ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 330
Скачиваний: 4
флотации при применении аминов от величины рН среды. Эта зави симость эффективности флотационного действия катионных собира телей от рН среды значительно сильнее выражена, чем при примене нии анионных собирателей. Водные растворы аминов имеют щелоч ную реакцию, ввиду чего переход аминов в ионную форму в кислой
среде происходит легко. Замечено, что собирательное |
действие кати |
||
онных |
собирателей на основе аминов проявляется в |
сравнительно |
|
узком |
диапазоне |
значений рН, причем флотация резко ухудшается |
|
в сильнощелочных и в спльнокпслых средах. |
|
||
Собирательная |
активность катионных реагентов |
увеличивается |
с удлинением углеводородных радикалов, достигая максимума при 24—26 атомах углерода в радикале, после чего снижается. Обычно применяемые катпонные собиратели имеют радикалы с 8—19 ато мами углерода. На взаимодействие катионного собирателя с минера лами оказывает сильное влияние концентрация ионной формы этого реагента или других ионов в растворе.
Снижение концентрации ионов катионного собирателя или повы шение концентрации других ионов в растворе приводит к резкому уменьшению количества реагента, закрепляющегося на минерале. Положение солидофильной группы катионного собирателя по отно шению к углеводородной цепи влияет на его собирательное действие, которое является максимальным для тех случаев, когда полярная группа молекулы реагента находится на одном из концов углеводо родной цепи. Двойная связь и разветвление цепи снижает собира тельное действие. Катионные реагенты обладают некоторым вспени вающим действием, но для эффективной флотации необходимо при менять специальные пенообразователи, вводимые в процесс. Катион ные собиратели являются эффективными для флотации кварца и си ликатов, а также при флотации растворимых солей. Эти реагенты применяют при отделении кварца от фосфоритов, граната, кианита,
турмалина, |
берилла, сподумена; для отделения талька от слюды |
и полевого |
шпата, полевого шпата от каолина; хромита от оливина, |
а также для выделения гематита, ильменита, шпинели и сидерита. Расход катионных собирателей обычно составляет 0,05—0,25 кг/т. Высокая стоимость катионных собирателей и их довольно значитель ная токсичность, возрастающая с ростом молекулярного веса, пре пятствует их широкому применению.
Единого взгляда на механизм собирательного действия катион ных собирателей не существует. По-видимому, механизм их действия может быть различным для разных случаев.
Невысокая прочность закрепления катионных реагентов на мно гих минералах и легкая десорбция их с минеральной поверхности, значительное влияние знака и заряда поверхности минерала на за крепление им катионного собирателя позволяют считать, что эти реагенты закрепляются на основе физической адсорбции, распола гаясь во внешней обкладке двойного электрического слоя.
С другой стороны, Таггартом и Арбитером (США) высказывается взгляд на химическое закрепление катионных собирателей на основе
128
реакции обмена катионами между реагентом и минералом. Ряд не мецких и американских ученых считают, что на закрепление катионных реагентов решающее влияние оказывает соотношение (соответ ствие) величины ионных радиусов катионов собирателя и минерала. Эти взгляды особенно часто высказываются применительно к флота ции растворимых солей. По мнению Годэна и Фюрстенау (США), катионные собиратели, закрепляясь в двойном электрическом слое (например, у поверхности кварца), образуют так называемые хемимицеллы (ионные мицеллы).
Многие советские исследователи считают, что на минералах за крепляются как ионы, так и молекулы катионного собирателя. Однако считается, что для флотации имеет значение лишь адсорбция ионов.
В СССР применяют на обогатительных фабриках главным обра
зом два |
катионных собирателя отечественного происхождения |
(ИМ-11 и |
АНП). |
Собиратель ИМ-11 представляет собой смесь алифатических пер вичных амингидрохлоридов с числом звеньев С Н 2 в цепи от 13 до 16. Это бурая жидкость, растворимая в воде. Реагент показал высо кую эффективность при флотации железных, фосфоритовых руд, берилла, полевого шпата и других минералов.
Собиратель АНП — водорастворимая бурая жидкость, состоящая из хлоргидратов первичных аминов. Вторичных аминов не более 3%. Эффективен при флотации кварца и силикатов, в том числе полевых шпатов, литиевых и бериллиевых минералов и других минералов, редких металлов, слюд, железных руд.
§ 5. Аполярные и другие реагенты-собиратели
Аполярные собиратели представляют собой реагенты, не способ ные к диссоциации на ионы и весьма труднорастворимые в воде. В физическом отношении они в большинстве своем представляют углеводородные жидкости, получаемые из нефти.
По своему составу и структуре — это углеводороды, в которых отсутствуют полярные группы. Они слабо взаимодействуют с дипо лями воды. Между атомами в молекуле аполярных соединений дей ствуют ковалентные связи.
Ввиду указанных особенностей аполярные собиратели не имеют солидофильных групп и не образуют на поверхности минералов ориен тированных адсорбционных слоев. Их закрепление на минералах основано на адгезии. Закрепление неионогенных аполярных собира телей происходит тем легче, чем меньше гидратирована поверхность минерала. К числу подобных минералов, обладающих достаточно природной гидрофобностыо, относятся угли, графит, сера, алмазы из некоторых коренных месторождений, молибденит и другие мине ралы, кристаллизующиеся в слоистых и молекулярных решетках.
Покрывая поверхности слабогидратирующпхся минералов, апо лярные собиратели снижают их гидратированность до уровня,
9 Заказ 355 |
129 |
обеспечивающего достаточно прочное прилипание минеральных частиц к пузырьку воздуха.
Вследствие низкой растворимости в воде они при перемешива нии пульпы образуют типичные эмульсии, размер капелек которых зависит от условий перемешивания, физических свойств эмульгиру емого собирателя и присутствия в пульпе эмульгаторов — поверх ностно-активных веществ, препятствующих слиянию мелких капелек эмульсии в крупные. При содержании реагента 0,01 — 0,1% эмуль сия достаточно устойчива и в отсутствии эмульгаторов, так как при таком низком содержании аполярного собирателя вероятность столк новения его капелек в пульпе весьма мала.
При рассмотрении механизма взаимодействия аполярных собира телей с минералами на примере угля выявляется большое сходство процессов присоединения аполярного собирателя к минералу и при липания к нему пузырька воздуха, вытекающих из одинаковых тер модинамических предпосылок обоих процессов.
Присоединение аполярного собирателя к минералу, так же как и прилипание к нему воздушного пузырька, принципиально воз можно при любой степени гидратировашюсти поверхности минерала (включая случай ее полной гидратировашюсти, которому соответ ствует нулевое значение краевого угла смачивания). Однако чем гидрсфсбнее поверхность минерала, тем больше вероятность закре пления на этой поверхности аполярного собирателя.
Поэтому при флотации графита, серы и других, достаточно гид рофобных по своей природе минералов аполярные собиратели за крепляются на них избирательно, усиливая гидрофобность минера лов и хорошую флотируемость их.
Условия, необходимые для растекания аполярной жидкости по поверхности минерала, определяются основными положениями из бирательного смачивания, сформулированными П. А. Ребиндером [191].
Растекание аполярной жидкости по поверхности минерала в при сутствии воды возможно при условии, если это вещество лучше сма чивает данную поверхность, чем вода. Количественным выражением этого условия является величина краевого угла смачивания, кото рая должна быть больше 90° (при отсчете в водную фазу). С учетом этого условия капля аполярной жидкости, закрепившаяся на по верхности минерала (рис. 37, а), не будет растекаться по ней. На рис. 37, б, видно, что аполярная жидкость лучше смачивает минерал по сравнению с водой (начало растекания) и возможно образование трехмерной объемной пленки аполярного собирателя на поверх ности минерала (рис. 37, в). Аполярная жидкость будет полностью растекаться, если 9 = 180° и
^вода-мин ^ 0*апол. ж.-мин "Т" ^"аода-апол. ж-
Однако аполярные собиратели не могут вытеснить воду с поверх ности минерала при растекании по ней. Гидрофобизация поверхности достигается при закреплении капелек собирателя на минерале
130
(рис. 37, г) и если количество закрепившихся капелек будет значи тельным (рис. 37, д), то они, сливаясь друг с другом, могут вызвать образование почти сплошной трехмерной пленки аполярного собира теля на поверхности минерала (рис. 37, е).
Ввиду того что конечный результат образования пленки аполяр ного собирателя на минерале зависит от гидратированности его по верхности, большое значение приобретает предварительное воздей ствие на эту поверхность поверхностно-активных веществ (рис. 37, ж ) которые до контакта минерала с аполярным собирателем уже в той или иной степени снизили его гидратированность (например, воз действие ксантогената с последующим применением керосина).
а |
5 |
в |
Рис. 37. Схема закрепления аполярного собирателя на поверхности минерала (по В. И. Классену)
При присутствии в аполярном собирателе поверхностно-активного вещества, способного адсорбироваться на поверхности раздела фаз аполярный углеводород — вода (углеводородными группами в среду аполярного реагента, а полярными группами — в водную фазу), будут также создаваться благоприятные условия для закрепления аполярного собирателя на минерале (рис. 37, ж ) . Молекулы поверх ностно-активного вещества, адсорбируясь на минерале, будут сни жать разность полярностей между поверхностью минерала и апо лярным собирателем и тем облегчать закрепление последнего на минерале.
Экспериментально доказано, что аполярный реагент, закрепляясь на поверхности минерального зерна, концентрируется вдоль пери метра смачивания этого зерна (рис. 38).
Образование пленки аполярного собирателя вдоль трехфазного периметра контакта приводит к значительному повышению прочности прилипания частицы минерала к пузырьку.
9* |
131 |
Из аполярных собирателей чаще всего применяется керосин, а также различные углеводородные масла, являющиеся продуктами фракционной разгонки древесной или каменноугольной смолы, полученной при полукоксовании и коксовании каменных углегт.
Керосин представляет собой смесь жидких предельных углево дородов, кипящих при температуре от 150 до 300° С; прозрачная, бесцветная или желтоватая жидкость с голубым отливом с плот
ностью 0,82—0,84 |
г / с м 3 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Керосин применяется как собиратель при флотации графита, |
|||||||||||||||
талька, молибденита |
и серы. Он |
может |
быть |
с успехом |
применен |
||||||||||
Воздух |
|
|
|
и при |
флотации каменных углей. |
||||||||||
|
|
|
Однако |
керосин |
совершенно |
не |
|||||||||
Реагент |
|
||||||||||||||
|
обладает |
пенообразующими |
свой |
||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
ствами и поэтому наряду с ним |
|||||||||||
|
|
|
|
необходимо |
применять |
пенообра |
|||||||||
|
|
|
|
зователь. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Керосин |
также |
применяют |
|||||||||
|
|
|
|
в качестве органического |
раство |
||||||||||
|
|
|
|
рителя |
для |
малорастворимых |
и |
||||||||
|
|
|
|
трудноэмульгируемых |
анионных |
||||||||||
|
|
|
|
собирателей (например, для улуч |
|||||||||||
|
|
|
|
шения диспергирования |
олеиновой |
||||||||||
|
|
|
|
кислоты, |
торфяных |
смол |
и |
др.). |
|||||||
|
|
|
|
К |
аполярным |
собирателям, |
не |
||||||||
|
|
|
|
содержащим |
гетерополярных |
со |
|||||||||
|
|
|
|
единений, можно отнести и транс |
|||||||||||
|
|
|
|
форматорное |
масло. |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Реагенты, получаемые в ре |
|||||||||||
Аполярный реагент |
|
зультате |
коксования |
и |
полукок |
||||||||||
|
|
|
|
сования каменных углей, а также |
|||||||||||
Рис. 38. Механизм |
закрепления апо |
некоторые |
продукты |
сухой |
|
пере |
|||||||||
лярных собирателей |
на поверхности |
гонки |
|
дерева не |
являются |
апо- |
|||||||||
минералов (по |
В. |
И. |
Классену |
лярными |
собирателями, |
так |
как |
||||||||
н И. Н. Плаксину) |
|||||||||||||||
наряду |
с |
аполярными |
углеводо |
||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
родами в них содержатся фе |
|||||||||||
нолы, крезолы, |
некоторое количество |
карбоновых |
кислот |
и |
др. |
||||||||||
При фракционной |
разгонке смол содержание в отдельных |
фрак |
циях нейтральных углеводородных масел и фенолов, а также других компонентов изменяется в зависимости от их распределения по фрак циям и температурных условий разгонки.
