Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Характер ненасыщенных связей на поверхности минерала и его взаимодействие с водой



 

Взаимодействие поверхности минерала с водой во многом зависит от характера свободных (ненасыщенных) связей, которые имеются на поверхности минерала.

Атомы, молекулы, ионы или группы ионов, образующие кристаллическую решетку минерала, связаны друг с другом различными видами связей. Для полярной поверхности минералов характерны ионная и ковалентная (атомная) связи.

Ионная связь характеризуется электростатическим взаимодействием между узлами кристаллической решетки, занятыми ионами (например, натрия и хлора в решетке поваренной соли) противоположного знака, образованными в результате практически полного перехода электронов от атома одного элемента к атому другого (например, от атома натрия к атому хлора). При переходе электронов в совместное владение атомами одного и того же элемента образуется ковалентная (атомная) связь, осуществляемая в простейшем случае парой электронов, причем эти электроны как бы располагаются по отношению к указанным атомам точно посередине. Описанный случай характеризует ковалентную связь в чистом виде.

В противоположность полярной поверхности аполярная поверхность минерала характеризуется молекулярными силами связи (силы Ван-дер-Ваальса: силы притяжения между молекулами относительно малы по сравнению с химическими), которые слабее ионных и ковалентных в десятки раз.

При разрушении кристалла образуется поверхность раскола с ненасыщенными связями, которые характерны для решетки данного минерала.

В случае ионных и атомных связей, существующих вокруг ионов или атомов минерала и обнажающихся при его разрушении, образуется сильное электрическое поле, в то время как в случае молекулярных связей поверхностные атомы (молекулы) образуют сравнительно слабые силовые поля.

Оценивая активность взаимодействия с водой поверхности минералов с преобладанием ионных и атомных связей (сильное поле) или молекулярных связей (слабое поле), необходимо учитывать, что вода является полярной жидкостью, молекулы которой имеют значительный дипольный момент и атомы водорода, способные к образованию водородной связи. Как известно, водородная связь обязана своим возникновением той особенности атома водорода, что, отдавая свой единственный электрон на образование химической связи, он остается в виде положительно заряженного ядра (протона), которое, притягиваясь к электронным оболочкам атомов других элементов, и образует водородную связь. Водородная связь может быть довольно прочной и является как бы второй (побочной) валентностью водородного атома.



Гидрофильная поверхность минерала характеризуется преобладанием на ней ненасыщенных ионных, атомных или полярных связей, благодаря которым она активно взаимодействует с молекулами воды (или их комплексами), присоединяя их. Напротив, гидрофобная поверхность минерала отличатся преобладанием на ней ненасыщенных молекулярных связей, слабо взаимодействующих с водой.

В графите (рис. 1.2.) атомы углерода расположены слоями, образующими гексагональную сетку. В плоскости этих слоев (заштрихованных) между атомами углерода имеются сильные атомные связи, однако связь между слоями осуществляется слабыми молекулярными силами. Этим объясняется легкая раскалываемость графита по плоскости спайности, проходящей между слоями, и гидрофобность его поверхности, совпадающей с плоскостью спайности.

В противоположность этому плоскость, перпендикулярная плоскости спайности (торец чешуйки графита), имеющая ненасыщенные атомные силы связи, активно взаимодействует с водой и является относительно гидрофильной. В связи с этим на поверхности торца чешуйки графита пузырек воздуха будет закрепляться с трудом, тогда как на поверхности, являющейся плоскостью спайности, пузырек будет закрепляться легко и прочно.

 

Аналогичная картина будет наблюдаться и для кристаллов серы: ее гидрофобность может быть объяснена тем, что при разрушении кристалла серы в первую очередь обнажаются слабые межмолекулярные силы, которые связывают между собой кольца из атомов серы, в то время как сильные атомные связи, действующие внутри колец, при этом не нарушаются (рис. 1.3.)

 

 

Поверхность минералов способна взаимодействовать не только с водой, но и с газами, особенно с кислородом, наиболее активным из них. Так, например, при разрушении кристаллов сульфидных минералов (например, галенита) обнажаются сильные полярные связи, что хорошо объясняет нам относительную гидрофильность поверхности галенита в момент ее обнажения в течение короткого времени после этого. Однако спустя некоторое время на поверхности галенита начинает сорбироваться кислород, всегда присутствующий в воде в растворенном виде. Первичное воздействие кислорода на поверхность сульфида вызывает его некоторую гидрофобизацию. Дальнейшее воздействие кислорода (в случае сульфидов) приводит к их окислению и сопровождается гидрофилизацией.



Таким образом, естественная гидрофобность минералов, облегчающая их флотацию, или естественная гидрофильность, препятствующая последней, являются мерой активности поверхности минерала к взаимодействию с водой и газами, в особенности с кислородом. Результатом этого взаимодействия в большинстве случаев является образование на поверхности минерала гидратной оболочки, толщина которой соответствует по размеру многим тысячам молекул воды и достигает 0,1 мкм. Гидратные оболочки (о которых подробнее говорится дальше) образуются в тех случаях, когда энергия связи между диполями воды и поверхностью минерала больше, чем между диполями воды.

 

Лекция 3

План лекции:

1. Образование двойного электрического слоя на границе раздела твердое – жидкое [1 с. 26-27]

2. Структурные и генетические особенности минералов [3 с.35-47]

 

1.1.3. Образование двойного электрического слоя на границе раздела твердое–жидкое

 

До сих пор мы рассматривали явление на границе твердое − жидкое, не принимая во внимание электрические явления.

Однако электрическая характеристика поверхностей раздела флотационных фаз является очень важным фактором, определяющим протекание процесса флотации.

В результате взаимодействия диполей воды и присутствующих в ней «неизбежных» ионов последние могут изменять электрическое состояние поверхности.

Существенной особенностью этого взаимодействия является появление на границе раздела вода − минерал двойного электрического слоя, который характеризуется электрокинетическим потенциалом и емкостью. Мы рассмотрим только лишь первые две характеристики.

Энергия взаимодействия молекул воды с различными ионами, находящимися на поверхности минерала, неодинакова. Поэтому одни ионы переходят в раствор в большем количестве, чем другие. Этот преимущественный переход в раствор ионов одного знака вызывает нарушение электрического равновесия на поверхности минералов. Поверхность приобретает заряд, противоположный по знаку заряду, перешедших в раствор ионов.

По мере того как заряд поверхности будет возрастать, ионам противоположного заряда будет все труднее и труднее вырываться из кристаллической решетки. Часть перешедших в раствор ионов концентрируется в непосредственной близости к поверхности и будет уравновешивать ее.

Устанавливается состояние равновесия между раствором и поверхностью минерала, которая будет окружена двойным электрическим (рис. 1.4.) слоем, структуру которого можно представить следующим образом:

 

 

Рис.1.4 Двойной электрический слой

 

Предположим, что в раствор с внешнего слоя (1–1, 2–2) кристаллической решетки минерала переходят катионы.

М-минерал. Линия 1-1 является границей неизменной решетки PbS. Следующий ряд А является как бы продолжением решеткиPbS, но из него удалена часть ионов свинца, поэтому здесь находятся в избытке ионы серы; которые и создают отрицательный заряд поверхности. Линия 2–2 – является физической границей минерала. Ряд ионов Б представляет собой упорядоченный слой внешней обкладки, находящейся в жидкости. Линия 3-3 границажидкости, тесно связанной с поверхностью минерала. Зона от 3–3 до 4–4 это диффузный слой ионов. Линия 4–4 граница между раствором и внешней обкладкой двойного слоя.

А − внутренняя обкладка двойного слоя. Б − внешняя обкладка или слой противоионов.

Число катионов во внешней обкладке представляет только часть катионов, перешедших в раствор. Остальные катионы образуют диффузный слой с постоянно убывающей концентрацией ионов. Ионы, расположенные между 2–2 и 4–4 имеют знак противоположный ионам внутренней обкладки и называются противоионами. Слой Б противоионов расположен упорядоченно на расстоянии радиуса этих ионов, диффузная часть (3 - 3, 4 - 4) − слой Гуи.

Плотная часть двойного электрического слоя, т.е. совокупность внутренней его обкладки и плотной части внешней обкладки – слой Гельмгольца.

При движении частиц минерала в жидкости или наоборот, противоионы слоя Б плотно связанные с поверхностью будут перемещаться вместе с ней, а ионы диффузного слоя будут отставать от них. В этом случае между поверхностью минерала с увлеченной пленкой воды и жидкостью в объеме появляется разность потенциала.

Дзета-потенциал (ξ) называется электрокинетическим или дзета-потенциалом. Знак дзета-потенциала зависит от знака заряда внутренней обкладки двойного слоя. Если в поверхности преобладают катионы, то дзета-потенциал будет положительным. Если в поверхностном слое наблюдается избыток анионов, то дзета-потенциал имеет отрицательный заряд.

В дистиллированной воде некоторые минералы имеют следующие дзета-потенциалы (в милливольтах):

Пирит −14

Сфалерит – 17

Галенит – 20

Флюорит + 46

Знак заряда поверхности одного и того же минерала в дистиллированной воде может быть различным. Он зависит от условий образования месторождения, от вида преобладающих ионов в растворах.

 

Рис.1.5. Изменение электрического потенциала в двойном электрическом слое:

М – неизменный слой кристаллической решетки;

А – измененный слой (внутренняя обкладка двойного слоя);

Б – внешняя обкладка двойного электрического слоя

Кроме ξ потенциала существует еще и термодинамический (полный, электрохимический) потенциал e, который можно характеризовать как разность потенциала между внешней обкладкой и внутренней обкладкой по физической границе минерала. Электрокинетический потенциал всегда меньше электрохимического и составляет его часть.

Представление о строении двойного электрического слоя дает возможность понять процесс взаимодействия поверхности минеральных частиц с водой и флотационными реагентами.

Знание механизма действия реагентов необходимо для направления флотационного процесса и предсказания подачи того или иного реагента.


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2017 год. Все права принадлежат их авторам!