ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1. Тема «Определение поверхностного натяжения, моделирование влияния свойств поверхности частичек на образование флотокомплекса». Ход работы

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

Тема «Определение поверхностного натяжения, моделирование влияния свойств поверхности частичек на образование флотокомплекса»

Цель работы: приобретение навыков определения поверхностного (межфазного) натяжения; экспериментальное определение поверхностного натяжения методом максимального давления в пузырьках и при помощи числа капель.

Оборудование:сталагмометр,секундомер,большой конический стакан, стакан на 50 мл, термометр, штатив, стенд для определения поверхностного натяжения;дистиллированная вода; фильтровальная бумага;реагенты пенообразователи и собиратели.

Ход работы

Поверхностное натяжение (ơ) – это удельная свободная поверхностная энергия, равная работе обратимого изотермического процесса образования единицы площади поверхности раздела фаз. Поверхностное натяжение жидкости на границе с другими фазами рассматривают, как силу, действующую на единицу контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при определённом соотношении объемов фаз. Разделение полезных ископаемых флотационными методами осуществляется в основном благодаря процессам, происходящим на поверхности раздела фаз, одним из важнейших свойств является поверхностное натяжение ơ и выражается в [Дж/м] или [Н/м].

Значение поверхностного натяжения определяется с целью решения различных заданий, а именно: определение адсорбции, поверхностной активности, влияние на данные параметры разных факторов; вычисление работы адгезии и когезии, коэффициентов растекания и смачивания; выбор рациональных условий эмульгирования и оптимальных стабилизаторов дисперсных систем; расчёт сил, определяющих равновесие комплексов фаз во время флотации.

Существует несколько методов измерений, которые делятся на статические и динамические. Поверхностное натяжение определяется в результате анализа профиля капли или пузырька воздуха в статических условиях, что обеспечивает

высокую точность результатов.

Методы максимального давления в пузырьках, взвешивание капли, отрывание кольца капли, и уравновешивание пластинки относятся к динамическим.

1. Метод отрывания кольца капли

Сущность метода состоит в определении числа капель из определенного объёма жидкости и расчёта величины поверхностного натяжения ơ. Жидкость вытекает из сталагмометра через капиллярное отверстие по каплям. Каждая капля отрывается от нижнего конца трубки только тогда, когда масса её преодолевает силу поверхностного натяжения, удерживающую каплю на конце трубки. Чем больше поверхностное натяжение, тем больше капля, следовательно, тем меньше капель получиться из данного объёма жидкости. Методика проведения опыта состоит в том, что необходимо установить сталагмометр вертикально. Под него подставить стакан с дистиллированной водой, через резиновую трубку, надетую на верхний конец сталагмометра, медленно затягивать дистиллированную воду выше верхней метки. После этого дать воде спокойно стечь до верхней метки, когда мениск жидкости проходит верхнюю метку, начинаем отсчитывать капли, как только мениск достигнет нижней метки, отсчёт прекратить.

Повторить опыт три раза и взять среднее число капель. Разница между отдельными отсчётами не должна превышать одну каплю:

n₀= , (1.1)

После определения числа капель воды таким же образом определяется число капель исследуемой жидкости. Повторить опыт три раза и взять среднее число капель: n= , (1.2)

Расчёт поверхностного натяжения исследуемой жидкости проводим по формуле: σ=σ_{0 ,}(1.3)

где σ - поверхностное натяжение исследуемой жидкости, Дж/м²,

σ₀- поверхностное натяжение воды ( при t=20°С σ₀= 72,75 ·10^-3 Дж/м²) или σ₀= 72,8 Дн/см,

ρ₀ и ρ –плотность воды (при t=20°С ρ_воды=0,9980 г/см³) и плотность исследуемой жидкости,

n₀ и n – количество капель воды и исследуемой жидкости.

2. Метод максимального давления (рис.1.1) предполагает постепенное повышение в капилляре давления, изменяющего размер пузырька и радиус кривизны поверхности раздела фаз. Измерение максимального давления (положение 2 на рис.1.1) которое соответствует минимальному радиусу сферической поверхности, равному R_min, позволяет определить ơ с использованием формулы 1.4:

σ=P_k∙ R_min/2, (1.4)

Рис.1.1 – Схема изменения параметров пузырьков при определении поверхностного натяжения.

Минимальный радиус получаемых пузырьков равен радиусу используемого для измерений капилляра R_k. Он должен быть достаточно малым для повышения точности получаемых результатов.

Максимальное давление в пузырьках воздуха P_k определяется с помощью V- образного манометра, которым укомплектован стенд для определения поверхностного натяжения, по формуле:

P_k=p∙ g∙ H, (1.5)

где р- плотность рабочей жидкости манометра, кг/м³;

g- ускорение силы тяжести. м/с²;

H- разность высоты столбов жидкости в манометре, м.

Расчётное соотношение находим из уравнений (1.4) и (1.5):

σ = 0,5 · p∙ g ∙ R_min ∙H =А∙ H , (1.6)

где А- константа стенда, зависящая от размера капилляра и плотности рабочей жидкости манометра.

Величина константы определяется с использованием стандартной жидкости, в качестве которой используем дистиллированную воду (σ_жг= 72,8·10 ^-3 Н/м), бензол (σ_жг= 30,24·10 ^-3 Н/м) или любую другую жидкость с известным поверхностным натяжением:

А= , Н. (1.7)

При поступлении воздуха из ресивера в системе возрастает давление, которое соответствует разности высот столбов жидкости в ветвях манометра. Максимальная разность высот поднятия жидкости фиксируется и заносится в таблицу 1.1. Для определения точности интервала измерения необходимо провести несколько раз.

Исследуемая жидкость	Разность высоты Н, м		Поверхностное натяжение, Н/м.
Исследуемая жидкость		Ср.	Поверхностное натяжение, Н/м.

Таблица 1.1 Результаты исследований

Обработку результатов измерений следует производить по методике, приведенной в приложении А.

Содержание отчета

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Оборудование: сталагмометр,секундомер,большой конический стакан, стакан на 50 мл, термометр, штатив, стенд для определения поверхностного натяжения;дистиллированная вода; фильтрованная бумага;реагенты пенообразователи и собиратели.

4. Ход работы. Результаты измерений оформить в виде таблицы 1.1.

5. Вывод.

Контрольные вопросы

1. Что называется смачиванием?

2. Какая количественная величина характеризует смачиваемость?

3. Дать определение адсорбции.

4. Как называют твердое тело при адсорбции?

5. В каких случаях используется явление адсорбции?

6. От чего зависят свойства поверхности раздела "минерал-вода"?

7. Дать определение «поверхностное натяжение».

8. Какие вещества используются в качестве флотационных реагентов?

9. Какие свойства твердой поверхности являются определяющими в процессе флотации?

10. Как связаны между собой свободная энергия поверхности раздела вода-воздух и величина капиллярного давления внутри пузырьков?

11. Как влияют гидратные слои на свойства поверхности воздушных пузырьков?

12. Что можно определить по значению краевого угла смачивания?

Литература:

1. Методы исследования флотационного процесса /В.И.Ме–Лик-Гайказян, А.А.Абрамов, Ю.Б.Рубинштейн и др.- М.:Недра, 1990.- 301с.

2. Абрамов А.А.Флотационные методы обогащения / А.А.Абрамов.-М.: Недра. 1984.- 384с.

⇐ Предыдущая 12