2010-磷矿捕收剂油酸钠的表面张力研究

1、 VoL 29No2June2010 第29卷第2期2010年6月 武汉工业学院学报 Journal of Wuhan Polytechnic University 文章编号：1009-4881(2010)02-0044-04 DOI：103969jissn1009-4881201002012 磷矿捕收剂油酸钠的表面张力研究 张炎斌，程四清，王又容 (武汉工业学院化学与环境工程学院，湖北武汉430023) 摘要：通过滴体积法测定了不同温度、pH和盐浓度等条件下油酸钠水溶液的表面张力，测 定了油酸钠一吐温80复配体系水溶液的表面张力，初步研究了油酸钠的表面活性以及吐温 80对油酸钠的增效作用，为

2、选矿作业提供了理论支持。 关键词：磷矿浮选；油酸钠；表面张力；增效作用 文献标识码：A中图分类号：TQ 423；riD 92313 ofResearch on the surface tensionphosphorusorecollector-sodium oleateZHANG Yanbin，CHENG Siqing，WANG Yourong(School of Chemical and Environmental Engineering，Wuhan Polytechnic University，Wuhan 430023，China)Abstract：Sodium oleateis one

3、of most important phosphorus ore collectors，and the importance of research on thesurface tension of sodium oleate is self-evidentIn this paper，we determine the surface tension of the aqueous sohtion of sodium oleate with drop volume method under different temperature，pH and salt concentration；we als

4、o de- termine the surface tension of sodium oleatetween 80 mixed system，and then we initially study the surface activityof sodium oleate and the syner 舀 sm effect of tween 80 cal basis for phosphorus Ore floatation Key words：phosphorus Ore floatation；sodium oleate；surface tension；synergistic effect

5、to sodium oleateThrough the research，we provided theoreti 磷矿是重要的战略资源，在国民经济中占有十 分重要的作用。磷矿石的浮选常采用油酸钠作为捕 收剂，而它对浮选中的矿泥和某些离子比较敏感，在常 温下溶解度较小，不易分散，往往需要对矿浆进 行加温，从而增加了能耗，提高了成本。温度、pH、盐浓度等条件对浮选过程有很大影响，加上磷矿浮 选矿浆的组成复杂，因此，探究各种环境条件对油酸钠 表面活性的影响显得十分必要。 通过乳化方法或在脂肪酸类捕收剂中加入少量 其它种类的表面活性剂作为增效剂，产生增效作用， 提高捕收剂的性能，是实现磷矿常温浮选的

6、有效方法。近年来人们对使用表面活性剂作为脂肪酸及其皂类捕收剂的增效剂做了许多研究。研究发现：表面活性剂的加入能对浮选指标的提高起到明显作用。因此研究油酸钠及其复配体系的表面活性，寻找油酸钠发挥作用的最佳条件，探索磷矿浮选 的增效作用具有巨大的理论和现实意义。 由于表面张力是衡量表面活性剂表面活性大小 收稿日期：20091218 作者简介：张炎斌(1982一)。男，硕士，研究生，Email additss：thangyanbin858yahootom 通讯作者：程四清(1971-)。男，教授，Email：chengsqingiecascn 452期张炎斌，程四清，王又容：磷矿捕收剂油酸钠的表面张

7、力研究 的最重要的物理量，因此本论文通过滴体积法测定了磷矿捕收剂油酸钠水溶液在不同温度、pH和盐浓度条件下的表面张力，探寻温度、pH值和盐浓度等条件对油酸钠表面活性的影响；测定了非离子表面活性剂Tween 80与油酸钠复配体系的表面张力，初 步研究了Tween 80对油酸钠的增效作用。 在毛细管边缘，而是在未分离前的颈部。假设液滴分离后，留在毛细管内的液体与液滴分离时具有相同的接触角，对一给定物质的系统来说，K是毛细 管半径和毛细常数的函数。达到临界体积后，直到液滴分离，在毛细管出口处形成的液滴仍然与液体相连，所以液体还是继续流向液滴。因此，液滴体积 会增大，而导致界面张力的增加。 实验部分1

