книги из ГПНТБ / Флотационные реагенты. Механизм действия, физико-химические свойства, методы исследования и анализа

ФЛОТАЦИОННЫЕ

РЕАГЕНТЫ\

•і-

) __________________________

*

МЕХАНИЗМ

ДЕЙСТВИЯ,

ФИЗИКО-

ХИМИЧЕСКИЕ

г

СВОЙСТВА,

МЕТОДЫ 1

ИССЛЕДОВАНИЯ

ИАНАЛИЗА

■V

\

.. V\

\

\

/ \

\

1

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УССР

Украинский заочный политехнический институт4

ФЛОТАЦИОННЫЕ РЕАГЕНТЫ.

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И АНАЛИЗА

Под редакцией В. А. К Р Е М Е Р А

В В Е Д Е Н И Е

Состоящие флотационных ,реагентов в жидкой фазе флотацион­ ной іпіулыпы до последнего времени р асомапривалось «плавным об­ разом е точки зрения теории ионных равновесий и мицеллообразоеания.

Такой подход, правильный для случая флотации нераствори­ мых руд, где жидкая фаза флотационной пульпы представляет собой разбавленный водный раствор электролитов, не может быть оправданным для флотации растворимых солей или других мине­ ралов из .концентрированных солевых растворов.

В этом случае распределение реагента между твердой и жид-, кой фазами пульпы существенно зависит от термодинамических характеристик флотационно-активных частиц, определяющих их энергетическое состояние в растворе, независимо от участия ча­ стиц в осложняющих равновесиях типа ассоциации, мицеллообра- зова-ния и др. Естественно, что термодинамические характеристики этих равновесий также будут иными, чем в водных растворах.

Если при флотации нерастворимых руд из водных растворов необходимая селективность флотации реализуется главным обра­ зом за счет химической'адсорбции, ори флотации растворимых со­ лей собиратель закрепляется на минерале за счет более слабых видов взаимодействия, что суіщественйо повышает чувствитель­ ность флотационного процесса к изменению состояния реагента

врастворе.

Вмонографии вопросы взаимодействия реагентов со средой рассмотрены в различных аспектах^Основное внимание уделено проблеме флотации калийных руд: сильвинитовых, в частности

крупнозернистых, и сульфатных калийно-магниевых. В связи с ис­ следованием (механизма действия реагентов гари флотации рас­ смотрены также некоторые вопросы методического характера, применительно к исследованию свойств реагентов в растворах и разработке методик их анализа.

Настоящая работа является продолжением вышедшей ранее монографии «Растворы флотационных реагентов. Физико-химиче­

3

B. А. Кремер, Е. И. Соловьев, Н. А. Бенеди'с, В. Е. Куман; главы ■3— Л. А. Затіучная, В. А. Кіреімер, Л. К. Приедута, И. Б. Махлянкин; глаівы 4 — В. А. Креме р, М. С. Мар ахова, Л. П. Сікитиікова, А. Г. Чернышева, И. Б. Макляикин; главы 5 — А. Я. СквироК'И'й, C. Н. Титов; раздела второго главы I — В. А. Кремер, В. С. Са.хио, Л. А. Затучіная, главы 2 — В. А. Кремер, М. А. Зареченский; разде­ ла третьего главы I — Б. П. Сахаров/ В. А. Кремер, А. Г. Черныше­ ва; главы 2 — Л. Т. Андреева, В. А. Кремер, А. М. Боровоких, Н. А. Бенедие; главы 3 — В. А. Кремер, Т. А. Оноприенко, Г. Р. Залкинд, главы 4 — В. А. Кремер, Т. А. Оноприенко, Л. А. Затучяая, Г. Р. Заляшнд, А. С. Каштанова; главы 5 — В. А. Кремер, А. Я. Мнрош.ни:к; главы 6 — Л. Я. Сибирский, В. К. Чернятьева,

4

Р А З Д Е Л П Е Р В Ы Й

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ РЕАГЕНТОВ ПРИ ФЛОТАЦИИ РАСТВОРИМЫХ СОЛЕЙ

Г л а в а 1

О СОСТОЯНИИ Н-АЛКИЛКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ В СОЛЕВЫХ РАСТВОРАХ И МЕХАНИЗМЕ ИХ СОБИРАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ ПРИ ФЛОТАЦИИ СУЛЬФАТНЫХ КАЛИЙНО-МАГНИЕВЫХ СОЛЕЙ

1. Введение

При флотации -растворимых солей, как и во всех 'случаях фло­ тации руд, в основе цроцесса лежит сорбция реаганта-собирате- ля иа минеральных поверхностях [50]. Очевидно, подготовлен­ ность данной минеральной поверхности к флотации будет зави­ сеть от распределения собирателя, точнее его флотационно-актив­ ной формы, между минералом и раствором. Возможность регули­ рования флотации путам изменения реагентного режима процесса в значительной мере основана на. закономерностях этого рас­ пределения, которое определяется природой реагентов, их'концент­ рацией и энергетическим состоянием ів растворе. Мерой послѳдне-' го монут быть 'коэффициенты активности, отнесенные к выбранно­ му стандартному состоянию.

