Загадка флотации

Как извлечь из массы добытой горной породы рассеянные в ней мелкие зернышки «вкрапленной» руды? Это было труднейшей задачей горных техников, вставшей перед ними в конце прошлого века.
Истощались богатые жильные залежи медных, свинцовых и цинковых руд. Все большее внимание привлекали к себе бедные «вкрапленные» руды. В них заключались огромные запасы металла.
Некоторые же «редкие» металлы, как, например, ванадий, цирконий, ниобий и другие, вовсе не образовали крупных скоплений. Их можно добыть только из месторождений «вкрапленных» руд.
Случай помог открыть замечательный способ механически извлекать из массы «пустой» горной породы мельчайшие зернышки руд.
Рассказывают, будто шахтеры заметили, что при стирке их одежды с мыльной пеной выносилась рудная пыль. Песчинки же пустой руды осаждались на дно корыта. Это наблюдение и навело на мысль, как можно «обогащать» руду, то есть извлекать ее зернышки из рудоносной горной породы.
Добытую горную породу дробят и размалывают в мелкий порошок. При этом рудные зернышки освобождаются из горной породы, превращающейся в песок. Смесь рудных зерен с песком разбалтывают в ящике с водой, к которой примешивают сосновое масло и другие вещества, называемые «реагентами».
При взбалтывании воды лопастями, вращающимися в ящике флотационного аппарата, или вдувании под давлением воздуха образуется обильная пена, поднимающаяся на поверхность. Вместе с пеной увлекаются рудные зернышки и пылинки, а песок пустой породы опускается на дно ящика. Пену собирают, высушивают и получают рудный «концентрат» с большим процентным содержанием металла. Песок же уносится из ящика водой в реку.
Для извлечения большей части рудных зерен нужна очень обильная пена из устойчивых пузырьков. Воздушные пузырьки в чистой воде не могли бы вынести рудные зернышки на ее поверхность, потому что они быстро лопаются. Чтобы получить устойчивую пену, и прибавляются в воду реагенты. Кроме того, эти вещества обволакивают рудные зерна, делая их поверхность несмачиваемой водой.
Но почему рудные зерна прилипают к пузырькам и поднимаются с ними, как воздухоплаватели на воздушных шарах? Разгадку этого нужно искать во взаимодействии молекул.
Все видели, конечно, как по поверхности воды, подобно конькобежцам на льду, скользят некоторые насекомые. Их лапки опираются о водную поверхность, как будто бы она представляет собой упругую пленку. Эта «пленка» выдерживает и тяжесть иголки, осторожно положенной на поверхность воды в чашке. Для этого опыта нужно только потереть иголку между пальцами, чтобы она слегка покрылась жиром, положить ее на два пальца и медленно погрузить их в воду; иголка останется лежать на поверхности воды.
Легко заметить, что под иголкой поверхность воды слегка вдавлена, образует под ней продолговатую впадину, как будто вода покрыта тонкой упругой пленкой. Это явление физики назвали поверхностным натяжением.
Конечно, верхний слой воды состоит из тех же молекул, что и вся остальная ее масса. Никакой «пленки» в действительности нет. Причина поверхностного натяжения в том, что молекулы на поверхности воды притягиваются только лежащими под ними молекулами. Это притяжение не уравновешено, как внутри жидкости, где каждая молекула находится под действием одинакового притяжения со всех сторон. Поэтому поверхностный слой жидкости и проявляет свойства упругой пленки.



Еще удобнее наблюдать поверхностное натяжение, изолировав тонкий слой воды, ограниченный с обеих сторон свободной поверхностью.
Чтобы сделать такой опыт, берут мыльный раствор: тонкий слой чистой воды легко разрывается, потому что поверхностное натяжение ее слишком сильно. Обмакнув в мыльный раствор проволочное кольцо, можно получить в нем тонкую пленку, которая ведет себя, как резиновая перепонка, что легко обнаружить. Для этого опустим в мыльный раствор кольцо, внутри которого поперек его привязана свободно нить. Получив в кольце пленку, мы увидим, что нить может свободно перемещаться в ней. Но если проткнуть горячей иглой пленку по одну сторону нити, то оставшаяся целой часть ее стянется, как резиновая перепонка. Нить натянется и примет форму дуги круга.
Иголку, плавающую на поверхности воды, поддерживают силы, называемые флотационными (от французского слова «флотте» — «плавать»). Эти силы возникают в результате взаимодействия между молекулами покрывающего иголку масла, самой иголки и воды.
Плавающая иголка — наглядный пример того, что происходит с рудным зерном в флотационном аппарате.
При образовании воздушного пузырька на границе между водой и воздухом возникает поверхностное натяжение. Зернышко руды, покрытое тончайшим слоем масла, не смачивается водой. Соприкоснувшись с воздушным пузырьком, оно удерживается в поверхностном слое воды на границе ее с воздухом. Удерживаемые в этом слое рудные зерна увлекаются поднимающейся пеной на поверхность воды в флотационном аппарате.
В виде таких зернышек в нашей стране извлекаются десятки и сотни тысяч тонн руды меди, серебросодержащего свинца и различных редких металлов, добавка которых в сталь придает ей новые, очень ценные свойства.

Объяснение поверхностного натяжения.


Загадки техники