Солидофильные группы молекул собирателей

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Солидофильные группы молекул собирателей

02.10.2020

Реагенты-собиратели могут быть разделены по виду солидофильных групп на четыре типа: а) собиратели с солидофильной группой, представленной кислородсодержащим анионом кислот; б) собиратели с солидофилыюй группой, содержащей двухвалентную серу; в) собиратели с солидофильной группой, содержащей азот; г) органические, не диссоциирующие в воде собиратели различного строения.

В качестве реагентов-собирателей первого типа (с солидофильной группой в форме кислородсодержащего аниона кислот) наиболее широкое применение нашли реагенты, содержащие карбоксильную группу (—C—О—ОН), являющуюся анионом жирных кислот. Значительно реже используются реагенты, содержащие производную группу аниона серной кислоты (—О—S-О) и (—S—О).

Центральным атомом карбоксильной группы является атом углерода, окруженный двумя атомами кислорода и атомом углерода. При таком расположении атомов углеродные соединения имеют плоскостное строение. Схематически карбоксильная группа изображена на рис. 106. По данным рентгеноструктурного анализа угол между связями C—O составляет 124±4°, а расстояние между центрами атома углерода и кислорода 1,27±0,01 А.
Солидофильные группы молекул собирателей

Собиратели, содержащие карбоксильную группу, хорошо флотируют полярные солеобразные минералы, в состав кристаллических решеток которых входят щелочноземельные металлы — кальций, магний, барий, стронций, а также карбонаты и сульфаты цветных металлов. Менее активно карбоксильная группа закрепляется на окислах, силикатах и алюмосиликатах. Взаимодействие карбоксильной группы в этом случае сильно зависит от присутствия на минеральных поверхностях активирующих катионов и от ионного состава среды.

Уменьшение количества активирующих ионов на минеральной поверхности может привести к тому, что собиратель, содержащий карбоксильную группу, не будет закрепляться некоторых окислах.

Также могут флотироваться собирателями, содержащими карбоксильную группу, растворимые соли щелочных и щелочно-земельных металлов. В этих случаях флотация проводится в насыщенных растворах данных солей.

Карбоксильная группа закрепляется и на поверхности сульфидных минералов, но собиратели с этой группой для флотации сульфидов не используются, так как имеются более избирательные реагенты.

Таким образом, для карбоксильной группы характерна небольшая избирательность закрепления. Несмотря на это, содержащие данную группу собиратели -используются для флотации очень многих минералов. Избирательность действия этих собирателей повышается благодаря применению соответствующих реагентов-регуляторов.

Кроме малой избирательности действия, карбоксильная группа очень активно взаимодействует с ионами кальция, магния, железа, находящимися в воде, образуя при этом нерастворимые мыла. Это сильно повышает расход собирателя, а в ряде случаев снижает избирательность его действия. Применение собирателей, содержащих карбоксильную группу, требует для ряда руд предварительного умягчения воды — удаления из нее солей жесткости, что приводит к необходимости дополнительного расхода других реагентов. Реагентами этого типа являются олеиновая кислота и ее натриевая соль.

Солидофильная сульфогруппа — О—S—О имеет тетраэдрическое строение с атомом серы в центре и атомами кислорода по углам тетраэдра.Условно анион сульфогруппы [О—S—О]2- можно принять за сферическое тело с радиусом, равным 2,95 А. Флотационные свойства этой группы изучены значительно меньше, чем свойства карбоксильной группы. Известно, что реагенты, содержащие сульфогруппу, обладают хорошими собирательными свойствами при флотации таких минералов, как барит, силлиманит, сильвин и др.

Ценными свойствами сульфогруппы является то, что она менее активно ем карбоксильная группа, закрепляется на кальциевых минерала. Поэтому, применяя собиратель с сульфогруппой, можно получить более избирательную флотацию некоторых минералов из руд, содержащих кальциевые минералы. Поскольку кальциевые минералы очень распространены, отделение от них других минералов часто бывает практически важным и вместе с тем технически трудным.

Большим достоинством сульфогруппы является еще то, что она мало чувствительна к солям жесткости. Поэтому применение собирателей, содержащих эту группу, возможно без предварительного умягчения воды.

Обе описанные солидофильные группы, являясь комплексными анионами, содержащими кислород, имеют много общих свойств и сильно отличаются от описанных выше солидофильных групп, содержащих в своем составе двухвалентную серу. Особенности такой группы обусловлены в первую очередь свойствами иона двухвалентной серы. Этот ион, обладая большим радиусом по сравнению с ионом кислорода, легко поляризуется и образует, кроме электровалентных, еще и гомеополярные связи. Если анион S2-взаимодействует с катионами, также способными к поляризации, то взаимная поляризация ионов приводит к тому, что в кристаллической решетке сульфидов происходит объединение электронов соседних противоположно заряженных ионов, и появляется металлическая связь. Присутствие металлических связей в этих соединениях проявляется в том, что сульфиды приобретают свойства, характерные для металлов: металлический блеск, резко повышенную по сравнению с другими минералами электропроводность. Так, свинцовый блеск и ковеллин имеют чисто металлическую электропроводность, которая при комнатной температуре равна 5000 ом-1 на 1 см, тогда как минералы, не обладающие металлической связью и имеющие чисто ионные решетки, — галит, виллиомит, кальцит — обладают электропроводностью от 10в-10 до 10в-17 ом-1.

Металлическая связь является также причиной наблюдающегося иногда в сульфидах недостатка атомов металла (по сравнению с атомами серы), нарушения постоянства состава и невыдержанности законов валентности. Способность двухвалентной серы к проявлению металлической связи благоприятствует закреплению солидофильной группы, содержащей серу на поверхности минералов.

