Файл: Глембоцкий В.А. Флотация учебник.pdf

Аполяриая часть молекулы представляет собой углеводородный радикал, слабо взаимодействующий с диполями воды и характери­ зующийся ясно выраженной гидрофобностыо, связанной с наличием у углеводородных радикалов весьма слабых боковых остаточных сил Ван-дер-Ваальса при высоком значении сил связи внутри самих углеводородных цепей (например, связь между атомами углерода - С - С ) .

Полярная часть молекулы в противоположность аполярной от­ личается способностью к взаимодействию с водой и характеризуется ясной гидрофильностью. Соединения, содержащие в молекуле разли­ чимые полярную и аполярную части, называются гетерополярными. К ним относится значительная часть реагентов-собирателей и пено­ образователей. Резкие различия в структуре и составе полярной и аполярной частей позволяют рассматривать отдельно их особен­ ности, несмотря на то, что они образуют единую молекулу.

Рис. 18. Структура молекулы олеата натрия

Примером собирателя, имеющего гетерополярную структуру моле­ кулы, является олеат натрия C 1 7 H 3 4 C O O N a (рис. 18). Углеводород­ ный радикал этого соединения составляет аполярную часть моле­ кулы и отличается весьма слабым взаимодействием с водой.

Полярная часть представлена группой атомов — C<f^

4 ) - N a . Ее строение и состав (наличие кислорода и натрия) предопределяют активность по отношению к диполям воды. При адсорбции, чаще химической, подобных собирателей на поверхности минерала аполярные части их молекул ориентируются в сторону водной фазы, а полярные — в направлении к поверхности минерала. Благодаря по­ добной ориентации собирателя достигается гидрофобизация минерала.

В практике флотации применяют также реагенты-собиратели, представляющие собой углеводородные аполярные жидкости, не диссоциирующие на -ионы и не имеющие гетерополярной структуры. К этому классу собирателей могут быть также отнесены и недиссоциирующие на ионы аполярные жидкости, которые по своему сосставу кроме углерода и водорода содержат атомы некоторых других элементов (например, диксантогенид, содержащий кроме углерода и водорода серу, кислород). Однако число таких реагентов-собира­ телей невелико.

Ввиду того что назначением собирателей является гидрофобиза­ ция минералов, эти реагенты классифицируют по их способности

68.

диссоциировать на ионы в водных растворах, принимая во внимание, с каким из типов этих ионов (анионами или катионами) связано гидрофобизирующее действие собирателя. Для собирателя, диссоции­ рующего на катион и анион, один из них, непосредственно вызыва­ ющий гидрофобизацию, может быть назван гидрофобизирующим ионом, другой — негидрофобизирующим ионом.

В состав гидрофобизирующего иона собирателя всегда входит углеводородный радикал, наличие которого обеспечивает гидрофо­ бизацию минерала. Но углеводородные радикалы в свободном виде существовать не могут и непосредственно не закрепляются на поверх­ ности минерала или вблизи нее. Поэтому в состав гидрофобизиру­ ющего иона собирателя кроме углеводородного радикала входит еще

Рис. 19. Молекула олеата натрия и роль ее структурных элементов в собиратель­ ном действии этого реагента

группа атомов, осуществляющая связь углеводородного радикала с поверхностью минерала. Эта группа называется с о л и д о ф и л ь - н о й. Таким образом, в состав гидрофобизирующего иона собира­ теля входят углеводородный радикал и солидофильная группа. Эф­ фект гидрофобизации при действии собирателя непосредственно свя­ зан с длиной и структурой углеводородного радикала, в то время как солидофильная группа собирателя влияет на гидрофобизацию косвенно — от ее состава и структуры зависят характер взаимодей­ ствия, прочность закрепления собирателя на поверхности минерала и избирательность действия реагента. На рис. 19 показана молекула олеата натрия и роль ее структурных элементов в собирательном действии этого реагента.

Классификация флотационных реагентов-собирателей, учиты­ вающая их способность к диссоциации на ионы, активность анионов и катионов по отношению к минералу и состав солидофильной группы, показана на рис. 20.

По этой классификации собиратели делятся на две группы: ионогенные, образующие в воде ионы, и неионогенные, не распадающиеся на ионы.

