книги из ГПНТБ / Глембоцкий В.А. Флотация учебник

растворимость в воде снижается). Ассоциаты молекул обладают меньшей поверхностной активностью и пенообразующее действие реагентов снижается (правые ветви кривых на рис. 42).

Кроме алифатических радикалов встречаются пенообразователи

сциклическими радикалами, разветвленными алифатическими

цепями или с сочетанием циклических и алифатических уча­ стков.

Пенообразователи должны обладать определенной раствори­ мостью в воде.

Среди алифатических пенообразователей наиболее растворимы кислоты, амины и спирты, среди ароматических соединений —

сами по себе не обладают пенообразующими свойствами) оказывает положительное влияние на процесс ценообразования [78]. Располо­ жение молекул аполярных углеводородов в адсорбционном слое пенообразователя между аполярными группами молекул реагента стабилизирует адсорбционный слой и повышает устойчивость пены. Например, чистый метиловый спирт не дает устойчивой пены, а до­ бавление бензола вызывает появление пены. Этот положительный эффект обнаруживается даже при весьма незначительных количе­ ствах аполярных веществ.

Однако избыток аполярных веществ (например, углеводородов) ведет к разрушению пены, они вытесняют гетерополярные молекулы пенообразователя из поверхностного слоя, облегчая коалесценцию пузырьков [26, 142].

Реагенты-пенообразователи, применяемые в СССР, приведены в табл. 10.

§2. Применение пенообразователей

Со с н о в о е м а с л о . Оно широко применяется при флотации различных минералов. Сосновое масло получают перегонкой с водяным паром пневого осмола (т. е. старых, осмолившихся пней деревьев сос­ новых пород) и фракционированной разгонкой полученного таким образом масла — сырца. В СССР флотационное сосновое масло изго­ товляют из скипидара-сырца, подвергая его фракционированной раз­ гонке. Скипидар-сырец получают из пневого осмола экстракционным методом с применением в качестве экстрагирующего вещества бензина или других органических растворителей смолы хвойных пород де­ рева. Масло должно быть прозрачным, желтого цвета, со скипидар­ ным запахом, плотностью 0,915—0,935 г/см 3 , начало кипения не

ниже 170° С. Содержание спиртов в пересчете на терпинеол С 1 0 Н 1 7 О Н не менее 4 4 % .

В состав соснового масла входят ароматические спирты — терпинеолы (являющиеся наиболее активными в отношении пенообра-

-зования компонентами соснового масла) и ряд других соединений:

Кроме-того, в сосновое масло входят некоторое количество фенолов, органических кислот, борнил — ацетат и другие соединения. Пенообразующее действие соснового масла связано с присутствующими в его составе спиртами, прежде всего с терпинеолом, а также с борнеолом. Присутствие аполярных углеводородов терпенового ряда (лимонена, дипентена и др.) должно способствовать некоторому по­ вышению устойчивости пены.

Наличие небольшого количества органических кислот объяс­ няет, по-видимому, незначительный собирательный эффект, прису­ щий сосновому маслу.

Отрицательной особенностью соснового масла является труд­ ность стабилизации его состава, так как при производстве соснового масла на различных предприятиях лесохимической промышленности не удается получать одинаковый по составу и свойствам реагент.

рое выделяют из продуктов сухой перегонки древесины. Это — темноокрашенная подвижная маслянистая жидкость, свободная от ме­ ханических примесей.

По техническим условиям древесно-смоляное масло должно со­ держать не менее 40% фенолов. Кислый характер древесно-смоля- ного масла по сравнению с сосновым определяется кислотным числом, которое для соснового масла составляет не более 1,5, а для древесносмоляного — доходит до 45. Применяется также легкое древесносмоляное флотационное масло, содержащее не менее 15% фенолов.

Крезол или крезиловая кислота СН 3 С в Н 4 ОН наряду с сосновым маслом являлись ранее весьма распространенными пенообразова­ телями. Крезол получают при разгонке сырой каменноугольной смолы из легкой фракции крезотового каменноугольного масла. Сырой крезол, применяемый при флотации и состоящий, как пра­ вило, из трех изомеров: пара-, орто- и метакрезола, содержит зна-

148

чительное количество нейтральных углеводородов, фенолов, произ­ водных ксилола и высших ароматических углеводородов.

Сырой крезол является очень сильным пенообразователем, если в нем содержится некоторое количество толуола и ксилола. Из трех изомеров крезола метакрезол наиболее активный пенообразователь. Крезолы токсичны и при контакте с кожей вызывают ожоги. Вслед­ ствие токсичности применение крезола систематически сокращается.

ных металлов. Он был предложен Гинцветметом. Тяжелый пиридин является техническим продуктом коксохимии. В состав тяжелых пиридиновых оснований входят кроме пиридина C 5 H 5 N и другие соединения, из которых наиболее активными с точки зрения цено­

посредственная или через какую-либо другую группу, например свойства сульфосоединений могут быть различными. Если

в радикале содержится от 8 до 12 атомов углерода, то реагенты этой группы имеют пенообразующие свойства. При числе атомов углерода более 12 реагенты уже являются собирателями. Пенообразующие свойства проявляются в щелочной среде, причем кислоты и эфиры превращаются в соответствующие соли щелочных металлов (алкилсульфаты или алкилсульфонаты натрия).

Из группы алкилсульфатов следует отметить реагенты, которые имеют хорошие технологические и экономические данные: кислый

ющий собой смесь различных химических соединений. В нем носи­ телем пенообразующих свойств является группа алкиларилсульфо­

на обогатительных фабриках США. Находят применение высококилящие побочные продукты фракции отходов от производства бути­

149

и 18—20% кетонов. Другие продукты содержат 2—4 диметилпентанол — 1,2—4-диметилгексанол-З и др. Флотация с применением в качестве пенообразователей метилизобутилкарбинола, диметилфинилкарбинола и эфиров пропиленгликоля показала, что они не уступают крезолу и сосновому маслу. Расход указанных пенообразо­

На обогатительных фабриках в США и Канаде широко приме­ няется пенообразователь «Доуфрос-250», являющийся смесью моно­ метиловых эфиров различных пропиленгликолей и отличающийся высокой эффективностью. Его получают из окиси пропилена и СН 3 ОН .

Важным достоинством синтетических пенообразователей по срав­ нению с техническими продуктами является стабильность их состава, что облегчает регулировку процесса флотации и улучшает техноло­ гические показатели.

В СССР разработаны высокоэффективные синтетические пено­ образователи ИМ-68 и ОПСБ. ИМ-68 представляет собой смесь алифатических спиртов с б—8 атомами углерода в молекуле и по­ лучается оксосинтезом. ОПСБ состоит из смеси моноэфиров полипропиленгликолей типа М СН 3 — (ОСН 2 — СН 3 ) Я — ОН и близок по свойствам, составу и способу получения американскому реагенту «Доуфрос-250»).

В последнее время получает большое распространение реагент

Т-66, предложенный и изученный С. М. Гурвичем. Этот реагент со­ стоит из смеси одноатомных спиртов пиранового и диоксанового ряда, а также двух- и трехатомных спиртов жирного ряда. Реагент Т-66 является кондиционированным продуктом производства 4,4-

диметилдиоксана-1,3 из изобутилена и формалина.

§3. Механизм действия пенообразователей

Воснове действия органических пенообразователей на флотацию лежит их адсорбция на поверхности раздела жидкость — газ.

Увеличение дисперсности пузырьков в пульпе является след­ ствием двух взаимосвязанных воздействий: улучшения диспергирова­ ния воздуха и ухудшения слияния пузырьков в пульпе. Трудно сказать, какое из этих воздействий играет решающую роль, так как измерения дисперсности пузырьков в пульпе фиксируют лишь сум­ марный эффект воздействия пенообразователей. Добавление неболь­ шого количества пенообразователей снижает поверхностное натяже­ ние воды на 1—2 дин/см. Но это может оказаться достаточным для значительного облегчения разрыва сплошности воды и тем самым для

150

дробления пузырьков воздуха на более мелкие (часть четвертая). Исследователи в основном обращают внимание на предотвращение слияния пузырьков воздуха в пульпе.

