Остап Бендер к пена
В романе И. Ильфа и Е. Петрова «Двенадцать стульев» Остап Бендер занимался поисками стульев, в которых были спрятаны сокравища. В погоне за стульями он как-то оказался в доме Старгородского собеса, выдав себя за инспектора пожарной охраны. В этом доме имелся пеногон-огнетушитель «Эклер»...
«Остап неохотно проследовал к огнетушителю. Красный жестяной конус, хотя и являлся единственным в доме предметом, имеющим отношение к пожарной охране, вызвал в инспекторе особое раздражение. Остап снял «Эклер» со ржавого гвоздя, без предупреждения разбил капсулу и быстро повернул конус кверху. Но вместо ожидаемой пенной струи конус выбросил из себя тонкое шипение... Огнетушитель продолжал шипеть еще не менее получаса, потом неожиданно выпустил пенную струю, затем вторую, после чего работа «Эклера» стала бесперебойной».
Огнетушители, которые применялись в описываемое время, имели следующее устройство. В стеклянном сосуде находилась серная кислота, этот сосуд при ударе разбивался, и кислота попадала в другой сосуд — с содой, происходила реакция
H2S04 + Na2COi = Na2S04 + С02 f + Н20.
Образующийся оксид углерода(IV) создавал пену, для стабилизации которой в огнетушителе имелось некоторое количество поверхностно-активных веществ (ПАВ). Струей пены надо было гасить огонь.
В современных огнетушителях оксид углерода(IV) находится под давлением. Огнетушитель не надо поворачивать, ударять об пол, а достаточно открыть вентиль: выделяющийся газ, охлаждаясь при быстром расширении, частично превращается в белые хлопья — твердый оксид углерода(IV). В других типах огнетушителей применяют пены, наполненные оксидом углерода (IV). С помощью пены тушат пожары на самолетах, кораблях, в библиотеках. Пена гасит огонь, сохраняя оборудование и документы, которые были бы испорчены, если пожар тушить водой.
Пены применяются не только в противопожарной технике. Действие многих моющих средств — мыла, стиральных порошков, паст и т. п.— основано на использовании пены. С пеной мы встречаемся в изделиях пищевой промышленности: мороженое, крем, пастила, даже хлеб — все это пены. Хлеб относится к так называемым твердым пенам — это газ, распределенный в твердом веществе. Твердой пеной являются также разнообразные пено - и поропласты, пенобетон, стеклопор, пористый металл и т. д. Без пены невозможна и жизнедеятельность человека, так, вся наша пища, прежде чем ее удастся проглотить, обязательно смачивается слюной, которая образует пену (на 10 г яблок идет 2 г слюны, на 10 г сухарей — 25 г слюны).
Итак, пена — это система, состоящая из газа, равномерно распределенного в жидкости или в твердом теле. При этом общий объем газа должен составлять не менее 80—90 %, тогда пузырьки газа плотно прилегают друг к другу, деформируются и образуют систему связанных упругих пленок. Жидкостные пленки малоустойчивы, но при наличии ПАВ-стабилизаторов пены могут существовать долго. Д. Дьюар, изобретатель термоса, сохранял некоторые пены годами.
Существуют ПАВ-стабилизаторы пен и ПАВ-анти - вспениватели. Их действие избирательно: на одну пену данное ПАВ действует, на другую — нет.
В восьмидесятые годы появились сообщения о влиянии магнитного поля на устойчивость жидкостных пен. На некоторые пены магнитное поле действует как стабилизатор, увеличивает кратность пены (содержание воздуха) и ее объем, на другие пены магнитное поле действует угнетающе, вызывая их разрушение.
Механизм этого процесса специально еще не изучен, но вполне вероятно, что он связан с изменением поверхностного натяжения 0 жидкости. Вы уже прочли в разделе 2.4, что о воды и электролитов повышается после магнитной обработки. В пенах ПАВ — обязательный компонент, растворы ПАВ сами по себе характеризуются более низким, чем в чистой воде, поверхностным натяжением, а после магнитной обработки 0 водного раствора ПАВ еще более снижается. Для возникновения пены как раз и нужно достаточно низкое поверхностное натяжение, иначе воздушные пузыри не смогут образовываться. Но слишком низкое значение а означает малую прочность пленки, и пузыри стали бы лопаться. Таким образом, для каждого вида пены требуется определенное поверхностное натяжение, и, воздействуя на него, например магнитным полем, можно повысить или понизить устойчивость пены. Итак, отметим, что магнитной обработкой можно регулировать свойства вещества, в частности такой сложной неоднородной системы, как пена.
Пена активно работает на обогатительных фабриках, например в. производстве минеральных удобрений. Частицы минерала избирательно смачиваются растворами ПАВ — в зависимости от их природы. Частицы, содержащие полезные компоненты, взаимодействуют с пузырьками пены и всплывают, концентрируясь в пене, а пустая порода скапливается на дне флотационной машины. Таким образом обогащают бедные руды, т. е. повышают концентрацию целевого компонента. Пена во флотационной машине должна иметь достаточную устойчивость (иначе не всплывает руда), но не очень (иначе потом будет трудно извлечь флотоконцентрат из пены). С этой целью вводят разные ПАВ — собиратели (стабилизаторы) и пенорегу - ляторы (гасители).
В течение двух десятилетий интенсивно исследуется влияние магнитной обработки на эффективность флотационного обогащения руд: марганцевых, медиых, свинцово-цинковых, золотосодержащих, фосфорсодержащих, серусодержащих и др. Установлено, что в омаг - ниченных растворах возрастает растворимость ПАВ - собирателей. Увеличивается адсорбция молекул ПАВ на минералах, особенно на крупных частицах. Скорость прилипания частиц минералов к пузырькам воздуха возрастает на порядок. Общим результатом является увеличение коэффициента извлечения полезных продуктов.
Современный уровень развития техники обеспечивает довольно высокий коэффициент извлечения из любых руд, он близок к 90 %. С помощью магнитноь обработки этот показатель удается повысить на 1—2 %, что считается большим достижением. За этими скромными двумя процентами стоят десятки миллионов тонн руды, которая без магнитной активации воды была бы просто выброшена в отвал. Из этой в прямом смысле слова дополнительной руды получают миллионы тонн минеральных удобрений, редких металлов и других необходимых предметов.
Богатых руд на земле становится все меньше, волей-неволей приходится использовать бедные, которыми еще недавно пренебрегали. Флотация приобретает все более важное значение, и поиски путей повышения эффективности флотации весьма актуальны. Одним из таких путей является магнитная обработка растворов флотореагентов.
Руда, поступающая в химическую переработку, содержит некоторое количество флотореагентов, особенно бедная. В некоторых производствах эти остаточные флотореагенты являются стабилизаторами пен, например в технологии фосфорной кислоты. Здесь ценообразование является вредным, ибо приводит к потерям целевого продукта. Один из путей борьбы с пенообра - зованием — магнитная обработка растворов фосфорной кислоты.