Двухвалентная сера может быть соединена в солидофильной группе с различными атомами. В зависимости от этого изменяется и прочность закрепления молекулы реагента на поверхности минералов. Изучению этого вопроса много внимания уделил Каковский, исследовавший влияние различных заменителем на активность солидофильной группы.

Простая по своему строению солидофильная группа SН, находящаяся в меркаптанах, является довольно флотационно активной. Соединения, в которых эта группа связана с ароматическими углеводородными радикалами (например, тиофенолом), являются сильными собирателями.

Особенно же большое практическое значение имеет солидофильная группа ксантогената — О—С—S SMe. Эта группа, состоящая из одного атома углерода, окруженного тремя другими атомами, имеет форму плоского треугольника, в центре которого находится углерод. Схематически она изображена на рис. 107. Собирательное действие ксантогенатов на сульфидные минералы более подробно рассмотрено ниже.

Вводя в группу ксантогената различные заменители, можно изменить собирательную активность реагента. Заменяя один из двух атомов серы атомом кислорода, наблюдают ослабление солидофильных свойств группы, так как образующаяся при этом группа монотиокарбонат [—О—С—S—O] содержит в себе карбонильную группу, обладающую повышенной энергией взаимодействия с водой, а не с поверхностью сульфидных минералов.

Опыты показывают, что монотиокарбонаты являются очень слабыми собирателями. Если же в солидофильную группу ксантогената ввести вместо кислорода третий атом серы, то получается группа тритиокарбоната, которая, по данным Каковского, является более сильной, чем группа ксантогената. Однако эффект от введения третьего атома серы значительно меньше, чем от второго, т. е. солидофильная группа монотиокарбоната значительно слабее, а группа тритиокарбоната лишь немного активнее группы ксантогената.

Солидофильную группу ксантогената можно изменить, введя заменители в самое ядро группы. Место углерода может занят другой многовалентный атом. Если углерод замещен пятивалентным фосфором, то получается солидофильная группа собирателей, названных аэрофлотами или дитиофосфатами [—P—S—S]. В этой группе связь серы с центральным атомом становится более прочной, чем в группе ксантогената, что, вероятно, и приводит к снижению поляризуемости электронных оболочек серы и ослаблению ее способности взаимодействовать с катионами, находящимися на поверхности минеральных частиц. Практика флотации подтверждает наличие более слабых собирательных свойств у натриевого аэрофлота по сравнению с этиловым ксантогенатом.

Собиратели, содержащие в солидофильной группе двухвалентную серу, наиболее широко применяются в настоящее время при флотации сульфидных минералов. С их помощью флотируют также солеобразные минералы свинца, меди и цинка. Однако их флотация обычно проводится после предварительной сульфидизации.

He флотируются этими собирателями минералы, которые не содержат катионов металлов, располагающихся правее седьмой группы в побочных рядах периодической системы Менделеева.

Все описанные выше солидофильные группы закрепляются на минералах преимущественно в виде отрицательно заряженных ионов. Такие собиратели называются анионными. В настоящее время применяются также собиратели, в которых солидофильная группа является сложным, положительно заряженным ионом. Такие собиратели называются катионными.

Солидофильная группа катионных собирателей, используемых в практике флотации руд, является по своему строению производной сложного иона — аммония. Центральным атомом в нем является атом азота, соединенный гомеополярными связями с четырьмя атомами водорода и несущий один положительный заряд. Этот сложный однозарядный катион, радиус которого равен 1,43 А, имеет много свойств, приближающих его к таким простым катионам, как K+, и Rb+. Многие соли иона аммония кристаллизуются изоморфно с солями K+ и Rb+ и сходны с ними по растворимости.

Солидофильная группа катионных собирателей также имеет в центре атом азота, связанный четырьмя ковалентными связями с другими атомами и несущий один положительный заряд. Схематично эта группа может быть представлена следующим образом [—N—]+, где черточки изображают ковалентные связи. С помощью этих связей к атому азота присоединяются углеводородные радикалы и атомы водорода. При этом есть катионные собиратели, имеющие солидофильные группы с присоединенными к ним от одной до трех углеводородными цепями. В качестве примера этого типа собирателей ниже рассмотрены амины и четвертичные аммониевые соли.

Изменение соотношения чисел углеводородных радикалов и атомов водорода, соединенных с центральным атомом, несомненно меняет и свойства самой солидофильнои группы, подобно тому, как это наблюдалось в анионных собирателях. Однако этот вопрос еще очень мало изучен.

Солидофильная группа азотсодержащих катионных собирателей не всегда присутствует в самих реагентах в том виде, как она изображена выше. Эта группа непосредственно находится только в четвертичных аммониевых солях, а в первичных, вторичных и третичных жирных аминах она образуется при растворении реагентов в воде или в растворах кислот.

Собиратели, содержащие в своем составе аммонийную положительно заряженную группу, применяются преимущественно для флотации окислов, силикатов и алюмосиликатов, которые как уже отмечалось выше, недостаточно удовлетворительно флотируются анионными собирателями.

Практика использования катионных собирателей показала, что они легко десорбируются с поверхности минерала, если уменьшить их концентрацию в пульпе.

Кроме того, находящие до сего времени применение в практике флотации катионные собиратели закрепляются на различных минералах с меньшей избирательностью, чем собиратели анионные. Все это дает основание предполагать, что в закреплении этих реагентов большое значение имеет концентрация их во внешней оболочке двойного электрического слоя у поверхности минеральных частиц.

Собиратели, относящиеся к типу реагентов, не диссоциирующих в водной среде, рассмотрены в специальном параграфе, посвященном аполярным реагентам — маслам.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: