Файл: Глембоцкий В.А. Флотация учебник.pdf

Значение этого преимущества усиливается тем, что гидратируемая солидофильная группа анионного собирателя при его закрепле­ нии на минерале располагается непосредственно у минеральной по­ верхности, т. е. там, где гидратные слои наиболее прочны и устой­ чивы. Таким образом, гидратируемая солидофильная группа у анион­ ного собирателя сильно снижает эффект гидрофобизации и гораздо сильнее, чем если бы эта полярная группа находилась на большем расстоянии от поверхности минерала. Отсутствие подобной группы в аполярном собирателе является его важным преимуществом. Ко ­ нечно, отсутствие солидофильной полярной группы у аполярного реагента в то же время не позволяет ему химически фиксироваться на его поверхности;

2)аполярные собиратели получают из нефти и нефтепродуктов, ресурсы которых в нашей стране практически неограниченны;

3)из аполярных собирателей (которые нерастворимы в воде), особенно с применением ультразвуковых устройств, получают тонко­ дисперсные однородные по гранулометрическому составу и стабиль­ ные эмульсии, что чрезвычайно интенсифицирует действие аполяр­

тодам ультразвукового эмульгирования аполярных собирателей в водном растворе гетерополярного собирателя могут обеспечить вы­ сокую селективность действия при флотации и значительное сниже­

1 г/см3 . Ввиду этого они концентрируются всегда на поверхности воды и создают благоприятные условия для очистки последней.

Взаимодействие аполярных собирателей с поверхностью минера­ лов можно рассматривать как адгезию углеводородов к минералам. Однако если принять во внимание, что адсорбция представляет собой концентрацию вещества на поверхности раздела фаз, а смачивание является адсорбцией жидкости твердым телом, то есть все основания говорить также о физической адсорбции углеводородов на поверх­ ности минералов. Полярная солидофильная группа в молекулах аполярных собирателей отсутствует и их адсорбция на минералах носит чисто физический характер. Вместе с тем эта адсорбция имеет

134

где 6 — краевой угол 1 (отсчитываемый в стороны водной фазы);

о— поверхностная энергия в эрг/см2 на разделе углеводород — вода.

Для углеводородов парафинового ряда а обычно равно 50 эрг/см2 , а для ароматического ряда 38 эрг/см2 . Поскольку величина а незна­ чительно зависит от температуры и постоянна для представителей одного и того же гомологического ряда, можно считать, что работа адгезии, выражающая количественно способность данного аполярного реагента закрепиться на поверхности минерала и указыва­ ющая на прочность этого закрепления, практически полностью опре­ деляется величиной краевого угла.

В физической адсорбции, характеризуемой действием сил Ван- дер-Ваальса, различают электростатическую и дисперсионную ад­ сорбцию.

Примером электростатической адсорбции является адсорбция мо­ лекул жидкости, обладающих дипольным моментом, на ионной кри­ сталлической решетке (смачивание этой решетки дипольной жидко­ стью). Дисперсионная адсорбция имеет место при взаимодействии неполярных молекул углеводорода на неполярном адсорбенте и при этом действуют в основном дисперсионные силы (дисперсионная ком­ понента ван-дер-ваальсовых сил). Кроме этих двух крайних случаев следует иметь в виду много промежуточных, где один вид физиче­ ской адсорбции накладывается на другой или сосуществует с ним.

Потенциальная энергия при физической адсорбции в общем слу­ чае слагается из электростатической и дисперсионной притягатель­ ных компонент и отталкивательной компоненты. При смачивании кристаллических порошков полярной жидкостью (с дипольными молекулами) кулонова сила притягательного взаимодействия между ионом кристаллической решетки и диполем жидкой фазы опреде­ лится из уравнения

г— расстояние между адсорбируемой молекулой и ионом кри­ сталлической решетки.

Вобщем балансе работы адсорбционных сил при смачивании кри­ сталлического порошка с ионной решеткой полярными жидкостями

(с жесткими диполями) превалирует ориентационная компонента сил Ван-дер-Ваальса. К этому случаю, очевидно, относится взаимо­ действие воды с поверхностью окисленных минералов, имеющих ион­ ную решетку и отличающихся гидрофильностью.

Другим случаем физической адсорбции является взаимодействие неполярных соединений и ионной кристаллической решетки, где

1 Обычно этот угол измеряют по отношению к капле углеводорода, поме­ щенной в водной среде на поверхность минерала.

135

превалирует индукционная и дисперсионная компоненты адсорб­ ционной энергии. Если ионная кристаллическая решетка физически адсорбирует аполярные молекулы жидкого углеводорода, электри­ ческое поле, образуемое ионами решетки, индуцирует дипольные моменты в этих молекулах и между возникшими мягкими диполями и ионами решетки возникает индукционное взаимодействие (индук­ ционная компонента сил Ван-дер-Ваальса). Ее величина зависит от напряженности поля, создаваемого кристаллической решеткой Е, и от величины наведенных этим полем дипольных моментов у моле­ кул углеводорода. Величина этих моментов зависит также от особен­ ностей адсорбируемых молекул и чем асимметричнее они построены, чем больше их длина, тем (при прочих равных условиях) будет больше величина индуцированных диполей в молекулах адсорбируемых угле­ водородов. Эти молекулы могут иметь и небольшой по величине собственный дипольный момент. Способность аполярных молекул под действием электрического поля (и, в частности, поля решетки минерала) превращаться в диполь, связана с совокупностью свойств этих молекул, называемых поляризуемостью. Поляризация неполяр­ ной молекулы проявляетя в смещении электронного облака в молекуле под действием внешнего электрического поля и в возникновении благодаря этому у нее дипольного момента т, величина которого пропорциональна напряженности поля Е, создаваемого ионами кри­ сталлической решетки минерала т = аЕ, где коэффициент а назы­ вается поляризуемостью молекулы и характеризует ее способность к деформации. Подобные наведенные (индуцированные) диполи со­ храняются до тех пор, пока действует внешнее электрическое поле. Что касается полярных молекул, то они обладают постоянным (жестким) диполем и под действием внешнего электрического поля не только сильнее поляризуются, но и легко ориентируются по от­ ношению к полю. Поляризуемость молекул увеличивается с их дли­

зуемость увеличивается с ростом числа бензольных колец и доба­ влением к ним боковых парафиновых цепей. Все эти особенности взаимодействия углеводородов с минералами, обладающими ионной решеткой, имеют принципиальное значение для флотации, так как косвенно указывают на возможность закрепления аполярных собира­ телей на предельно окисленных минералах. Это видно из дан­ ных табл. 1, показывающих, что как на окисленных, так и на сульфидных минералах вода и бензол не могут полностью выте­ снять друг друга.

Теоретический анализ показывает, что с увеличением длины моле­ кул аполярных собирателей и их асимметрии условия их закрепле­ ния на поверхности минералов, имеющих ионную решетку, стано­ вятся все более благоприятными.

При рассмотрении адсорбции на минералах углеводородов арома­ тического ряда следует иметь в виду, что бензольное кольцо по-

136

чая в это понятие бензольное кольцо и его боковые цепи, является по современным представлениям одним из наиболее важных призна~ ков принадлежности соединений к ароматическому ряду. Эта осо­ бенность ароматических соединений создает дополнительные бла­ гоприятные условия для их закрепления на минералах любого со­ става, особенно тогда, когда бензольное кольцо располагается своей плотностью параллельно решетке минерала, тем более, что такое расположение энергетически наиболее выгодно, а потому и наиболее вероятно.

При адсорбции аполярных молекул на неполярном адсорбенте (т. е. когда действует в основном дисперсионная компонента ван- дер-ваальсовых сил) энергия адсорбции также растет с удлинением молекул углеводорода (по закону прямой, восходящей линии) [46].

Таким образом, увеличение длины молекул и ее асимметрии по­ вышает адсорбируемость углеводородов на поверхностях минералов.

Существенным теоретическим и практическим вопросом, возни­ кающим при оценке эффективности действия любого класса собира­ телей, является вопрос о том, с каким свойством этих собирателей связан в первую очередь вызываемый ими эффект гидрофобизации.

Критериями гидрофобизирующего действия анионных гетерополярных собирателей, как мы видели, являются химическая актив­ ность их солидофильной группы по отношению к катионам кристал­ лической решетки минерала, длина и разветвленность углеводород­ ной цепи гидрофобизирующего иона. Понятно, что при отсутствии солидофильной группы и способности диссоциировать на ионы дей­ ствие аполярных собирателей не может определяться этими крите­ риями. Несмотря-на то, что в области изучения аполярных собира­ телей было выполнено много исследований, прийти к единому мне­ нию по этому вопросу не удалось. В одних работах наиболее важным для флотации считался состав аполярного собирателя, в других работах не было определенных указаний, с каким из свойств этих реагентов в первую очередь следует связывать их действие при флота­ ции. Некоторые исследователи полагали, что эффективность аполяр­ ных масел зависит от ряда факторов одновременно (состав, вязкость и др.).

Теоретические соображения и специальные экспериментальные исследования [46, 55, 57] позволили сделать вывод, что наиболее важным критерием гидрофобизирующего действия аполярных собира­ телей является их вязкость. Вязкость является таким свойством жидкого углеводорода, в котором, как в фокусе, собраны все осо­ бенности, которые определяются его структурой, длиной молекулы

иэнергией межмолекулярного взаимодействия. Эти особенности

137