69

Неионогенные собиратели представляют собой аполярные соеди­ нения — преимущественно углеводородные жидкости, практически не растворимые в воде. Покрывая отдельные участки поверхности минерала тонкой пленкой или капельками, они гидрофобизируют

РЕАГЕНТЫ-

С О Б И Р А Т Е Л И

Н Е И О Н О Г Е Н Н ЫЕ

N 1 1 1

Главным образом жид­ кие аполярнь/е углево­ дороды различного строения недиссоцииру-

ющие В воде

его. Более широкое применение при флотации получили ионогенные собиратели. Гидрофобизирующим ионом здесь может быть анион или катион собирателя.

В соответствии с этим среди ионогенных собирателей различают анионные собиратели, в которых гидрофобизирующим ионом яв­ ляется анион, и катионные собиратели, где гидрофобизирующие

70

функции связаны с катионом. В настоящее время из ионогенных со­ бирателей широко применяют анионные собиратели. Катионы анион­ ных собирателей не играют существенной роли во взаимодействии этих реагентов с минералами.

Значительная часть применяемых анионных собирателей отли­ чается избирательностью действия и прочным (чаще всего хемоадсорбционным) закреплением на минерале. Типичными анионными собирателями являются ксантогенаты.

В свою очередь, анионные собиратели могут быть разделены в зависимости от состава и структуры солидофильной группы на следующие два основных вида:

1. Анионные собиратели, имеющие в качестве солидофильной группы анионы органических и сулъфокислот

Наиболее часто из этих собирателей применяют органические кислоты или мыла, представляющие собой соли щелочных металлов органических кислот. Солидофильная группа в этом случае предста-

влена карбоксилом —С<^ , свободная углеродная связь которого Ч Э -

соединена с углеводородным радикалом R. Анион в соответствии

с этим имеет вид R - c /

Х ) _ Реагенты с карбоксильной солидофильной группой (олеиновая

кислота, олеат натрия и др.) нашли широкое применение при флота­ ции минералов, имеющих в своей кристаллической решетке в ка­ честве катионов щелочноземельные металлы — кальций, стронций, барий и магний, а также при флотации некоторых окисленных ми­ нералов редких, цветных и черных металлов (например, карбонатов, окислов сульфатов, силикатов).

Реагенты с карбоксильной группой могут быть использованы и в других случаях, но их применение ограничивается недостаточно

еще недостаточно изучены и применяются значительно реже. При­ мером подобных реагентов являются алкилсульфаты R O S 0 3 N a с де­ сятью и более углеродными атомами в R, применяемые при флота­ ции барита и других минералов.

71

2. Анионные собиратели, имеющие в составе солидофильной группы двухвалентную серу

Эти собиратели в настоящее время имеют наибольшее практиче­ ское значение при флотации руд цветных металлов. В их числе не­ обходимо прежде всего отметить ксантогенаты, анион которых

ксантогенатов является четырехвалентный углерод, а ядром аэро­ флотов — пятивалентный фосфор (см. рис . 29 и.31).

Катионные собиратели. Характерной особенностью катионных собирателей является то, что носителем гидрофобных свойств в них служит катион, состоящий из углеводородного радикала и химически связанной с ним солидофильной группы. Основой солидофильной группы большей части катионных собирателей является азот, входя­ щий в аминогруппу.

Анионы катионных собирателей чаще всего представлены галои­ дами или (реже) гидроксилом, которые активного участия во взаимо­ действии с минералами не принимают.

В противоположность собирателям анионного типа, для которых характерно прочное закрепление на поверхности минералов, многие катионные собиратели закрепляются на поверхности минералов слабо и могут быть легко десорбированы при уменьшении их кон­ центрации в пульпе, например при ее разбавлении.

Катионные собиратели применяют главным образом при флота­ ции силикатов, алюмосиликатов, некоторых окислов, для которых анионные собиратели оказываются недостаточно эффективными. Катионные собиратели еще мало изучены, однако можно предпола­ гать, что их применение в будущем, особенно при флотации редкометальных руд, окажется перспективным.

Гидрофобизация как процесс снижения гидратированности поверхности

Адсорбционное закрепление собирателя на поверхности минерала приводит к тому, что связи диполей воды с поверхностью минерала заменяются более устойчивыми, энергетически выгодными и проч­ ными связями с молекулами реагента.

72