Гидрофобные группы молекул реагентов-собирателей

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Гидрофобные группы молекул реагентов-собирателей

02.10.2020

Гидрофобные группы молекул реагентов-собирателей уменьшают гидратацию минеральных поверхностей, на которых они закрепляются. Это достигается экранированием силового поля поверхности или введением в гидратные слои практически не взаимодействующих с диполями воды гидрофобных групп.

Поскольку основным видом взаимодействия диполей воды является их электростатическое притяжение, гидрофобными могут быть только аполярные вещества, состоящие из электронейтральных групп атомов. Этому требованию удовлетворяют группы, образованные симметрично расположенными атомами, соединенными ковалентными связями.
Гидрофобные группы молекул реагентов-собирателей

В качестве гидрофобных соединений используют углеводороды — открытые углеводородные цепи и циклические ароматические соединения, в которых углеродные и водородные атомы связаны ковалентно. В табл. 24 приведены гомологические ряды веществ, отличающихся длиной гидрофобных радикалов.

На рис. 104 схематично изображено строение углеводородной цепи, состоящей из групп CH3 и СН2.

Молекула такого углеродного соединения представляет плоскую зигзагообразную цепочку. Углеродные атомы располагаются в ней в вершинах зигзагов. Угол, образованный двумя углеродными атомами соединенными с третьим, составляет 109°28'. Этот угол соответствует углу между тетраэдрическими связям углеродного атома. Атомы водорода располагаются вокруг на углерода по углам тетраэдра. Расстояние между центрами двух соседних углеродных атомов равно 1,5 А. Каждое углеводородное звено удлиняет цепь на 1,26 А; общая длина углеводородной цепи может быть легко вычислена, если известно число углеводородных групп, образующих цепь. Определять таким способом можно только длину нормальных предельных углеводородных цепей. В углеводородной цепи с двойными или тройными связями по месту этих связей цепь изгибается и длина цепи не пропорциональна числу содержащихся в ней углеводородных групп. Так, углеводородная цепь непредельной жирной кислоты — олеиновой кислоты — изогнута у десятого углеводородного атома, и поэтому длина ее равна всего лишь 12—13 А. Разветвленные углеводородные цепи также значительно короче нормальных углеводородных цепей, содержащих то же число углеродных атомов.

Длина углеводородной цепи оказывает большое влияние на собирательные свойства реагентов. Например, у ксантогенатов, имеющих различные по длине углеводородные цепи, собирательная способность реагента повышается с увеличением длины углеводородной цепи до некоторого предела.

Метиловый ксантогенат, например, является очень слабым собирателем и практически не применяется для флотации; этиловый ксантогенат более активен, а бутиловый и амиловый ксантогенаты значительно активнее этилового. Ксантогенаты высших углеводородных гомологов настолько активны, что их можно применять без активаторов для флотации таких минералов, как цинковая обманка и пирротин, флотация которых низшими гомологами возможна только в присутствии активаторов.

Опыты по изучению величины краевого угла смачивания, образующегося при прилипании воздушного пузырька на поверхности минералов, обработанных различными ксантогенатами, показали, что чем длиннее углеводородная цепь ксантогената, тем больше краевой угол смачивания. Следовательно, длина углеводородной цепи изменяет свойства гидратных слоев. То, что при этих опытах основное влияние на величину краевого угля смачивания оказывало именно изменение свойств гидратных слоев под влиянием гидрофобных групп ксантогенатов, а не состав минерала, подтверждается еще и тем, что на различных минералах (свинцовых, цинковых и медных), но обработанных ксантогенатом с одинаковой углеводородной цепью, получались одинаковые краевые углы смачивания (табл. 25).

Разветвление углеводородных цепей оказывает влияние на собирательную способность реагентов. Так, ксантогенаты, содержащие радикалы изопропил и изобутил, являются более активными собирателями, чем ксантогенаты с теми же радикалами, но нормального строения.

В табл. 26 приведены результаты измерения краевых углов смачивания пузырьков воздуха, прилипших к поверхности минералов, обработанных ксантогенатами, имеющими углеводородные цепи нормального строения и разветвленные.

Каковский отмечает, что разветвление углеводородных цепей, содержащих больше четырех углеродных атомов приводит к ослаблению их действия и оказывает уже отрицательное влияние на собирательные свойства реагентов.

Циклические углеводородные гидрофобные группировки состоят из шести связанных между собой атомов углерода, к которым присоединяются другие химические элементы. Рентгеноструктурный анализ показал, что атомы углерода располагаются в циклических группировках по углам правильного плоского шестиугольника. Расстояние между центрами двух соседних атомов углерода меньше, чем в углеводородных цепях, и составляет 1,42 А. Общая длина циклической группы равна 2,84 А, т. е. приближается к длине углеводородной цепи, содержащей два углеродных атома этилового радикала.

Гидрофобизирующее действие одночленного циклического радикала соответствует примерно этиловому радикалу. Иногда в качестве гидрофобизирующей группы в собиратель вводят комбинированную группу, состоящую из короткой углеводородной цепи с циклическим радикалом на конце или, наоборот, из циклической группы с короткой углеводородной цепью (никаль и т. п.).

Гидрофобные группы, содержащие циклические углеводородные радикалы, применяются в практике флотации руд значительно реже углеводородных цепей. Собиратели, содержащие циклические радикалы, часто имеют очень (неприятный запах. Чтобы избавиться от этого свойства, в циклический углеводородный радикал иногда вводят заменители. Гак, при замене одного атома водорода в бензольном ядре тиофенола группой NH2 или NO3 можно получить собиратели без запаха: р — аминотиофенол и р-нитротиофенол.

Введение заменителей в циклический радикал может увеличить собирательную способность реагента. Ясюкевич показал, что оба упомянутые выше реагента значительно активнее тиофенола: р-амонотиофенол — в четыре раза, а р-нитротиофенол — в девять раз; по своей собирательной способности они соответствуют ксантогенату, в углеводородной цепи которого содержится семь атомов углерода.

Как показано Каковским, изменение длины алифатической углеводородной цепи сильно сказывается на свойствах гетерополярной молекулы. Внутри гетерополярных молекул действуют силы химических связей, которые, начиная с четвертой — шестой углеводородной группы, придают членам гомологического ряда некоторые аддитивные свойства. С возрастанием длины углеводородной цепи в гомологическом ряду происходит монотонное изменение многих свойств молекул. Это связано главным образом с изменением дисперсионного взаимодействия.

В частности, длиной алифатической углеводородной цепи определяется столь важная для флотации характеристика собирателей, как их растворимость в воде. Известно, что растворимость гетерополярных молекул зависит от степени гидратированности полярной группы (см. ниже) и длины углеводородной цепи. Расчеты и прямые эксперименты показали, что при удлинении цепи на одну углеводородную группу растворимость собирателя в воде уменьшается в 4,34 раза. Процесс адсорбции из водных: растворов и изменение поверхностной активности могут рассматриваться как обратные процессу растворения. С увеличением длины углеводородной цепи на одну углеводородную группу увеличение поверхностной активности должно примерно возрастать в 4,25 раза. Это подтверждается экспериментально установлением растворимости спиртов с разной длиной углеводородной цепи (рис. 105).

В этих изменениях в принципе заложено наличие оптимальной длины радикала у реагентов-собирателей. Реагенты со слишком длинной углеводородной цепью, хотя и оказывают высоко гидрофобизирующее действие, но плохо растворяются в воде, что резко снижает эффективность их действия. В присутствие в пульпе ряда двух- и трехвалентных катионов собиратели образуют с ними малорастворимые соединения. Поскольку растворимость собирателей и их солей возрастает с уменьшением длины углеводородной цепи, целесообразно при наличии в пульпе значительного количества катионов, выводящих из раствора собиратель, применять реагенты с относительно короткими углеводородными цепями. Так, успешно применяются жирные кислоты с цепями, содержащими шесть — восемь углеводородные группировок при флотации растворимых солей. Другим примером является флотация гидроборацита и других высокорастворимых солей с помощью никаля, обладающего короткой гидрофобной цепью.

В кислой среде влияние длины радикала на избирательное действия ксантогенатов и дитиофосфатов иное, чем в шелочной среде. В первом случае селективность возрастает с увеличение длины радикала, во втором — снижается. Каковский, Нагирни и Вершинин полагают, что улучшение селекции в кислой сред с увеличением длины радикала объясняется уменьшением в эти условиях концентрации ионов собирателя в пульпе (вследствие уменьшения диссоциации собирателя).

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: