Произведение растворимости как константа реакций в жидкой фазе.

Большое значение в процессах обогащения, например флотации, имеет поддержание ионно-молекулярного состава жидкой фазы, определяющее характер физических взаимодействий в пульпе. Во-первых, в воде могут находиться ионы различного характера:

Во-вторых, источниками неизбежного появления ионов в жидкой фазе могут быть частицы минералов, особенно тонко дисперсные, растворимость которых известна [11]. Следует отметить, что растворимость многих минералов в воде относительно мала (10-5—10_6 моль/л). Но некоторые минералы, особенно сульфаты и хлориды (CuS04, CaS04, NaCl, КС1, MgCl2) имеют значительную растворимость. В-третьих , источниками ионов и молекул являются в жидкой фазе реагенты.

Для оценки химических процессов, протекающих в жидкой фазе пульпы, нужно знать активную концентрацию ионов 111J:

где а.{ — активная концентрация ионов;^. — коэффициент активности; С. — концентрация ионов.

Значение^, стремится к единице при C/min. Однако коэффициент активности зависит не только от содержания одноименного иона, но и от присутствия других ионов в жидкой фазе. Поэтому вычисление коэффициента активности по ионной силе жидкой фазы является сложной задачей. Для определения ионно-молекулярного состава жидкой фазы пульпы применяют уравнение теории разбавленных растворов сильных электролитов Дебая—Геккеля. Значение коэффициента активности для малых концентраций ионов близко к единице. В этом случае активности ионов могут быть приняты равными их концентрациям.

Минералы в большинстве своем представляют труднорастворимые природные химические соединения. В этом случае основной химической константой, определяющей содержание в пульпе труднорастворимых соединений при постоянной температуре и давлении является произведение растворимости.

Произведение растворимости (ПР) является следствием закона действующих масс при химической реакции, например

Константа равновесия в этом случае равна

где аМе|”+, а Ап”- — активности ионов металла и металлоида соответственно; (Меи • Ап) — активность недиссоциированных молекул.

Для труднорастворимых соединений при наличии осадка или для частиц минералов активность соединений всегда приближается к единице. Следовательно,

где Р — давление; Т — температура.

То есть из условия аМе - Ап = С = 1 на основании константы

J пт

равновесия химической реакции К получили новую константу — произведение растворимости.

По величине ПР можно рассчитать концентрацию катионов и анионов, находящихся в равновесии с осадком или частицами минералов:

Ввиду постоянства величины ПР в стандартных условиях

Из этого уравнения следует, что:

  • • если СА“ = min, то = max;
  • • если Са2“ = max, то = min.

При изменении концентрации анионов СА2“ можно регулировать концентрацию катионов следующим образом:

  • а) добавление в пульпу одноименных анионов Ап2- вызывает уменьшение концентрации катионов Ме2+;
  • б) если в пульпу добавляют другие анионы Ап2-, которые имеют произведение растворимости с катионами Ме2+ меньше, чем с анионами Ап2-, то будет протекать реакция растворения первоначального соединения Me • Anj и образования нового труднорастворимого соединения.

Пример 1. Рассмотрим возможность образования олеата кальция в присутствии флюорита в водной фазе.

При взаимодействии олеатных ионов с катионами кальция образуется труднорастворимое кальциевое мыло (С|7Н33СОО)2Са или Са01г

Флюорит диссоциирует в водном растворе с образованием в первом приближении ионов кальция и фтора: CaF2 = Са2+ + 2F.

При t= 25 °С, при Р= 1 кгс/см2 произведение растворимости равно

Тогда концентрация ионов кальция в водном растворе составит

Произведение растворимости олеата кальция равно:

Следовательно, концентрация олеиновых ионов составит

Таким образом, для связывания всех кальциевых ионов, образующихся при диссоциации флюорита в водной среде, необходимо иметь концентрацию ионов не ниже 3,4 • 10_6 г-ион/л.

Пример 2. Рассмотрим изменение концентрации ионов трудно растворимых соединений при изменении концентрации водородных ионов. В качестве примера принято соединение, которое диссоциирует на ионы гидроксила двухвалентного металла:

Если СМе(ОН>2 = 1, то ПР (Ме(ОН)2) = С(Ме2+) • С2(ОН)_ = const.

Вода диссоциирует на ионы водорода и гидроксила

и ионное произведение воды A^HjO) = Сн+ • Сон_ = const.

Подставляя значения Н20 = 2Н+ + ОН- в формулу Ме(ОН)2, получим

Зная, что pH = —lgC(Н+), прологарифмируем полученное выражение:

Для катиона любой валентности это выражение приобретает универсальный вид

Обозначив lgnP[Me(OH)2] — п lgi5T(H20) = const, получим зависимость концентрации катионов Ме2+ от pH среды в водном растворе в зависимости от pH среды

Подобным образом можно рассчитать зависимость между концентрацией ксантогената концентрацией водородных ионов и концентрацией катионов тяжелого металла.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >