第7章泡沫分離

1、TSHYTSHY第七章第七章 泡沫吸附分離技術(shù)泡沫吸附分離技術(shù)7.17.1概述概述 泡沫分離技術(shù)就是根據(jù)表面吸附原理，以氣泡為分離介質(zhì)，使泡沫分離技術(shù)就是根據(jù)表面吸附原理，以氣泡為分離介質(zhì)，使溶液內(nèi)的表面活性物質(zhì)聚集在氣液界面溶液內(nèi)的表面活性物質(zhì)聚集在氣液界面(氣泡表面氣泡表面)，上浮至溶液主體，上浮至溶液主體上方形成泡沫層，將泡沫層與液相主體分開(kāi)，就可達(dá)到濃縮表面活性上方形成泡沫層，將泡沫層與液相主體分開(kāi)，就可達(dá)到濃縮表面活性物質(zhì)和凈化液相主體的目的。物質(zhì)和凈化液相主體的目的。 被濃縮在泡沫層的物質(zhì)可以是表面活性物質(zhì)，也可以是與表面活被濃縮在泡沫層的物質(zhì)可以是表面活性物質(zhì)，也可以是與表面活性

2、物質(zhì)具有親和能力的其他物質(zhì)，如金屬陽(yáng)離子、陰離子、蛋白質(zhì)、性物質(zhì)具有親和能力的其他物質(zhì)，如金屬陽(yáng)離子、陰離子、蛋白質(zhì)、酶、染料、礦物粒子、溶液懸浮物質(zhì)等。酶、染料、礦物粒子、溶液懸浮物質(zhì)等。 TSHYTSHY從底部通入大量氣泡溶質(zhì)吸附在氣泡上并隨之上升泡沫層問(wèn)題：?jiǎn)栴}：1 1 為什么溶質(zhì)會(huì)選擇性地吸附在氣泡上？為什么溶質(zhì)會(huì)選擇性地吸附在氣泡上？ 2 2 如何最大限度達(dá)到富集效果？如何最大限度達(dá)到富集效果？泡沫分離過(guò)程泡沫分離過(guò)程 兩個(gè)前提：兩個(gè)前提： （1）必須向懸浮液中提供足夠數(shù)量的微細(xì)氣泡）必須向懸浮液中提供足夠數(shù)量的微細(xì)氣泡; （2）固體顆粒或液體顆粒必須具有疏水性或）固體顆?；蛞后w顆粒

3、必須具有疏水性或使其具有疏水性從而附著于氣泡表面。使其具有疏水性從而附著于氣泡表面。 以磷酸鹽礦的浮選為例，磷酸鹽礦是磷灰石（以磷酸鹽礦的浮選為例，磷酸鹽礦是磷灰石（ ）和硅石（和硅石（ ）的混合物。在選礦之前把礦石粉碎到一定）的混合物。在選礦之前把礦石粉碎到一定的細(xì)度并制成泥漿。加入溶解狀態(tài)的表面活性劑脂肪胺。新的細(xì)度并制成泥漿。加入溶解狀態(tài)的表面活性劑脂肪胺。新生的二氧化硅結(jié)晶表面很易水和而成硅酸，它能于脂肪胺成生的二氧化硅結(jié)晶表面很易水和而成硅酸，它能于脂肪胺成鹽，脂肪胺就定向在硅石細(xì)顆粒的界面上，于是包有脂肪胺鹽，脂肪胺就定向在硅石細(xì)顆粒的界面上，于是包有脂肪胺的硅石顆粒就搜索能于它本

4、身結(jié)合的界面，氣泡提供了這種的硅石顆粒就搜索能于它本身結(jié)合的界面，氣泡提供了這種表面表面,硅石顆粒依靠著脂肪胺的作用于氣泡結(jié)合，上升到液面。硅石顆粒依靠著脂肪胺的作用于氣泡結(jié)合，上升到液面。與此相反，磷灰石顆粒因?yàn)闆](méi)有這種結(jié)合而沉在底部。與此相反，磷灰石顆粒因?yàn)闆](méi)有這種結(jié)合而沉在底部。 2SiO345)F(POCa 從氯化鈉及氯化鉀混合而成的鉀堿礦中把這兩種氯化從氯化鈉及氯化鉀混合而成的鉀堿礦中把這兩種氯化物的晶體進(jìn)行分離，研細(xì)的礦石粉懸浮在飽和鹽水中并加物的晶體進(jìn)行分離，研細(xì)的礦石粉懸浮在飽和鹽水中并加入脂肪胺，質(zhì)子化的脂肪胺基插入氯化鉀晶格中同時(shí)置換入脂肪胺，質(zhì)子化的脂肪胺基插入氯化鉀晶格