Опыты П. А. Ребиндера и К. Венстрём показали, что при отсут­ ствии поверхностно-активных веществ, адсорбированных на поверх­ ностях пузырьков, и при наличии достаточной энергии столкнове­ ния коалесценция пузырьков наступает практически мгновенно.

Молекулы пенообразователя, адсорбируясь на пузырьке воздуха, повышают устойчивость гидратных слоев оболочек пузырьков бла­ годаря тому, что гидрофильная группировка атомов обращена в жид­ кую фазу и активно взаимодействует с молекулами воды. Это при­ водит к увеличению механической стойкости оболочек пузырьков

Рис. 43. Механизм упрочнения воздушного пузырька (покрытого адсорбционным слоем пенообразователя) при растяжении части его поверхности:

а •— пузырек до деформации (плотность адсорбционного слоя и поверхностное натяжение •одинаковы на всех участках поверхности); б — часть поверхности пузырька деформирована

и подверглась растяжению (плотность адсорбционного слоя на' деформированном участке понизилась, что увеличило поверхностное натяжение и тем повысило прочность пузырька); в— пузырек приобрел первоначальную форму

и препятствует разрушению их при столкновении пузырьков. Для коалесценции пузырьков теперь требуется приложить значительно большие усилия. В присутствии пенообразователя слияние пузырь­ ков происходит при значительно большем сближении их, чем при отсутствие реагента.

Кроме того, имеются и чисто кинетические причины повышения пенообразователями устойчивости пузырьков воздуха. Их разруше­ нию обязательно предшествует растяжение какого-либо участка поверхности. На этих участках временно уменьшается концентра­ ция молекул пенообразователя и возрастает поверхностное натяжелие, препятствующее разрушению пузырька. В дальнейшем пузы­ рек приобретает начальную форму. Концентрация пенообразователя выравнивается (рис. 43).

Влияние пенообразователя затруднением слияния одиночных пузырьков приводится в литературе [102]. Влияние концентрации различных поверхностно-активных веществ на средние размеры пу­ зырьков воздуха во флотационных машинах показано на рис. 44.

151

Замедление всплывания пузырьков в пульпе связано в основном с уменьшением их размеров. Однако имеется еще добавочное, физикохимическое воздействие на гидродинамику выплывания. При всплывании пузырьков молекулы поверхностно-активных веществ, адсор­ бированных на поверхности пузырька, сносятся жидкостью к его кор­

не может принять в кормовой части элипсоидальную форму, при ко­

тов иногда закрепляются с помощью сил Ван-дер-Ваальса на поверхности слегка окисленных природно-гидрофобных минералов

152

2.Молекулы пенообразователя могут образовывать с молеку­ лами или ионами собирателя комплексы, усиливая их собирательное действие (рис. 45) [254].

3.Пенообразователи повышают устойчивость закрепления пу­ зырьков на частицах, уменьшая капиллярное давление в пузырьках, находящееся в прямой зависимости от величины поверхностного натяжения. Вследствие этого уменьшается давление на площадь прилипания и, следовательно, сила, отрывающая пузырек от ча­ стицы.

4.Реагенты-пенообразователи в отдельных случаях могут повы­ шать дисперсность раствора собирателя в воде, что улучшает его собирательное действие. Такая своеобразная «пептизация» собира­

теля была отмечена для жирных кислот и соснового масла [106].

Рис. 45. Схема агрегирования собирателя и пенообразователя на поверхностях раздела фаз (Лейя, Шульман, 1954):

1 — собиратель; 2 — пенообразователь; М — металл

В дальнейшем была развита общая теория этого процесса, испытано большое число реагентов и этот метод доведен до промышленного применения [222].

Весьма своеобразно вспенивающее действие неорганических элек­ тролитов. Оно отчетливо проявляется при так называемой соляной флотации угля и других природно-гидрофобных минералов, а также при флотации растворимых солей. Неорганическим электролитам свойственна отрицательная адсорбция, при которой поверхностный слой воды обедняется электролитом. Его ионы стремятся уйти от поверхности вглубь раствора, оставляя на поверхности слой молекул воды с пониженной концентрацией электролита. В этом слое моле­ кулы воды поляризованы, правильно ориентированы и создают устойчивый гидратный слой с повышением поверхностного натяже­ ния. Такой слой стабилизирует пузырьки [110].

§ 4. Влияние отдельных факторов на действие пенообразователей

в воде. Кроме этого, имеются другие факторы, влияющие на эффек­ тивность пенообразующего действия реагентов.

153

Величина рН среды влияет на степень диссоциации пенообразо­ вателей в воде. Вспенивающее действие сильнее при наименьшей диссоциации. Пенообразователи, обладающие основными свойствами, лучше вспенивают в щелочной среде. Фенольные пенообразователи, обладающие кислотными свойствами, действуют активнее в кислой среде. Действие ОПСБ, ОПСМ, Э-1, ТЭБ почти не зависит от рН среды.

Классификация пенообразователей по признаку влияния рН среды на степень диссоциации [751:

1. Кислые пенообразователи с максимальным действием при рН ниже 7 или несколько выше 7 (когда реагент находится в воде в моле­ кулярной форме):

фенольные реагенты (крезол, ксиленол и др.); алкиларилсульфонаты (детергенты, азоляты и др.).

2. Основные пенообразователи с максимальным действием при

алифатические спирты (ИМ-68 и др.); ароматические спирты (терпинеолсодержащие вещества и др.);

вещества с эфирными связями (моноэфиры пропиленгликолей — ОПСБ, ОПСМ — полиалкаклансиалканы, диалкилфталаты).

Температура пульпы значительно влияет на действие пенообразо­ вателей: с повышением температуры вспенивание возрастает. Это более заметно для реагентов, растворимость которых в воде зависит от температуры.

В практике флотации применяют сочетание пенообразователей. В США около половины медных руд флотируются таким способом. Применение сочетания пенообразователей позволяет регулировать свойства пены в разных точках флотационного процесса. А. К. Лив­ шиц и С. В. Дуденков установили, что сочетание пенообразователей не усиливает их действие, но позволяет получить стабильные свой­ ства в довольно широком диапазоне расхода, что облегчает ведение флотационного процесса. Полезно совместное применение реагентов ОПСБ с флотомаслом.

Г л а в а V

РЕАГЕНТЫ-РЕГУЛЯТОРЫ

§ 1. Общие положения

Регуляторами называются флотационные реагенты, изменяющие взаимодействие собирателя с минералами для усиления или ослабле­ ния гидрофобизации их поверхности.

Регуляторы повышают селективность (избирательность) действия собирателя на минералы и тем самым обеспечивают четкое разделе­ ние минералов друг от друга при флотации.

154

В качестве регуляторов применяются разнообразные по составу, структуре и свойствам химические соединения (соли, кислоты, щелочи, электролиты и недиссоциированные соединения, неоргани­ ческие и органические вещества).

Осуществляя свои функции, регуляторы взаимодействуют с мине­ ралами, собирателями и присутствующими в пульпе ионами, причем в большинстве случаев это взаимодействие носит химический харак­ тер. Повышая селективность действия собирателей, регулятор дол­ жен быть достаточно избирательным.

Рассмотрим типичный случай применения регуляторов при фло­ тации. Цианистый натрий и другие водорастворимые цианиды при­ меняют в качестве регулятора при флотации свинцово-цинковых руд, содержащих в качестве основных полезных минералов галенит PbS и сфелерит ZnS, а также минералы пустой породы— кварц, силикаты и др. Ксантогенаты не обладают избирательностью дей­ ствия по отношению к отдельным сульфидам. Ввиду этого, применяя ксантогенат при флотации свинцово-цинковых руд, можно отделить от пустой породы галенит и сфалерит, но нельзя их разделить друг от друга. Используя цианиды, создают условия, при которых ксан­ тогенат гидрофобизирует только галенит, в то время как на сфале­ рит в присутствии цианида ксантогенаъне действует.

Регуляторы при флотации мог^т {106]:

1) воздействовать непосредственно на поверхность минерала и изменять ее химический состав. При этом достигается усиление (или, наоборот, ослабление) взаимодействия минерала с собирателем;

2)вытеснять собиратель, закрепившийся на поверхности мине­ рала, и тем предотвращать его флотацию;

3)изменять флотируемость минерала независимо от его взаимо­ действия с собирателем. Вследствие неоднородности поверхности минерала одни ее участки могут быть покрыты собирателем, а на дру­ гих, свободных от собирателя участках, могут сорбироваться те или иные ионы (или молекулы) регулятора.

Подобное независимое от собирателя действие регуляторов на минералы было впервые обосновано и установлено М. А. Эйгелесом и О. С. Богдановым. Так, например, при воздействии в известных

с поверхности галенита ксантогенат, сколько, сорбируясь на дру­ гих участках поверхности минерала, гидратирует ее, чем снижает флотацию вплоть до ее полного прекращения [19, 248];

4)изменять в широком диапазоне щелочность среды, в которой проходит взаимодействие собирателей с минералами, и тем влиять на флотацию последних;

5)присутствуя часто в пульпе одновременно с собирателем, пере­ водить собиратель в осадок и тем ослаблять или прекращать его гидрофобизирующее действие на минералы.

Возможны случаи, когда один и тот же регулятор влияет на флотационное поведение минерала одновременно в нескольких

155

направлениях, каждое из которых здесь было кратко охарактери­ зовано.

По отношению к регуляторам часто применяют термины актива­ тор и депрессор (подавитель) и соответственно им термины актива­ ция и депрессирование (подавление).

Эти термины имеют весьма условный характер. Один и тот же реагент-регулятор может быть по отношению к разным минералам активатором и депрессором (так, например, сернистый натрий акти­ вирует флотацию многих окисленных минералов цветных металлов, но по отношению к сульфидным минералам является депрессором). Более того, в зависимости от условий применения один и тот же регулятор может быть и по отношению к одному определенному мине­ ралу как активатором, так и депрессором (сернистый натрий, акти­ вируя окисленные минералы цветных металлов при сравнительно не­ высоких концентрациях, может превратиться в депрессор, если его концентрация в пульпе будет увеличена до определенного значения). Поэтому, применяя термины «активатор» или «депрессор», правиль­ нее подразумевать активирующее или депрессирующее действие на определенный минерал того или иного регулятора в данных конкретных условиях.

др.), активирующие сфалерит, пирит, кварц и некоторые несульфид­ ные минералы. Растворимые в воде соли щелочноземельных метал­ лов (кальция и др.), проявляющие активирующее действие на фло­ тацию кварца и других несульфидных минералов.

2. Сернистый натрий и другие водорастворимые сульфиды, при­ меняемые для активации окисленных минералов цветных металлов

скислородсодержащими анионами (например, церуссита, малахита

идр.).

3. Кислород (главным образом кислород воздуха), являющийся активатором флотации сульфидных и несульфидных минералов.

Ре г у л я т о р ы д е п р е с с и р у ю щ е г о

де й с т в и я

1. Сернистый натрий и другие водорастворимые сульфиды, при­ меняемые главным образом для депрессии сульфидных минералов.

2. Цианиды, применяемые для селективной флотации сульфидных руд, главным образом для депрессии сфалерита, медных минералов

ипирита.

3. Сульфиды, гипосульфиты и некоторые сульфаты (например,

цинка.и железа), используемые для селективной флотации сульфид­ ных руд, главным образом для депрессии сфалерита.

456