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

симость имеет сложный характер. Ка'к травило, за исключением амидов и спиртов, малые добавки ПАВ (до 2—4%) вызывают депрессию флотации. Активация наступает три относительно больших расходах, порядка '5—'10%' (по отношению к соли ОДА.

6. Характер (активация или депрессия) и эффективность дей­ ствия различных количеств ПАВ в значительной мере зависят от концентрации соли амина и химического состава и строения аполярного реагента.

7.Определен состав наиболее флотацнопно-активиото комби­ нированного (гомогенного реагента для флотации крупнозернистых сильвннитовых руд: соль ОДА-Су—э, фракция высококипящпх жид­ ких парафинов, добавка катионактивното ПАВ.

8.Произведена проверка полученных результатов на крупно­

зернистой сильвпнитовой руде в флотационной машине объемом 1,5 л в Белорусском филиале ВНИИГа (г. Солнгорок, объедине­ ние «Белорускалнй»). Подтверждены выводы, сделанные на осно­

вании бесценной флотации.

9. Изучено влияние глинисто-карбонатных .минералов в преде­ лах 0,15—5%' от количества хлорида калия на флотационную си­ стему соль амина—хлорид калия ;в условиях присутствия и отсут­ ствия ігидрофобиэатора, депрессора и ПАВ. Найдены оптималь­ ные количества и. о., не влияющие на флотацию крупнозернисто­ го хлорида калия в различных системах.

Г л а в а 5

НОВЫЕ РЕАГЕНТЫ-МОДИФИКАТОРЫ ПРИ КАТИОННОЙ ФЛОТАЦИИ КАЛИЙНЫХ РУД

1. Введение

При флотационном обогащении сильвннитовых руд одной из основных технологических задач является устранение отрицатель­ ного влияния глинисто-карбонатных и других легкошламующихся примесей, содержащихся в руде. Глинисто-карбонатные шламы, обладая высокой удельной поверхностью и опособностыо к кати­ онному обмену, сорбируют основное количество вводимого кати­ онного собирателя-—первичных алифатических аминов, что при­ водит к резкому ухудшению или даже к прекращению процесса флотации.

Технология флотационного обогащения сильвинитов преду­ сматривает полный либо частичный вывод шламов из процесса. В первом случае применяется флотация шламов с использованием флокулянтов (полиакриламид) и иолярно-аполярных собирателей (керосин, ФР, кубовые остатки бутанола, оксиэтилчроваиные жир­ ные кислоты). Такое обесшламли,ванне проводится при ісравинтельно низком содержании нерастворимого остатка (и. о.) в руде (первое РУ комбината Уралкалий). Одним из основных недостат­ ков флотационного выделения шламов из руды является высокая

114

стабильность 'Содержащей шлам трехфазной лены, усложняющая ее транспортировку, обезвоживание и т. д. В основном в практике обогащения енльвинитовых руд .применяют частичное механичес­ кое их обесшламливанне в гидроциклонах н гидросепараторах (комбинат Белоріуокалий, первое и второе РУ комбината Урал­ калий). В -последнее время испытывают машины ленной сепара­ ции для (повышения селективности выделения шламов из песков гидросепараторов, -содержащих основную часть глинисто-карбо­ натных шламов, поступающих на флотацию (второе РУ комбина­ тов Уралкалий и Белорус-калий). Все -способы механического обесшламливания позволяют выделить шламы лишь частично и со­ держание их в питании флотации остается еще таким, что эконо­ мически оправдывается применение реагентов-модификаторов для устранения отрицательного влияния шламов на флотацию хлори­

солей реагенты-модификаторы называют депрессорами, что, как будет показано ниже, не совсем правильно. *■

В 'качестве реагентов-модификаторов в основном используются органические соединения различного молекулярного веса. Эффек­ тивными модификаторами глинисто-карбонатных шламов являются производные целлюлозы — такие, как натриевая соль карбо- к-симетилцеллюлозы (КЦМ), оульфоэт.илцеллюлоза (СЭЦ), монокарбоікснцеллюлоза (МІЩ), неионогенные полисахариды (крах­ мал, продукты деструкции древесины, экстракты водорослей, гид­ ролизаты муки и отрубей и др.). Из перечисленных выше произ­ водных целлюлозы широкое распространение получила КМД. Од­ нако -сравнительно высокая стоимость, большой расход при фло­ тации, дефицитность в связи -с широким использованием этого продукта в различных отраслях промышленности (нефтяной, тек­ стильной, -горно-обогатительной и др.) обусловливают необходи­ мость полной или частичной замены К-МЦ другими реагентами. Эффективной добавкой, позволяющей снизить расход КМЦ, явля­ ется гидролизованный едким натром -крахмал, но последний так­ же в значительной мере является дефицитным продуктом, изго­ тавливаемым из пищевого сырья. В последнее время на втором РУ комбината Уралкалий предложено вместо использованного ранее сочетания полиакриламида и обработанного кислотой жидкого стекла применить сульфит-слиртовую барду, получаемую в каче­ стве побочного продукта в процессе выделения целлюлозы из дре­ весины при -сульфитной варке и содержащую лигнооульфоновые кислоты. Сульфит-спирто-вая барда (ССБ) является одним из ком­ понентов, предложенных и испытанных нами в качестве реаген­ тов-модификаторов -синтетических таннидо-в (синтанов. 3), СПС [41]. Известен целый ряд реагентов-модификаторов (депрессоров) при флотационном обогащении калийных руд [427], однако в оте­ чественной практике о-ни не нашли применения. В отличие от це­ лого ряда фундаментальных исследований по изучению действия

непоногениых и анионных модификаторов (депрессоров) при ани­ онной флотации руд [25, 46, 47, 93, 143] .проведено ограниченное число исследований по механизму действия органических .модифи­

иновым ангидридом* обработанные кіубовьши остатками эпихлор­ гидрина.

В сообщении рассматриваются результаты лабораторных ис­ следований реагентов-модификаторов, основные особенности их действия, а также приведены результаты опытно-промышленных и промышленных испытаний на комбинате Бёлорускалий.

2. Характеристика реагентов-модификаторов и способы их получения

Синтетические танниды

Считаны широко применяются в кожевенной и нефтедобываю­ щей промышленности. Известно применение синтанов для улуч­ шения механического обесшламлнвания калийных руд, в качестве депрессора при разделении циркона и волластоинта от ильмени­ та и флюорита, гори обогащении алунитовых руд. Нами предложе­ но использование синтанов 3, СПС, 12, Н‘К для уменьшения рас­

причем в зависимости от нагрузки молекулы синтана сульфопруіп-

•пами эти свойства проявляются в большей или меньшей степени [92]. Наиболее выраженными анионактивны'ми свойствами обла­ дает синтан НК. У синтанов 3 и СПС эти свойства изменяются в зависимости от соотношения лигносульфоновых кислот барды и фенола. Обычно весовое соотношение фенола и барды (в расчете на сухое) составляет 1 : 1.

116

Наличие в молекуле синтанов сульфогрупп обеспечивает в ос­ новном их способность сорбироваться на шламах (особенно их карбонатной части), гидрофилизнровать и пептпзировать мине­ ральные частицы.

Вместе с этим возрастание числа сульфогрупп оказывает и от­ рицательное действие, приводя к усилению взаимодействия ани­ онного модификатора и катионного собирателя и уменьшению в результате этого собирательной способности первичных аминов. Это отрицательное действие анионактивных (особенно содержа­ щих сульфогруппы) веществ далее рассмотрено более подробно.

Считаны хорошо растворимы в воде, практически нетоксичны, pH раствора оннтана 3 примерно равен 5,0—5,5, СПС=4,5—5,0, НК 1,1—1,6. Молекулярный вес синтанов 3, СПС и і12 приблизи­ тельно равна 1000, сннтана НК — несколько ниже [92].

Коллагенсодержащие реагенты

Коллапеысодержащие реагенты предложено получать из отхо­ дов производства и переработки кож (стружка, обрези, вырубка) [22]. Весовое соотношение коллагена и танн.идов примерно 1:1, однако тип таинидов и их количества мапут в зависимости от тех­ нологии получения кожи изменяться в широких пределах.

Как следует из результатов исследований, приведенных ниже, применение в качестве модификаторов 'различных образцов КТР; дает сравнимые результаты флотации.

Получение КТР возможно гидролизом в присутствии неоргани­

грузкой) составляло 3 ч при температуре 80—90° С, расход едко­ го натра — 175 кг/т сухой стружки.

