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

дена флотация KCl, на котором был сначала адсобирован из солевого раствора амин, а затем снят различными количе­ ствами растворителя. В другом случае флотация проводилась на искусственно приготовленных образцах КС1, содержащих на поверхности то же количество амина, что и на образцах после промывок растворителями. Опыты показали, что при одинаковой плотности сорбции амина на образцах КС1, про­ мытых растворителями и не промытых, флотационные резуль­ таты резко отличны. Так, при плотности сорбции аминов С15- и СІ6 соответственно 4,35 и 4,22-ІО-2 ммоль/м2 на образцах, промытых растворителем, извлечение КС1 в концентрат со­ ставляет 53,9 и 60,7%, в то время как на образцах, не промы­ тых растворителями, при той же сорбционной плотности из­ влечение КС1 составляет 84,5 и 96,7%. Таким образом, совме­ стное присутствие в сорбционном слое молекул и ионов амина усиливает эффект гидрофобизации кристаллов КС1. По-види- мому, молекулярная форма амина прямого участия в образо­ вании гидрофобизирующего слоя на поверхности КС1 не при­ нимает (при адсорбции в щелочной среде, где амин представ­ лен молекулярной формой, извлечение КО весьма низкое), так как отсутствуют необходимые условия для ионного взаимодей­ ствия геометрически подобных элементов с поверхностью

кристаллов КО. Однако способность к дисперсион­ ному взаимодействию уг­ леводородных цепочек мо­ лекулярного амина с це­ почками его ионов способ-

Рис. 15. Зависимость адсорб­ ции аминов различной длины цепи (А ) на КО от их равно­ весной концентрации (С)

ствует образованию более плотного гидрофобного покрытия. Добавки различных реагентов-модификаторов, в частности спиртов, не влияют на перераспределение амина между физи­ ческой и химической формами его закрепления.

Значение длины углеводородной цепи амина и крупности минералов КС1. На рис. 15 представлены изотермы адсорбции аминов на единицу поверхности кристаллов КС1 в зависимо­ сти от равновесной концентрации. В табл. 2 приведены коли­ чественные данные по адсорбции и условной плотности ад­ сорбционного покрытия амином с различной длиной цепи, полученные при различном расходе амина [181, 186].

Если первый фактор способствует выталкиванию амина из раствора и повышению адсорбции, то второй — снижению концентрации амина в растворе вследствие высаливания и не­ равномерного распределения в растворе. С увеличением дли­ ны цепи амина способность к переходу его в крупнодисперс­

взаимодействия молекул амина с растворителями адсорбция ею на солевых минералах, так же как и на окиси меди, каль­ ция, магния и других минералах, практически не происходит. В зависимости от природы и концентрации солей в растворе, степени очистки исследуемых аминов длина цепи максимально адсорбируемого амина может быть различной.

Данные по адсорбции аминов из водных и органических сред показывают, что, кроме природы поверхности минерала и структуры собирателя, не менее-важное значение имеет со­ став раствора. В связи с ничтожно малой растворимостью аминов в насыщенных растворах солей следует допустить возможность физической адсорбции ионных и нейтральных мицелл амина после хемосорбированного слоя ионов амина.

Исходя из форм изотерм адсорбции можно заключить, что она имеет сложный характер. Кривые не достигают предела адсорбции, что указывает на многослойную адсорбцию. При более высоких концентрациях амина наряду с адсорбцией отдельных ионов происходит адсорбция мицелл, причем ад­ сорбироваться и гидрофобизировать поверхность твердого тела способны, по-видимому, мицеллы определенных разме­ ров и формы.

Определение количества адсорбированного амина при пе­ ременном его расходе и флотационные опыты показывают,

что для максимального извлечения сильвина необходимо об­ разование 2—6 условных молекулярных слоев собирателя. При увеличении концентрации амина в растворе возрастают гидрофобизация поверхности КО и его извлечение при фло­ тации.

