книги / Флотационные реагенты

(15 мг/л) показано на рис. 3. С увеличением количества вводимых в сус­ пензию регуляторов (С) величина гидратации (Он о) апатита и кальцита снижается. Только в области низких концентраций (около 5 мг/л) гидратированность апатита несколько возрастает (кроме сочетания АЛК и олеата натрия). На кальците дегидратирующее действие АЛК и ОП-4 несильно различается. На апатите же АЛК значительно больше снижает гидратированность поверхности с применением в качестве собирателя таллактама.

Интересно отметить, что АЛК с олеатом натрия в равной степени снижа­ ет гидратированность поверхности и апатита и кальцита. Следовательно, известный факт положительного влияния АЛК на селективность разделе­ ния этих минералов обусловлен не столько образованием гидрофовизи­ рующих структур на их поверхности, сколько, что более вероятно, прису­ щим этим реагентам дефлокулирующим действием и изменением структу­ ры пены.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.Думанский А.В. Лиофильность дисперсных систем. Киев: Изд-во АН УССР, 1960. 212 с.

2.Постовалов И.П. Бесконтактный контроль изменения смачиваемости поверх­

ности твердой фазы суспензий в динамическом режиме. - Обогащение руд, 1983,

№2, с. 24-27.

3.Пылова М.Б., Наумов М.Е. Влияние электролитов на устойчивость гидратных слоев при флотации. - В кн.: Теоретические основы и контроль процессов флота­ ции. М.: Наука, 1980, с. 21-28.

4.Полькин С.И., Бергер Г.С. О формах закрепления и флотационном действии длинноцепочечных собирателей. - В кн.: VIII Междунар. контр, по обогащению полез, ископаемых. Л.: Механобр, 1969, с. 290-299.

5.Круглицкий Н.Н., Гребнев А.Н, Белотуркина С.П. и др. Агрегативная устой­ чивость суспензий минералов в смесях анионных и неионогенных поверхностно-ак­ тивных веществ. - Докл. АН УССР. Сер. Б, 1974, № 1, с. 55-57.

6.Гребнев А.Н., Новожилова В.В,, Масленникова А.В, Испытание 14ацилированных аминокислот при флотации апатита из комплексных руд Ковдорского место­ рождения. - В кн.: Промышленное освоение комплексных руд Ковдора. Апатиты: Изд-во Кольск. фил. АН СССР, 1982, с. 78-88.

ОЦЕНКА ДЕЙСТВИЯ РЕАГЕНТОВ КАК ВСПЕНИВАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО

ЭКСПЕРИМЕНТА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Е.И. Щербина, Е.И. Грушова, З.С. Подлесная, А.Е. Поляков

В настоящее время наиболее эффективным реагентом-собирателем для флотации хлористого калия из калийсодержащих руд является смесь ами­ на жирного ряда с нефтяными жидкими парафинами [1 ], использование которой известно только с сосновым маслом или реагентом Т-66. Однако широкое и успешное применение данной собирательной композиции обус­ ловливает необходимость изучения ее действия в сочетании с различными реагентами-вспенивателями.

Известно [2], что в процессе флотации молекулы вспенивателя, взаимо­ действуя с молекулами собирателя, способны усилить собирательное дейст­ вие последнего. Поэтому при оценке эффективности действия сочетаний реагентов типа собиратель—вспениватель представляет интерес исследова­ ние взаимодействия в данных системах.

Для решения указанной задачи в данной работе был использован метод газожидкостной хроматографии. Исследования выполняли на модифици­ рованном хроматографе ЛХМ-8М с детектором по теплопроводности сог­ ласно методике, описанной в [3], в интервале температур 303,2—333,2 К. Роль неподвижных жидких фаз выполняли пропиленкарбонат (ПК), тетраметиленгликоль (ТетраМГ), триэтиленгликоль (ТЭГ), тетраэтиленгликоль (ТетраЭГ), гексаметилфосфортриамид (ГМФА), диметилформамид (ДМФА), тетрагидрофурфуриловый спирт (ТГФС), цианэтиловьш эфир метилцеллозольва (ЦЭЭМЦ). В качестве элюента использовали н-октан.

Выбор названных объектов исследования позволил имитировать фло­ тационную систему типа аполярный реагент-собиратель—вспениватель. В ходе эксперимента учитывалось влияние поверхностных эффектов на гра­ ницах раздела фаз жидкость—инертный твердый носитель и жидкость—газ. На основе времен удерживания [4] были рассчитаны удельные удерживае­ мые объемы (Ку) и парциальные молярные энтальпии растворения (ДН§) «-октана (табл. 1). Относительные погрешности определения величин Vу и АН$ не превышали±1,3 и ±5,1% соответственно.

Согласно существующим теоретическим воззрениям [5], величина АН$ является функцией, характеризующей сольватацию растворяемого вещества в неподвижной жидкой фазе, и определяется вкладом следующих терминов:

АН8 =АНпол + АНвз,

где Д//Пол энтальпия образования полости молекулярных размеров; АНВЗ — энтальпия взаимодействия растворяемого компонента с раствори­ телем.

Согласно известным разработкам [6, 7], взаимодействие парафиновых углеводородов с растворителями обусловлено только дисперсионными силами и достаточно постоянно; таким образом, можно считать, что отли-

Т а б л и ц а 1 Физико-химические свойства неподвижных жидких фаз, удельные удерживаемые

объемы (Ку), парциальные молярные энтальпии растворения (ДН$) //-октана и относительные энтальпии образования полости (6#пол)

Результаты флотации калнйсодержащей руды (27,2% КО; 1,2% нерастворимого остатка н.о.)

(Расход реагентов: натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы - 0,25 кг/т руды, солянокислого октадециламина - 0,045 кг/т руды, нефтяных жидких парафиновых

чие в величинах Д#$ исследуемых систем обусловлено в первую очередь термом, характеризующим энергию межмолекулярного взаимодействия в фазе растворителя (Д//пол) •

Однако в настоящее время нет экспериментальных методов определе­ ния величин Д#пол, а известные теоретические подходы [7] дают для ши­ рокого круга растворителей различные результаты. Поэтому для отраже­ ния различия в энергиях межмолекулярных взаимодействий в исследуемых реагентах нами, согласно [7], были рассчитаны величины относительных энтальпий образования полости А#пол как разность между величинами АН8 при растворении «-октана в исследуемых жидких фазах и неполярном растворителе —пентадекане.

Анализ данных табл. 1 показывает, что величины 6# пол возрастают в

следующем ряду: ТГФС-ДМФА-ТетраМГ-ЦЭЭМЦ-ТЭГ-ПК-ГМФА- ТетраЭГ, и, следовательно, в этом же ряду возрастает напряженность моле­ кулярного силового поля исследуемых реагентов. Реальность полученных величин б#пол подтверждает корреляция между величинами относительно энтальпий образования полости и поверхностным натяжением реагентов (а), которое характеризует взаимодействие между молекулами жидких фаз в поверхностном слое (см. рисунок).

Из сказанного выше следует, что молекулы парафинового углеводо­ рода с наименьшими энергетическими затратами будут внедряться между молекулами ТГФС, а вот образование полости, по размерам и форме соответствующей молекуле я-октана, в ТетраЭГ требует самых больших энер­ гий среди исследуемых реагентов. Таким образом, взаимодействие в системе я-октан—ТГФС происхо­ дит в наиболее благоприятных условиях.

Представляло интерес выявить, как влияет характер взаимодействия в системе аполярный соби­ ратель—вспениватель на показатели флотации. В табл. 2 приведены результаты флотации хлористо­ го калия в присутствии сочетаний реагентов, исполь­ зуемых в промышленных условиях, и систем,

Взаимосвязь между относительными энтальпиями образова­ ния полости молекулярного размера и поверхностным на­ тяжением реагентов

цианэтиловый эфир метилцеллозольва; 6 - тетраметиленгликоль; 7 - диметилформамид; 8 - тетрагидрофурфуриловый спирт

где наиболее эффективно, согласно данным проведенных исследований, осуществляется взаимодействие между аполярными реагентом (парафи­ новый углеводород) и вспенивателем.

Для оценки эффективности действия исследуемых сочетаний реагентов нами был рассчитан коэффициент обогащения по Ханкоку [8]:

Е = (е - т ) / ( 1 - о / 0 ) ,

где е —извлечение КС1 в концентрат; т —выход концентрата; а —содер­ жание КС1 в руде; 0 —содержание КС1 в концентрате (все выражается в долях единицы).

Анализ совокупности показателей флотации, приведенных в табл. 2, позволяет сделать вывод, что в сравнении с промышленным способом наилучшие результаты достигаются при использовании парафиновых уг­ леводородов (реагент-собиратель) с тетрагидрофурфуриловым спиртом, т.е. системы, где взаимодействие между собирателем и вспенивателем осуществляется в наиболее благоприятных с энергетической точки зрения условиях.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.А.с. 925397 (СССР). Собиратель для флотации калийсодержащих руд/ Щерби­

на Е.И., Грушова Е.И., Поляков Е.А. и др. Заявл. 28.01.80, № 2875347/22-03; Опубл.

вБ.И., 1982, № 17; МКИ В 03.

2.Глем боцкий В .А., Классен В.И. Флотация. М.: Недра, 1973. 384 с.

3.Щербина Е.И., Тененбаум А.Э ., Груш ова ЕМ . Газохроматографическое иссле­

дование смешанных растворителей углеводородов. - Нефтехимия, 1977, т. 27, № 1, с. 169-173.

