Файл: Глембоцкий В.А. Флотация учебник.pdf

При этом появление в зоне расположения гидратных слоев у по­ верхности минерала гидрофобных групп собирателя, весьма слабо взаимодействующих с водой, ведет к снижению устойчивости гидрат­ ных слоев и уменьшает их толщину.

При достижении определенной степени гидрофобизации поверх­ ности минерала и соответствующем ей снижении устойчивости гидратных слоев происходит скачкообразное уменьшение толщины гидратных слоев, возникновение трехфазного периметра смачивания при контакте минерала с пузырьком и прилипание последнего.

Закрепление трехфазного периметра смачивания на поверхности минерала, гидрофобизованной действием реагента-собирателя, под­ тверждается опытами П. А. Ребиндера, в которых осуществляется отсасывание воздуха из воздушного пузырька, предварительно по­ саженного на поверхность галенита, гидрофобизованную действием ксантогената (рис. 21). Вследствие резкого увеличения гистерезиса смачивания 1 уменьшение объема пузырька при отсасывании из него

Рис. 21. Опыты с отсасыванием воздуха из пузырька, закрепившегося на мине­ ральной поверхности (по П. А. Ребиндеру):

а — с жестким закреплением трехфазного периметра смачивания, благодаря гидрофобиза­

ции минеральной поверхности (PbS) собирателем (ксантогенатом); б — при отсутствии за­ крепления трехфазного периметра смачивания ввиду значительной гидратированности мине­ ральной поверхности ( P b S ) бихроматом калия

воздуха (рис. 21, а) происходит практически без перемещения трех­ фазного периметра смачивания, который жестко закрепляется на минеральной поверхности. При этом, как видно из рис. 21, вектор поверхностного натяжения 0 Ж - Г как бы поворачивается на опре­ деленный угол. Когда поверхность минерала предельно гидрофилизована предварительным воздействием соответствующего реагента (например, воздействием на PbS бихромата), гидратированность поверхности увеличивается, а гистерезис смачивания снижается до минимума. Вследствие этого трехфазный периметр смачивания не закрепляется на поверхности минерала и при отсасывании воздуха из пузырька свободно передвигается по этой поверхности. Уменьше­ ние объема пузырька происходит таким образом, что вектор поверх­ ностного натяжения сгж -г практически остается параллельным самому себе (рис. 2 1 , б).

1 Увеличение гистерезиса смачивания является одним из важных проявле­ ний возрастания гидрофобности поверхности минерала и характеризует эффек­ тивность действия собирателя.

73

Важным показателем степени гидрофобизации поверхности яв­ ляется время прилипания воздушного пузырька к этой поверхности, под которым подразумевается продолжительность контакта пузырька с минералом, достаточная для образования трехфазного периметра смачивания, т. е. для осуществления прилипания. Прилипание на­ ступает тем легче и быстрее, чем гидрофобнее минерал и чем тоньше его гидратная оболочка.

Эффективно действующий реагент-собиратель сокращает время прилипания в тысячи и десятки тысяч раз. Таким образом, значение времени прилипания (которое может быть измерено с точностью до 0,001 с при помощи специальных приборов) является показателем степени гидрофобности поверхности минерала и эффективности дей­ ствия реагента-собирателя.

Благодаря гидрофобизации поверхности минерала собирателем достигается не только закрепление трехфазного периметра смачи­ вания и резкое снижение времени прилипания, но также и суще­ ственное для флотационного процесса резкое увеличение прочности прилипания воздушного пузырька к минеральным частицам, под­

гената калия при концентрации последнего 5,5 мг/л, что соответ­ ствует расходу реагента 20 г/т, прочность прилипания увеличилась

п о о т н о ш е н и ю к р е а г е н т а м - с о б и р а т е л я м

Адсорбционная активность минерала по отношению к реагенту-со­ бирателю (т. е. способность минерала взаимодействовать с собирате­ лем и адсорбировать его), от которой в значительной степени зависит результат флотации, тесно связана с природой поверхности минерала.

При химической адсорбции анионного собирателя закрепление его анионов происходит тогда, когда между анионами собирателя и катионами минерала возникает химическая связь, достаточно прочная в данных условиях и более прочная, чем связь катионов минерала с диполями воды. Энергия этой связи косвенно 1 опре­ деляется растворимостью объемного соединения, образованного анионом собирателя и катионом минерала. Так, например, анионы ксантогената не закрепляются на минералах, катионами которых являются металлы щелочноземельной группы (кальций, стронций, магний, барий), и вместе с тем известно, что ксантогенаты этих ме­ таллов хорошо растворимы в воде. Малой растворимости ксантогенатов тяжелых металлов (свинца, меди, железа и др.) соответствует активная адсорбция и закрепление анионов ксантогената на мине­ ралах, катионами которых являются тяжелые металлы. Несмотря

1 Косвенно потому, что растворимость поверхностного соединения может отличаться от растворимости того же соединения, но образованного в объеме.

