахождения их в объеме жидкости уве­личивается. Одновременно перемешивание интенсифицирует противоположные явления — дробление и слияние пузырьков.

1 пл

Устойчивость флотационных пен и их структурно-мсхапиче - скпс свойства (вязкость), как правило, увеличиваются в при­сутствии минеральных частиц. Наиболее сильное стабилизиру­ющее действие оказывают частицы средней крупности. Боль­шое значение имеет наличие в составе пульпы тонких частиц (шламов), которые могут разрушать пену (сульфиды пинка, меди, свинца, мел, тальк и др.).

Механизм стабилизации трехфазных пен трактуется различ­но. Так, некоторые авторы объясняют стабилизацию п основ­ном сужением каналов Плато, что приводит к замедлению ис­течения межпленочной жидкости, а также к образованию про­бок из зерен, не прилипающих к пузырькам. Однако влияние твердой фазы неоднозначно. При концентрациях ПАВ, близких к ККМ, вследствие адсорбции ПАВ на частицах твердой фазы происходит обеднение раствора молекулами этих веществ, а скорость стекания жидкости увеличивается.

Флотационные пены различаются по степени минерализа­ции, которая характеризует долю поверхности пузырька, по­крытую частицами. В общем случче степень минерализации F Пропорциональна частичной концентрации флотируемых зерен в пульпе п, длине пути пузырька в ней I и обратно пропорцио­нальна размеру пузырька воздуха г:

F = knl/r (7.2}

Где к — коэффициент пропорциональности.

Из уравнения (7.2) следует, что для получения полностью минерализованных пузырьков последние должны быть возмож­но более мелкими.