Совместное действие различных собирателей и собирателей с пенообразователями

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Совместное действие различных собирателей и собирателей с пенообразователями

02.10.2020

При флотации очень редко создаются условия, обеспечивающие закрепление на минерале только одного данного собирателя. Обычно в пульпе находится целый комплекс поверхностно активных веществ — присутствует пенообразователь, собиратели содержат некоторые примеси и т. д. Иногда специально применяют сочетания собирателей для повышения эффективности флотации. Так, в США на семи свинцово-цинковых и пяти медных обогатительных фабриках совместно применяют несколько собирателей.

Причины улучшения флотации некоторых (не всех!) руд с применением сочетания собирателей исследованы пока в самом первом приближении. Плаксин и Глембоцкий с сотрудниками показали, что сочетания двух разных ксантогенатов или ксантогенатов с диэтилдитнофосфатом в ряде случаев повышают извлечение и скорость флотации. Повышение извлечения происходит за счет перевода в пену трудно флотируемых частиц. Применение сочетания ксантогенатов в ряде случаев повышает плотность адсорбционного слоя. Авторы считают, что достигаемый эффект является следствием неоднородности поверхности частиц, подлежащих флотации, вследствие чего на некоторых участках поверхности лучше закрепляются одни реагенты, на остальных — другие. Богданов на основании опытов Поднек считает недоказанным, что совместное применение ксантогената и аэрофлота повышает сорбцию каждого из них по сравнению с сорбцией при их раздельном применении.

Исследование действия сочетания различных ксантогенатов в связи с устойчивостью их закрепления на сфалерите показало следующее. Применение сочетании ксантогенатов с разной длиной гидрофобного радикала иногда повышает плотность адсорбционного слоя за счет увеличения неустойчивой формы закрепления ксантогената. Это наблюдение косвенно свидетельствует об образовании комплексов различных ксантогенатов.

Применяя метод радиоактивных изотопов, Глембоцкий с сотрудниками установил, что поглощение минералом ксантогенатов различно в тех случаях, когда в растворе присутствует один ксантогенат или смесь двух ксантогенатов.

В данном случае общие качественные представления оказались достаточными для обоснования практических приемов повышения эффективности флотации. Вместе с тем нельзя не согласиться с Богдановым, указывающим на необходимость выяснить молекулярный механизм действия сочетаний однотипных собирателей. В практике флотации следует шире испытывать этот прием повышения эффективности флотации.

При дальнейшей расшифровке механизма действия сочетании однотипных собирателей значительную ясность можно внести, поставив опыты, аналогичные тем, которые осуществлены Шульманом и Лейя при изучении действия собирателей и пенообразователей.

Широко используется на практике совместное применение собирателей, состоящих из дифильных и аполярных молекул. Добавление аполярных реагентов при флотации каменных углей самородной серы, молибденита и других минералов с вишенной гидрофобностью поверхности всегда приводит к снижению потерь этих минералов в хвостах. Было принято считать, что это является следствием добавочной гидрофобизации поверхности при закреплении аполярных реагентов на гидрофобных радикалах дифильных молекул. Это явление иногда, по предложению Ребиндера, называли «надстраиванием» гидрофобных радикалов аполярными реагентами. Сейчас представляется возможным этот механизм связать с образованием аполярными реагентами каемок вдоль контура прилипания. Эти каемки значительно повышают прочность прилипания частиц к пузырькам, что благоприятствует флотации прежде всего крупных частиц.

Особый теоретический интерес представляет взаимодействие реагентов-собирателеи и пенообразователей на поверхностях минеральных частиц. По этому поводу высказано много весьма противоречивых мнении. Одни исследователи (особенно Шульман и Лейя) считают, что пенообразователи взаимодействуют с собирателями на поверхности минералов. Они во многом поддерживают крайнюю точку зрения, выдвинутую впервые Кристманном, считавшим взаимодействие собирателя с пенообразователем необходимым условием прилипания частиц к пузырькам. Влияние пенообразователя на флотационную активность (гидрофобизацию) поверхности многих минералов отмечали многие исследователи.

С другой стороны, имеются опыты Уорка и Кокса, позволившие сделать вывод, что «...концентрация пенообразователей, применяющихся на практике, не влияет на краевой угол смачивания, образуемый собирателем...». Эта же точка зрения принята в последней монографии Сазерленда и Уорка.

