泡沫浮选作为常用的选矿手段之一，在有色金属选矿方面得到了广泛的应用。对于赤铁矿的正浮选，通常会选择脂肪酸类阴离子捕收剂，常用的有油酸及其盐、氧化石蜡皂、妥尔油等。在正浮选的过程中，精矿泡沫往往会发黏，过于稳定，短时间内泡沫难以破裂，从而影响后续工艺过程。由此也增加了矿浆的运输、过滤等设备的能耗，及浓缩阶段有用矿物的损失，且溢流泡沫也会对环境造成很大的污染^[1]。

相关文献^[2-3]指出，泡沫的稳定性是指泡沫产生后的持久性以及受到外界冲击之后的自我修复能力。泡沫的稳定性主要取决于液膜的排液快慢、气体通过液膜的扩散速度以及液膜的强度。影响泡沫的稳定性因素有很多^[4-7]，Langevin研究了不同种类的表面活性剂之间协同作用，指出某些阴离子和阳离子的协同作用能大大降低溶液的表面张力，从而增强泡沫的稳定性；Pandy等研究了表面活性剂反离子对泡沫的稳定性，指出不同反离子对泡沫稳定性有不同的影响；孙烜等研究了温度和发泡剂浓度与泡沫稳定性的关系，指出温度能通过影响表面活性剂的发泡力，泡沫破灭的方式等来影响泡沫的稳定性，同时，发泡剂浓度在一定程度上也能影响泡沫的稳定性；张群等研究了pH值与油酸发泡性能之间的关系，指出pH值可以通过影响油酸的水解和电离来影响油酸的作用进而改变泡沫的稳定性。

两相泡沫的形成与稳定是浮选得以进行的关键因素，不稳定的两相泡沫会使已浮出的目的矿物在自身重力的作用下或在搅拌、刮泡的过程中落入尾矿中，降低浮选速度，影响浮选品位和回收率。本试验主要通过对油酸钠体系下两相泡沫的稳定性研究，寻找出两相泡沫稳定性的规律。同时，要解决油酸钠正浮选赤铁矿得到的精矿泡沫过于稳定的问题，就必须探明在油酸钠体系下，赤铁矿与三相泡沫稳定性之间所存在的关系。因此，为解决实际生产中正浮选赤铁矿存在的精矿泡沫过于稳定的问题，在稳定的两相泡沫产生条件下，从赤铁精矿的浓度、粒级这两个方面对三相泡沫的稳定性进行了研究，以为后续解决消泡的问题提供方向。

试样由武钢工业港提供的巴西某赤铁精矿，密度为4.19 g/cm³，TFe品位为64.62%，SiO₂、Al₂O₃及CaO等杂质含量为6.59%，同时，含有微量的有害杂质元素S和P。通过虹吸法测得的试样粒级分布见表 1所示。

表 1(Table 1)

表 1 试样粒度分布结果 Table 1 Grain size distribution of the sample

表 1 试样粒度分布结果 Table 1 Grain size distribution of the sample 粒级/μm +74 74~38 38~15 15~10 10~5 -5 产率/% 4.29 12.52 23.81 16.47 18.92 23.99

试验时所采用的油酸钠(C₁₈H₃₃NaO₂)为分析纯试剂，由国药集团化学试剂有限公司生产，配制成浓度为0.1 mol/L的溶液；pH值调整剂为NaOH、H₂SO₄，均为分析纯试剂，NaOH由天津市天力化学试剂有限公司生产，H₂SO₄由信阳市化学试剂厂生产，均配制成1 mol/L的溶液使用。

试验采用震荡法^[8]，即在密闭的容器中加入待测试液，以相同的摇晃速度、方向和摇晃次数进行震荡以产生泡沫。试验时取一定浓度的油酸钠药剂置于100 mL烧杯中，加去离子水定容至100 mL，以1 803 r/min的转速搅拌溶液1 min，使油酸钠在水中充分溶解，然后将溶液移至250 mL沉降瓶内，再来回摇晃沉降瓶相同的次数以产生泡沫。通过试验测得当摇晃次数为26次时，相同油酸钠浓度下产生的高度最高，摇晃次数太少时，震荡不充分，泡沫高度低；摇晃次数多于26次时，泡沫高度基本不变或有所下降。测量此时泡沫的高度，并将沉降瓶置于恒温水浴锅内，观察且记录泡沫高度变化。试验通过比较半衰期t_1/2(min)，用来衡量泡沫的稳定性强弱，并规定半衰期t_1/2(min)为泡沫高度衰减一半时所需的时间。