5、中同時(shí)置換掉鉀離子。這樣分出的氯化鉀中還有少量氯化鈉，需采用掉鉀離子。這樣分出的氯化鉀中還有少量氯化鈉，需采用另一種與氯化鈉晶格結(jié)構(gòu)相結(jié)合的脂肪胺再把氯化鈉從粗另一種與氯化鈉晶格結(jié)構(gòu)相結(jié)合的脂肪胺再把氯化鈉從粗氯化鉀中浮選掉氯化鉀中浮選掉 。 泡沫分離法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備比較簡(jiǎn)單，可以連續(xù)進(jìn)行且在泡沫分離法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備比較簡(jiǎn)單，可以連續(xù)進(jìn)行且在常常溫溫下即可操作。因此適用于熱敏性及化學(xué)不穩(wěn)定性物質(zhì)的分下即可操作。因此適用于熱敏性及化學(xué)不穩(wěn)定性物質(zhì)的分離。離。 它的最大優(yōu)點(diǎn)是在它的最大優(yōu)點(diǎn)是在低濃度低濃度下分離特別有效，因此特別適下分離特別有效，因此特別適用于溶液中的低濃度組分的分離回收，許多有價(jià)值的

6、物質(zhì)常用于溶液中的低濃度組分的分離回收，許多有價(jià)值的物質(zhì)常常以低濃度存在，而在低濃度下其它分離方法的分離系數(shù)往常以低濃度存在，而在低濃度下其它分離方法的分離系數(shù)往往迅速下降。往迅速下降。TSHYTSHY7.1.1 泡沫吸附技術(shù)的分類(lèi)泡沫吸附技術(shù)的分類(lèi)TSHYTSHY7.1.2 泡沫分離基本原理泡沫分離基本原理1. 泡沫的形成泡沫的形成TSHYTSHY7.1.2 泡沫分離基本原理泡沫分離基本原理2. 泡沫的結(jié)構(gòu)泡沫的結(jié)構(gòu)三泡結(jié)構(gòu)三泡結(jié)構(gòu)兩泡結(jié)構(gòu)兩泡結(jié)構(gòu)四泡結(jié)構(gòu)四泡結(jié)構(gòu)7.1.2 基本原理 一類(lèi)是無(wú)需加表面活性劑的泡沫分離；一類(lèi)是無(wú)需加表面活性劑的泡沫分離； 另一類(lèi)則是需加表面活性劑的泡沫分離。另

7、一類(lèi)則是需加表面活性劑的泡沫分離。 在含有表面活性物質(zhì)的溶液中通入惰性氣體時(shí)，表面在含有表面活性物質(zhì)的溶液中通入惰性氣體時(shí)，表面活性物質(zhì)就會(huì)在空氣泡的表面上濃集并隨氣泡上浮到上部活性物質(zhì)就會(huì)在空氣泡的表面上濃集并隨氣泡上浮到上部液體表面，這樣溶液中的表面活性物質(zhì)就被分離出來(lái)。液體表面，這樣溶液中的表面活性物質(zhì)就被分離出來(lái)。 對(duì)于需加表面活性劑的泡沫分離來(lái)說(shuō)，當(dāng)要求分離的對(duì)于需加表面活性劑的泡沫分離來(lái)說(shuō)，當(dāng)要求分離的物質(zhì)不具有表面活性時(shí)，加入能吸附它或能與它結(jié)合的表物質(zhì)不具有表面活性時(shí)，加入能吸附它或能與它結(jié)合的表面活性劑，使之生成具有表面活性的結(jié)合體，可以應(yīng)用上面活性劑，使之生成具有表面活性的

8、結(jié)合體，可以應(yīng)用上述方法把它從溶液中分離出來(lái)。述方法把它從溶液中分離出來(lái)。 泡沫分離的一般操作步驟為：泡沫分離的一般操作步驟為： 1、向混合物中加表面活性劑和其它助劑。、向混合物中加表面活性劑和其它助劑。 2、制造氣泡、制造氣泡,同時(shí)使被分離物質(zhì)濃集在氣泡表面上。同時(shí)使被分離物質(zhì)濃集在氣泡表面上。 3、分離出泡沫，并用化學(xué)、熱和機(jī)械的方法破壞泡、分離出泡沫，并用化學(xué)、熱和機(jī)械的方法破壞泡沫，將被提物分離出來(lái)。沫，將被提物分離出來(lái)。1.泡沫浮選的物理機(jī)制泡沫浮選的物理機(jī)制(1) 顆粒在氣泡上的吸附顆粒在氣泡上的吸附 氣泡與固體顆粒之間的碰撞；氣泡與固體顆粒之間液膜的減氣泡與固體顆粒之間的碰撞；氣

9、泡與固體顆粒之間液膜的減薄；液膜的破壞；固體顆粒上方氣泡彎液面迅速膨脹，從而達(dá)到穩(wěn)??；液膜的破壞；固體顆粒上方氣泡彎液面迅速膨脹，從而達(dá)到穩(wěn)定的吸附。定的吸附。TSHYTSHY顆粒與微氣泡之間的粘附力大于液體潤(rùn)濕顆粒的傾向形成顆粒與微氣泡之間的粘附力大于液體潤(rùn)濕顆粒的傾向形成“顆粒顆粒氣泡氣泡”復(fù)合體復(fù)合體 (a)氣泡與固體顆粒相切，液體在固體顆粒表面鋪展成薄膜，固體顆粒氣泡與固體顆粒相切，液體在固體顆粒表面鋪展成薄膜，固體顆粒與氣泡不可能粘附；與氣泡不可能粘附； （b）氣泡與固體顆粒的一部分重疊，即固體顆粒的另一部分被水潤(rùn)濕，）氣泡與固體顆粒的一部分重疊，即固體顆粒的另一部分被水潤(rùn)濕，固體顆

10、粒與氣泡可有一定程度的粘附；固體顆粒與氣泡可有一定程度的粘附； （c）固體顆粒全部被氣泡所包圍，即固體顆粒完全不被液體潤(rùn)濕，氣液）固體顆粒全部被氣泡所包圍，即固體顆粒完全不被液體潤(rùn)濕，氣液界面的表面張力與液固界面的表面張力在一條直線上，方向相反。固體顆界面的表面張力與液固界面的表面張力在一條直線上，方向相反。固體顆粒與氣泡的接觸處于最佳狀態(tài)。粒與氣泡的接觸處于最佳狀態(tài)。 按照三個(gè)界面張力作用在同一點(diǎn)上平衡的原理，可得出按照三個(gè)界面張力作用在同一點(diǎn)上平衡的原理，可得出 cosGLSLSG（6-1） 這就是這就是Young方程，又稱(chēng)潤(rùn)濕方程。方程，又稱(chēng)潤(rùn)濕方程。氣泡與顆粒從吸附前后單位界面面積上的

11、界面能的變化量氣泡與顆粒從吸附前后單位界面面積上的界面能的變化量 ) 1(cosGLG（6-2） 這是這是Young-Dupre方程方程,由上式可以看出，當(dāng)顆粒完全被由上式可以看出，當(dāng)顆粒完全被液體潤(rùn)濕，液體潤(rùn)濕， 時(shí)，時(shí)， ， 顆粒不能被氣泡吸附；顆粒不能被氣泡吸附； 當(dāng)顆粒完不被液體潤(rùn)濕，當(dāng)顆粒完不被液體潤(rùn)濕， 時(shí)，時(shí)， ， ，顆粒，顆粒與氣泡吸附緊密，最易用泡沫分離法使之分離；與氣泡吸附緊密，最易用泡沫分離法使之分離；o01cos0Go1800cosGLG2 陽(yáng)離子表面活性劑陽(yáng)離子表面活性劑(在這里稱(chēng)其為捕集劑在這里稱(chēng)其為捕集劑)常用來(lái)吸附固體顆粒，由常用來(lái)吸附固體顆粒，由于陽(yáng)離子表面活

