Contact angle(접촉각)

접촉각(contact angle)은 액체가 고체와 접촉할 때 생기는 각도로, 소수성(hydrophobic) 또는 친수성(hydrophilic)을 나타내는 대표적인 측정치입니다. 접촉각의 크기가 90º보다 작으면 친수성에 가깝다는 것을 의미하고, 90º와 180º 사이 값을 가지면 소수성에 가까운 것을 의미합니다.

Contact angle (solid-liquid) and wettability

 

광물의 선별, 특히 부유선별에서는 접촉각이 중요하며 광물이 기포에 붙어서 부유하기 위해서는 소수성 표면을 가지고 있어야 합니다. 반면, 친수성 표면을 가진 입자는 부유하지 않고 용액 내에 머무르게 됩니다.

 

접촉각은 액체-기체(γ_w/a), 고체-기체(γ_s/a), 고체-액체(γ_s/w)의 계면 장력(에너지)간의 관계에서 만들어집니다. 이들의 관계를 나타낸 대표적인 식이 아래의 영(young)의 식입니다.

 

relationships between solid-liquid-air

γ: 계면 장력(에너지)

s/a: 고체-기체

s/w: 고체-액체

w/a: 액체-기체

θ: 접촉각

 

부유선별에서의 접촉각

 

모든 부유선별의 원리는 광석의 표면이 물에 젖는(wetted) 정도의 차이를 이용하며, 따라서 접촉각은 하나의 중요한 요인이 됩니다. 언뜻 보기에, 액체 중에 있는 광물은 모두 젖어있는 것 처럼 보이지만, 실제 공기 중으로 광석 입자들을 꺼내서 관찰하면, 완전히 젖어있는 입자부터, 소수성 표면으로 인하여 물방울이 맺혀있는 등 그 형태가 다릅니다.

 

부유선별 중 선택적으로 목적광물을 분리하기 위해서는 목적 광물의 접촉각을 증가시키는 방법이 있습니다. 대표적으로 포수제(collector)의 사용이 있습니다. 아래의 그림과 같이 포수제 사용 시, 황화광물(sulfide mineral)의 소수성 표면을 더 극대화하는 역할을 해 줄 수 있습니다.

Contact angle varying by collector