在测定赤铁精矿不同粒级及不同矿浆浓度对泡沫稳定性的影响时，通过虹吸法制备出4种不同的粒级精矿，分别为+74、-74+38、38+15、-15 μm。取不同质量的赤铁精矿置于100 mL烧杯中配制成不同浓度的矿浆，用同样的方法产生泡沫并测定泡沫的半衰期t_1/2。试验装置见图 1。

图 1(Fig.1)

1—沉降瓶；2—2000mL烧杯；3—恒温水浴锅 图 1 泡沫稳定性测试试验装置示意图 Fig.1 Schematic diagram of foam stability test device

在自然pH值及温度为25 ℃条件下，进行了油酸钠不同浓度试验，试验结果见图 2。

图 2(Fig.2)

图 2 油酸钠浓度对泡沫稳定性的影响 Fig.2 Effect of sodium oleate concentration on foam stability

由图 2可知，随着油酸钠浓度的增加，泡沫的稳定性先增强后减弱并趋于不变，且在1×10^-3 mol/L时泡沫的稳定性最强。这主要是当油酸钠浓度小于1×10^-3 mol/L时，随着油酸钠浓度的增加，溶液的表面张力逐渐降低，低的表面张力使得相邻泡沫之间的压差减小，导致气体不容易从液膜扩散^[9]。同时，随着浓度的增加，油酸钠在液膜表面富集，形成致密的表面膜，使得邻近的液膜排液受阻，泡沫的稳定性增强。当油酸钠浓度大于1×10^-3 mol/L时，随着油酸钠浓度的进一步增加，使得泡沫中油酸根离子含量过高，含液量减少，“刚性”^[10-11]增强，稳定性反而减弱。

温度主要从改变表面活性剂的溶解度以及泡沫破灭的方式来影响泡沫的稳定性^[6]。在自然pH值条件下，考察了在不同油酸钠浓度时，温度对泡沫稳定性的影响，试验结果见图 3。

图 3(Fig.3)

图 3 不同油酸钠浓度下温度对泡沫稳定性的影响 Fig.3 Effect of temperature on foam stability with different concentration of sodium oleate

由图 3可知，油酸钠浓度小于1.5×10^-3 mol/L时，随着温度的升高，泡沫的稳定性逐渐减弱。这主要是温度越高，泡沫之间的黏度越低，泡沫的排液速度加快，稳定性减弱。当油酸钠浓度为2×10^-3~3×10^-3 mol/L时，随着温度的升高，泡沫的稳定性先增强后减弱，这可能是由于低温体系下油酸钠难溶于水，使得产生的泡沫中油酸根离子含量过高且泡沫小而丰富，泡沫的“刚性”增强，稳定性变差。当温度升高时，油酸钠能很好的溶于水，泡沫中油酸根离子含量降低，稳定性有所增强，而温度继续增加至45 ℃时，泡沫的排液速度加快，稳定性将会减弱。当油酸钠浓度为5×10^-3~7×10^-3 mol/L时，泡沫的“刚性”很强，温度对泡沫稳定性的影响相比较弱，因此，泡沫的稳定性基本不随温度的升高而变化，且稳定性相对较弱。

油酸钠作为一种阴离子捕收剂，作用效果受pH值的影响较大^[7]。为此，在温度为25 ℃条件下，探究了在不同油酸钠浓度时，pH值对泡沫稳定性的影响，试验结果见图 4。

图 4(Fig.4)

图 4 不同油酸钠浓度下pH值对泡沫稳定性的影响 Fig.4 Effect of pH value on foam stability with different concentration of sodium oleate