12、性劑的親水基是陽(yáng)離子，在水中帶正電荷，而通常在于陽(yáng)離子表面活性劑的親水基是陽(yáng)離子，在水中帶正電荷，而通常在水介質(zhì)中的固體表面帶負(fù)電荷，所以陽(yáng)離子表面活性劑很容易吸附在水介質(zhì)中的固體表面帶負(fù)電荷，所以陽(yáng)離子表面活性劑很容易吸附在固體表面上形成一層表面膜，使固體表面由帶負(fù)電而呈現(xiàn)出的親水性固體表面上形成一層表面膜，使固體表面由帶負(fù)電而呈現(xiàn)出的親水性轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷赞D(zhuǎn)變?yōu)槭杷?而易于附著于氣泡而上浮。而易于附著于氣泡而上浮。 要要 脫除一價(jià)陰離子的非表面活性物，可加入陰離子表面活性劑，脫除一價(jià)陰離子的非表面活性物，可加入陰離子表面活性劑，陰離子就與表面活性劑中的陰離子相交換，要脫除陽(yáng)離子非表面活性陰離

13、子就與表面活性劑中的陰離子相交換，要脫除陽(yáng)離子非表面活性組分時(shí)，可加入陽(yáng)離子表面活性劑，表面活性劑的作用就好像流動(dòng)的組分時(shí)，可加入陽(yáng)離子表面活性劑，表面活性劑的作用就好像流動(dòng)的離子交換床一樣，反應(yīng)可表示為離子交換床一樣，反應(yīng)可表示為 bssb)(X)(A)(X)(A式中，式中， 為要除去的陰離子，為要除去的陰離子， 為加入的表面活性劑中的陰離子，為加入的表面活性劑中的陰離子，b和和s分別表示主體相和表面活性物相分別表示主體相和表面活性物相。AX（2）表面活性劑在固體顆粒上的吸附）表面活性劑在固體顆粒上的吸附 交換常數(shù)為交換常數(shù)為 sbbsexXAXAK（6-3） 的值取決于的值取決于 和和 對(duì)

14、表面活性劑中陽(yáng)離子的相對(duì)親和力，以及它們對(duì)表面活性劑中陽(yáng)離子的相對(duì)親和力，以及它們?cè)谌芤褐械南鄬?duì)溶解度。當(dāng)在溶液中的相對(duì)溶解度。當(dāng) 和和 的表面張力相類(lèi)似時(shí)，脫除程度的表面張力相類(lèi)似時(shí)，脫除程度取決于取決于交換常數(shù)交換常數(shù) 。離子對(duì)的形成越方便則脫除越有效。當(dāng)需脫除的金。離子對(duì)的形成越方便則脫除越有效。當(dāng)需脫除的金屬離子能夠與表面活性劑形成具有表面活性的絡(luò)和離子時(shí)，螯合平衡屬離子能夠與表面活性劑形成具有表面活性的絡(luò)和離子時(shí)，螯合平衡exKAXASXSexKSAASASASACCCKBBSSBSBSBCCCK式中式中 螯合物生成常數(shù)，螯合物生成常數(shù)， 分別為組分分別為組分 S,A,B和和AS,B

15、S所形成絡(luò)合物的濃度。所形成絡(luò)合物的濃度。AKBsASBAsCCCCC,脫除脫除A,B的相對(duì)分配系數(shù)定義為每個(gè)組分分配系數(shù)之比的相對(duì)分配系數(shù)定義為每個(gè)組分分配系數(shù)之比 BSBSASASCC/AB對(duì)于對(duì)于Gibbs等溫吸附上式可改寫(xiě)為等溫吸附上式可改寫(xiě)為 （6-4） 當(dāng)考慮到泡沫分離中的螯合平衡時(shí)（6-6） BSBSASASCC/AB00AB/1/1/BBAABSBSASASCCCCCC式中式中 和和 分別為分別為A和和B的總濃度的總濃度0AC0BCTSHYTSHY討論討論n 4-十二烷基二乙撐三胺作表面活性螯合劑可從水溶液中定量地脫除十二烷基二乙撐三胺作表面活性螯合劑可從水溶液中定量地脫除Cd

