книги из ГПНТБ / Александрович Х.М. Основы применения реагентов при флотации калийных руд

билизации смол аммиаком они удовлетворительно депрессировали глинистые шламы лишь в смеси с КМЦ, то с примене­ нием фосфатов могут быть использованы самостоятельно.

Положительным моментом флотации сильвинитовой руды с применением мочевино-формальдегидных смол является от­ носительно низкое содержание глинистых шламов в концен­ трате. Увеличение доли мочевино-формальдегидной смолы в смесях с КМЦ или крахмалом также ведет к уменьшению

н. о. в концентрате (рис. 79). Это, вероятно, связано с обра­ зованием более плотной защит­ ной пленки и большей гидрофилизацией глинистых шламов при использовании мочевино-

Рис. 79. Зависимость содержания глинистых шламов (ßH.o.) в концен­ трате от расхода мочевино формаль^ дегидной смолы (Q) в смеси с КМЦ:

формальдегидных смол, чем при применении только КМЦ или крахмала.

Крупные флокулы, образующиеся при введении в пульпу КМЦ или крахмала, способны разрушаться даже при неболь­ ших механических воздействиях с раскрытием недепрессированных участков поверхности, на которых может адсорбиро­ ваться собиратель. В результате этого некоторая часть шла­ мов может флотироваться вместе с КС1. Мелкие флокулы, образующиеся при депрессии шламов мочевино-формальдегид­ ными смолами, более устойчивы к механическим воздейст­ виям, и вследствие этого шламы флотируются в концентрат в меньшем количестве.

Таким образом, мочевино-формальдегидные смолы обла­ дают высокими депрессирующими свойствами и могут быть применены в качестве реагента-депрессора при флотации сильвинитовых руд Старобинского месторождения как само­ стоятельно, так и в смеси с КМЦ или крахмалом. С учетом относительно низкой стоимости смол (100 руб/т) применение их в промышленных масштабах может дать значительный экономический эффект.

В 1970—1971 гг. на калийном комбинате «Белорускалий» успешно проведены опытно-промышленные испытания моче­

вино-формальдегидных смол в качестве реагента-депрессора при флотации калийных руд. В качестве промышленного про­ дукта смол испытаны Крепитель М и М-2 промышленного про­ изводства. Более эффективным оказался Крепи гель М-2, содер­ жащий меньшее количество свободного формальдегида. Испы­ тания реагента успешно закончены, и в настояіцее время идет его промышленное внедрение. Применение реагента в коли­ честве 450 г/т руды позволяет заменить 200 г КМЦ, что эко­ номически весьма перспективно в условиях многотоннажного производства калийных удобрений.

6 . ИССЛЕДОВАНИЕ ДРУГИХ ЗАЩИТНЫХ РЕАГЕНТОВ

В качестве реагентов-депрессоров глинистых шламов при флотации калийных руд нами испытаны сульфоэтиловые эфи­ ры целлюлозы (СЭЦ), модифицированные крахмалы, полиме­ такрилаты, жидкое стекло и др. [339, 340].

СЭЦ — Na-соль продукта взаимодействия алкалицеллюлозы и хлорэтансульфокислоты. Структурная формула ее имеет вид

нон

CH20 C2H50 S0 3Na

СЭЦ является анионоактивным реагентом и по своим фи­ зико-химическим свойствам и структуре молекул близка к карбоксиметилцеллюлозе.

Опыты по флотации проведены с образцами СЭЦ, содер­ жащей 40% основного вещества, со степенью этерификации 0,4 и различной вязкости. Флотационные опыты показали, что этот реагент по своему депрессирующему действию в насы­ щенных солевых растворах весьма близок к КМЦ. Расход его для флотации руды (КС1 23,3, н. о. 4,5%) составляет 600— 700 г/т. Извлечение КС1 в концентрат и качество продуктов разделения такие же, как и при использовании КМЦ. Образ­ цы более высокого молекулярного веса дают более высокое извлечение КС1 в концентрат, хотя извлечение глинистых ча­ стиц в концентрат при этом также возрастает. По стоимости этансульфонатцеллюлоза также близка к КМЦ, она может представлять практический интерес только для замены ею дефицитной КМЦ.

В растворах минеральных солей (NaCl, KCl) при высокой

их диссоциации. Однако защитное действие реагента прояв­ ляется и в насыщенных солевых растворах. Это дает основа­ ние предположить, что на поверхности твердой фазы макро­ молекулы полимера частично распрямляются с образованием плотных защитных оболочек, причем вероятность образова­ ния их зависит от прочности связи функциональных групп с минеральными частицами, от строения и формы макромоле­ кул, величины сил внутри- и межмолекулярного взаимодей­ ствия. Наше предположение подтверждается работой [341], в которой показано, что при наличии активных групп в моле­ кулах полимеров, способных прочно взаимодействовать с по­ верхностью твердого тела, может осуществляться их деглобулизация в адсорбционном пространстве.

Нами показано влияние структуры молекул полимеров на адсорбционную и депрессирующую их способность при флота­ ции калийных руд [342]. В качестве объектов для исследова­ ния были выбраны образцы модифицированных крахмалов и сульфоэтиловых эфиров целлюлозы, отличающиеся числом и характером функциональных групп в молекулах, а следова­ тельно, и структурой молекул в растворе.

В табл. 35 приведена характеристика образцов модифи­ цированных крахмалов и СЭЦ. Адсорбция полимеров изуча­ лась на отмытой от солей соленосной глине из насыщенных растворов КС1 и NaCl. Количество неадсорбированного и оставшегося в растворе реагента определялось колориметри­ ческим антроновым методом. Изотермы адсорбции исследуе­ мых образцов на глине представлены на рис. 80, а.

С целью проверки плотности адсорбционного защитного слоя, образованного молекулами реагентов-депрессоров на частицах глины, была изучена адсорбция реагента-собирателя (солянокислого октадециламина) на кристаллах хлористого калия в условиях совместного нахождения их с глинистыми минералами, предварительно обработанными модифициро­ ванными крахмалами и СЭЦ. Результаты исследования пред­ ставлены в табл. 36 и на рис. 80, б.

Для выяснения депрессирующего действия реагентов в лабораторных условиях были проведены флотационные опы­ ты, результаты которых приведены в табл. 36.

Сравнение адсорбционных и депрессирующих свойств по­ лимеров подтверждает ранее сделанное предположение, что величина адсорбции на глине не является решающим факто­ ром при оценке депрессирующей способности реагентов. Хо­ рошо адсорбирующийся на глине кукурузный крахмал (6) не может быть использован в качестве депрессора, так как дает

очень низкие показатели при флотации руды. Большими ве­ личинами адсорбции характеризуются крахмалофосфаты (3, 4), крахмалостеарат (2), нативный картофельный крахмал (8), а защитное их действие как депрессоров незначительно — адсорбция амина на КС1 при обработке глины данными реагентами самая низкая. Адсорбирующиеся в меньшей сте­ пени окисленный картофельный крахмал (5), кислотномоди­ фицированный кукурузный крахмал (7), крахмал, обработан-

Т а б л и ц а 35

Характеристика образцов модифицированных крахмалов и СЭЦ

7Кислотномодифицированный кукуруз­ он ный крахмал

8Картофельный крахмал нативный тех­ он нический

ный алюмокалиевыми квасцами (1), так же как и КМЦ, яв­ ляются хорошими депрессорами, обеспечивая высокую эффективность флотационного процесса. С увеличением степе­ ни окисления крахмала до определенного предела (текучесть 84 уел. ед.) селективность его действия возрастает. СЭЦ от­ личается малой величиной адсорбции на глине, однако по своим депрессирующим свойствам этот реагент не уступает

КМЦ и окисленным крахмалам; эффективность СЭЦ как де­ прессора возрастает с увеличением молекулярного веса.

Из рис. 80, а, б становится очевидным, что в условиях по­ лиминеральной суспензии последующая адсорбция амина на кристаллах КС1 не зависит от величины адсорбции реагентадепрессора на глинистой поверхности. Анализ опытных дан­ ных позволяет сделать некоторые заключения: молекулы окис­ ленных крахмалов, в состав которых введены активные груп­ пы СООН, образуют плотные защитные оболочки на глини­ стых частицах за счет более прочной связи с поверхностью, а также возможной деглобулизации и выпрямления молекул в адсорбционном пространстве. Поэтому, несмотря на сравни­ тельно малую величину адсорбции на поверхности глины, окисленные картофельные крахмалы являются хорошими по­ давителями вредного влияния глинистых шламов при флота­ ции калийных руд. В случае кислотномодифицировэнного кукурузного крахмала создается вероятность образования плотных оболочек в связи с уменьшением ассоциации мо­ лекул.

Обращает на себя внимание высокая адсорбция амина на кристаллах КС1 при депрессии глинистых частиц высокомоле-

Рис. 80. Изотермы адсорбции реагентов-депрессоров на глине из насы­ щенного раствора КС1—NaCl (а); адсорбция октадециламина на кристал­ лах КС1 в зависимости от обработки поверхности глины различным коли­ чеством реагентов-депрессоров (б). Номера кривых соответствуют маркам реагента (см. табл. 35)

Молекулы кремниевой кислоты конденсируются з виде раство­ ра коллоидных частиц

которые являются более активными стабилизаторами глини­ стых шламов.

pH исходных растворов активированного жидкого стекла находится в пределах 3,0. Удовлетворительная депрессия, глинистых шламов при флотации калийных солей происходит при расходе ~ 2,5 кг/т по натуре. Частичное снижение его мо­ жет быть достигнуто добавкой сернокислых солей Fe или А! в количестве 300 г/r. Однако и в этом случае результаты де­ прессии глинистых шламов хуже, чем при использовании вы­ сокомолекулярных органических реагентов, а при длитель­ ном использовании активированного жидкого стекла снижа­ ется pH пульпы и флотация нарушается. Использование жидкого стекла в смеси с КМЦ (1 : 1) позволяет частично ста­ билизировать реакцию среды, однако при этом необходимы тщательный контроль за составом пульпы, реагента и его при­ готовлением, а также меры по защите оборудования от кор­ розии. В результате этого жидкое стекло в качестве реагентадепрессора при флотации глинистых сильвинитовых руд не получило практического применения.

Использование реагентной смеси КМЦ и жидкого стекла в лабораторных условиях в качестве депрессора при флотации глинистых солей (содержание н. о. 4,5%, модуль жидкого стекла 2,8) показало, что расход реагентной смеси на тонну руды (600 г/т) на 100 г ниже, чем отдельно применяемой КМЦ, а pH раствора вследствие введения щелочного раство­ ра КМЦ остается постоянным.

Гидрофилизация и стабилизация поверхности глинистых частиц может быть достигнута также обработкой их неорга­ ническими реагентами-пептизаторами: фосфатами и полифос­ фатами натрия, жидким стеклом в нейтральной и слабоще­ лочной средах, а также органическими реагентами типа конденсированной сульфит-спиртовой барды, синтана, водо­ растворимого препарата лигнина (сунил) и др.

Использование этих веществ в качестве реагентов-депрещ соров при флотации калийных солей отдельно без добавок высокомолекулярных реагентов (КМЦ, ПАА) не дало поло­ жительных результатов. Видимо, основной причиной их отри­ цательного действия является то, что пептизированные этими реагентами и агрегативно устойчивые глинистые частицы пре­

пятствуют прилипанию пузырьков воздуха к зернам КС1. Кроме того, как показали адсорбционные исследования, эти частицы с высокой удельной поверхностью адсорбируют по­ вышенное количество аминов.

Гидрофилизирующие свойства реагентов-пептизаторов для стабилизации глинистых шламов при флотации калийных со­ лей частично могут быть использованы совместным их внесе­ нием с высокомолекулярными органическими реагентами типа КМЦ и ПАА. Последние, взаимодействуя функциональ­ ными группами с поверхностью частиц с образованием мостиковых связей, собирают их в агрегаты, уменьшают удельную поверхность и снижают вредное действие при флотации. Опти­ мальное соотношение высокомолекулярной КМЦ к низкомо­

ствие смеси ухудшается. Применение ПАА в смеси с низкомо­ лекулярными реагентами, как указывалось выше, повышает извлечение н. о. в концентрат.