Присутствие фенолов и крезолов придает аполярным углеводоро дам пенообразующие свойства, но осложняет решение задачи спуска хвостов, так как по санитарно-гигиеническим требованиям удалять квосты, загрязненные фенолами, в естественные водоемы нельзя.
Ввиду этого проводятся изыскания новых видов реагентов из продуктов разгонки каменноугольных смол, по возможности не со держащих фенолов.
Существенным недостатком реагентов, полученных на основе
132
каменноугольных и древесных смол, является сложность обеспечения стабильности их состава, без чего нельзя рассчитывать на хорошие показатели флотации.
Добавление аполярных собирателей к анионным может улучшить результаты флотации. При этом добавление аполярных собирателей приводит, по всей вероятности, к усилению гидрофобизирующего эффекта вследствие концентрации аполярного собирателя в зоне расположения адсорбционного слоя анионного собирателя. Так, на пример, при флотации ксантогенатом-медных минералов добавление углеводородного ма-ела вызывает резкое увеличение скорости флота ции крупных частиц и повышение извлечения меди из крупных клас сов. Еще лучшие результаты от добавления аполярного углеводо рода достигаются при флотации свинцовых минералов.
В этих условиях добавление аполярного углеводорода к ксантогенату более эффективно, чем значительное увеличение расхода ксантогената. При этом поверхность минералов, обработанная пред варительно ксантогенатом, уподобляется как бы поверхности таких аполярных минералов, как графит, сера, молибденит и др., которые способны покрываться пленкой аполярного собирателя. Добавление аполярного собирателя к анионному позволяет, таким образом, увеличить гидрофобизацию поверхности, улучшить прилипание воздушного пузырька к минеральным частицам, понизить расход анионного собирателя и улучшить извлечение при флотации. Осо бенно важное значение это имеет при флотогравитации и флотации окисленных минералов.
Совместное действие аполярного и анионного собирателей обеспе чивается, например, взаимодействием углеводородных цепей анион ного собирателя, обращенных в водную фазу, с молекулами аполяр ного реагента, концентрацией аполярного реагента по линии трех фазного контакта.
О с о б е н н о с т и в з а и м о д е й с т в и я а п о л я р н ы х с о б и р а т е л е й с м и н е р а л а м и
В последнее время было опубликовано много исследований по теории действия аполярных реагентов при флотации, которые поз воляют по-новому осветить проблему аполярных реагентов и меха низм их действия во флотационном процессе [46, 86, 105, 110, 114, 115, 121, 122, 123]. Проблема аполярных собирателей стала одной из наиболее важных во флотации ввиду определения преимуществ аполярных реагентов, установления новых возможностей и областей их практического использования. Преимущества аполярных реа гентов-собирателей по сравнению с собирателями ионогенного типа:
1) в состав молекул аполярного реагента не входят полярные гидратируемые группы. Ввиду этого эффект гидрофобизации, вызы ваемый присоединением к поверхности минерала молекулы аполяр ного собирателя, должен быть при прочих равных условиях выше чем при применении гетерополярного (например, анионного) соби рателя.
133