16、和Cu， Cd和Cu的螯合常數(shù)的螯合常數(shù) 和和 分別為分別為15.1和和20.3， Cd表面表面活性劑所形成的絡(luò)合物，其表面張力比相應(yīng)的活性劑所形成的絡(luò)合物，其表面張力比相應(yīng)的Cu絡(luò)合物低。絡(luò)合物低。n當(dāng)當(dāng)Cd和Cu和離子的總濃度小于表面活性劑的濃度時(shí)，哪個(gè)被優(yōu)先去除？和離子的總濃度小于表面活性劑的濃度時(shí)，哪個(gè)被優(yōu)先去除？n當(dāng)當(dāng)Cd和Cu和離子的總濃度和離子的總濃度大于表面活性劑濃度時(shí)，哪個(gè)被優(yōu)先去除？哪個(gè)被優(yōu)先去除？1lgK2lgK Cd和Cu的螯合常數(shù)的螯合常數(shù) 和和 分別為分別為15.1和和20.3，因此，因此當(dāng)當(dāng)Cd和Cu和離子的總濃度小于表面活性劑的濃度時(shí)，這些和離子的總濃度小于表面

17、活性劑的濃度時(shí)，這些粒子幾乎全部與表面活性劑絡(luò)合，而且粒子幾乎全部與表面活性劑絡(luò)合，而且A和B在形成絡(luò)合物時(shí)，在形成絡(luò)合物時(shí)，彼此沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)。選擇性受各個(gè)絡(luò)合物的表面張力所控制。由彼此沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)。選擇性受各個(gè)絡(luò)合物的表面張力所控制。由于于Cd表面活性劑所形成的絡(luò)合物，表面張力比相應(yīng)的表面活性劑所形成的絡(luò)合物，表面張力比相應(yīng)的Cu絡(luò)合物低，因此絡(luò)合物低，因此Cd被優(yōu)先脫除。相反，當(dāng)被優(yōu)先脫除。相反，當(dāng)Cd和Cu離子的總離子的總濃度大于表面活性劑的濃度時(shí)，在形成絡(luò)合物時(shí)組分間就有濃度大于表面活性劑的濃度時(shí)，在形成絡(luò)合物時(shí)組分間就有競(jìng)爭(zhēng)，由于競(jìng)爭(zhēng)，由于Cu的螯合生成常數(shù)比的螯合生成常數(shù)比Cd大得多，因此

18、在形成絡(luò)大得多，因此在形成絡(luò)合物的競(jìng)爭(zhēng)中，合物的競(jìng)爭(zhēng)中，Cu占優(yōu)勢(shì)，占優(yōu)勢(shì)， Cu離子首先被選擇性脫除離子首先被選擇性脫除 。 1lgK2lgK2.數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 (1)表面吸附方程及鰲合平衡當(dāng)溶液處于平衡時(shí)，物質(zhì)的表面的吸附量可以用當(dāng)溶液處于平衡時(shí)，物質(zhì)的表面的吸附量可以用Gibbs等溫吸等溫吸附方程表示附方程表示 式中式中 吸附溶質(zhì)在表面層的吸附量，也稱(chēng)表面過(guò)剩吸附溶質(zhì)在表面層的吸附量，也稱(chēng)表面過(guò)剩 C溶質(zhì)在主體溶液中的平衡濃度，也稱(chēng)吸附平衡濃度；溶質(zhì)在主體溶液中的平衡濃度，也稱(chēng)吸附平衡濃度； 表面張力表面張力 R氣體常數(shù)；氣體常數(shù)； T絕對(duì)溫度；絕對(duì)溫度； 對(duì)于表面活性物質(zhì)，對(duì)于表面活