Коллаген-хромовый реагент получают кислотным гидролизом кожевенных отходов хромового дубления. Их состав более по­ стоянен: содержание общего азота 13—44%, окиси хрома 3—4%,

жира 2—3%, зольность 13—15% (вес) '[22].

Образованные в результате гидролиза комплексы полипепти­ дов различного молекулярного веса с хромом являются действую­ щим началом этого реагента-модификатора глинисто-карбонатных' шламов.

'Степень гидролиза коллагена может быть определена фор­ мольный титрованием :[МѲ].

На опытной фабрике комбината Велорускали,й смонтирована установка по получению КХР, состоящая из кислотоустойчивого реактора с паровой рубашкой и ,мешалкой, чана для нейтралпза-

117

щш раствора п мерников кислоты и щелочи. Для 'получения 1 т КХР (в расчете на сухое вещество) требуется '1250 кг кожевенной стружки, обрези или вырубки (с влажностью 20%'), 140 кг 98% серной кислоты и 100 кг едкого натра для создания pH до 4—5. Время гидролиза при 90° С 1,5—2 ч.

3. Основные особенности действия реагентов-модификаторов при флотационном обогащении

сильвинитовых руд

Отрицательное влияние -шламов на флотацию в настоящее вре­ мя принято объяснять действием трех факторов: адсорбцией соби­ рателя шламами, возникновением шламовых покрытий «а полез­ ных минералах, блокировкой поверхности пузырьков воздуха і[46, 47]. В ряде случаев может преобладать действие одного из выше­ перечисленных факторов. Так, в условиях насыщенных растворов электролитов возрастает коапуляция шламов и их налипание на поверхности минеральных зерен, препятствующее их закреплению на воздушных пузырьках. Глинистые ирим-есн сильвинитовых -руд представлены в основном гидрослюдами. Они характеризуются высокой удельной поверхностью и способностью к катионному об­ ліену как с органическими, так и -с неорганическими ионами. Так, емкость обмена глинистых минералов Старобинского месторож­ дения (отмытых от хлоридов и карбонатов) составляет 10—20 мг на 100 г [118]. Вследствие отрицательного заряда глинистых ми­ нералов возможна и электростатическая сорбция ионов амина.

В связи с этим одной из основных причин отрицательного-влия­ ния глинистых шламов при катионной флотации следует считать адсорбцию ими собирателя и одним из требований к реагентам, устраняющим их отрицательное действие, должно быть уменьше­ ние количества собирателя, поглощаемого шламом, с тем, чтобы обеспечить достаточную сорбцию его на флотируемом минерале— сильвине. Здесь реагент выступает в роли активатора флотации полезного -минерала.

С другой стороны, большое значение играет и гидрофилизирующее действие реагента. Гидрофилиза-ция поверхности гли-ннсто- карбонатных шламов препятствует налипанию их как на полез­ ные ..минералы, так и к пузырькам воздуха. Тем самым создаются условия для лучшей флотации полезного минерала и уменьшается извлечение -глинисто-карбонатных шламов в концентрат. В дан­ ном случае реагент-модификатор (регулятор) -выступает в роли собственно реагента-депрессорд.

Получивший распространение в практике флотации калийных солей термин '«реа-гент-деіпрессор» -не отражает полностью все сто­ роны действия реагентов, применяемых для устранения отрица­ тельного влияния шла-мов.

В теории флотации практически отсутствуют данные о влия­ нии анионных 'реагентов на адсорбцию катионных собирателей,

118

нашедших наиболее широкое применение п,ри флотации -сильиш-ш- тоівых іруд. Известны данные о влиянии крахмала на адсорбцию лауриламина [25, 189],однако исследования проводились на.квар­ це, отличающемся по своим свойствам отіглинистых шламов. Уста-' новлено увеличение сорбции амина хлористым калием три введе­ нии КМЦ в систему хлористый калий— .глинистый шлам [101, 102]. В то же время отмечается, что в условиях .мономинеральной суспензии глинисто-карбонатных шламов предварительная обра­ ботка их органическими реагентами не оказывает влияния на ад­ сорбцию амина [82, 102]. Сорбцию катионных собирателей умень­ шают лишь катионные полимеры • і[25]. В качестве основного ме­ ханизма действия органических полимеров при обогащении силь­ винитов рассматривается гидрофнлизация шламов, их флокуля­ ция, способствующая снижению скорости диффузии амина к по­ верхности шламов ;[5].