'Проблема состояния собирателя в жидкой фазе флотационной пульпы специфична для флотации растворимых солей в отличие от флотации нерастворимых руд, ще минерал находится в равно­ весии с разбавленным водным раствором реагента.

Насыщенные солевые растворы калийных руд, являющиеся средой, ів которой растворен микрокоміпонент •—собиратель с кон­ центрацией порядка ІО- 5—10- 4М, имеют концентрацию солевого фона порядка 4—6 М. Последняя, как травило, превышает кон­ центрацию, соответствующую дранице полной гидратации [94]. Наличие дефицита воды приводит, с одной стороны, ік чрезмерной чувствительности таких растворов к изменениям гидратации ча­ стиц, а с другой— к образованию структуры раствора, вызванной взаимодействием ионов, в условиях их частичной дегидратации [126]. 'Разновидностью такого взаимодействия (ассоциации) яв­ ляется локализованный гидролиз '[406], приводящий к образова­ нию ионных ассоциатоів с участием сильно гидратированных ка­

5

тионов и анионов, склонных к образованию водородной связи с молекулами .воды.

Молекула или ной собирателя, інаходясь в солевом раістворе, может участвовать в различных /взаимодействиях, изменяющих ее изобарный /потенциал и, следовательно, елоісабность к выделе­ нию из жидкой фазы. Это прежде всего межмолеиулярные и дру­

турные изменения, влияющие на энтропийную составляющую

энергии системы.

Регулирование реагентного режима флотации имеет целью со­ здание оптимальных /условий разделения минералов из насыщен­ ного солевого раствора определенного состава. Переменными па­ раметрами могут быть: /природа реагента и его 'концентрация. По­ следний /параметр для /выбранного реагента 'нельзя варьировать в широких пределах, таи как при малых концентрациях не обеспе­ чивается необходимая плотность адсорбционного слоя, а при боль­ ших — нарушается Іселектнвноість разделения минералов.

В связи с этим особое значение имеет правильный выбор при­ роды /реагента: его солндофилыной полярной группы и аполяриого углеводородного радикала. Изнза требований селективности приро­ ду полярной группы нельзя существенно изменять. Так, селективная флотация хлоридов калия и натрия определяется ионообменной адсорбцией /катионов калия и полярной части катионов алкилам­ мония [181]. В этом случае важным /параметром, /позволяющим регулировать /процесс, является длина углеводородной цепи гомо­ лога. Этот же /параметр важен и для собирателей другого типа, например ц-алкилкарбоиовых кислот (HJKK), применяемых для флотации сульфатных калийно-машниевых руд.

По-видимому, оптимальная длина углеводородного радикала собирателя зависит от прочности связи соладофильной группы с минералом. Для химической адсорбции в случае, на/пример, фло­ тации руд сульфгидрильными собирателями коэффициент рас/пре-' деления реагента между жидкой и твердой фазам« таков, что'гид­ рофобное покрытие образуется и при .использовании /низших гомо­

собирателя с ионами солевого раствора с образованием нераство­ римых соединений, .в связи с чем реализуются другие, более сла­ бые виды /взаимодействий, .например ионный обме/н. При этом для получения необходимого коэффициента распределения число угле­ родных атомов гомолога собирателя должно быть повышено до

16—/18.

При ‘ увеличении углеводороднаго радикала машут возникать нежелательные для флотации осложнении: мицеллообра/зование, низкая растворимость реагента, образование /нерастворимых сое­ динений с компонентами солевого раствора, нарушение пенообра­

6

зования и дір. Очевидно, длина углеводородной цепи собирателя

должна быть оптимальной.

Выбор оптимального помолота требует (предварительного ис­ следования состояния собирателя в растворе и определения фло­ тационно-активной формы реагента—ионной или молекулярной. Последнее обстоятельство весьма важно, так как только одна из форм собирателя обладает необходимой для целей флотации из­ бирательностью закрепления на поверхности минерала. Кроме того, кислотность раствора, влияющая на соотношение молекулярной и ионной форм реагента кислотно-основного характера, является параметром, сравнительно легко регулируемым. При этом, естест­ венно, необходим выбор обоснованного метода определения 'Кис­

лотности солевых растворов.