19、性物質(zhì)， ，為正值，表示表面活性物質(zhì)在表，為正值，表示表面活性物質(zhì)在表面層的濃度比溶液主體大，因而在表面上濃集。面層的濃度比溶液主體大，因而在表面上濃集。 CRTCdd0ddC 當(dāng)溶液濃度很稀時(shí)，溶質(zhì)在溶液表面上的吸附量可用下式當(dāng)溶液濃度很稀時(shí)，溶質(zhì)在溶液表面上的吸附量可用下式表示表示式中式中 K為分配系數(shù)，對(duì)于表面活性物質(zhì)，是大于為分配系數(shù)，對(duì)于表面活性物質(zhì)，是大于0的常數(shù)。當(dāng)?shù)某?shù)。當(dāng)表面活性劑的濃度大于臨界膠束濃度時(shí)，分配系數(shù)下降。表面活性劑的濃度大于臨界膠束濃度時(shí)，分配系數(shù)下降。 Gibbs方程適用于非離子型表面活性劑的稀溶液，當(dāng)溶液中方程適用于非離子型表面活性劑的稀溶液，當(dāng)溶液中含離

20、子型表面活性劑時(shí)，應(yīng)對(duì)上式進(jìn)行如下修正：含離子型表面活性劑時(shí)，應(yīng)對(duì)上式進(jìn)行如下修正： 對(duì)于對(duì)于 型電解質(zhì)型電解質(zhì)n=2。 KCCrnRTCdd1IITSHYTSHY表面張力和溶液中表面活性劑的關(guān)系表面過(guò)剩與溶液濃度的關(guān)系 在濃度在濃度C很低時(shí)，由于表面活性組分量少，溶液的表面張力很低時(shí)，由于表面活性組分量少，溶液的表面張力幾乎不變，因此吸附量很少，分離強(qiáng)度很低。在中間濃度區(qū)幾乎不變，因此吸附量很少，分離強(qiáng)度很低。在中間濃度區(qū)（a,b之間），表面張力之間），表面張力 隨活性組分的加入而減少，隨活性組分的加入而減少，c曲線的斜曲線的斜率為負(fù)值，率為負(fù)值， 當(dāng)表面活性劑的濃度大于臨界膠束濃度時(shí)，當(dāng)表

21、面活性劑的濃度大于臨界膠束濃度時(shí)， 關(guān)系接近關(guān)系接近于直線即不管表面活性劑的濃度怎樣增大，表面過(guò)剩均不變。于直線即不管表面活性劑的濃度怎樣增大，表面過(guò)剩均不變。對(duì)于離子型表面活性劑，可用對(duì)于離子型表面活性劑，可用Langmuir方程表示其全過(guò)程方程表示其全過(guò)程 。C CkkC1(6-10) 式中式中 均為常數(shù)。在飽和時(shí)，均為常數(shù)。在飽和時(shí)， 。所以在溶液中表面。所以在溶液中表面活性劑的量超過(guò)臨界膠束濃度后，表面過(guò)剩量恒定不變。活性劑的量超過(guò)臨界膠束濃度后，表面過(guò)剩量恒定不變。kk,kkCk/, 1(2)浮選的宏觀動(dòng)力學(xué)模型(2) Flitt將泡沫分離系統(tǒng)視為一個(gè)化學(xué)反應(yīng)器來(lái)研究已獲得將泡沫分離

22、系統(tǒng)視為一個(gè)化學(xué)反應(yīng)器來(lái)研究已獲得部分成功。固體顆粒濃度部分成功。固體顆粒濃度c的變化率與濃度成正比，即的變化率與濃度成正比，即 kcdtdc(6-11) 式中速率常數(shù)式中速率常數(shù) 是與系統(tǒng)的物理、化學(xué)、表面特性有關(guān)是與系統(tǒng)的物理、化學(xué)、表面特性有關(guān)的綜合參數(shù)，它的值須由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。的綜合參數(shù)，它的值須由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。kTSHYTSHY7.2 泡沫分離流程泡沫分離流程1. 間歇泡沫分離流程間歇泡沫分離流程浮渣或泡沫層浮渣或泡沫層樣品液樣品液氣泡氣泡燒結(jié)燒結(jié)板板空氣空氣TSHYTSHY7.2 泡沫分離流程泡沫分離流程2. 連續(xù)泡沫分離流程連續(xù)泡沫分離流程提餾式提餾式TSHYTSHY7.2 泡沫分離流程

