Изменение pH среды реагентами-регуляторами и минералами

В первоначальный период развития флотации в качестве собирателей применялись различные масла и вещества, являющиеся смесями неопределенного состава, содержащими в преобладающем количестве химические соединения кислого характера. Флотация обычно проводилась в кислой среде, а в качестве реагентов-регуляторов применялись кислоты. В настоящее время флотация руд чаще всего производится с собирателями, которые устойчивы в слабощелочной среде или же сами в результате гидролиза создают щелочную среду. В подавляющем большинстве случаев в современной практике флотации в качестве регуляторов среды применяются щелочные реагенты. Кислотами пользуются только в тех случаях, когда требуется понизить щелочность пульпы, созданную ранее примененными щелочными реагентами, и когда необходимая для выделения данного минерала избирательность не могла быть достигнута в щелочных или нейтральных пульпах.

Щелочи, применяемые во флотационном процессе, по химическому составу можно разделить на две группы. К первой группе относятся реагенты, в составе которых находится гидроксильная группа (такие реагенты, как едкий натр, известь и др.). Во вторую группу входят реагенты, которые не имеют в своем составе гидроксильной группы, но обусловливают ее появление в водном растворе в результате процесса гидролиза (в эту группу реагентов входят такие химические соединения, как сода, сернистый натрий, жидкое стекло и др.).

Действие на флотацию щелочных реагентов второй группы значительно сложнее, чем первой, так как добавление их в водную среду приводит к образованию большего числа различных ионов, чем при растворении негидролизующихся щелочных реагентов. Так, в водных растворах едкого натра присутствуют ионы только двух видов: Na+ и ОН-, тогда как при растворении сернистого натрия в растворе будут находиться ионы трех видов:

Кроме того, появившийся в результате гидролиза сернистого натрия гидросернистый ион также оказывает большое влияние на флотационные свойства минералов. Это значительно осложняет влияние на флотационный процесс щелочности среды.

Изучать действие щелочей удобнее на примере щелочных реагентов, не гидролизующихся в растворе. Из числа таких реагентов наибольшее практическое применение имеют известь Ca(OH)2 и едкий натр NaOH.

Ионы водорода и гидроксила могут образовываться также из молекул воды в результате взаимодействия с ионами минералов. Суспензия каждого минерала при постоянном отношении твердого к жидкому имеет определенное значение pH. Величина последнего меняется для различных минералов в широком интервале — от 1 до 12. Для кварца, силикатов, алюмосиликатов и минералов, представляющих собой гидроокиси различных металлов, а также и минералов, в состав которых входит вода, ион водорода и ион гидроксила часто являются потенциал определяющими ионами. Во всех этих случаях заряд и потенциал двойного электрического слоя определяются величиной pH среды.

По способности подвергаться гидролизу минералы можно разделить на три группы:

1) минералы, в состав которых входят катионы и анионы, способные образовывать либо сильные основания и сильные кислоты, либо слабые основания и слабые кислоты;

2) минералы, в состав которых входит катион, способный образовывать сильные основания (обозначим его через К), и анион слабой кислоты, обозначим его через а);

3) минералы, в состав которых входит катион слабого основания k, а анион — сильной кислоты А.

Минералы первой группы взаимодействуют с водой следующим образом

pH водных суспензий этих минералов будет близко к 7, т. е. будет нейтральная среда.

Вторая группа минералов будет создавать в воде щелочную среду

(так как анионы слабых кислот будут связывать ионы водорода в слабодиссоциированные кислоты).

Водная суспензия минералов третьей группы будет иметь кислую реакцию

В табл. 55 приведены данные о pH водных суспензий различных минералов.

Все минералы, pH водных суспензий которых ниже 6, относятся к минералам третьей группы, а минералы, создающие щелочную среду, — ко второй. Первая же группа минералов приводит к pH, равному 6—7.

Ионы H+ и ОН-, образующиеся в результате гидролиза минералов, не только присутствуют в жидкой фазе суспензии, но при благоприятных условиях могут закрепляться и на поверхности минералов. Так, Моршак установил, что если водные суспензии некоторых минералов разбавлять водой, то они так быстро восстанавливают первоначальный pH среды, что создается впечатление неизменяемости pH среды при введении в суспензию новых порций воды. Данные Моршака, приведенные в табл. 56, экспериментально подтверждают это положение.

Если бы процесс восстановления первоначального pH среды протекал всецело за счет гидролиза переходящих в раствор ионов минералов, то столь быстрое восстановление pH среды было бы невозможно. Более того, Моршак наблюдал иногда даже явление увеличения рН суспензии по мере ее разбавления. Соответствующие экспериментальные данные приведены в табл. 57.

Эти явления не могут быть обусловлены только гидролизом ионов минералов. Они доказывают, что ионы гидроксила закрепляются также непосредственно на поверхности минерала или во внешней обкладке двойного электрического слоя, откуда часть их переходит в раствор при разбавлении суспензии.

Изучение pH водных суспензий минеральных порошков позволяет сделать ряд важных выводов:

1) минералы и минеральные смеси, попадая в воду, меняют pH среды и создают отклонения pH среды от нейтральной, которые оказывают сильное влияние на процесс флотации;

2) при изучении механизма воздействия ионов H+ и OH- на флотационную активность минералов нельзя даже в случае простых реагентных систем (не содержащих кислых и щелочных реагентов) изменения pH среды относить за счет закрепленных на минералах ионов водорода или гидроксила; часто значительные изменения pH среды происходят в результате гидролиза;

3) одни минералы могут влиять на флотируемость других минералов как усиленным закреплением на своей поверхности собирателя или насыщением пульпы собственными «неизбежными ионами», так и изменением pH пульпы.

Присутствие во флотационной пульпе минералов, изменяющих pH среды, может придать пульпе сильное буферное свойство — pH пульпы не будет изменяться при введении в нее кислых или щелочных реагентов, если концентрация последних не превзойдет некоторую критическую величину. Примером флотационных пульп, обладающих сильными буферными свойствами, являются пульпы апатито-нефелиновых руд некоторых месторождений. Изучение буферных свойств отдельных минералов входящих в состав руды этого типа, показало, что pH пульпы изменяется только при очень больших расходах такого сильно щелочного реагента, как едкий натр.

На рис. 170 приведены опытные данные по изменению щелочности нефелиновой пульпы едким натром, из которых видно, что pH пульпы повышается только при добавлении едкого натра более 100 г-моль/л, что соответствует примерно 50 г/л. При меньших же расходах едкого натра щелочность пульпы сохраняется неизменной и равной 8,3.