74

на то, что при применении анионных собирателей анионы минерала практически не участвуют во взаимодействии с анионами реагента г , их природа и состав могут влиять на общую активность поверх­ ности минерала, поскольку, например, прочно связанные с этими анионами диполи воды будут снижать суммарный эффект гидрофобизации, вызываемой присоединением анионов собирателя к катио­ нам минерала.

На активность поверхности минерала по отношению к реагентусобирателю оказывают влияние также степень ее минералогической чистоты и однородности. Следует иметь в виду различного рода вкрапления одного минерала в другой, размер которых может ока­ заться настолько малым, что полное освобождение (раскрытие ми­ нералов) не достигается даже при самом тонком измельчении руды (например, нередко наблюдающаяся эмульсионная вкрапленность).

Установлена высокая химическая активность на границе раз­ дела поверхностей различного химического состава. В связи с этим в местах стыка зерен различных минералов, составляющих в сово­ купности одну частицу, активность поверхности по отношению к реа­ гентам является повышенной по сравнению с другими участками.

Градиенты электрических полей на поверхности многих сульфид­ ных минералов достигают нескольких десятых долей вольта. Про­ цесс взаимодействия сульфидных минералов с реагентами можно представить как общую электрохимическую систему, в которой не­ прерывно происходят явления внутреннего электролиза, возника­ ющие в результате соударения частиц сульфидных минералов с раз­ личными электрохимическими потенциалами. Изучение наряду с гра­ диентами электрических полей, возникающими между сульфидными минералами, электрохимических свойств поверхности сульфидов позволило установить неравномерность распределения эквипотен­ циальных участков на поверхности этих минералов, причем указан­ ное распределение близко совпадает с распределением ксантогената, установленным методом микрорадиографии. Вследствие этого сростки зерен различных минералов обладают повышенной адсорбционной активностью по отношению к реагентам в пульпе.

Значительное влияние на активность минеральной поверхности по отношению к реагентам и воде оказывает характер связей между структурными элементами кристаллической решетки.

В результате окисления сульфидов до образования кислородсо­ держащих анионов и окисленных пленок происходит увеличение удельного значения ионной связи между элементами решетки. В связи с этим резко возрастает активностьповерхности минерала по отношению к воде, так как адсорбция диполей воды на ионных адсорбентах приближается по своему характеру (например, по проч­ ности закрепления) к химической адсорбции. Чем прочнее на по­ верхности минерала закреплены молекулы воды, тем труднее идет закрепление собирателя на минерале.

1 Возможно только вытеснение анионов минерала анионами реагента.

75

Высокая активность к диполям воды минералов с кислородсо­ держащими анионами (карбонаты, сульфаты и др.) является одной из основных причин низкой природной флотируемости этих минера­ лов по сравнению с сульфидами.

С другой стороны, образование поверхностных сульфат-ионов при не очень глубоком окислении сульфидов облегчает взаимодей­ ствие последних с аниопным собирателем (см. рис. 23) и тем способ­ ствует флотации. Закрепление собирателя на сульфидах без их пред­ варительного окисления (например, ксантогената на галените) не­ возможно.

Активность поверхности минерала по отношению к реагентусобирателю может значительно изменяться в результате взаимодей­ ствия минерала с ионами, присутствующими в пульпе, особенно тогда, когда происходит закрепление этих ионов на поверхности минерала.

Подобное изменение активности поверхности минеральных зерен может оказаться настолько значительным, что флотация практически нефлотируемого минерала становится в результате его взаимодей­ ствия с указанным ионом полной и эффективной. Так, например, ионы меди, входя в кристаллическую решетку сфалерита, резко по­ вышают активность его поверхности по отношению к ксантогенату, что имеет большое значение при флотации цинковой обманки. С дру­ гой стороны, вхождение некоторых ионов в кристаллическую ре­ шетку минерала может и резко снизить его активность в отношении собирателя. Например, ионы бария способны адсорбироваться гале­ нитом, что можно объяснить близкими ионными радиусами свинца и бария. Поскольку ионы бария не образуют устойчивых и чодонерастворимых соединений с ксантогенатами, в результате адсорбции ионов бария галенитом заметно понижается адсорбция ксантогената им и флотационная способность снижается.

Различия в кристаллической структуре пирита и марказита (пи­ рит относится к кубической, марказит — к ромбической сингонии), имеющих одинаковый химический состав FeS 2 , обусловливают фи­ зико-химические различия этих минералов, отличающихся своей флотируемостью. Отмеченные в литературе различия во флотацион­

время как галенит Текелийского месторождения адсорбирует этот собиратель в значительных количествах. Галенит Смирновского ме-

76