Гетерогенный катализ.
Гетерогенный катализ – при его протекании участники реакции и катализатор находятся в различных фазах, а процессы происходят на поверхности катализатора.
В гетерогенном катализе выделяют стадии:
Диффузия, которая обеспечивает подвод исходных веществ к поверхности катализатора;
Адсорбция исходных веществ на поверхности;
Взаимодействие адсорбированных веществ с образованием продуктов реакции;
Адсорбция продуктов реакции;
Диффузионные процессы отвода продуктов.
Скорость гетерогенной каталитической реакции в зависимости от условий протекания будет определяться либо скоростью диффузии, либо химической реакции.
Активность катализаторов зависит от:
Физического или химического сродства к реагентам;
Размера и состояния поверхности катализатора;
Термодинамической неустойчивости катализатора;
Старение катализатора.
Активность катализатора определяют скоростью реакции, отнесённой к единице массы (объёма) катализатора.
Удельная каталитическая активность определяется активностью единицы его поверхности. Эта величина постоянна и определяется химическим состоянием катализатора.
Роль поверхностных явлений при флотации руд.
Флотация – процесс разделения микрозернистой смеси гидрофильных и гидрофобных веществ на основе избирательного смачивания.
В руде пустая порода является гидрофильной, а минералы являются гидрофобными.
Этапы обработки:
Размол руды;
Энергичное перемешивание в воде с добавлением флотореагентов - собирателей (растворы ПАВ), они избирательно химосорбируются на гидрофобных частицах минералов, понижая смачиваемость.
Гидрофобицированные частицы минералов прилипают к пузырькам воздуха и выталкиваются на поверхность. Вес наиболее крупных веществ, извлекаемых минералов не должны привышать подъёмную силу пузырьков воздуха.
Для предотвращения выноса пустой породы вводят реагенты-подавители, которые увеличивают смачивание пустой породы водой. В систему добавляют реагенты - вспениватели для образования стойкой пены. Природа флотореагентов собирателей, подавителей и вспенивателей определяется природой компонентов руды. С помощью флотации обогащается большинство руд цветных металлов и многих неметаллических систем.
Эффективность флотации особенно для сульфидных руд цветных металлов, является очень высокой. Так из руды, содержащей медь в пределах 1,5-1,7% в руде в результате флотации выделяется 35% меди. С последующим извлечением меди 35-40%.
Получение и свойства коллоидных систем.
Дисперсные системы можно классифицировать по интенсивности межфазных молекулярных взаимодействий. По этому признаку дисперсные системы делят:
Лиофильные, если среда не вода. Для воды – гидрофильные.
Лиофобные, если среда не вода. Для воды – гидрофобные.
Процесс образования дисперсных систем сопровождается увеличением энергии Гиббса за счёт увеличения межфазной поверхности.
Увеличение энергии Гиббса частично компенсируется ростом энтропии системы:
– увеличение
площади межфазной поверхности;
Для межфазных систем за счёт взаимодействия поверхности твёрдого тела и жидкости происходит значительное понижение поверхностного натяжения.
Твёрдое тело при этом самопроизвольно диспергирует до размера частиц 10-6.
Лиофильные системы:
-
критическое значение, соответствующее
переходу от лиофобных систем к
лиофильным. Это критическое значение
поверхностного натяжения межфазной
границы твёрдое - жидкость.
Лиофобные системы:
Лиофобные системы термодинамически неустойчивы и могут длительное время при условии, что частицы защищены от коагуляции (спекания) и коалисценции (слипания).
Повышение агрегативной устойчивости лиофобных дисперсных систем достигается введением стабилизатора, который адсорбируется на поверхности частиц и изменяют условий их взаимодействия со средой.
К стабилизаторам относятся неорганические электролиты (в результате столкновения происходит уменьшение сцепление частиц); органические ПАВ (понижают поверхностное натяжение и увеличивает устойчивость системы).
Методы получения лиофильных систем:
Диспергационные методы: используют механические, электрические методы и ультразвук, в результате происходит грубое, среднее и мелкое дробление. Для эффективности сочетают колебательное и ПАВ воздействия.
Конденсационные методы: делятся на физические и химические:
Физические – конденсация из перенасыщенных растворов, паров с последующей заменой растворителя.
Химической – получение труднорастворимых веществ различными химическими методами: окисление, восстановление, гидролиз.
Пептизация – в результате данного метода происходит переход в коллоидный раствор осадка, который образуется в процессе коагуляции.