Действие неорганических солей на флотацию природно гидрофобных минералов

Флотировать многие природно гидрофобные минералы можно в растворах неорганических солей, не применяя каких-либо других реагентов. Возможность такой флотации была открыта в бывш. Советском Союзе в 1932—1934 гг. применительно к каменным углям.

Результаты флотации каменных углей в растворах солей приведены в табл. 70.

Влияние солей на флотацию неорганических минералов характеризуется данными табл. 71.

Резкое увеличение флотируемости природно гидрофобных минералов при повышении концентрации солей при отсутствии обычных органических собирателей является исключительно своеобразным. Может быть именно этим и объясняется то, что теоретическое исследование этого явления начато лишь в последние годы.

В первых исследованиях «соляной флотации» этот процесс связывался только с пенообразующим действием водных растворов неорганических электролитов. Правильность такого объяснения была подвергнута нами сомнению. В дальнейшем Харламов получил дополнительные данные, подтвердившие, что пенообразование не является главным и единственным действием неорганических солей при флотации природно гидрифобных минералов.

Пенообразующую способность электролитов оценивали, измеряя объем образующейся пены и время ее разрушения. Для сравнения определяли пенообразующую способность растворов соснового масла.

Результаты опытов представлены на рис. 216.

Видно, что: 1) все испытанные растворы электролитов пенятся и с увеличением их концентрации пенообразующая способность повышается; 2) резкое различие в пенообразующей способности электролитов наступает при концентрации 0,35-н. и выше: 3) пенообразующая способность электролитов зависит от природы анионов и катионов; 4) анионы по пенообразующей способности располагаются в ряд, соответствующий ряду их флотационной активности, а именно: S042- > Cl- > NO3-; 5) различие в пенообразующей способности у катионов выражено менее четко.

Для сравнения действия указанных реагентов на ценообразование и флотацию были проведены флотационные опыты, характеризуемые данными, приведенными в табл. 72.

Из приведенных данных следует, что параллелизм между влиянием реагентов на пенообразование и на флотируемость минералов отсутствует. Сравнение пенообразующих свойств отдельных солей с их флотационной активностью (см. ниже) также это подтверждает.

По-видимому, добавление в пульну минеральных солей изменяет устойчивость гидратных слоев вокруг поверхности частиц, облегчая разрушение этих слоев. Другими словами, при начальной пониженной гидратированности поверхности минералов неорганические электролиты могут еще более снижать эту гидратированность, вызывая флотацию.

То, что при «соляной флотации» достигается улучшение прилипания частиц к пузырькам, доказано экспериментально. Измеряли краевые углы смачивания; прочность и скорость прилипания частиц угля к пузырькам воздуха. Краевые углы смачивания определяли, подводя пузырьки воздуха к угольной поверхности, погруженной в раствор. Прочность прилипания пузырьков к частицам угля определяли, измеряя критический угол наклона поверхности угля, при котором от этой поверхности отрывались пузырьки (чем больше тем прочнее прилипание), скорость прилипания (минимальное время контакта, необходимое для прилипания) измеряли на контактном приборе Глембоцкого. Результаты опытов приведены на рис. 217. Во всех случаях добавление определенных количеств хлористого натрия резко улучшало прилипаемость частиц для к пузырькам воздуха.

О причинах такого действия неорганических солей возможны следующие суждения.

Адсорбция ионов на поверхности минералов может снижать

их электрохимический потенциал и тем самым гидратированность поверхности. Об этом механизме действия электролитов свидетельствуют: значительная адсорбция ионов на угле, в ряде случаев ухудшение флотируемости при очень высоких концентрациях солей в растворе (по-видимому, вследствие перезарядки поверхности и возрастания ее потенциала). Результаты исследований влияния природы анионов и катионов солей на их флотационное действие приведены на рис. 218. Эти данные, как и результаты других многочисленных опытов, проведенных на угле и рудах, позволяют отметить следующее.

Все испытанные неорганические электролиты повышают флотируемость природно гидрофобных минералов. Ho при средних, оптимальных концентрациях такое активирующее действие отдельных электролитов различно: оно зависит от природы катионов и анионов.

Флотационная активность катионов зависит от их валентности: чем она выше, тем сильнее улучшают катионы флотируемость природно гидрофобных минералов. Катионы одной валентности по флотационной активности располагаются в определенный ряд. В частности, для двухвалентных катионов имеется Ni2+ — Mg2+ — Cu2+. По флотационной активности анионы располагаются в следующий ряд: SО42- — Cl- —NO3-.

При этом различие действия отдельных анионов заметнее чем действие катионов с рядами их флотационной активности. Это является решающим доводом в пользу наличия электрохимического механизма действия неорганических солей при флотации природно гидрофобных минералов.

Однако было бы неправильно сводить все электрохимическое действие электролитов только к изменению потенциала поверхности и, следовательно, к ее гидратации. Моны электролита могут влиять на флотацию в данном случае (как это отмечено Борисовым и Харламовым) и находясь в водной фазе, изменяя ее свойства во всем объеме. Известно, что находясь в растворе, электролиты «оттягивают» воду от частиц, снижая этим устойчивость гидратных оболочек (с этим явлением, в частности, связана коагуляция электролитами лиофильных коллоидов, известная под названием «высаливания»). Против того, что такой механизм действия электролитов является единственным, свидетельствует следующее. Высаливающей способностью анионы обладают в большей мере, чем катионы. Однако на флотацию минералов, как отмечалось выше, сильнее действуют катионы.

Экспериментально установлено, что неорганические электролиты не вызывают флотацию остальных минералов, не отличающихся высокой природной гидрофобностью. Следовательно, их способность дегидратировать поверхность минералов не очень велика и значительно уступает поверхности, имеющейся у реагентов-собирателей.

Таким образом, неорганические электролиты действуют на флотацию природно гидрофобных минералов комплексно. Они снижают устойчивость гидратных оболочек вокруг частиц (выполняя функции собирателя) и повышают дисперсность пузырьков и устойчивость пены (выполняя функции пенообразователя).

В связи с явлением «соляной флотации» возникает много интересных, но неясных теоретических вопросов. Например: почему природно гидрофобные минералы, поверхность которых гидратирована слабо, нуждаются для осуществления флотации в дополнительной гидрофобизации? По-видимому, в данном случае могут играть определенную роль такие свойства гидратных слоев, как их подвижность и способность стабилизации трехфазного контакта. Исследования «соляной флотации» представляют, таким образом, общетеоретический интерес.

Во многих работах по теории и технологии «соляной флотации» отмечается, что добавление очень небольших (20—200 г/т) количеств аполярных реагентов резко увеличивает скорость флотации и выход концентратов. На рис. 219 в качестве примера приводится влияние керосина (200 г/т) на флотацию каменного угля в растворах NaCI. Активирующее флотацию действие электролита становится еще более резким в присутствии керосина. Такое влияние керосина хорошо увязывается с гидрофобизирующим действием электролитов: известно, что аполярные реагенты тем лучше взаимодействуют с минералами, чем гидрофобией поверхность этих минералов. Совместное применение неорганических электролитов и аполярых реагентов представляет существенный практический интерес.