книги / Флотационные реагенты

^ а Г, нН

Рис . 2. Зависимость верти­ кального перемещения держа­ теля (Л) от величины при­ ложенной силы СРА или /)

Нить из стекла "Пирекс” длиной 20 мм, диаметр тон­ кого конца 15 мкм, толсто­ го —50 мкм

Верхним концом отрыватель 12 вертикально и жестко закреплен с по­ мощью зажима в опоре 11. В качестве опоры использован позиционер, что дало возможность плавно перемещать отрыватель 12 в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Чувствительный элемент измерителя силы отрыва выполнен в виде конической упругой нити 3, которая тонким концом закреплена на верти­ кальной пластине 2. Пластина по направляющим вставлена во внутрь кюветы. Материал нити должен быть достаточно упругим, прочным и инертным по отношению к жидкой фазе. Размеры нити зависят от ее мате­ риала, размера пузырьков, крупности и гидрофобности частиц.

В наших экспериментах использовалась нить из стекла ”Пирекс” длиной 20 мм, имеющая диаметр тонкого конца 15 мкм, а толстого — 50 мкм. Толстый (свободный) конец гидрофобизировали тонким слоем парафина. Он выполнял функцию держателя 4 пузырька 5.

Вертикальное перемещение держателя пузырька измеряли посредством микроскопа 7 (МБС-2). Второй микроскоп (МГ-1) был установлен пер­ пендикулярно к плоскости чертежа. Наблюдение в двух взаимно перпен­ дикулярных вертикальных плоскостях позволяло в процессе измерения удерживать частицу 6 в вершине пузырька 5.

Для получения пузырьков 5 в кювету опущены два электрода: рабочий микроэлектрод 10 и вспомогательный электрод 9. Микроэлектрод 10 изготовлен из платиновой проволоки диаметром 70 мкм. Ее конец зата­ чивали электролитически до диаметра менее 15 мкм. Затем проволоку

Р и с. 4. Зависимость силы отрыва ионообменного волокна от пузырька водорода в статических и динамических условиях, а также времени прилипания от размера пузырька

Условия измерения: волокно ВИОН АН-1 диаметром 30 мкм контактирует с пу­ зырьком боковой поверхностью; рН = 3 (серная кислота); сила прижима к пузырь­ ку 7 нН; Гд измеряли при времени контакта, равном г

вставляли в микрокапилляр из стекла ”Пирекс” и оплавляли стекло у заточенного конца проволоки. Торец микроэлектрода затачивали перпен­ дикулярно к его продольной оси.

В результате с жидкостью контактировал лишь торец платиновой проволоки, имеющий форму круга. Боковая же ее поверхность была изолирована стеклом.

При подключении электродов к источнику постоянного тока на торце микроэлектрода возникал пузырек газа. С помощью позиционера, на котором укреплен микроэлектрод, образовавшийся пузырек подводили и пересаживали на держатель 4.

Устройство было смонтировано на массивной поверочной плите, имею­ щей виброразвязку.

Предварительно градуировали измерительную нить. Для этого заполняли кювету дистиллированной водой и подключали электроды к источнику тока. Образовавшийся на микроэлектроде пузырек пересаживали на сво­ бодный конец нити (сверху) и с помощью микроскопов МБС-2 и МГ-1 измеряли экваториальный диаметр пузырька (йе), а также величину верти­ кального перемещения (к) свободного конца нити. Цена деления шкал микроскопов составляла 14 мкм. Затем рассчитывали подъемную силу пузырька (РА,нН) по формуле

При градуировке измерительной нити использованы пузырьки диамет­ ром от 50 до 650 мкм. Полученная линейная зависимость к от Рд пока­ зана на рис. 2 .

микроскопа фиксировали вертикальное перемещение держателя (исходное положение: к = 0). Затем в течение 10—15 с к вершине пузырька подво­ дили исследуемую частицу и в течение 3 с прижимали ее к пузырьку с силой < 1 0 нН. После этого начинали перемещать отрыватель 12 вертикаль­ но вверх. Одновременно его смещали в сторону закрепленного конца нити, что необходимо для компенсации горизонтального смещения (Д/)

Непосредственно перед отрывом исследуемо.й частицы от пузырька фиксировали вертикальное перемещение держателя (к ) по шкале микро­ скопа МБС-2 и по графику (см. рис. 2) находили значение /.

На рис. 3 и 4 приведены экспериментальные данные, иллюстрирующие возможности прибора, который может быть использован для изучения различных вопросов, касающихся элементарного акта флотации.

Прибор позволяет измерять силу отрыва как в статических (/с), так и в динамических (/а) условиях. В первом случае отрыватель частицы пере­ мещают вручную с малой скоростью (50—100 мкм/с), во втором — с помощью контактного прибора А.В. Глембоцкого. В последнем случае появляется возможность в одном эксперименте определять как / д, так и время прилипания т при заданном значении силы прижима частицы к пузырьку.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.Крохин С.И., Черемухина Р.И. О механизме действия керосина при флотации. - Изв. вузов. Цв. металлургия, 1959, № 1, с. 26-40.

2.А.с. 125409 (СССР). Прибор для измерения силы отрыва пузырька воздуха от поверхности минерала/Шафеев Э.Ш., Троицкий В.В. - Заявл. 16.04.59, № 625387/22; Опубл. в Б.И., 1$60, № 1; МКИ 01 п 19/04.

3.Мелик-Гайказян В.И., Ворончихина В.В. К методикам оценки влияния аполяр-

ных реагентов на прочность прилипания частиц к пузырькам при флотации. - В кн.: Современное состояние и задачи селективной флотации руд. М.: Наука, 1967, с. 56-67.

4.Мелик-Гайказян В.И., Ворончихина В.В., Баранов Л.А. К методике оценки проч­ ности прилипания минеральных частиц к поверхности пузырьков воздуха. - В кн.: Обогащение и использование угля. М.: Недра, 1965, с. 45-69.

5.Гольман А.М. Ионная флотация. М.: Недра, 1982.144 с.

6.Емельянова Н.П., Ворончихина В.В., Мелик-Гайказян В.И. О корреляции между

краевым углом смачивания поверхности и силой ее отрыва от пузырька. - В кн.: Обогащение руд. Иркутск: Иркут, политехи, ин-т, 1978, с. 99-107.

7.А.с. 115012 (СССР). Установка для определения величины адгезионных усилий/ Задорожный В.К., Старчик Л.П. Заявл. 09.12.57, № 587609; Опубл. в Б.И., 1958, №9; МКИ 01 п 19/04.

8.Задорожный В.К. Прибор для измерения силы прилипания минеральных частиц флотационной крупности к пузырькам газа. —В кн.: Обогащение апатитовых, вермикулитовых и перовскитовых руд. Л.: Наука, 1967, с. 104-108.

9.А.с. 940009 (СССР). Устройство для измерения силы отрыва частиц минералов от пузырька газа /Байченко А.А., Клейн Н.С. Заявл. 25.08*80, № 3210149/18-25; Опубл. в Б.И., 1982, № 24; МКИ 01 п 13/00.

УДК 622.765.06

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА КАЛОРИМЕТРИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОБИРАТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ ФЛОТОРЕАГЕНТОВ

В.В. Шевчук, Л.Г. Резникова

Проблема оценки эффективности свойств флотореагентов в техноло­ гических процессах флотационного обогащения минералов является весьма актуальной. В настоящее время действие реагентов оценивается в основном флотационными методами в лабораторных условиях. Этот метод включа­ ет в себя ряд сложных и длительных химических анализов и не всегда эф­ фективен.

В качестве одного из методов оценки эффективности действия реаген­ тов при флотационном отделении глинистых примесей в процессе обогаще­ ния калийных руд может служить метод термохимического исследования гидрофильности модифицированных флотореагентов выделяемых мине­ ралов. Цель работы —проверка сопоставимости этих методов в оценке эф­ фективности собирательных свойств реагентов.

Изучались тепловые эффекты смачивания глинисто-карбонатных приме­ сей калийных руд, модифицированных различными классами ПАВ: неио­ ногенными — типа оксиэтилированных эфиров алкилфенолов, анионны­ ми — типа Ма-солей карбоновых кислот и катионными —типа алкилпиридинийхлоридов в водных и насыщенных по КО и ИаО растворах. Иссле­ дования по изучению теплот смачивания проводили на серийно выпускае­ мом изотермическом калориметре марки ДАК-1-1 (работающем по прин­ ципу калориметров Кальве), позволяющем измерить тепловые эффекты с точностью до 10Г6 °С и высокой воспроизводимостью результатов (1,5— 2%).

Собирательные свойства реагентов изучали с помощью флотационных опытов по отделению глинистых примесей в пенный продукт в лаборатор­ ной флотомашине. Время флотации составляло 5 мин, кондиционирования

среагентом —3—5 мин. Соотношение Ж:Т = 2,8.

Врезультате проведенных испытаний установлено, что характер зави­ симости теплот смачивания модифицированных глинистых примесей ка­ лийных руд от концентрации собирателя (модификатора) экстремален с минимальным значением и определяется природой и количеством функцио­ нальных групп реагентов-модификаторов, длиной их углеводородных ра­ дикалов и концентрацией.

При модифицировании глинистых примесей калийных руд неионогенны­ ми ПАВ имеет место гидрофилизация глинистых частиц при малых концен­ трациях и гидрофобизации при более высоких. Последующий рост концен­ трации ПАВ приводит к увеличению гидрофильности глины (см. таблицу). С ростом степени оксиэтилирования неионогенных ПАВ (4—13 группы —

С2Н40 —) и разветвленности углеводородного радикала молекул макси­ мальные эффекты гидрофилизации и гидрофобизации модифицированных ими глинистых примесей возрастают.

Изучение гидрофильно-липофильных свойств глинистых дисперсий, мо­ дифицированных анионными ПАВ, показало, что для водных сред с уве-

Физико-химические и адсорбционные характеристики модифицированных неионогенными ПАВ соленосных глин

1------------

личением концентрации модификатора — солей предельных (до С ц ) одноосновных карбоновых кислот —гидрофильность поверхности глинис­ тых частиц снижается, достигая минимума значения при определенной кон­ центрации ПАВ. Дальнейшее увеличение количества модификатора не оказы­ вает существенного влияния на гидрофильность поверхности — количест­ венные характеристики ее не изменяются. При больших концентрациях этих соединений наблюдается увеличение гидрофильности системы.

С увеличением длины алкильного радикала солей предельных однооснов­ ных карбоновых кислот гидрофильность глинистой поверхности снижается, проходя через максимум (для лаурата № ), а затем возрастает. Меняется и характер зависимости гидрофильности глин от концентрации модифика­ тора.

Если для низкомолекулярных гомологов при больших концентрациях ПАВ (7 10 "5 моль/г) наблюдается некоторое повышение гидрофильнос­ ти системы после области ”плато”, то для высокомолекулярных гомоло­ гов область "плато” отсутствует — гидрофильность модифицированных глин изменяется экстремально. С ростом длины алкильной цепи ПАВ максимальный эффект гидрофобизации уменьшается. Увеличение числа непредельных связей в углеводородном радикале молекул мыл приводит к снижению теплот смачивания, что объясняется уменьшением гидрофобности углеводородного радикала молекул вследствие дополнительной гид­ ратации их по двойным связям.

При исследовании тепловых эффектов смачивания глинисто-солевых

ри с. 1. Зависимость теплот смачивания модифицированных катионными ПАВ глин

вводе (а ) и насыщенном солевом растворе ( б ) от концентрации модификатора

шламов, модифицированных катионными ПАВ типа алкилпиридинийхлоридов (АПХ), установлено, что с увеличением концентрации АПХ (С) гидрофильность модифицированных глинистых частиц понижается до определенного предела и в дальнейшем мало изменяется (рис. 1). Рост длины углеводородного радикала молекул ПАВ и введение в его состав бензольного кольца повышают гидрофобизирующее действие модифи­ катора.

Характер изменения гидрофильно-липофильных свойств глинистых минералов, модифицированных данными соединениями в насыщенных со­ левых растворах, примерно такой же, как и для водных сред: гидрофобность поверхности повышается до определенной величины, оставаясь прак­ тически без изменения при более высоких концентрациях модификатора. Однако максимальные эффекты гидрофобизации и гидрофилизации выра­ жены слабее и достигаются при более низких концентрациях низкомоле­ кулярных гомологов и при более высоких концентрациях высокомолеку­ лярных. Это связано с мицеллообразованием и высаливающим действием электролитов на поверхностно-активные вещества и уменьшением их эф­ фективности действия.

Результаты исследования собирательного действия ПАВ на глинистые примеси в процессе флотации калийных солей представлены на рис. 2 . С ростом концентрации (С) собирательная способность оксиэтилированных алкилфенолов по отношению к глинистым примесям закономерно возрас­ тает. Максимальное извлечение н.о. в пенный продукт (в ) составляет 64% (для смачивателя Д Б ). С увеличением степени оксиэтилирования молекул реагента (в интервале 4-13 групп окиси этилена), а также разветвленнос­ ти углеводородного радикала (ОП-8 —ДБ) собирательная способность не­ ионогенных соединений возрастает.

Изучение собирательных свойств анионных соединений показало, что они

обладают более низкой собирательной способностью к глинистым приме­ сям, чем неионогенные ПАВ. Максимальное извлечение н.о. в пенный про­ дукт составляет 58% (для олеата натрия). С увеличением расхода реаген­ тов извлечение закономерно возрастает. Зависимость собирательных свойств исследованных соединений от длины углеводородного радикала для солей монокарбоновых кислот (С5- С 17) проходит через максимум при длине цепи С8. С увеличением числа непредельных связей в углеводо­ родном радикале молекул мыл их собирательная способность понижается (в ряду олеат натрия —линолят натрия).

Данные по изучению собирательных свойств катионных ПАВ показали, что в сравнении с ранее изученными классами соединений они обладают наиболее эффективным собирательным действием на глинистые минералы. С увеличением расхода реагентов извлечение н.о. в пенный продукт зако­ номерно возрастает. Собирательная способность АПХ с ростом длины уг­ леводородной цепи, так же как и при введении в углеводородный радикал бензольного кольца, увеличивается.

При сопоставительном анализе данных по собирательному и гидрофобизирующему действию изученных классов модификаторов установлено, что при концентрациях максимального гидрофобизирующего действия ПАВ проявляется их максимальная собирательная способность по отношению к глинистым примесям калийных руд, т.е. полная корреляция этих свойств. Это позволяет использовать метод калориметрии для подбора и исследова­ ния действия реагентов собирателей. Предлагаемый метод прост, менее трудоемок и длителен, однако необходимо учитывать, что подобранные по этому методу реагенты должны хорошо сочетаться в последующих опера­ циях обогащения с применяемыми.

УДК 622.765.06

ИЗУЧЕНИЕ ГИДРАТАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ МИНЕРАЛОВ МЕТОДОМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ АДСОРБЦИИ ИНДИКАТОРА

А.Н. Гребнев

Величина гидратации поверхности минералов характеризует степень их гидрофильности и определяет протекание основного элементарного акта флотации —прилипание минеральной частицы к воздушному пузырь­ ку. Однако в исследованиях процесса флотации эта характеристика по­ верхности редко изучается и обычно заменяется косвенными показате­ лями — величиной краевого угла смачивания, агрегативной устойчивостью суспензий минералов и др.

Известно несколько методов изучения гидратации твердых тел: по отрицательной адсорбции индикатора, изменению диэлектрической про­ ницаемости суспензий, теплоте смачивания [1]. Эти методы применялись

ипри изучении флотационного процесса, например, в [2 , 3].

Вданной работе исследованы возможности и особенности применения метода отрицательной адсорбции индикатора при исследовании систем,

трацни раствора сахарозы после контакта с минералом и исходного раствора; V — объем жидкой фазы в опыте (25 мл) ; Ксв —количество связанной воды (в мл) на 1 г минерала.

апатита и кальцита двух собирателей различного типа —олеата натрия и Ы-ацилированных аминокислот на основе жирнокислотной фракции талпо-

собирателей. В опытах использовали апатит и кальцит, выделенные из ру­ ды Ковдорского месторождения.

определенной концентрации с рН 10 (или раствора собирателя с реагентамирегуляторами). После перемешивания содержимого колбы в термостате при 20±0Д°С в течение 30 мин добавляли 5 мл раствора индикатора с концентрацией, обеспечивающей заданную в общем объеме суспензии, и перемешивали еще 30 мин. Затем жидкую фазу отделяли центрифуги­ рованием и фильтрацией центрифугата.

В фильтрате с помощью интерферометра ИТР-2 и калибровочного графи­ ка определяли изменение концентрации индикатора. В качестве индикато­ ра использовали растворы сахарозы и хлористого натрия различных кон­ центраций. Определение концентрации хлористого натрия проводили как с помощью ИТР-2, так и титрованием нитратом ртути по известной методи­ ке. Пример расчета количества связанной воды минералом в растворах со­ бирателя приведен в таблице.

Относительный коэффициент преломления растворов олеата натрия в воде и сахарозе одинаков. Это свидетельствует о том, что олеат не образует

(30 мг/л) изменение т 2 становится существенным. Поэтому в расчетах используется Ат — разность между показаниями интерферометра для раствора после контакта с минералом и раствора одного собирателя в са­ харозе.

При этом использованы исходные концентрации собирателя, а не рав­ новесные, тогда как вследствие сорбции олеата натрия минералом послед­ ние могут быть значительно ниже исходных. Правомерность использования в расчетах исходных концентраций собирателя показана специальным ис­ следованием равновесных с апатитом растворов. В них с ростом концентра­ ции собирателя до значений, близких к критической концентрации мицеллообразования (ККМ), установлено симбатное возрастание концентрации иона Р0 34, что компенсирует (пог Ат) потерю собирателя на адсорбцию.

Из таблицы видно, что Ат принимает при ККМ и выше отрицательные значения. Это имеет место при концентрации сахарозы 0,25%, тогда как в более разбавленных растворах (0,05%) все значения Ат положительны. Статистическая обработка результатов измерений (5—7 параллельных опытов) показала, что стандартное, отклонение для всего ряда исследован­ ных концентраций близко к 0,25 мл/г, а коэффициент вариации изменяется от 10 до 25% и только вблизи ККМ при минимальных значениях гидратированности возрастает до 39 и 69%.

Все сказанное выше о свойствах олеата натрия в растворе сахарозы до

ипосле контакта с минералами в равной степени относится и к реагенту таллактам. Также аналогично поведение собирателей в растворах сахарозы

ихлористого натрия. Хотя со вторым индикатором получаемые значения количества связанной воды выше, но характер их зависимости от концен­ трации собирателей одинаков. Поэтому здесь излагаются результаты иссле­ дований только с использованием сахарозы.

Зависимость количества связанной поверхностью минералов воды (Сн2о) °т концентрации раствора собирателя (С) имеет экстремальный

и кальцита возрастает на 15-20% по сравнению с их гидратированностью в воде. При дальнейшем увеличении концентрации собирателей количество связанной воды уменьшается и достигает минимума при концентрации, примерно в 2 раза меньшей ККМ. С превышением концентрации минималь­ ной гидратации количество связанной воды возрастает и при достижении ККМ становится выше гидратации в воде.

Наблюдаемые явления совпадают с описанными в [4, 5], в которых изучалась агрегатная устойчивость суспензий минералов в растворах соби­ рателей. Указанная устойчивость объясняется теми же причинами —изме­ нением степени гидрофобности поверхности минералов под влиянием сорб­ ции собирателей и ориентации их ионов в сорбционном слое. Но установ­ ленный факт возрастания количества связанной поверхностью минералов воды в области низких концентраций собирателя не может быть объяснен расклинивающим действием молекул ПАВ, что справедливо при изучении агрегативной устойчивости суспензий, однако неприменимо к изучению гидратизированности поверхности. Мы объясняем этот факт как результат физической сорбции гидратированных ионов собирателя.

Важным результатом проведенных исследований является обнаруже­ ние способности таллактама в отличие от олеата натрия более полно уда­ лять связанную воду с поверхности апатита, чем с поверхности кальцита. Это является предпосылкой более селективного разделения флотацией