7. О МЕХАНИЗМЕ ДЕПРЕССИРУЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ

Механизм депрессии минералов пустой породы при флота­ ции ряда комплексных руд черных, цветных и несульфидных руд разработай достаточно полно [61]. Установлено много­ стороннее воздействие депрессоров на флотационный процесс. Наиболее существенное влияние оказывают они на снижение адсорбции собирателя. Депрессоры также замедляют или препятствуют прилипанию минеральных частиц к пузырькам воздуха в отсутствие собирателя, гидрофилизируют поверх­ ность глинистых шламов, а также могут действовать дефло­ кулирующим образом на минеральные суспензии [57, 58].

Наиболее эффективными депрессорами при флотации ка­ лийных солей, как указывалось ранее, являются органические защитные реагенты высокомолекулярной природы, повышаю­ щие гидрофильность поверхности с образованием структури­ рованной пленки. Эти реагенты при депрессии шламов выпол­ няют двоякую роль:

а) гидрофилизируют поверхность глинистых частиц, сни­ жая адсорбцию на них алифатических аминов;

б) частично флокулируют тонкодисперсные глинистые ча­ стицы, сохранняя их в виде агрегатов с меньшей удельной поверхностью.

Гидрофилизация поверхности частиц может быть осуще­ ствлена и с помощью известных и широко применяемых реагентов-пептизаторов: щелочных растворов силиката Na,

одно-, двух- и трехзамещенных фосфатов Na, молекулярнообезвоженных фосфатов — пиро- и метафосфата Na и других органических соединений.

Пептизация, по [344], является диспергированием коагу­ ляционных агрегатов, или вторичных образований, слабо свя­ занных силами Ван-дер-Ваальса и под влиянием адсорбции гндрофилизирующих или коллоидно-структурирующих ПАВ

глинистых частиц хотя и в меньшей степени, чем из водных растворов, настолько снижают поверхностную энергию ча­ стиц, что термодинамически более устойчивым состоянием си­ стемы является не коагулированное, а диспергированное до первичных и коллоидных частиц. При этом реагенты, адсор­ бируясь на наиболее выступающих краях анизотропных ча­ стиц, парализуют притяжение между ними, обусловленное силами свободных валентностей.

Адсорбция гидрофилизирующих реагентов-пептизаторов должна была приводить к стабилизации глинистых суспензий, однако в солевых растворах эти эффекты выражены нечетко вследствие интенсивного сжатия диффузных двойных слоев ионов и превалирующего влияния ионной силы раствора. По­ этому гидратация глинистых индивидуальных частиц в насы­ щенных солевых растворах, связанная с величиной электрокинетического потенциала, даже и при более высоких концен­ трациях реагентов-пептизаторов повышается незначительно. Адсорбция аминов на возросшей поверхности глинистых ча­ стиц, обработанных реагентами-пептизаторами, практически не уменьшается, в результате чего флотация КС1 с примене­ нием этих реагентов подавляется.

При достаточно высоком расходе реагентов-пептизаторов можно частично уменьшить адсорбцию аминов на глинистых шламах, однако вследствие образования плотного барьера из глинистых частиц, препятствующего взаимодействию КС1 с пузырьками воздуха, активации процесса флотации не про­ исходит.

Естественно поэтому, что наиболее благоприятным факто­ ром депрессии глинистых шламов является максимальная гидрофилизация частиц при минимально возможной их удель­ ной поверхности. Этим условиям лучше всего удовлетворяют органические высокомолекулярные защитные реагенты, кото­ рые способствуют адсорбционной стабилизации суспензии структурированными защитными пленками и образованию агрегатов частиц.

Взаимодействие ионогенных и неионогенных полимеров, в частности КМЦ и крахмала, с поверхностью глинистых частиц происходит за счет: