Лекция № 14 Продолжение (Катионные собиратели)

К катионным собирателям относятся органические поверхностно-активные вещества, у которых при диссоциации в воде гидрофобный углеводородный радикал становится положительно заряженным ионом – катионом. Основными реагентами являются жирные амины и их солянокислые и уксуснокислые соли. Амины можно рассматривать как производные аммиака:

В воде амины диссоциируют:

Степень диссоциации аминов и растворимость прямо пропорционально зависит от концентрации водородных ионов рН. Амины, в радикале которых 6-8 атомов углеводорода в воде нерастворимы. Поэтому при флотации используют их соли, полученные с соляной или уксусной кислотой.

В промышленности применяются:

- катионный реагент АНП (амины из нитропарафинов) – смесь аминов изостроения, содержащих 14 атомов углерода.

- Амины на основе высших жирных кислот

Из всего рассмотренного выше вытекают требования к ионогенным собирателям:

1. Молекулы собирателя должны быть гетерополярными

2. Солидофильная группа должна обеспечивать прочное и избирательное закрепление реагента на поверхности флотируемого минерала

3. Аполярный радикал должен иметь длину, обеспечивающую достаточное собирательное действие. Большая длина радикала снижает растворимость реагента, избирательность его действия, увеличивает стоимость реагента.

4. Собиратель должен быть нетоксичным, хорошо растворимым в воде, иметь стабильный состав, быть доступным и экономически выгодным.

Сильные реагенты следует применять только тогда, когда более слабые хороших результатов не дают. Например, при флотации труднофлотируемых минералов, при наличии в пульпе подавителей, для перевода в пену крупных зерен или сростков и свободных благородных металлов, при флотации окисленных руд тяжелых металлов, содержащих благородные металлы, при флотации сульфидов без предварительного сульфидирования. Химическая активность собирателя особенно четко проявляется при флотации в трудных условиях — в присутствии подавителя. Из подавителей наиболее подходящим оказался ион гидроксила ОН^-.

Общие положения в механизме действия ионогенных собирателей следующие.

Появление гидрофобных радикалов собирателя в зоне расположения гидратных слоев приводит к снижению их устойчивости. Происходит скачкообразное уменьшение их толщины, образование трехфазного периметра смачивания, снижение времени индукции в десятки тысяч раз, увеличение прочности прилипания к пузырькам.

Эксперименты по откачиванию воздуха из пузырька, закрепившегося на минеральной поверхности, показали следующее (рис. 14.1). Из-за резкого увеличения гистерезиса смачивания при наличии собирателя объем пузырька уменьшается, но трехфазный периметр при этом не перемещается. Вектор поверхностного натяжения как бы поворачивается на некоторый угол. Краевой угол смачивания увеличивается от момента 1 к моменту 4. Если на поверхности присутствует депрессор, то гидратированность поверхности увеличивается, гистерезис смачивания минимален. Трехфазный периметр смачивания не закрепляется на поверхности минерала и при откачивании воздуха пузырек свободно перемещается по поверхности. Вектор поверхностного натяжения остается параллельным самому себе, угол смачивания не увеличивается и является постоянным.

Рисунок 14.1

Хемосорбция реагента происходит, если связь между катионами минерала и анионами собирателя более прочная, чем связь катионов минерала с диполями воды. При этом в зависимости от состояния поверхности минерала электроны могут переходить от аниона собирателя к катиону минерала или наоборот: от катиона минерала к аниону реагента. Энергия этой связи косвенно определяется по растворимости соединения, образованного анионом реагента и катионом минерала. Растворимость ксантогенатов в воде изменяется в широком диапазоне в зависимости от длины радикала и от металла в составе полярной группы. Чем длиннее радикал, тем хуже растворимость.

Гидрофобизация химически сорбирующимся собирателем возможна при следующем условии. Снижение свободной энергии системы минерал-реагент, которое возникает при насыщении не скомпенсированных химических связей на поверхности минерала при присоединении собирателя, должно превышать ее увеличение, вызванное ориентацией углеводородных радикалов в водную фазу.

Установлено, что для флотации минерала достаточно иметь на поверхности плотность слоя ксантогената в пределах 15-20% от условного мономолекулярного слоя. Повышение плотности слоя более 30-40% не сопровождается увеличением гидрофобности минерала. Собиратель образует на поверхности минерала островные покрытия, плотность которых значительно больше средней плотности слоев.