聚乙二醇对十二胺泡沫稳定性的影响论文_刘家龙

摘要：目前，我国在关于聚乙二醇对十二胺泡沫稳定性的影响研究较少，为此，本文就此进行研究。本文在研究中选用到以阳离子捕收剂、聚乙二醇为表面活性剂的十二胺, 对处于不同pH值、在不同质量浓度、不同相对分子质量∶十二胺及A350∶ (十二胺+聚乙二醇) 复配药剂的起泡性能。通过研究发现，十二胺的质量浓度增加，泡沫浓度、半衰期也会出现变化，即先出是出现增大现象，随后区域稳定趋势，随着聚乙二醇质量浓度的增大, 泡沫高度和半衰期呈现稳定升高的趋势;聚乙二醇相对分子质量过低或过高会导致其起泡性能和稳定性变差, 相对分子质量中等的PEG600、PEG800、PEG1000的起泡性能和稳定性较好, 它们的加入对十二胺的起泡性能和稳定性有促进作用, 可以减少十二胺的用量;A350的加入可以提高十二胺与聚乙二醇的起泡性能, 泡沫稳定性无明显变化。

前言

A.C.阿鲁基奥等通过反浮选试验研究了胺类和脂肪醇复配对铁矿石浮选的影响, 试验结果显示, 添加合成的聚乙二醇对胺类阳离子捕收剂有促进作用, 不仅可以提高铁精矿的回收率, 而且可以改善药剂的浮选性能。基于以上研究, 本文以聚乙二醇与十二胺复配作捕收剂进行浮选研究。聚乙二醇具有无毒、无刺激性及良好的水溶性等优点, 属于非表面活性剂, 由于其在溶液中不以离子状态存在, 因此稳定性较高, 不易受强电解质和酸及碱的影响, 同时在与其他类型的表面活性剂混合时, 表现出较好的相容性, 因此本文就PEG400、PEG600、PEG800、PEG1000、PEG2000、PEG4000与十二胺及A350复配的效果进行浮选泡沫性能分析。

1 试验药剂

本文研究采用到的试验药剂有十二胺、PEG400、PEG600、PEG800、PEG1000、PEG2000、PEG4000均为分析纯级试剂。

2 试验方法

起泡性能测试:气流法是测定泡沫稳定性较为广泛的方法之一, 因此本文采用JPM2012泡沫分析仪分析测试药剂的起泡性能。具体步骤为:抽取一定体积的药剂, 导入泡沫稳定性测试管中, 然后向泡沫分析管内充入一定流速的气体, 充气时间为50s, 起泡体系达到动态平衡后记录泡沫的最大高度, 将其作为起泡性能的量度;泡沫最大高度衰减一半所需的时间作为泡沫的半衰期, 以此评定泡沫的稳定性。

3 结果与讨论

3.1 十二胺的起泡性能

3.1.1 十二胺的质量浓度对泡沫稳定性的影响

按照上述试验操作步骤, 在自然pH、流速为300mL/min、充气50s的条件下, 改变十二胺的质量浓度, 记录对应质量浓度下的泡沫高度及其半衰期, 得到如图1和图2所示的泡沫高度及其半衰期随十二胺质量浓度变化的规律。

由图1看出, 泡沫高度随着十二胺质量浓度的增加而呈现上升的趋势, 在十二胺质量浓度为8g/L时, 泡沫高度达到稳定状态, 泡沫的最大高度是16.21cm。由图2看出, 泡沫的半衰期增长趋势与泡沫高度表现相似, 即先随质量浓度增加而增大, 之后趋于稳定, 其半衰期是1 680s。上述试验结果表明, 十二胺的泡沫高度及其半衰期的变化趋势与十二胺降低了溶液的表面张力有关, 当十二胺的质量浓度达到临界胶束质量浓度 (CMC)时, 表面张力降至最低值, 趋于稳定, 其泡沫稳定性也不再变化。

3.1.2 溶液pH对泡沫稳定性的影响

在磷矿浮选中, pH对试验指标有至关重要的影响, 因此对不同pH下十二胺的起泡性能及稳定性进行了分析测试。将流速固定在300mL/min, 十二胺的质量浓度为8g/L, 充气50s, 改变十二胺的pH值, 并记录对应pH下的泡沫高度及其半衰期, 得到如图3和图4所示的泡沫高度及其半衰期随pH变化的规律。

由图3和图4看出, 随pH的逐渐增大, 十二胺的最大泡沫高度及其半衰期先增加后稳定不变, 在pH为8.20时, 泡沫的最大高度为11.42cm, 半衰期为1 874s。泡沫趋于稳定, 可能是由于碱用量的增加导致溶液的表面能降低, 根据Gibbs原理, 体系处于低表面能和低表面张力时, 会导致泡沫体系中的能量降低, 从而使泡沫达到稳定状态。

3.2 聚乙二醇对十二胺起泡性能的影响

3.2.1 聚乙二醇质量浓度对泡沫稳定性的影响

按照上述试验操作步骤, 在自然pH、流速为300mL/min, 充气50s的条件下, 改变聚乙二醇的质量浓度, 记录对应质量浓度下的泡沫高度及其半衰期, 得到如图5和图6所示的泡沫高度及其半衰期随十二胺质量浓度的变化规律。

由图5看出, 在相同的相对分子质量下, 随着聚乙二醇质量浓度的增加, 泡沫高度呈现稳定升高的趋势, 另外, 在相同的质量浓度下, 随着聚乙二醇的相对分子质量的增大, 泡沫高度呈现先升高后下降的趋势。由图6看出, 泡沫的半衰期随聚乙二醇的相对分子质量及其质量浓度的变化规律与泡沫高度变化趋势类似, 即在相同的相对分子质量下, 随着聚乙二醇质量浓度的增加, 泡沫半衰期呈现升高的趋势, 同时, 在相同的质量浓度时, 随聚乙二醇相对分子质量的增加, 泡沫半衰期先急剧升高, 随后下降。其中, PEG600、PEG800、PEG1000三种药剂的起泡能力稳定, 且黏度较好。这与M.B.M.Monte等研究的结果相符, 过低分子量和过高分子量的醇对浮选的促进作用不明显。与图1和图2相比较, 单一使用聚乙二醇的起泡性与十二胺相近, 但泡沫稳定性要弱得多。

3.2.2 溶液pH对聚乙二醇泡沫稳定性的影响

按照上述试验操作步骤, 将流速固定在300mL/min, 聚乙二醇的质量浓度为4g/L, 充气50s, 改变聚乙二醇的pH值, 并记录对应pH下的泡沫高度及其半衰期, 得到如图7和图8所示的泡沫高度及其半衰期随pH变化的规律。

　

3.4 添加A350后的起泡性能

3.4.1 三元复配对泡沫稳定性的影响

以1∶3的比例将聚乙二醇与十二胺进行复配, 然后按照A350∶ (十二胺+聚乙二醇) 分别为1∶5、1∶4、1∶3、1∶2、1∶1的比例添加A350, 在充气流速为300mL/min、充气时间为50s、pH固定在自然值的条件下进行泡沫稳定性测试, 并记录对应复配比例下的泡沫高度、半衰期, 得到如图13和图14所示的泡沫稳定性与复配比例之间的变化规律。

　

由图13看出, 在相同复配比例下, PEG600的起泡性能最好, PEG8000次之;而随着A350添加量的增多, 泡沫高度逐渐升高, 当A350∶ (十二胺+聚乙二醇) 为1∶2时, 泡沫高度达到稳定状态, A350+ (十二胺+PEG600) 、A350+ (十二胺+PEG800) 、A350+ (十二胺+PEG1000) 的最大泡沫高度分别是24.6、23.6、22.9cm。由图14看出, 在相同比例下, PEG1000的稳定性最强, PEG600次之;而随着A350添加量的增多, 泡沫的半衰期的变化趋势与泡沫高度的类似, 即逐渐增大, 当A350∶ (十二胺+聚乙二醇) 为1∶2时, 泡沫半衰期达到稳定状态。A350+ (十二胺+PEG600) 、A350+ (十二胺+PEG800) 、A350+ (十二胺+PEG1000) 的泡沫半衰期分别是477、449、485s。与图9和图10对比可以发现, 添加A350后, 十二胺+聚乙二醇的起泡性能较无A350时好, 泡沫稳定性无太大区别。

3.4.2 溶液pH对泡沫稳定性的影响

　将A350∶ (十二胺+聚乙二醇) 固定在1∶3, 在充气流速为300 mL/min、充气时间为50s的条件下, 改变三元复配溶液的pH进行泡沫稳定性测试, 并记录对应复配比例下的泡沫高度及其半衰期, 结果如图15和图16所示。

　由图15和图16看出, 泡沫高度和泡沫半衰期随pH的增大而呈现先逐渐上升后稳定不变的趋势, 而在相同的pH时, PEG600的起泡性能最好, PEG1000的泡沫稳定性最强。

结束语

十二胺是一种利用率高的脱硅阳离子捕收剂，已被选矿工作者深入研究。张福清等对十二胺及其改性阳离子捕收剂W-2的浮选效果进行了对比研究。结果表明，经化学改性的新型阳离子捕收剂W-2的分散性和水溶性均强于十二胺，润湿性和起泡性也强于十二胺，但作为阳离子捕收剂的浮选工艺仍存在许多缺点，泡沫越厚、体积越大，泡沫流动性差、消泡困难，泡沫产品不易处理。它对煤泥敏感，在浮选过程中易操作，操作难度大，制药成本高。因此，为了获得更好的选矿指标，选矿研究人员将十二胺与其他表面活性剂复配后使用，克服了单纯使用十二胺的缺点。

参考文献

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论文作者:刘家龙

论文发表刊物:《科学与技术》2019年第23期

论文发表时间:2020/5/9