Сопоставление имеющихся данных приводит к выводу, что реагенты-пенообразователи, даже самые чистые, в определенных условиях значительно снижают гидратированность поверхности минералов, активируя тем самым их флотацию.

Наиболее четко собирательное действие пенообразователей проявляется при флотации природно гидрофобных минералов, в частности каменного угля. Уорк не отрицал возможности такого действия пенообразователя, но считал его недоказанным. При флотации каменного угля по аналогии с флотацией руд реагенты обычно делили на собиратели и пенообразователи.

Наши опыты показали, что спирты, имеющие гидроксильную полярную группу, являются собирателями при флотации каменных углей. Наиболее показательны опыты в беспенном аппарате, в котором увеличение выхода сфлотированного продукта зависит только от собирательного, но отнюдь не от пенообразующего действия реагента. На рис. 132 приведены результаты этих опытов в сопоставлении с опытами флотации в обычной флотационной машине механического типа, где на собирательное действие спирта накладывается его пенообразующее влияние. Видно, что при оптимальной концентрации реагента флотация резко активируется именно за счет собирательного действия гексилового спирта. Исследования взаимодействия спиртов с каменным углем и породой показали, что они активно адсорбируются углем (рис. 133). С породой это взаимодействие значительно слабее. Закрепление спиртов на угле максимально при содержании в радикале 6—8 атомов углерода.

Снижение электрокинетпческого потенциала свидетельствует в данном случае о гидрофобизации поверхности угля при адсорбции на ней спиртов. Обращает на себя внимание большая аналогия этих данных с приведенной ранее общей схемой влияния поверхностно активных веществ на электрокинетический потенциал твердых тел при адсорбции на последних. Очевидно, в данном случае имеет место ориентированная адсорбция спиртов, причем полярная группа обращена к поверхности минерала. При большом избытке реагента наступает гидрофилизация поверхности; можно предположить, что в данном случае это вытекает из образования на поверхности гидратированных мицелл.

Весьма интересно, что при флотации углей спирты с оптимальной длиной радикала являются наиболее избирательными собирателями. Реагенты, у которых полярная группа представлена карбоксильной группой или сульфогруппой, имеют значительно меньшую избирательность (рис. 134).

Характер связи гидроксильной группы с поверхностью углей не вполне ясен. При этом фиксация реагента несколько более устойчива, чем при закреплении в двойном электрическом слое. Возможно, это следствие усиления взаимодействия гидроксильной группы за счет водородных связей, что находится в соответствии со взглядами Дубинина и Киселева, высказанными ими по аналогичному поводу.

Собирательное действие пенообразователей при флотации сульфидных минералов исследовали методом беспенной флотации Лившиц и Базанова.
Совместное действие различных собирателей и собирателей с пенообразователями

Исследовалась флотация сфалерита, пирита, кварца при помощи терпинеола, крезола, хинолина и метилхинолина. На рис. 135 приведены результаты опытов. Они показывают, что нообразователи обладают значительным собирательным действием по отношению к сфалериту и пириту. Эти реагенты очен слабо активируют флотацию кварца и кальцита. Сравнивая влечение пирита и сфалерита при различном поверхностном натяжении раствора, зависящем от концентрации пенообразователей, Лившиц и Базанова установили очень близкое совпадение кривых для флотации сфалерита и пирита крезолом и терпинсолом, и пирита — метилхинолином (рис. 136). Это, по и мнению, свидетельствует о закреплении в данном случае молекул пенообразователя в двойном электрическом слое. Аномальный характер кривых флотации сфалерита хинолином и метилхинолином может объясняться тем, что в этих случаях наблюдается известное химическое взаимодействие.

Таким образом, можно считать установленным, что во многих случаях пенообразователи, в том числе и с такими полярными группами, как гидроксильная, гидрофобизируют поверхность минералов при отсутствии собирателей.

Ещe больший интерес, а вместе с тем и большую сложность представляет собирательное действие пенообразователей в присутствии реагентов-собирателей.

Опыты Эйгелеса, проведенные на контактном приборе, показывают, что пенообразователи ускоряют прилипание к пузырьку частиц, поверхность которых дегидратирована собирателями. Таггарт и Хассиалис сообщили, что крезол улучшает прилипание к пузырькам частиц сфалерита, покрытых ксантогенатом. Плаксин и Хажинская установили, что пенобразователи влияют на закрепление собирателей на минералах. Это влияние индивидуально для отдельных минералов и различных пенообразователей. Так, минское масло почти не влияет на закрепление ксантогената (с радиоактивной серой S35) сфалеритом. Этот же пенообразователь при определенных концентрациях увенчивает поглощение бутилового и этилового ксантогената пирротином (рис. 137). Пенообразователь с полярной сульфогруппой (алкиларилсульфонат натрия или ДС) не повышает, а снижает закрепление ксантогенатов на пирротине.

Взаимодействие между пенообразователями и собирателями исследовано в ряде работ Шульмана и Лейя.

Основным положением этих работ является установление молекулярного взаимодействия собирателя и пенообразователя на поверхности раздела воздух — вода и минерал — вода, влияющего на прилипание частиц к пузырькам.

Непосредственными опытами при помощи методики Лэнгмюра было установлено, что если на поверхности раздела вода—воздух имеется нерастворимый мономолекулярный слой (например, молекул спирта с длинным радикалом), то дифильные молекулы растворимого в воде реагента проникают в этот слой, изменяя его механические и электрические характеристики. При этом образуются комплексы из различных молекул. Эти комплексы не являются истинными химическими соединениями, они неустойчивы, обладают специфическими химическими и физико-химическими свойствами. Степень взаимодействия между молекулами в адсорбционном слое сильно зависит от дипольных моментов полярных групп, размеров молекул, их концентрации, pH среды и температуры. Чем длинней гидрофобные радикалы молекул, тем больше их способность к комплексообразованию.

Измеряя изменение свойств адсорбционных слоев (поверхностного давления и др.), Шульман с сотрудниками установил очень активное взаимодействие ксантогенатов со спиртами, имеющими достаточно длинным радикал. Прямыми наблюдениями установлена адсорбция пенообразователей на поверхности минеральных частиц. Исследователи применяли точные химические методы определения концентрации пенообразователей в растворе. Концентрация алифатических спиртов и крезолов определялась колориметрическими методами; а-терпинеола — измерением интенсивности окраски соединения, обрязуемого при добавлении салицилового альдегида в раствор 66%-ной H2SO4; крезолы же определялись по окраске соединения, образующегося при добавлении диазотированной сульфониловой кислоты в растворе NaOH. Были приняты все меры предосторожности против разложения ксантогенатов. Результаты опытов приведены в табл. 30. Видно значительное поглощение пенообразователей минералами, контактировавшими ранее с собирателями.

В зависимости от удельной поверхности минералов, концентрации и природы реагентов это поглощение колеблется в широких пределах.

Исследуя влияние сочетания собирателей и пенообразователей на гидратированность минеральных поверхностей, оцениваемую по величине краевого угла смачивания. Лейя и Пульман установили, что пенообразователь в определенных условиях снижает эту гидратированность. При этом отмечается следующее важное для понимания существа процесса обстоятельство: гидрофобизирующее действие пенообразователя проявляется в случаях отсутствия полного покрытия поверхности собирателем. Следует указать, что пока нет уверенности в точности расчетов, приведших к этому выводу (расчет степени покрытия поверхности минералов реагентами не учитывает мозаичности их закрепления).

Все указанное позволило Шульману и Лейя создать гипотезу о механизме образования комплексов собиратель-пенообразователь (рис. 138). Это только один из возможных вариантов. Сущность всех вариантов общая: молекулы пенообразователя, образуя с молекулами (ионами) собирателя комплексы, усиливают гидрофобизирующее действие последних. Кроме того (Шульман и Лейя этого не отмечают), возможно дополнительное к собирателю, но самостоятельное закрепление пенообразователя, чем снижается общая гидратированность поверхности.

Эти теоретические исследования имеют практическое значение. Обычно считается, что подбор оптимального расхода пенообразователя связан с установлением лучших условий ценообразования, а тип реагента не играет при этом существенной роли. Между тем пенообразователь может оказывать также собирательное действие, активируя флотацию определенных минералов. Такое действие зависит от строения и концентрации пенообразователя и собирателя, от свойств данного минерала и других Условий флотации. Поэтому для отдельных случаев флотации могут оказываться наиболее эффективными определенные пенообразователи. Упрощенный подход при выборе пенообразователя и установления его расхода не может быть чем-либо оправдан.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: