Состав и физико-химические свойства катионных собирателей

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Состав и физико-химические свойства катионных собирателей

02.10.2020

Амины по своему химическому составу и строению являются органическими основаниями. Они представляют производные аммиака NH3, в котором атомы водорода замещены алифатическими, ароматическими или гетероциклическими радикалами.

при замене одного атома водорода радикалом получаются первичные амины, общая формула которых может быть изображена следующим образом: R—NH2; при замещении двух атомов водорода получаются вторичные амины RR—NH, а при замене всех трех атомов водорода радикалами образуются третичные амины RRR—N. При действий на третичные амины галоидных амилов получаются четвертичные аммониевые соли RRR—N+RCl —> RRRR—N—Ci. В последних соединениях азот уже изменил свою валентность: он имеет четыре ковалентные связи, с помощью которых к нему присоединены четыре углеводородных радикала, и одну ионную связь, удерживающую кислотный остаток.

То валентное состояние, которое имеет азот в последнем соединении, вообще характерно для катионных собирателей, так как не только в четвертичных аммониевых солях, но и в аминах, попавших в воду или в кислый раствор, азот становится пятивалентным.

Известны следующие катионноактивные вещества:

1. Соли аминов (первичных, вторичных и третичных), в которых: а) аминогруппа связана непосредственно с гидрофобным радикалом (алифатические и ароматические амины, аминогруппы в составе гетероциклического ядра); б) аминогруппа связана с гидрофобным радикалом через промежуточную группу — сложноэфирную, эфирную, амидную и др.

2. Четырехзамещенные аммониевые основания, в которых: а) азотсодержащая солидофильная группа связана непосредственно с гидрофобным радикалом; б) эта группа связана с гидрофобным радикалом через промежуточную группу.

3. Другие основания четвертичного и нечетвертичного типов.

4. Основания, не содержащие азотфосфониевых и сульфониевых соединений.

В качестве флотационных реагентов наибольший интерес представляют амины и четвертичные соли аммония; именно эти вещества и рассматриваются нами.

Исследования по катионным реагентам в Советском Союзе выполнялись в Механобре, начиная с 1938 г. Синтез различных типов этих реагентов здесь разрабатывался Шоршером, Шевцовой и др. Физико-химические и технологические свойства исследовались Даниловой, Влодавским и др. Ряд работ в этой области был выполнен в других институтах, а также за рубежом (Ральстоном и др.).

Из числа отечественных катионных собирателей следует отметить реагент ИМ-11, технология производства которого разработана в Механобре. В отличие от США, где катионные собиратели (например, лауриламин) производятся способом последовательного перевода жирных кислот в амиды, нитрилы и амины, ИМ-11 производится из фракции синтина с 13—15 атомами углерода (искусственное жидкое топливо, изготовляемое на отечественных нефтеперерабатывающих заводах).

Синтин обрабатывается газообразным хлором, хлорированный синтин взаимодействует с аммиаком в спиртовой среде в автоклаве. Спирт и аммиак отгоняют и повторно используют Остаток обрабатывают разбавленным спиртом, причем реагент переходит в раствор, из которого его выделяют отгонкой спирта и большей части воды; затем -реагент промывают раствором поваренной соли.

Реагент ИМ-11 относится к типу первичных аминов. Характерным представителем этого типа реагентов является лауриламин C21H25NH2. Его физико-химические свойства очень хорошо изучены Даниловой, данные опытов которой приведены ниже.

При флотации обычно применяют соли лауриламина, образованные с соляной или уксусной кислотой, C12H25NH2HCl и C12H25NH2CH3COOH. Эти соли более растворимы, чем лаурил-амин (0,0001 г/л при 25°). Растворимость данных солей резко возрастает при температуре выше 30°. При растворении в воде солянокислые амины ведут себя подобно органическим -кислотам с углеводородными радикалами и их солями. При определенной концентрации, называемой критической, истинные растворы этих реагентов переходят в коллоидные. Величина критических концентраций тем выше, чем меньше длина гидрофобных радикалов реагентов. Измерением электропроводности и чисел переноса и рентгеноскопическим исследованием установлено, что коллоидные растворы солянокислого лауриламина могут содержать мицеллы двух видов. Ионные мицеллы образуются после достижения критической концентрации (в небольших количествах — и до этого) объединением ионов лауриламина RNH3+; при дальнейшем увеличении концентрации образуются большие агрегаты недиссоциированных молекул солянокислого лауриламина.

В водных растворах амины образуют комплекс по уравнению
Состав и физико-химические свойства катионных собирателей

В результате комплексообразования в водном растворе появляется сложный одноразрядный катион и анион гидроксила. обусловливающий резко выраженную щелочную реакцию водных растворов аминов. Подобный процесс комплексообоазования, но еще в большей степени, происходит и при взаимодействии аминов с кислотами, например:

Таким образом, независимо от того, применяются в качестве флотациинных реагентов четвертичные аммониевые соли или амины, все равно в пульпе будет присутствовать одна и та же солидофильная группа, являющаяся сложным комплексным однозарядным катионом, центральным ядром в которой является азот, соединенный четырьмя ковалентными связями с углеводородными радикалами или же с радикалами и атомами водорода.

Физико-химические свойства высокомолекулярных аминов жирного ряда изучались Ральстоном и др. Для лауриламина при концентрациях от 148 до 2035 г/м3 константа диссоциации равна

Данилова рассчитала состояние солянокислого лауриламина в водных растворах при разных значениях рН. На рис. 151 приведен пример результатов такого расчета, полученного для концентрации лауриламина, равной 10 г/л3. Видно, что pH очень сильно изменяет формы нахождения лауриламина в растворе. Концентрация ионов RNH3+ остается постоянной во всей кислой области и до pH = 8,5. Концентрация растворенного амина RNH2 очень мала в кислой области и, возрастая с уменьшением концентрации водородных ионов, достигает максимума при pH = 9, оставаясь в дальнейшем постоянной. Нерастворенный амин в данных условиях появляется при pH =8, достигая максимума при pH = 9.

Таким образом, ионная форма амина преобладает при pH < 9. Результаты аналогичных расчетов, проведенных для разных концентраций лауриламина, приведены на рис. 152. При pH < 7,5 и расходах солянокислого лауриламина менее 100 г/м3 концентрация иона RNH3+ практически равна исходной концентрации амина. С увеличением pH в области малых концентраций лауриламина возрастает отставание концентрации иона от исходной концентрации солянокислого лауриламина. При постижении предельной растворимости амина в воде концентрация иона при данном pH становится постоянной и не зависит от расхода соли амина.

Исследования показывают, что солянокислый лауриламин уже при малых концентрациях понижает поверхностное натяжение воды. Это понижение сильно зависит от pH среды; в щелочной среде такое понижение гораздо заметней, чем в кислой. Сопоставляя это с приведенными выше данными, можно отметить, что понижение поверхностного натяжения воды происходит вследствие адсорбции на разделе газ — жидкость не иона RNH3, а молекул лауриламина.

Растворимость солей амина в воде значительно выше, чем солей жирных кислот и ксантогенатов различных металлов. По Таггарту, величина и порядок растворимостей различных соединении аминов характеризуется в общей форме рядом: молибдаты < ванадаты < силикаты < 2,5*10в-4 моль/л < карбонаты, вольфраматы, хроматы, фосфаты < 7,5*10в-4 моль/л < сульфаты < 25*10в-4 моль/л < флюорит, бораты, хлориды, сульфиды 25*10в-4 моль/л. Этим объясняется возможность успешной флотации катионными собирателями в жесткой воде.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: