Очистка стоков методом флотации

Процесс флотации происходит на границе раздела двух фаз, чаще всего газа и жидкости, и определяется избытком свободной энергии пограничных слоев. Наиболее эффективно он протекает при поверхностном натяжении воды в пределах 60 - 65 мН/м.

Слипание частицы с поверхностью пузырька газа возможно в случае несмачивания либо плохого смачивания частицы жидкостью. Чем меньше способность частицы к смачиванию, тем эффективней осуществляеся процесс флотации. На способность жидкости к смачиванию влияет ее полярность, которая обратно пропорциональна способности к смачиванию: с возрастанием полярности смачивающая способность воды снижается.

Также смачивание зависит от свойств флотируемых частиц. Такие вещества можно разделить на три группы:

1. Гидрофобные вещества с неполярным строением молекул. Обладают наибольшей способностью к флотированию.
2. Гидрофильные вещества с полярным строением молекул легко смачиваются и не способны флотироваться.
3. Вещества с гетерополярным строением. Обладают гидрофобностью со стороны неполярной углеводородной группы и играют важную роль в процессе флотации. Эти вещества вводят дополнительно в раствор для гидрофобизации гидрофильных частиц.

Показатель смачиваемости водой флотируемых частиц количественно определяется величиной краевого угла смачивания θ. На границе фаз жидкость - твердое тело - газ образуется трехфазный периметр (рис.1) - прямая, отграничивающая площадь прилипания пузырька к частице. Касательная к поверхности пузырька и поверхность частицы образуют угол θ, который принято отсчитывать в сторону жидкой фазы.

Рис. 1. Показатели смачивания: Ж - жидкость; Г - пузырек газа; Т - твердое тело (частица); θ - краевой угол.

Большая величина угла показывает высокую гидрофобность частицы, и, следовательно, хорошую степень флотирования. С ростом величины угла возрастает вероятность прилипания к частице и прочности удержания на ее поверхности пузырьков газа, что ведет к устойчивости флотокомплекса.

Удельная свободная поверхностная энергия образования флотокомплекса (пузырек - частица) рассчитывается по формуле:

Частицы, обладающие большой смачиваемостью, имеют показатель θ→0, a cos θ→1, и низкую прочность прилипания, соответственно, несмачиваемые частицы - высокую прочность.

Для процесса флотации важны размер, количество и упорядоченность расположения пузырьков газа в сточной воде. Оптимальными размерами пузырьков считаются 15-25 мкм, но не более 200 мкм.

Вероятность образования комплекса пузырек-частица определяется по формуле:

Из расчета соотношения размеров пузырьков газа и флотируемых частиц можно сделать заключение, что одна частица может прикрепить к себе несколько пузырьков небольших размеров.

Для повышения вероятности столкновения и прилипания частиц к пузырькам газа увеличивают концентрацию примесей. Стабилизация размеров пузырьков достигается введением в раствор пенообразователей, которые снижают поверхностную энергию раздела фаз.