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

Т а б л и ц а 5

вых мыл «а поверхности соли. Е. А. Смирнов [,121] приводит дан­ ные по активации .процесса флотации хлорида калия карбоновыми кислотами добавками к солевому раствору хлоридов кальция,

•магния и литии. Автор объясняет процесс активации увеличением сорбции аниона «а менее растворимой соли.

Наши опыты показали, что на поверхности минералов образо­ вание труднорастворимых мыл исключается, так как прежде все­ го они образовались бы в жидкой фазе. В случае флотации хло­ рида калия в присутствии ионов лития нерастворимые мыла не могут образоівыіваться. Следовательно, повышенная флотационная активность ионной, а не молекулярной форм кислоты объясняется электростатическим взаимодействием 'заряженных поверхностей минералов с анионами собирателя.

При построении электростатической модели флотационного комплекса необходимо учитывать ряд факторов, главными из кото-

40

рых являются: а) активация іпроцесса флотации хлорида калия и калийно-магниевых 'минералов ионами магния до определенной концентрации и отсутствие такой активации три флотации хлори­ да натрия; б) способность анионов карбоновых кислот образовы­ вать водородную связь и ионные пары (по механизму локализо­

Флотационно-активной частицей является не сам анион, а ион­ ная пара типа Mg++...H20...A— или Ы+...Н20...А—. Такие ионные пары, как показали исследования В. А. Кремера, А. И. Маркело­ вой [68], могут адсорбироваться на отрицательно заряженной по­ верхности типа BaSCC/SO,!— ...Mg++..Н2О...Х-, где X- — анион,,

например, ион ОН - (из воды). Существование таких адсорбцион­ ных комплексов было установлено путем измерений гидролитиче­ ской адсорбции цці BaS04 в растворах сульфатов лития и магната. Эта же схема может объяснить гидрофобизацию поверхности хло­ рида калия в магнийсодержащих растворах анионами мыл. Кон­ центрация ионов калия в этих растворах мала и вполне вероятен отрицательный заряд поверхности за счет потеици адоопределяю­ щих анионов хлорида, что приводит к сорбции ионов магния и ас­ социированных с ними анионов карбоновых кислот. На хлориде натрия такая адсорбция затруднена повышенной гидратацией поверхности.

В случае магнийсодержащих минералов модель адсорбирован­ ного комплекса, очевидно, еще проще, так как катионы магния являются потенциалоіпределяющими для этих минералов:

Mg|Mg++...H2O...A-

Предполагаемая схема согласуется и с закономерностями поведе­ ния анионов карбоновых кислот в растворах. Наблюдаемый экс­ периментальный минимум коэффициентов активности для Су—Сд отвечает такому состоянию, когда частица в данном солевом раст­ воре наиболее прочно удерживает воду и наименее подвержена дегидратирующему действию ионов типа магния. Это равносильно тому, что данная частица с наибольшей вероятностью образует ионную пару с ионами магния, разделенную молекулой или моле­ кулами воды. '

7.Выводы

1.С целью изучения механизма собирательного действия н- алкилкарбоновых кислот С6-Сю (ШОК) при флотации раствори­ мых солей обобщены результаты выполненных ранее исследова­ ний состояния НКК в солевых растворах.

41;

3. Предложено стандартное состояние, -где отсутствует взаи­ модействие углеводородный радикал—вода. Из данных раствори­ мости, іпо отклонению от правила Дкжло-Траубе, справедливому, для выбранного стандартного состояния, рассчитаны коэффициен­ ты активности молекул и ионов серебряных мыл ів воде и раство­ ре .шенйта.

Полученные данные объяснены гидрофобной пидратацией НКК

вводе ц неполной диссоциацией серебряных солей.

4.Дано объяснение полученным зависимостям коэффициентов ■активности -молекул .и ионов НКК от п с точки зрения образова­

ния и разрушения структуры раствора, а также взаимодействия ■с нонами раствора.

.Высказано предположение, что коэффициенты активности фло­ тационно-активной формы НКК могут служить мерой флотоактив­ ности реагента.

5. Показано, что максимальной флотируемости отвечает состо­ яние анионов НКК в солевом растворе с минимальным коэффици­ ентом активности. Сделан вывод, что флотоактивны не анионы НКК, а продукты их взаимодействия со средой. Предложена ве­ роятная схема сорбционного комплекса, содержащего анионы НКК, распределенные между гидратированными катионами на по­ верхности соли и в растворе.

6. Сделан вывод, что уменьшение изобарного потенциала НКК в солевом растворе должно повысить их флотоа.ктиівность. Пред­ ложен и проверен экспериментально способ активации флотации с применением НКК путем введения добавок катион-актнвных ре­ агентов, образующих ионные пары с анионами НКК-

7. Обобщены литературные и экспериментальные данные о фло­ тируемости индивидуальных солей из растворов различного ион­ ного состава и двойных солевых систем из насыщенных по обеим солям растворов. Установлено, что по флотируемости из двойных систем соли могут быть расположены в ряд, не зависящий от ком­ бинаций солей в двойных системах. Последовательность флотиру­ емости солей в ряду зависит от природы собирателя.

8. Экспериментально установлены ряды флотируемости двой­ ных и тройных солевых систем: шенита, хлоридов калия и натрияиз солевых растворов глазеритового и ка-инитового полей. Поря­ док флотируемости не зависит от ионного состава исследованных растворов. Ряды флотируемости, найденные для двойных систем совпадают с рядами для тройной системы.

4 2

КАЛИЙНО-МАГНИЕВЫХ МИНЕРАЛОВ И СОЛЕЙ СОЧЕТАНИЯМИ РЕАГЕНТОВ

1. Введение

Флотация сульфатных калийно-магниевых солей 'карбоновыми кислотами может быть активирована катионактивными реагента­ ми [54, 56]. Из них наиболее активны соли длинноцепочечных аминов и некоторые другие реагенты, что было показано ранее при флотации индивидуальных солей и каинито-лангбейнитоівон

II каннитового полей.

Обращено особое внимание «а методику опытов, в частности, на изменение состава солевых растворов и вносимых в эти раст­ воры -минералов при их контакте.

■В связи с тѳм, что ів литературе [34] высказывается предпо­ ложение о шенитизации (поверхности каинита и лангбейнита в ма­ точных растворах гла-зеритового поля, нами был изучен процесс шенитизации этих минералов ів обоих солевых растворах.

В опытах в качестве собирателей использовали сочетания ре­ агентов, обладающих большой флотационной активностью цо от­ ношению ік изучаемым минералам и хорошо растворимых в соле­ вых растворах. Таким требованиям удовлетворяет, согласно нашим данным [56],сочетание энантата натрия и ацетата лауриламима.

2.Методика исследований

Характеристика минералов и солевых растворов

В качестве твердой фазы в опытах по бесценной флотации' ис­ пользовали хлориды калия и натрия (хч), шенит, синтезирован­ ный из сульфата калия и магния (хч), природные минералы: каи­

В опытах но пенной флотации - руды твердой фазой служили руда Стебниковского месторождения, остаток каинито-лангбейни- товой руды после растворения -каинита и сильвина и шенито-пали­ тов ая смесь, полученная путем конверсии каинитовой руды при комнатной температуре (табл. 7).

Беопениую флотацию минералов проводили из насыщенных со­ левых .растворов, соответствующих полям глазерита- и каинита,

43

Т а б л и ц а 6

Результаты (вес. %) химического и минералого-петрографического анализов минеральных составляющих руды Стебника, выполненных ВНИИГом

дополнительно насыщенных 'Изучаемым« солями и минералами. Ионный состав растворов приведен в таібл. 8.

При пенной флотации ріуды и продуктов ее растворения ион­ ный состав маточника был следующим:

Ионный состав . . . . Mg++ К + Na+ С Г SO^

Этот маточник относится к полю глазерита.

44

Т а б л и ц а 7

Результаты (вес. %) химического и минералого-петрографического

Таблица 8

Изменение ионного состава (вес. %) маточных растворов в процессе флотации природных минералов

йКашшт+

16,9 4,78 6,31 1,42

оКаинит+

45

Методика эксперимента

Изучение состава солевых растворов до и после флотации. Для определения изменения ионного состава солевых растворов в про­ цессе флотации анализировали исходные, насыщенные минералами растворы и фильтрат после флотации на содержание ионов маг­ ния, калия, хлорида и сульфата. Содержание хлорид-ионов опре­ деляли титрованием нитратом серебра, сульфат-ионов—хлоридом бария, ионов магния — трплоном Б, ионов калия — весовым мето­ дом (осаждением тетрафенилборатом натрия) [64].

Изучение взаимодействия минералов с солевыми растворами

проводилось под микроскопом МИН-8 при увел. 135—300, при параллельных и скрещенных николях.

Препараты представляли собой каплю маточника на предмет­ ном стекле с внесенными солями. Исходное содержание солей со­ ставляло 15%' в поле зрения микроскопа. Наблюдения велись по интервалам: 5, 20, 35 мин и 24 ч., поэтому шт каждой пробе гото­ вили четыре препарата. Наблюдения проводили при комнатной температуре (22° С).

Определение 'новообразовании проводили по обычной методи­ ке с применением иммерсионных жидкостей. Главные определяе­ мые константы: показатель преломления, ооность, погасание, удлинение, интерференционная окраска и другие диагностические признаки. Отмечали также образование мпкровключеннй, особен­ ности растворения и др.

При исследовании процесса шенитнзацпп отличие шенпта от каинита не представляло затруднений, так как минералы имеют

битус кристаллов и другие диагностические признаки. От других солей шенит отличается еще более четко.

Изучение флотируемости минералов. Опыты проводились мето­ дом бесценной флотации в модифицированной трубке Халлпмонда при комнатной температуре [55]. В качестве собирателей ис­ пользовали энантат натрия (расход 400 г/т минерала) и ацетат лаурилампна (расход 0—1,5 моля на 1 моль мыла). Реагенты вво­ дили в пульпу в виде спиртовых растворов. Порядок введения ре­ агентов: мыло—агитация 1 миш — соль амина — агитация 2 мин. Флотация длилась 5 мни, pH солевых растворов поддерживали равным 6,5 растворами соляной кислоты пли щелочи.

Навески минералов в опытах по флотации составляли: по 0,75 г для смеси двух солен и по 0,5 г для смеси трех солей. Круп­ ность минералов и солей была — 0,25±0,1 мм, соотношение Т : Ж =

= 1:33. -

Исследование флотируемости руды производили без предвари­ тельного обесшламливания в лабораторной флотационной маши­ не объемом камеры 0,5 л при реагентном режиме флотации (па тонну

46

руды) — кремневая кислота 1,8 кг, ПАА 20 г, щелочь 200 г, жир­ ная кислота С7—Cg 400 г.

Методика расчетов

Извлечение минералов' и солей рассчитывали но величинам суммарного вывода их ів концентрат и хвосты флотации яі резуль­ татам химического анализа продуктов флотации для следующих систем:

Хлорид калия — хлорид натрия — шенит. Для определения процентного содержания каждого минерала в смеси было исполь­ зовано то обстоятельство, что хлорид-ион входит в состав только

занные три соли, растворяли в определенном объеме воды и тет­ раметрически определяли содержание хлорид-ионов и магния. По­ следнее соответствовало содержанию шенита. Вес суммы хлори­

и пересчитывали на взятую навеску. Зная вес и число молей, на­ ходили средний молекулярный вес смеси хлоридов и, следователь­

На основании этих опытов была принята следующая методика оценки результатов флотации смеси каинит—іполнгалпт: концент­ рат и хвосты растворяли при комнатной температуре в 50 мл воды, осадки отделяли фильтрованием. Жидкую фазу анализиро­ вали на хлорид- и сульфат-ионы. Осадки 'взвешивали. Вес осадка считали весом полнгалита, а по концентрациям ионов судили о распределении каинита между продуктами флотации.

