Teori
Skumflotation är en metod med vilken man kan separera olika mineraler från varandra och i dagsläget den mest dominerande. Detta är av stort intresse vid studier av enskilda mineral och vid utvinning inom industrin. Naturligt förekommande malmer består ofta av en komplex blandning av olika mineral.
För att kunna utvinna de olika mineralerna var för sig måste malmen först finfördelas till små korn bestående endast av rena mineralpartiklar, vilka sedan kan användas vid skumflotationen.
Metoden innebär mer exakt att mineralpartiklar blandas i vatten till en suspension genom vilken luftbubblor pressas. Hydrofoba partiklar kommer då att associera till luftbubblorna och med hjälp av dem diffundera upp mot ytan. Mineralkorn är dock i regel hydrofila och kan följaktligen inte flotteras direkt. För att möjliggöra flotation måste mineralpartiklarna av intresse selektivt hydrofoberas.
När man hydrofoberar kan man tillsätta ett ytaktivt ämne som selektivt adsorberas på det önskade mineralet. Dessa ytaktiva ämnen benämns samlare (collector) vid flotationssammanhang och ett exempel på en sådan är tensiden natriumdodecylsulfat(SDS). Anjoniska tensider som ex. SDS adsorberas i första hand på positivt laddade partiklar(ytor).
De malmer som flotteras är ofta metallsulfider, oxider eller karbonater och i denna laboration kommer kvarts, SiO2, och aluminiumoxid, Al2O3, att användas. Oxidytor i vatten bär i regel en OH-grupp vilket ger dem en amfolytisk karaktär och kan därmed både ge ifrån sig och ta upp protoner så att de antingen är negativt eller positivt laddade. Vid höga pH-värden blir oxiden negativt laddad och vid låga värden positiv. Vid ett visst pH, den s.k. nolladdningspunkten, är partiklarnas laddning lika med noll. För kvartspartiklarna ligger denna punkt vid pH=2 och motsvarande för aluminiumoxid är pH=9.
Av detta följer att Al2O3 vid ph2-9 är positivt laddat (medan SiO2 är negativt laddat). Använder man en lösning med pH inom det givna intervallet kommer därför SDS (som är negativt laddat) att adsorberas nästan enbart på Al2O3. Tensiden adsorberar i form av miceller på mineralytan och man tänker sig att då luft tvingas ner i lösningen kommer luftbubblorna att ”tvinga undan” de monomerer som befinner sig ytterst(i kontakt med lösningen) så att dessa istället sprids jämnt över partikelytan.
Därmed kommer de hydrofoba svansarna på tensiden associera till de hydrofoba luftbubblorna som lyfter mineralen upp till ytan via de hydrofila huvudgrupperna fästa vid mineralkornet. Vid ytan fastnar partiklarna i skummet som bildats där och detta kan, tillsammans med partiklarna, därefter skrapas av från ytan och samlas upp, emedan övriga mineraler ligger kvar på botten av flotationskärlet. Separationseffekten är avhängig av pH-värdet och tensidkoncentrationen hos lösningen.
Syfte
Att med hjälp av skumflotation separera aluminiumoxid, Al2O3, från kvarts, SiO2, samt att undersöka sambandet mellan hur tensidhalten i lösningen påverkar separationen. Tensiden som användes i denna laboration var SDS.
Kemikalier
Natriumdodecylsulfat(SDS),
Kvarts(SiO2),
Aluminiumoxid(Al2O3),
Saltsyra(HCl)
Materiel
Flotationsapparatur i laborationsskala,
pH-meter,
Büchnertratt,
Filtrerpapper,
Sugflaska med slang,
Mätglas (1000 ml, 20 ml och 5 ml),
Bägare(2l),
Våg,
Vågskepp
Utförande
En stamlösning med koncentrationen 150 mM tillreddes och beräkningar gjordes för hur stor volym som behövdes för respektive SDS-koncentration. Vi undersökte flotationseffekten under koncentrationsintervallet ca 0,25-1,77 mM SDS. Tråget fylldes med 1,5 l avjoniserat vatten och därefter tillsattes respektive volym av stamlösning. pH-värdet justerades till 3,0 med hjälp av saltsyra, HCl, och pH-meter sedan hälldes 3 g aluminium- och 3 g kiseloxid ner i lösningen under omrörning.
Flotationsapparaten fälldes sedan ned i lösningen och varvtalet ökades. Skum samlades sedan upp i en hink under 3 minuter. Skummet fick därefter sugfiltreras genom ett filter i en büchnertratt. Filtrerpappret med aluminiumoxiden märktes och lämnades att torka över natten Denna procedur upprepades med de andra koncentrationerna. Efter varje omgång rengjordes utrustningen.
Resultat och diskussion
En vägning av proverna visade en till en början ökande massa till en viss, kritisk punkt vartefter en viktminskning följde vid ytterligare ökad koncentration. (Se tabell)
Den kritiska punkten i detta försök, dvs. den koncentration som gav högst halt Al2O3, låg omkring 1,0 (0,938) mM. Detta överrensstämmer bra med cmc (critical micelle concentration) för SDS vilket leder till slutsatsen att högst halt mineral erhålls då konsentrationen SDS ligger så nära cmc-värdet som möjligt. Detta förklaras enkelt genom att mängden Al2O3 minskar då koncentrationen av tensiden blir så pass hög att unimerer adsorberas till de yttre hydrofoba svansarna i micellerna kring mineralen så att dessa bildar ett dubbellager istället med hydrofila huvud utåt lösningen/luftbubblorna. Där detta sker kommer micellerna inte längre att associera till luftbubblorna och mineralkornen blir kvar på botten av flotationstråget.