8、11主要试剂和仪器 油酸钠( 化学纯， 国药集团化学试剂有限公司)，吐温80(化学纯，中国医药集团上海化学试剂公司)，氢氧化钠(分析纯，天津市化学试剂三厂)。 TG3288精密天平(湘仪天平仪器厂)，sz一97 自动三重纯水蒸馏器(上海亚荣生化仪器厂)，滴体积法表面张力测定装置(自制)。 12实验装置及原理 目前测量表面张力的方法很多，如毛细管上升法、滴体积法、最大压泡法、吊片法等。滴体积法最 早是由Tatel864年提出，并由Harkins和Brown一。 通过严密的数学推理和精确的实验研究得出了可将Tate定理用于实际的校正系数。随后又经过Wilson 及吴树森等将校正因子的范围进一步拓宽

9、，使其成为了测液体表面张力的一种基本方法。 本实验室根据赵国玺。自制一种方便精确而又经济的滴体积测量表面张力的装置，如图6所示。 其原理为：若自一毛细管滴头滴下液体时，可以发现 滴液的大小( 用体积或重量表示) 和液体表面张力有关：表面张力大，则液滴亦大。对液滴形成的仔细观察揭示出滴体积法测表面张力的原理：当液滴形成时，其受到重力和由毛细管边缘引起的界面张力的竞争效应。在液滴滴下的过程中会发展出细颈， 由于细颈是不稳定的，故总是从此处断开，只有一部 分液滴落下。此外，由于形成细颈，表面张力作用方 向与重力作用方向不一致，而形成一定角度，这也使 表面张力所能支持的液滴重量变小。假设毛细管完全润湿

10、，在液滴分离的瞬间出现力平衡： 脚g 2 or2rrrK 式中：仃液体表面张力，mNm； 卜为液滴体积，m3； 旷为两相液体的密度差，ksm； 肛一为滴头半径，m： r为重力加速度常数； K二为校正因子。 校正因子K产生的原因是液滴的分离不完全 图1滴体积法测表面张力装置图 1铁架台(带铁夹)；2一玻璃恒温水浴槽；3一滴管(吹球)； 4长玻璃管；5橡胶管；6一吸耳球；7一挤压装置；8一搅拌 1.3 油酸钠表面张力的测定 1.3.1 采用滴体积法测定磷矿捕收剂油酸钠水溶液在不同温度、pH和盐浓度条件下的表面张力， 以油酸钠浓度的对数值为横坐标， 表面张力值为纵坐标作图。探寻温度、pH值和盐浓度等

11、条件对油酸钠 表面活性的影响。 132采用滴体积法测定非离子表面活性剂 Tween 80与油酸钠复配体系的表面张力，以油酸钠浓度的对数值为横坐标，表面张力值为纵坐标作图。 初步研究Tween 80对油酸钠的增效作用。 2结果与讨论 21温度对油酸钠水溶液的表面张力的影响 图2为不同温度下表面张力与油酸钠水溶液浓 度的关系。由图2可以看出：不同温度下，油酸钠水溶液的表面张力均随着溶液浓度的增加而降低，最后趋于稳定，曲线拐点处溶液浓度即为该温度下溶液的临界胶束浓度(CMC)。由图2可以求出 29815K时油酸钠水溶液的临界胶柬浓度约为 102510一molL，CMC下的平衡表面张力约为24 mNm

12、，与文献p。报道CMC值接近。随着温度的升高，油酸钠水溶液的临界胶束浓度逐渐降低，油酸钠的表面活性随着温度的升高而增强，且表面张力的下降较CMC的下降更为显著。温度升高，分子热运动加剧，使分子间引力减弱，从而有利于油酸钠在表面的吸附，使表面活性增强。另外，温度升高，增加 了油酸钠在水溶液中的溶解度，使其活性组分在溶 2010年武汉工业学院学报浓度为2 CMC时，油酸钠溶液的pH为93，后分别 用氢氧化钠调节pH为110，120，用盐酸调节pH 为82，测定其表面张力，结果见表1。 表1pH对油酸钠水溶液的表面张力的影响 (T=29815 K) 毫之从表l可以看出：pH对油酸钠的表面活性影响 很

13、大，pH由80变化至120的过程中，油酸钠溶液的表面张力呈现出先下降后上升的趋势，在pH为93110之间，油酸钠的表面活性较高。出现此现象的原因可以从油酸钠溶液的组成来分析：油酸钠溶液中存在如下的水解过程 RCOO+H20叫RCOOH+OH一 在油酸钠溶液中存在 RCOO 一和 RCOOH ， RCOO一作为阴离子表面活性剂， RCOOH可以作为助表面活性剂“，单纯是RCOO一构成胶束，由于电 性斥力，表面活性剂在界面上排列不紧密，其活性不 高，如果在RCOO一之间插入RCOOH，由于后者对离 子电荷的屏蔽作用，分子之间排列更紧密，表面活性较高。当RCOO一和RCOOH的比例达到一定值时， 其

14、界面排列的最紧密，测得的表面张力最低。随pH 的升高，RCOO一和RCOOH的比例越来越接近最佳 比例，表面张力降低，pH升高到一定程度，RCOO一 和RCOOH的比例被破坏，表面张力反而升高。 图2不同温度下表面张力与油酸钠水溶液浓度的关系 液中的分布率提高，也使其表面活性增强。可见，提高浮选矿浆的温度有利于油酸钠表面活性的发挥，提高其捕收能力。 22盐浓度对油酸钠水溶液的表面张力的影响 图3是不同NaCl浓度下油酸钠水溶液的表面 张力。由图3可以看出：无机盐可明显影响表面张 力。随着盐浓度的增加，油酸钠水溶液的CMC和表面张力都呈现先降低后增加的态势，最佳盐浓度在 Tween 80的添加量

15、对油酸钠水溶液表面张力的影响 Tween 80(聚氧乙烯(20)失水山梨醇油酸单酯)是一种在工农业生产中应用非常广泛的非离子 表面活性剂，我们考察了Tween 80的添加量(与油酸钠的摩尔比)对油酸钠水溶液的表面张力的影 响，结果见图4。可以看出：随着Tween 80浓度的增加，油酸钠水溶液的CMC减小，表面张力逐渐降低， 表面活性增强，即Tween 80对油酸钠存在增效作用。这种现象可解释为非离子表面活性剂的分子中 的氧原子在水溶液中部分质子化而有正电性，因而 与阴离子表面活性剂有较强的相互作用卜bJ。非 离子表面活性剂分子“插入”离子表面活性剂的离 子之间，使得离子表面活性剂“离子头”之间

16、的电性斥力减弱，加上两种表面活性剂分子碳氢链间的 疏水相互作用，于是加入Tween 80后复配体系的表面活性明显优于单一体系。 但是，从图4还可看出：随着Tween 80用量的 24Ig ctoolL。 图3不同NaCl浓度下油酸钠水溶液的 K)表面张力(T=29815 4O吕左右。无机盐加入到离子性表面活性剂能够 掩蔽电荷离子。减少离子间的排斥作用，削弱离子周 围的水化层，并且提高了表面活性剂的疏水能力，从 而容易形成胶束，但盐浓度过大时，油酸钠的溶 解度降低，它在溶液表面的分配平衡被破坏，因而表 面活性降低。 23pI-I对油酸钠水溶液的表面张力的影响 本实验用浓度为2 CMC的油酸钠水溶

17、液研究 了pH对油酸钠水溶液的表面张力的影响。油酸钠 47张炎斌，程四清，王又容：磷矿捕收剂油酸钠的表面张力研究 2期Process，1997，51(1)：6779 史继斌， 许瑞波， 王明艳 一种脂肪酸类复合捕收剂的合成及应用研究J广东有色金属学报2005，15(4)：13 Harkins W D，Brown F EDetermination of Sur- 5毫耄h6Tension(FreefaceSurfaceEnergy)，and theSurface Tension ofWeisat of Falling Drops：theWater and Benzene by theCapill

18、ary HeightMethodJ。J Am Chem524 Soc，1919(41)：499 18删u Tween 80的添加量对油酸钠水溶液的表面张力的影响(T=29815 K) r7。1张科，杜宗良滴体积法测液一液界面张力J四川大学学报(工程科学版)，2004(3)： 5861 图4增加，油酸钠水溶液的CMC下降逐渐趋缓，即Tween80的增效效率逐渐降低，又鉴于非离子表面活性剂在加入量较多时有消泡作用，而泡沫对浮选是有Rosen M J，Surfactants and8Interfaeial Phenom-andenaM3rd edNew York：John WileySons，200

19、4：63 利的，因此从成本和避免消泡作用考虑，Tween 80的添加量不宜过大，加入量为捕收剂用量的 5一lO为宜。 r91刘木辛，徐桂英，李干佐，等油酸一油酸钠水 溶液原油间瞬时界面张力J 物理化学学报，1995(11)：10401043 张国范，陈启元，冯其明，等温度对油酸钠在一水硬铝石矿物表面吸附的影响J中 国有色金属学报2004，(6)10421046 赵国玺，朱步瑶表面活性剂作用原理103结论 通过表面张力的测定研究了磷矿捕收剂油酸钠 的表面活性，考察了不同条件对表面张力的影响。研究结果表明，反应温度、无机盐、溶液的pH值及 11M 北京：中国轻工业，2003：263非离子表面活性剂

20、Tween 80均对表面张力有较大f 121270 李干佐，房秀敏表面活性剂在能源影响。温度较高，无机盐NaCI浓度为40gL，溶液PH在93110之间，表面活性剂Tween 80为捕获剂用量的5一10时，油酸钠表面活性较高。 参考文献： 132002：95 民，赵国玺物理化学学报J1988 张央，李冬莲几种表面活性剂在磷矿低温浮选中的应用J化工矿物与加工，2007(4)：8 9 114M JMechanism of interaction beSchwugertween ionic surfactants and polyglyeol ethers inwaterJColloid Inter

21、face，1973，43：49 1 Rosen M JHua X YCaleulation of tlle 【2sis H，Chander SImproving froth eharaeteris一 tics and flotation recovery of phosphate ores with15eient in the gibbs equation for the adsorption of nonionicsurfaetantsJMinerals engineering， ionic surfactants from aqueous binarymixtures2003(16)：58

22、7-595 3Guimaraes R C，Araujo A C，Peres A E CRewithsurfactantsJColloid Inter-nonionieface，1982，87：469 agents in igneousphosphate flotationJores16Shina K，Nakagawa T，TamamushiI，et a1Bengineering，2005(1 8)：199204 MineralsColloidal SuffaetantsMNew York：Aeadem 4Hanumantha RaoK，Forssherg K SEMixedicPress。19

23、63 collectorinflotationJIntsystemsMiner 磷矿捕收剂油酸钠的表面张力研究 张炎斌， 程四清， 王又容， ZHANG Yan-bin， CHENG Si-qing， WANG You-tong作者： 作者单位：刊名： 武汉工业学院化学与环境工程学院,湖北武汉,430023武汉工业学院学报英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：JOURNAL OF WUHAN POLYTECHNIC UNIVERSITY2010,29(2)1次 参考文献(16条) 1.张央;李冬莲 几种表面活性剂在磷矿低温浮选中的应用期刊论文-化工矿物与加工 2007(04) 2.Sis H

24、;Chander S Improving froth charaeteris-tics and flotation recovery of phosphate ores withnonionic surfactants 2003(16)3.Guimaraes R C;Araujo A C;Peres A E C Re-agents in igneousphosphate ores flotation外文期刊2005(18)4.Hanumantha Ran K;Forssberg K S E Mixed collector systems in flotation外文期刊 1997(01)5.史

25、继斌;许瑞波;王明艳 一种脂肪酸类复合捕收剂的合成及应用研究期刊论文-广东有色金属学报 2005(04)6.Harkim W D;Brown F E Determination of Sur-face Tension(Free Surface Energy),and the Weight ofFalling Drops:the Surface Tension of Water and Benzene by the Capillary Height Method 1919(41)7.张科;杜宗良 滴体积法测液-液界面张力期刊论文-四川大学学报（工程科学版） 2004(03)8.Rosen M J

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