Абрамов [200] отмечает, что наиболее эффективная фло­ тация минералов наблюдается, когда в адсорбционном слое имеется физически и химически сорбированный собиратель. Физически сорбированный собиратель обеспечивает разрыв гидратной пленки между минеральной частицей и пузырьком воздуха, тогда как химически закрепленный собиратель гидрофобизирует поверхность и создает условия для распростра­ нения по ней трехфазного периметра контакта пузырька.

Как будет показано далее, на дисперсное состояние амина в растворе влияет концентрация вводимого реагента: введение более разбавленных растворов способствует образованию тонкодисперсных мицелл, более прочно взаимодействующих с поверхностью КС 1 и более легко распадающихся в растворе на активные ионы и молекулы. При введении более концен­ трированных растворов амин находится в виде более крупно­ дисперсных мицелл и флокул, отличающихся меньшей ад­ сорбционной и флотационной активностью.

Исследования [164, 201] с реагентами типа мыл и алкилсульфатов показали, что поверхностная и флотационная активность мицелл снижается по мере их укрупнения и усложнения. Шуберт [163] на примере флотации искусствен­ ных смесей КС1—NaCl с добавками различных глин отме­ чает, что в связи с преобладающей адсорбцией на н. о ионов амина более эффективным для флотации КС1 является вве­ дение мицеллярного амина.

Так как концентрации применяемых для флотации раство­ ров амина и растворов в пульпе значительно выше их ККМ, а разбавление растворов способствует смещению равно­ весия в сторону молекулярно-ионного состояния, необходимо было изучить влияние концентрации исходных растворов ами­ нов на адсорбцию и десорбцию их с КС1.

Кривые адсорбции амина на КС1, находящемся в смеси с нерастворимым остатком (н.о.), в зависимости от концентра­ ции вводимого амина будут приведены позже. Амин, введен­ ный в виде более концентрированных растворов, агрегирован в мицеллы большей крупности и менее доступен к взаимодей­ ствию со всеми активными центрами и порами тонкодисперс­ ных глинистых частиц. Адсорбция на КС1 увеличивается за счет адсорбции агрегатов амина, образующихся при введении более концентрированных растворов.

В табл. 3 приведена зависимость адсорбции и десорбции амина Сіе на КС1 от концентрации вводимого амина. Адсорб-

Адсорбционные опыты проводились на чистых солевых ми­ нералах — кристаллизате различной крупности, полученных на регулируемой вакуум-кристаллизационной установке опыт­ ной фабрики 1-го Солигорского комбината, флотационные опыты — на природном сильвините первого шахтного поля Старобинского месторождения.

Минералогическая и петрографическая характеристика об­ разцов минералов, данная А. Л. Протопоповым (ВНИИГ), показывает, что кристаллизат крупностью от 1,5 до 0,25 мм представлен в основном (на 80%) кубическими кристаллами с нарушенными углами и в меньшей степени ребрами. В бо­ лее мелких классах (<0,25 мм) преобладает сильвин изометричной формы с небольшим содержанием кристаллов куби­ ческой формы, образовавшихся за счет сколов по плоскостям спайности. После измельчения образующиеся кристаллы ме­ нее совершенны, более деформированы и «окатаны». Зерна КС1, слагающие сильвинитовую породу, в подавляющем большинстве представлены спайными агрегатами, деформи­ рованными в разной степени.

Удельная поверхность минералов КС1 определялась рас­

при pH раствора 7,0 и температуре 20±0,2 °С. Минералы контактировались с амином в течение 5 мин при Т :Ж = 1 : 3. Расход амина от 25 до 750 г/т соли. Флотация проводилась в лабораторной машине объемом 500 смг с «кипящим слоем» конструкции ГИГХСа, позволяющей флотировать частицы крупностью до 3 мм.

В литературе отмечается важная роль в адсорбционных процессах на поверхности минералов различной крупности энергетической неоднородности реальных кристаллов [57, 205]. При диспергировании сильвинита до флотационной крупности происходит образование зерен с неоднородной по­ верхностью кристаллов и зерен кристаллографической формы.

С целью изучения взаимодействия аминов с поверхностью солевых минералов различной степени неоднородности нами изучена адсорбция на классах крупности КС1 —1,5+1;

— 1+0,5; —0,5 + 0,25 мм, полученных отсевом из кристаллизата без изменения природной неоднородности кристаллов, и классах —0,5 + 0,25; —0,25 + 0,125; —0,125 + 0,05 и —0,05 мм, полученных диспергированием более крупных фракций, т. е. с большей степенью неоднородности. Из кривых изотерм ад­ сорбции (рис. 18, а) можно заключить, что адсорбционная

активность поверхности более крупных зерен КС1 (>0,25 мм)

увеличением последней. После двукратной промывки насы­ щенным по КС1 и NaCl раствором адсорбированного амина количество прочно закрепленного амина составило для из­ мельченных зерен <0,5 мм 30—60%, для отсеянных крупных зерен >0,25 мм — 8—25% от исходного (см. рис. 18, б).

Следовательно, с уменьшением крупности зерен КС1 ад­ сорбционная активность и прочность взаимодействия собира­ теля возрастают. Это объясняется интенсивным увеличением количества более активных, чем грани, вершин, ребер и дру­ гих неоднородностей у тонкодисперсных классов крупности, т. е. топографией «активных центров» поверхности. Немалую роль, по-видимому, играет форма граней кристаллов, преоб­ ладающая в данном классе крупности.

При адсорбции амина на поверхности солевых минералов наиболее вероятной является возможность достраивания кри­ сталлической решетки минерала КС1 структурно подобными ей катионитами амина благодаря близости параметров реше­ ток КСІ и квазикристаллической решетки образующегося на поверхности амина. Большая адсорбция и более прочное за­ крепление амина на поверхности измельченных частиц, мень­ шая — на неизмельченных крупных кристаллах подтверждают то положение, что потенциальная энергия кулоновского взаи­ модействия, определяющая адсорбцию амина на поверхности, будет наименьшей при присоединении катиона амина RNH^

к нетронутой плоскости кристалла и наибольшей — при ад сорбции на энергетически активных центрах. Увеличение доли прочно адсорбируемого амина на кристаллах с выгодной то­ пографией поверхности позволяет предположить, что ско­ рость адсорбции катионов для этих кристаллов опережает скорость их мицеллообразования. Высокая адсорбционная активность тонкодисперсных кристаллов не является положи­ тельным фактором, так как связывание излишнего количе­ ства катионов амина приводит к замедлению адсорбционных процессов на частицах с пониженной активностью и преобла­ данию молекулярной и мицеллярной форм адсорбции амина на них.

Опыты по изучению кинетики флотации различных клас­ сов крупности, влияния адсорбционных свойств поверхности кристаллов КСІ на флотоактивность и по определению гра­ ничной флотационной крупности при использовании катионо­ активных реагентов в присутствии аполярных добавок-гидро- фобизаторов проводились на смесях природных минералов с содержанием КСІ 45—50% после предварительной оттирки и обесшламливания с целью исключения влияния глинистых минералов на процессы адсорбции и флотации.

флотации частиц КСІ крупностью 1,4 мм должна более чем в 6 раз превосходить плотность слоя для частиц в 0,2 мм. Обра­ зование адсорбционных слоев более высокой плотности до­ стигается повышением концентрации собирателя в растворе.

Наиболее флотоактивными являются классы —0,25 + 0,125 и —0,125 + 0,05 мм, что соответствует их повышенной адсорб­ ционной способности. Для их флотации требуется не более 0,5—1 условных монослоя собирателя. Флотация более круп­

отличаются специфичностью из-за флокуляционных явлений и особого влияния на них поверхностных сил солевых мине­ ралов.

Различие во флотационной активности КС1 различной дис­ персности подтверждается данными кинетики флотации мономинеральных фракций при оптимальном расходе амина ~280 г/г КС1. что соответствует реальным флотационным

Анализ полученных результатов и литературных данных показывает, что различия адсорбционных и флотационных свойств поверхности КС1 различной крупности могут быть использованы для повышения эффективности процесса фло­ тации путем применения раздельного способа кондициониро­