Влияние избыточных концентраций собирателя

Весьма характерной, имеющей большое технологическое значение, особенностью реагентов-собирателей данного типа является то, что при высоких концентрациях в растворе они теряют собирательные свойства.

Теоретический анализ этого сложного явления был осуществлен в разное время Таггартом и Арбайтером, Годэном с сотрудниками, Дином и Амброзом, Сазерлендом и Уорком и др. В результате этого анализа были выявлены следующие возможные причины подавления флотации при избыточно-высоких концентрациях растворов рассматриваемых собирателей:

1) «бронирование» пузырьков воздуха адсорбирующимся на них собирателем;

2) образование второго, обратно ориентированного адсорбционного слоя на поверхности минералов;

3) десорбция с минерала первичного адсорбционного слоя собирателя вследствие моющего действия высоких концентрации собирателя.

К этому следует добавить возможную четвертую причину образование гидратированных мицелл на поверхности минералов и гидратации таким путем последней.

Разберем обоснованность каждой из указанных возможных причин.

"Бронирование" пузырьков воздуха особенно подробно рассмотрено Сазерлендом и Уорком в их последней работе. Они приходят к весьма обоснованному выводу о большом значении этого процесса.

Весьма симптоматично, что подавляющее действие собирателей проявляется тем сильней, чем длиннее их радикалы. Отмечается, что прилипаемость минеральных частиц к пузырькам в достаточно концентрированных растворах собирателя зависит от времени нахождения в них пузырьков воздуха. На примере гексадецилсульфата и галенита установлено, что «свежие» пузырьки немедленно после их образования могут прилипать к минералу в растворах с концентрацией до 200 мг/л при широком интервале значений pH. Пузырьки же, пробывшие в растворе около 30 сек., перестают минерализоваться при гораздо более низких концентрациях.

Наблюдая прилипаемость пузырьков к минералам в разных условиях, Сазерленд и Уорк установили, что по мере увеличения концентрации раствора гексадецилсульфата от 0,1 до 300 мг/л отмечается следующее:

а) при слишком малой концентрации собирателя прилипание отсутствует;

б) некоторое повышение концентрации позволяло осуществить прилипание, но при большом времени контакта пузырька с минералом;

в) в следующем, достаточно широком интервале концентраций прилипание происходило при небольшом времени контакта;

г) дальнейшее повышение концентрации раствора предотвращало прилипание «постаревших» пузырьков, в то время как свежеобразованные пузырьки прилипали к минералам;

д) при самых высоких концентрациях прилипание «свежих» пузырьков также прекращается.

Эти наблюдения, имеющие ряд аналогов, показывают, что плохая флотация при больших концентрациях собирателя может являться следствием формирования на поверхности пузырьков адсорбционных слоев реагентов и, очевидно, образованием устойчивых гидратных оболочек (вследствие гидратации полярных групп).

Образование второго обратно ориентированного адсорбционного слоя является маловозможным. Ориентировочные расчеты показывают, что подавление флотации наступает при закреплении собирателя на минералах в количествах, отличающихся от необходимых для образования бимолекулярного слоя. Однако этот довод не является точным, поскольку, как указывалось выше, реагенты закрепляются на поверхности неравномерно.

Гораздо более веским является обстоятельство, отмеченное Эверсом. Изотермы адсорбции реагентов данного типа на минералах характеризуются плавной кривой. В то же время энергия адсорбции второго слоя должна сильно отличаться от энергии адсорбции первого слоя, что должно вызвать появление излома на адсорбционной кривой. Против этого довода свидетельствует то, что образование второго слоя может начаться на отдельных участках поверхности до окончания заполнения первого слоя, чем будет устранен излом кривой.

Десорбция собирателя с поверхности минерала при высоких концентрациях собирателей представляется весьма маловероятной. Имеется ряд прямых опытов, подтверждающих этот вывод.

Опыты показывают, что галенит после обработки ксантогенатом, «находясь в дистиллированной воде, имеет краевой угол смачивания, равный 80—85°. При помещении этого же образца в раствор гексадецилсульфата (200 мг/л) краевой угол равнялся нулю. Ho после промывки образца и вторичного помещения его в дистиллированную воду краевой угол смачивания стал равен 80—85°. Другими словами, десорбция ксантогената с поверхности галенита не наблюдалась.

Образование гидратированного мицеллярного покрытия на поверхности минеральных частиц представляется нам вполне вероятным, хотя и не подтвержденным специальными экспериментами. В этом вопросе мы не разделяем мнения Сазерленда и Уорка, основанного главным образом на следующем. Сопоставляя концентрации растворов различных собирателей, при которых начинается подавление флотации, с критическими концентрациями мицеллообразования, Сазерленд и Уорк устанавливают, что «...так как прилипание пузырька воздуха предотвращается при концентрациях значительно ниже тех, при которых образуются мицеллы, последние сами по себе не должны играть роли в этом явлении».

Однако при таком анализе нельзя отождествлять концентрацию собирателя в объеме жидкости с концентрацией его в поверхностном слое жидкости. Последняя может быть значительно выше и зависеть от свойств отдельных минералов и реагентов. Следовательно, между критической концентрацией мицеллообразования и концентрацией начала подавления флотации может иметься только качественная связь. Такая связь и была установлена. Это видно, в частности, из данных Сазерленда и Уорка (хотя они и делают из них диаметрально противоположные вывод )

Например, критическая концентрация мицеллообразования гексадецилсульфата натрия колеблется, по разным данным, пределах от 115 до 90 мг/л. Для активированных минералов «критическая концентрация подавления флотации» лежит в пределах 115—45 мг/л. Критическая концентрация мицеллообразования додецилсульфата натрия равна примерно 2000 мг/л; бромистого гексадецилтриметиламмония 330 мг/л. «Критическая концентрация подавления флотации» для этих же реагентов равна соответственно 1000 и 250—75 мг/л. Видно, что качественное соответствие имеет место. Можно предполагать, что при отмывке гидратированные мицеллы нетрудно удалить с минеральной поверхности.