Принципиальным для совершенствования реагентного режима флотации растворимых солей является вопрос о механизме взаи­ модействия флотационно-активных частиц собирателя с минераль­ ной 'поверхностью. Необходимо прежде всего изучение формы за­ крепления реагента и состава адсорбционного комплекса, кото­ рый может содержать не только частицы собирателя, но и солево­ го раствора. Кроме того, важной является степень дисперсности реагента. Очевидно, выяснение основных особенностей механизма взаимодействия реагента с минералом позволит сознательно регу­ лировать это взаимодействие в желательном направлении.

В условиях концентрированных солевых растворов, где,‘как от­ мечалось, необходим тщательный выбор оптимальной длины угле­ водородной цепи гомолога, проблема взаимодействия собирателя с минералом тесно связана с вопросом о состоянии реагента в ра­ створе, так как распределение реагента между твердой и жидкой фазами в этом случае играет основную роль. Это, в свою очередь, создает дополнительные возможности регулирования процесса пу­ тем изменения состояния реагента в растворе, например, с по­

мощью активирующих добавок.

Ниже рассмотрен вопрос о механизме действия ,н-алкилікарбо-

.новых кислот с 6—ІІО углеродными атомами и их солей при фло­ тации -сульфатных калийно-магниевых руд Предкарпатья ![34]..

2. О состоянии НКК в солевых растворах

Экспериментальный материал о состоянии НКК в солевых ра­ створах относится к растворам помологов Се—Сю в насыщенных растворах калиево-магниевого шенита, хлорида натрия и некото­ рых других солей, а также маточных растворов каинито-ланпбей-

•витавой руды іглазеритовоіго и каинитового полей [52, 63, 54]. Были измерены изотермы поверхностнаго натяжения НКК и их щелочных мыл, растворимость НКК ів воде и солевых растворах,- растворимость щелочных и серебряных мыл. Методом Розенталя и Двайера '[182] были определены концентрационные константы диссоциации НКК-в насыщенных растворах хлорида натрия и ше-

7

нита [51, 53]. Из данных растворимости кислот и. мыл и констант диссоциации в воде и солевых растворах были рассчитаны коэф­ фициенты активности молекул и ионов НКК в солевых раство­ рах, отнесенные к воде как к стандартному состоянию [53].

Основные результаты этих работ, необходимые для выяснения механизма действия НКК как флотационных реагентов для суль­ фатных калийио-імагниѳвых солей, приведены ниже.

Поверхностно-активные свойства

Наиболее интересные результаты были получены при сопостав­ лении изотерм иоіверхішжгшого натяжения молекулярных и ионных форм НКК в воде и іоолѳввіх растворах (рис. >1). Поверхностная активность молекулярных форм, достаточно высокая в воде, лишь

намного увеличивается при переходе от воды к солевому раство­ ру, что соответствует литер-атурцьш данным [83, 166]. В то же время поверхностная активность натриевых мыл не только резко возрастает по сравнению с водой, где >мыла Сб—Сю имеют не­ большую поверхностную активность [136], но даже становится больше, чем у соответствующих кислот при тех же концентрациях раствора. Аналогичный факт для октилсульфата 'натрия н высших жирных кислот отмечен в литературе [іі, 181].

8

ление я связано с 'концентрацией поверхностно-активного иона со­

Величина і может служить мерой отклонения от идеальности. Со­ гласно Дэвису [і139], і= 3.

На рис. 2 показана зависшѵіость lgn = /(lgC) для пел аргон ата натрия. Во всех исследованных солавьих растворах наклон ока­ зался равным 0,95± 0,08, что свидетельствует о применении урав­ нения /в его простейшей форме. По-видимоіму, в исследованных си­ стемах /не было заметного взаимодействия между ионами мыла в монослое.

Различие в поведении молекул и ионов НКК при переходе от воды к солевым растворам можно связать с различной природой гидратации молекул ,и ионов. Молекулы НКК образуют с водой прочные водородные связи, тогда как анионы НКК взаимодейст­ вуют, очевидно, преимущественно за /счет ион-диіполыіого притя­ жения с участием многих молекул воды. Последнее обусловливает повышенную растворимость щелочных імыл в /воде и слабо выра­

При этом обезвоживание анионов, по-видимому, происходит в го­ раздо большей степени, чем молекул НКК-

■Растворимость НКК, щелочных и серебряных мыл

Полученные авторами .[53] и некоторые литературные данные [177] о растворимости кислот и их мыл в воде и эксперименталь­ ные данные о растворимости в солевых растворах приведены на рис. 3 и 4.

Во всех случаях иаіблюдается снижение растворимости по сравнению с водой, различное для различных гоімологов. € уве­ личением длины углеводородной цепи гомолога растворимости в воде и исследованных солевых растворах сближаются.

Количественной характеристикой влияния солевого раствора на растворимость, а также на ее изменение в гомологическом ряду НКК и их солей могут служить коэффициенты высаливания или

9