摘要：

本文通過分析典型離子型與非離子型起泡劑的界面行為，探討其對泡沫性能的影響機制。結(jié)果表明，離子型起泡劑在相同濃度下表現(xiàn)出更低的表面張力和更高的泡沫擴張模量，因而具有更強的起泡能力和更優(yōu)的泡沫穩(wěn)定性。隨著濃度增加，離子型起泡劑的表面張力逐漸降低，擴張模量持續(xù)升高，泡沫的起泡能力與穩(wěn)定性同步增強；而對非離子型起泡劑而言，盡管表面張力隨濃度上升而下降、起泡能力提高，但其擴張模量卻隨之減小，導(dǎo)致泡沫穩(wěn)定性降低。該差異源于兩類起泡劑分子在氣液界面的吸附動力學(xué)與膜力學(xué)行為的不同。

引言

泡沫浮選是一種基于礦物與脈石表面潤濕性差異的選礦技術(shù)，其過程發(fā)生在固-液-氣三相交界區(qū)域。浮選藥劑通過調(diào)控界面性質(zhì)來實現(xiàn)目標礦物的選擇性分離。其中，起泡劑主要作用于氣液界面，影響氣泡的生成、尺寸分布及壽命，從而決定浮選效率。起泡劑的作用不僅體現(xiàn)在降低溶液表面張力以促進氣泡形成，還體現(xiàn)在增強泡沫膜的機械強度，提升泡沫穩(wěn)定性。

已有研究表明，起泡劑濃度變化會顯著影響泡沫半衰期、表面張力及界面流變特性。泡沫穩(wěn)定性的本質(zhì)與氣液界面的粘彈性密切相關(guān)，而界面擴張模量是衡量界面抵抗形變能力的重要參數(shù)。因此，深入理解不同類型起泡劑在不同濃度下的界面行為，對于優(yōu)化浮選工藝具有重要意義。

本文選取典型的離子型起泡劑十二烷基硫酸鈉（SDS）與非離子型起泡劑仲辛醇作為研究對象，利用界面流變技術(shù)系統(tǒng)分析其表面張力與擴張模量的變化規(guī)律，揭示起泡劑類型與濃度對泡沫性能的影響機制。

1.實驗方法

采用上升氣泡法測定溶液的表面張力，利用界面流變儀結(jié)合小幅低頻振蕩技術(shù)測量氣液界面的擴張模量。實驗過程中，通過控制正弦擾動改變氣泡表面積，記錄相應(yīng)的表面張力響應(yīng)，并根據(jù)公式計算界面擴張模量：

其中$E$為擴張模量，$gamma$為表面張力，$A$為界面面積。該方法可有效反映界面膜在動態(tài)擾動下的恢復(fù)能力，進而評估泡沫穩(wěn)定性。

2.結(jié)果與討論

2.1離子型起泡劑（十二烷基硫酸鈉）的界面行為

十二烷基硫酸鈉作為一種陰離子表面活性劑，在水溶液中能夠有效降低表面張力。隨著濃度的增加，其分子逐步富集于氣液界面，導(dǎo)致表面張力持續(xù)下降。當濃度接近臨界膠束濃度（CMC）時，界面趨于飽和吸附，表面張力達到最低值并保持穩(wěn)定。該趨勢表明，SDS分子在界面的有序排列顯著降低了體系的表面能，從而增強了起泡能力。

與此同時，SDS溶液的界面擴張模量隨濃度增加而增大。這歸因于其較強的界面膜強度和快速的分子擴散與再吸附能力。當泡沫界面受到外界擾動時，高濃度下的SDS分子能迅速從體相遷移至界面，補償因面積擴張引起的表面濃度下降，從而維持較高的表面張力響應(yīng)，表現(xiàn)出較大的擴張模量。這一特性賦予其生成的泡沫良好的抗破裂能力，提升了整體穩(wěn)定性。

此外，由于SDS分子帶有電荷，其在界面形成的雙電層結(jié)構(gòu)也增加了相鄰氣泡間的靜電排斥作用，進一步抑制了泡沫聚并，延長了泡沫壽命。

2.2非離子型起泡劑（仲辛醇）的界面行為

仲辛醇作為非離子型起泡劑，同樣具備降低表面張力的能力。隨著濃度升高，其分子逐漸吸附于氣液界面，使表面張力下降，并在達到一定濃度后趨于平臺，表明界面吸附趨于飽和。

然而，與離子型起泡劑不同的是，仲辛醇溶液的界面擴張模量隨濃度升高而呈現(xiàn)下降趨勢。這一現(xiàn)象可能與其分子結(jié)構(gòu)及界面動力學(xué)有關(guān)。仲辛醇分子缺乏電荷相互作用，界面膜主要依賴范德華力和氫鍵維持結(jié)構(gòu)完整性。在高濃度條件下，體相中分子濃度過高可能導(dǎo)致界面分子排列過于密集或發(fā)生局部堆積，反而削弱了界面膜對外界擾動的響應(yīng)能力。同時，高濃度下分子擴散速率受限，界面修復(fù)機制變慢，導(dǎo)致擴張模量降低。

盡管仲辛醇能有效降低表面張力并提升起泡能力，但由于其界面膜的粘彈性較差，泡沫在受到剪切或擾動時更容易破裂，因此泡沫穩(wěn)定性相對較弱。

比較兩類起泡劑可見，離子型起泡劑在相同濃度下通常具有更低的表面張力和更高的擴張模量，因而兼具優(yōu)良的起泡性和穩(wěn)泡性；而非離子型起泡劑雖能有效起泡，但在高濃度下存在泡沫穩(wěn)定性下降的風(fēng)險。

3.結(jié)論

1.起泡劑濃度的增加普遍有助于降低表面張力，提升起泡能力。

2.對于離子型起泡劑（如十二烷基硫酸鈉），隨著濃度上升，界面擴張模量增大，泡沫穩(wěn)定性增強，體現(xiàn)出優(yōu)異的綜合泡沫性能。

3.對于非離子型起泡劑（如仲辛醇），雖然起泡能力隨濃度增加而增強，但其擴張模量隨濃度升高而減小，導(dǎo)致泡沫穩(wěn)定性下降。

4.離子型起泡劑因其較強的界面吸附能力和電荷效應(yīng)，在起泡能力和泡沫穩(wěn)定性方面均優(yōu)于非離子型起泡劑。

本研究從界面物理化學(xué)角度揭示了不同類型起泡劑的作用機制，為浮選藥劑的選擇與優(yōu)化提供了理論依據(jù)。