47

Двойные системы: каинит—лангбейнит, каинит—хлорид калия,

каинит—хлорид натрия. В состав каиінйта, в отлитие от лангбейнита, входит один эквивалент хлорида, нто'позволяет быстро опре­ делять содержание каинита в смеси двух минералов путем аргентоіметричеокого титрования -'навески. Для контроля производили также определение магния. Это независимое определение суммы солен уменьшало ошибку за счет примесей. Для двух других си­ стем производились те же определения. В этом случае сумму ми­ нералов .находили по содержанию хлорида, а содержание каини­ т а —но-магнию. Для расчетов содержания минералов попользова­ ли калибровочные графики, построенные по данным определений хлорида и магния в исходных минералах и искусственных смесях.

Селективность разделения минералов рассчитывали по форму­ ле С. И. Митрофанова [91] как сумму извлечений одного минера­ ла в концентрат, а другого — в хвосты.

3. Изменение состава минералов и солевых растворов в процессе флотации

Изменение ионного состава маточных растворов при флотации минералов

При внесении минералов в маточный раствор глазеритового поля, полученный насыщением воды лолиминеральной рудой в те­ чение длительного времени, возможно их дополнительное раство­ рение. То же самое может происходить и в случае маточника капнитового поля, полученного дополнительным насыщением перво­ го маточника хлоридом магния. В связи с этим был произведен анализ ионного состава этих маточников до и после насыщения их смесями минералов, а также после флотации смеси минералов энамтатом натрия.

Полученные данные приведены в табл. 8. Из этих результатов следует, что при внесении минералов во всех случаях происходит некоторое изменение концентрации* ионов в обоих маточниках. В случае смесей минералов каинит—полиігалит, каинит—хлорид натрия, каинит—ланНбейнит происходит небольшое увеличениек-он- центращш всех ионов. Смесь каинита и хлорида калия увеличи­ вает концентрацию хлорид-иона в обоих маточниках и иона калия в маточнике «аинитового поля.

Состав маточников после флотации остается практически тем же, что и их состав после насыщения минералами.

Указанные изменения составов невелики и не выходят за пре­ делы полей глазѳрита и каинита. Однако для проведения флота­ ционных и сорбционных исследований - необходим предваритель­ ный контакт маточных растворов с изучаемыми минералам« для установления равновесия.

48

Взаимодействие минералов и солей с маточными растворами

ным образом взаимодействуют с маточным раствором в основном за счет реакции обмена ионоів.

В течение 20 мин при температуре 22° С значительных измене­ ний в результате взаимодействия между маточными растворами и солями в большинстве систем не происходит. Прослеживается частичное, весьма слабое растворение зерен исходных солей с пе­ риферии и кристаллизация новых солей в незначительных коли­ чествах: от единичных зерен до 3—5% в поле зрения микроскопа.

В течение 35 мин обычно наблюдается более активное раство­ рение солей до мелких реликтов и почти полного растворении, хотя многие системы по исходным солям остаются без существен­ ных изменений.

Состав новообразований во всех системах довольно ограничен­ ный: галит, шенит, сильвин, кизерит. Среди новообразований глав­ ная роль принадлежит солям того «cte состава, что и исходные (галит, сильвіии, отчасти шенит). Подчиненное значение имеют со­ ли нового состава (кизерит, шенит). В качестве новообразований наиболее устойчивыми явились галит и шенит. Никогда не образу­ ются каинит и лангбейнит. Сульфат калия и натрия, а также хло­ рид магния могут быть в составе остаточных продуктов кристал­ лизации систем при выпаривании.

Шенитизация как процесс замещения в зерне с поверхности с образованием зональных кристаллов и прочих характерных форм не наблюдалась. Шенитизация проявилась как процесс выпадения шенита из раствора в результате реакции обмена ионов маточно­ го раствора с исходными солями.

4.Исследование селективности разделения смеси минералов

исолей при флотации сочетаниями анион- и катионактивных

реагентов

Ранее '[54] были изложены результаты селективного разделе­ ния смеси солей (хлориды калия, натрия и шенит) сочетаниями реагентов. Оказалось, что введение амина позволяет повысить селективное разделение калийсодержащих солей от хлорида нат­ рия. При флотации смеси двух калийсодержащих солей, каждая из которых хорошо флотируется указанными реагентами, наблю­ дается депрессия одной из солей. Это свидетельствует о невозмож­ ности получения концентрата, содержащего в равной мере все хо­ рошо флотируемые калийные соли.

Исследования были продолжены на смеси природных минара-