由图 4可知，油酸钠的浓度低于1.5×10^-3 mol/L时，随着溶液碱性的增强，泡沫的稳定性先增强后减弱，在pH值为6~8时，泡沫最稳定。当油酸钠浓度高于1.5×10^-3 mol/L时，随着溶液碱性的增强，泡沫稳定性先基本不变后减弱，在pH值为4~6时，泡沫稳定性最强。这可能是油酸钠在溶液中存在解离和缔合平衡^[12]，油酸钠在低浓度条件下，随着pH值的升高，溶液中含有的油酸根离子及其二聚物增加，具有高表面活性的分子离子络合物先增加后减少，导致泡沫的稳定性先增强后减弱。油酸钠在高浓度条件下，溶液中含有大量的油酸根离子及其二聚物，随着pH值的升高，油酸根离子及其二聚物含量将进一步增加，这会导致在泡沫的界面上极性头之间的排斥变得更显著，分子离子络合物的影响将会降低，泡沫液膜强度下降，稳定性大大减弱。强酸或强碱条件使得这种现象更突出，泡沫表现的极不稳定。

固体颗粒作为三相泡沫中的固相，其粒级大小和矿浆浓度对泡沫的稳定性均有一定的影响。为说明这种影响，对不同粒级的细粒赤铁精矿及不同矿浆浓度条件下进行了三相泡沫稳定性探究试验。试验时将赤铁精矿分为+74、74+38、-38+15、-15 μm四种不同的粒级，试验在油酸钠浓度为1×10^-3 mol/L，矿浆pH值和温度为25 ℃条件下进行，试验结果见图 5。

图 5(Fig.5)

图 5 不同粒级的赤铁精矿在不同矿浆浓度下对泡沫稳定性的影响 Fig.5 Effect of different concentration of hematite on foam stability under different grain size

由图 5可知，在加入+38 μm的赤铁精矿后，所产生的泡沫随矿浆浓度的增加稳定性大大减弱。这可能是由于粒度大的赤铁精矿比表面积小，吸附的油酸根离子较少；同时，所形成的三相泡沫受重力的作用明显，使得泡沫在大颗粒赤铁矿的重力作用下更容易破裂。在加入-38 μm的细粒赤铁精矿后，所产生的泡沫随矿浆浓度的增加稳定性先减弱后大大增强，且粒级越细，泡沫稳定性越容易达到最大值，稳定性也越强。这可能是由于细粒级赤铁精矿具有更大的比表面积，吸附的油酸根离子多，因而能较稳定的附着在气泡上，并在泡沫表面形成如图 6所示的“砖墙”结构^[13]。随着泡沫表面吸附的细粒级赤铁精矿的增加，泡沫上附着的精矿将更加密集，这类“砖墙”结构增加了液膜的厚度，能很好地阻碍气体透过液膜扩散以及泡沫的排液过程，因而大大提高泡沫的稳定性。

图 6(Fig.6)

图 6 三相泡沫所形成的“砖墙”结构 Fig.6 "brick wall" structure formed by three-phase foam

(1) 油酸钠的浓度对泡沫稳定性有显著影响，随着油酸钠浓度的增加，泡沫稳定性先增强后减弱最后基本不变，在1×10^-3 mol/L时出现最大值。

(2) 油酸钠在低浓度条件下，温度对泡沫稳定性有一定的影响，低温时泡沫稳定性增强，高温时泡沫稳定性减弱，温度过高泡沫稳定性急剧下降。油酸钠在高浓度条件下，温度对泡沫稳定性影响不大。

(3) 油酸钠在低浓度条件下，pH值为6~8时，泡沫稳定性最强，弱酸或弱碱性都会降低泡沫的稳定性；油酸钠在高浓度条件下，pH值为4~6时，泡沫稳定性最强，随着pH值的增加，泡沫的稳定性减弱；强酸或强碱条件下泡沫极不稳定。

(4) 三相泡沫的稳定性与赤铁精矿的粒级和浓度有关。在-74+38 μm时，泡沫的稳定性随赤铁精矿浓度的增加而逐渐减弱，在-38 μm粒级时，泡沫稳定性随着细粒赤铁精矿浓度的增加先减弱后急剧增强并趋于不变。

而正浮选赤铁矿获得的精矿泡沫中微细粒含量高，泡沫的稳定性强。因此，在保证精矿品位和回收率的前提条件下，可以适当地改变矿浆的pH值、药剂的用量及浮选矿物的粒度组成等来降低精矿泡沫的稳定性。同时，为了能快速消泡，有必要对精矿泡沫稳定性进行进一步的研究。