23、泡沫分離流程3. 連續(xù)泡沫分離流程連續(xù)泡沫分離流程精餾式精餾式TSHYTSHY7.2 泡沫分離流程泡沫分離流程3. 連續(xù)泡沫分離流程連續(xù)泡沫分離流程全餾式全餾式TSHYTSHY 圖 8-9 全溶氣方式加壓溶氣浮上法流程1-原水進(jìn)入；2-加壓泵；3-空氣加入；4-壓力溶氣罐 （含填料層）；5-減壓閥；6-氣浮池；7-放氣閥； 8-刮渣機(jī)；9-集水系統(tǒng)；10-化學(xué)藥劑出水浮渣96857423101n4.加壓溶氣臥式流程TSHYTSHY5.連續(xù)塔式泡沫分離流程連續(xù)塔式泡沫分離流程TSHYTSHY6.多級(jí)串聯(lián)流程多級(jí)串聯(lián)流程TSHYTSHY7.3 影響泡沫分離的因素及特點(diǎn)影響泡沫分離的因素及特點(diǎn) 1.

24、1.影響因素影響因素A A待分離物質(zhì)的種類(lèi)待分離物質(zhì)的種類(lèi)B B溶液的溶液的pHpH值值 溶液的溶液的pHpH值對(duì)分離效果有很大的影響。值對(duì)分離效果有很大的影響。C .C .表面活性劑濃度表面活性劑濃度 表面活性劑的濃度不宜超過(guò)臨界膠束濃度，表面活性劑的濃度不宜超過(guò)臨界膠束濃度，但也不能太低，使泡沫層不穩(wěn)定，太高則使分離效率下降。但也不能太低，使泡沫層不穩(wěn)定，太高則使分離效率下降。 D D溫度溫度 首先溫度應(yīng)達(dá)到表面活性劑的起泡溫度，保持泡沫首先溫度應(yīng)達(dá)到表面活性劑的起泡溫度，保持泡沫的穩(wěn)定性，其次根據(jù)吸附平衡的類(lèi)型來(lái)選擇溫度的高低。的穩(wěn)定性，其次根據(jù)吸附平衡的類(lèi)型來(lái)選擇溫度的高低。E E氣流

25、速度氣流速度F F離子強(qiáng)度離子強(qiáng)度此外，泡沫的性質(zhì)、層高、排沫方式、攪拌等也是影響泡沫此外，泡沫的性質(zhì)、層高、排沫方式、攪拌等也是影響泡沫分離的因素分離的因素TSHYTSHY2.特點(diǎn)特點(diǎn)（1）. 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 能在很低濃度下有效地除去表面活性劑（能在很低濃度下有效地除去表面活性劑（ppm級(jí)）。級(jí)）。 在加入表面活性劑后，可同樣有效地除去很低濃度在加入表面活性劑后，可同樣有效地除去很低濃度的可捕集物。的可捕集物。 全塔充滿(mǎn)穩(wěn)定泡沫時(shí)，可用回流方式增加單塔分離全塔充滿(mǎn)穩(wěn)定泡沫時(shí)，可用回流方式增加單塔分離能力。能力。 設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，能耗低。設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，能耗低。 TSHYTSHY（2）. 泡

26、沫分離的局限性泡沫分離的局限性 溶液中表面活性劑濃度高于臨界膠束濃度時(shí)，泡沫溶液中表面活性劑濃度高于臨界膠束濃度時(shí)，泡沫穩(wěn)定，但分離效率會(huì)降低。穩(wěn)定，但分離效率會(huì)降低。 在臨界膠束濃度以下能維持穩(wěn)定泡沫的表面活性劑在臨界膠束濃度以下能維持穩(wěn)定泡沫的表面活性劑種類(lèi)較少。種類(lèi)較少。 分離出的泡沫中夾帶的表面活性劑難以返回利用。分離出的泡沫中夾帶的表面活性劑難以返回利用。 系統(tǒng)中的返混會(huì)嚴(yán)重影響分離效率，使泡沫分離的系統(tǒng)中的返混會(huì)嚴(yán)重影響分離效率，使泡沫分離的設(shè)計(jì)計(jì)算比較困難。設(shè)計(jì)計(jì)算比較困難。 TSHYTSHY離析流模型離析流模型 將水中欲除去組分看成是一種反應(yīng)物，把氣泡看成另一種反應(yīng)物，而且氣泡

27、是過(guò)量的，氣泡和組分間的吸附可以等效為一化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，即A（待除去組分）+B（氣泡） C7.3 研究進(jìn)展研究進(jìn)展數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型TSHYTSHY 可以用等效化學(xué)反應(yīng)的速率方程來(lái)描述泡沫分離過(guò)程的速率，即: nkctcvAAA/dd 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，確定出等效反應(yīng)速率常數(shù)k和等效反應(yīng)級(jí)數(shù)n離析流模型離析流模型TSHYTSHY01234560.00.51.01.52.02.53.0 C/ t(C)/mg.L-1 R=0.98等效速率常數(shù)的計(jì)算 離析流模型離析流模型TSHYTSHY對(duì)一級(jí)反應(yīng) ktAAecc0 00AAd11ttEeccxktA 0AAtcctE離析流模型離析流模型對(duì)于全混流可以證明ttt

28、VVtVVtERRexpexp)(式中式中 是平均停留時(shí)間，是平均停留時(shí)間， 。因此。因此 tVVtR/dttttktccexp)exp(00于是于是 t kcc110由此可得固體顆粒浮選的分離回收率為由此可得固體顆粒浮選的分離回收率為回收率回收率= t kt kccc100 大多數(shù)泡沫分離系統(tǒng)伴隨強(qiáng)烈的擾動(dòng)，可以近似看作全混流。大多數(shù)泡沫分離系統(tǒng)伴隨強(qiáng)烈的擾動(dòng)，可以近似看作全混流。對(duì)于活塞流，所有流體單元在泡沫塔中具有相同的停留時(shí)間。對(duì)于活塞流，所有流體單元在泡沫塔中具有相同的停留時(shí)間。1)(0cdttEcc或 kteccc0因此，對(duì)于活塞流其回收率為：因此，對(duì)于活塞流其回收率為： 回收率回

29、收率 kteccc100在相同條件下，理論上活塞流比全混流具有更高的回收率。在相同條件下，理論上活塞流比全混流具有更高的回收率。 TSHYTSHY軸向混合模型()()AzzddddrAdluEdlAudlEACCCdldldldlCCC()CCdudldlzdECdlzddEdldldClCuC0RmVLtVuTSHYTSHY()()AzzddddrAdluEdlAudlEACCCdldldldlCCC022110zmAAAA mAPePeEtllCtLuLddktdllCdCCCC10;11;0:AAAdlPedlldlCdCCboundary condition22041(1)11122A

30、AACxPePeCexpexp 14/mktPeAArkC0RmVLtVuTSHYTSHY軸相混合模型軸相混合模型 882. 2694. 0222eP948. 2P4kt15 . 0em12Pexp112Pexp141e2e2AxxA95.43% TSHYTSHY 多級(jí)串聯(lián)全混流模型多級(jí)串聯(lián)全混流模型 該模型的模型參數(shù)只有一個(gè)即串聯(lián)級(jí)數(shù)m m12441. 1m mmAmtk111xTSHYTSHY 漂浮平衡漂浮平衡被浮物是否浮上液面分離，還取決于浮力和重力的大小。被浮物是否浮上液面分離，還取決于浮力和重力的大小。上浮力：上浮力： F F1 1 = 2= 2 aa l-gl-g sin sin 下沉力：下沉力： F F2 2 = w= w a a2 222 l-gl-g/ / 浮選條件浮選條件: F: F1 1 F F2 2 整理得整理得 sinsin w / 2 w / 2 a a l-gl-ga / a / TSHYTSHY接觸角（揚(yáng)(Young)方程） cos = ( s-g s-l) / l-g 在水溶液中，在水溶液中， 90900 0 的溶質(zhì)稱(chēng)為的溶質(zhì)稱(chēng)為疏水性物質(zhì)疏水性物質(zhì)； 90900 0 的溶質(zhì)稱(chēng)為的溶質(zhì)稱(chēng)為親水性物質(zhì)親水性物質(zhì)。 G = l-g (cos 1)s-ls-gl-gTSHYTSHY捕集