Учитывая, что для случая катионной флотации растворимых" солей одш-ш из основных факторов отрицательного влияния на нее .глинисто-карбонатных шламов следует рассматривать адсорб­ цию ими собирателя, были проведены исследования сорбционной

119

Т а б л и ц а 26

Влияние промывки водой и раствором хлоридов калия и натрия на сорбцию лауриламина глинистыми шламами

С р е д а

зателя с увеличением pH от 5,0 до 8,5 возрастают при сорбции ів воде от 0,80 до 0,88. При атом возрастает и количество сорбированного при pH = 8,5 амина, что согласуется с литературными данными по сорбции іамипа кварцем и алюмосиликатами [12, 143]. Сорбция в со­ левом растворе практически не зависит от pH. Как известно, с уве­ личением концентрации электролитов повышается мицеллярная масса агрегатов и уменьшается их заряд. Кроме того, практичес­ ки исчезает диффузный слой у глинистых частиц. В таких услови­ ях в закреплении мицелл на минерале возрастает роль водород­

120

образование полимолекулярных слоев на поверхности шламов, хотя концентрации амина в растворе далеки от мицеллообразования. На образование .мицелл иа поверхности .минералов при кон­ центрациях, значительно меньших, чем необходимо в объеме, име­

изменение выхода хлористого калия в пенный продукт в зависи­ мости от расхода гидрохлорида октадециламина. В опыте прово­ дили мономинеральную флотацию сильвина в насыщенном по хлоридам калия и натрия растворе в отсутствии шлама и при его добавлении. Как видно из рисунка, глинистые шлаімы Верхнекам­ ского месторождения оказывают значительно меньшее .влияние на

.флотацию хлористого калия.

Роль реагента-модификатора сводится в основном к гидрофилизации шлама для подавления его извлечения вместе с полезным минералом. В этом случае модификатор выступает в роли депрес­ сора. Действительно, при отсутствии реагентов-депрессоров созда­ ется возможность достаточно высокого извлечения хлористого ка­ лия (примерно 85%), однако при этом происходит и значительный вынос в пену нерастворимого остатка. С использованием таких пептизаторов, как сульфит-спиртовая барда, кислое жидкое стек-

122

до, денрессиріуетея флотация нерастворимого остатка. Иная кар­ тина при флотационном обогащении руд Старобинского место­ рождения. Для достаточно ’полного извлечения хлористого калия требуются резко повышенные расходы собирателя (см. рис. 74) и одной тидрофилизацией шлама расход собирателя не может быть уменьшен. В связи с таким различием сорбционных свойств шламов дальнейшие опыты по влиянию реагентов-модификаторов на сорбцию аімнніа проводили на образцах глинисто-карбонатных мимералов Отаробинекого месторождемия.

Влияние органических реагентов-модификаторов на сорбцию алифатических аминов глинисто-карбонатными шламами

Исследования с аминами проводили в >воде и насыщенных со­ левых растворах методом радиоактивных индикаторов (лауриламин) и фотоколориметрически (октадециламин и Ар-мак Т — аце­ тат амина, содержащего 28% гексадециламина, 25%’ стеариламина, 40% олеила.мина).

В качестве реагентов-модификаторов применяли различные образцы КТР, КХР, четыре образца КМЦ с различной степенью

растительные татшнды ивы, дуба, ели, квебрахо, входящие в со­ став КТР, .полиакриламид.

Действие модификаторов оценивали по относительному умень­ шению сорбции амина (степень уменьшения сорбции собирателя— стапель активации g).

*со

где Г ы — сорбция амина на шламе без модификатора; Г — сорб­ ция на шламе после обработки .модификатором.

На рис. 75 приведены значения g в зависимости от расхода депрессора при сорбции меченого хлоргидрата лаіуриламина.

При .применения КМЦ, обладающей наибольшим молекуляр­ ным весом из испытанных депрессоров, іу.же при малом ее расхо­ де степень активации достигает 20—30%. Увеличение степени 'эте­ рификации КМЦ повышает эффективность ее действия по умень­ шению сорбции амина [116]. Растительные танниды, обладая

123