4. Вигдергауз М.С. Расчеты в газовой хроматографии. М.: Химия, 1978. 248 с.

5. Сахаров В.М. Расчет объемов удерживания на неполярном растворителе в га­ зожидкостной хроматографии. - Журн. физ. химии, 1967, т. 41, № 7, с. 1585.

6 . Соломонов Б.Н., Н овиков В .Б ., К оновалов А.И . Оценка энергий межмолекуляр­ ных взаимодействий с применением данных по энтальпиям растворения. - Докл. АН СССР, 1980, т. 255, № 5, с. 1181-1184.

7. Соломонов Б.Н., Антипин И.С., Горбачук В.В., Коновалов. А.И . Исследование сольватационных эффектов в органических реакциях с применением данных по эн­ тальпиям растворения. - Докл. АН СССР, 1978, т. 243, № 6 , с. 1499-1502.

8 . Барский Л А ., Козин В .З. Системный анализ в обогащении полезных ископае­ мых. М.: Недра, 1978. 761 с.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ДЕЙСТВИЯ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЕЙ

С.И. Горловский, А.В. Шадрин

Флотационные испытания пенообразователей, выполненные в лаборатор­ ных условиях, не дают возможности с должной степенью надежности выя­ вить их действие в промышленных условиях. Поэтому наличие, в дополне­ ние к результатам флотационных экспериментов, физико-химических характеристик пенообразователей, отражающих особенности их действия при флотации, должно повысить результативность изыскания новых реаген­ тов в подборе наиболее эффективных сочетаний пенообразователей [1 -3].

Важнейшей физико-химической характеристикой флотационных пено­ образователей является их диспергирующее действие на межфазной поверх­ ности газ-жидкость (г:ж ). Оно обусловливается как поверхностной актив­ ностью пенообразователей, облегчающей процесс диспергирования, так и антикоалесцентными свойствами пенообразователей.

Нами были измерены значения поверхностного натяжения а водных растворов большинства из применяемых флотационных пенообразователей динамическим, статическим и полудинамическим методами, описанными в [2, 4]. Расчеты по преобразованному уравнению П.А. Ребиндера для пол­ ной работы, затрачиваемой на диспергирование, показали, что независимо от принятого метода измерения а пенообразователи во флотационном про­ цессе не должны оказывать заметного влияния на процесс образования пузырьков.

Это еще раз подтверждает правомочность указания [5, 6] о том, что важнейшим свойством флотационных пенообразователей является их антикоалесцентное действие. Однако необходимо отметить, что такое положе­ ние не распространяется на собиратели, у которых пенообразование и диспергирование воздуха являются побочным эффектом их действия во флотационном процессе.

Для флотационных пенообразователей при используемых концентра­ циях реагентов характерны низкие значения Аа, адсорбции пенообразовате­ ля на межфазной поверхности г:ж, модули равновесной упругости и энер­ гии ван-дер-ваальсовского взаимодействия радикалов. Поэтому представ­ ляется недостаточно обоснованным объяснение антикоалесцентного дей­ ствия исходя только из наличия структурно-механического барьера, эффек­ тов Гиббса и Марангони, а также взаимного отталкивания неионогенных полярных групп.

Для объяснения этого процесса, с нашей точки зрения, весьма плодотвор­ ным может быть применение и основных положений теории Дерягина-Лан­ дау—Фервези—Овербека (ДЛФО). Установление симбатности между потен­ циалом межфазной поверхности г:ж ^ и приростом ее значений Д$ при введении пенообразователя могло бы служить основанием для суждения о правомочности использования этой теории.

Р и с. 3. Влияние содержания диоксида углерода на снижение скорости подъема в воде газовых пузырьков диаметром 0 ,9 мм

1 —воздух с диоксидом углерода; 2 —аргон с диоксидом углерода

На рис. 1 приведены полученные нами зависимости А5 = / (А<р) для алифатических спиртов. Они свидетельствуют о том, что антикоалесцентные свойства спиртовых пенообразователей могут быть отнесены за счет расклинивающего действия в рамках теории ДЛФО и, в частности, его электростатической составляющей.

Необходимо отметить еще одну важную, обычно не выделяемую функ­ цию диспёргирующего действия пенообразователей — повышение равно­ мерности распределения воздуха в камере флотомашины.

Определение значений изменения равномерности распределения воздуха от концентрации пенообразователя К может служить в качестве косвен­ ного экспресс-метода оценки диспергирующего действия реагентов. Наибо­

лее целесообразно представлять Я в виде среднеквадратичных отклонений аэрации в различных точках камеры, определенных в воде, к измеренным в растворах пенообразователя различной концентрации. На рис. 2 приведе­ ны данные, характеризующие зависимость повышения равномерности распределения воздуха (Л) в камерах флотационных машин различного объема от концентрации пенообразователя (С).

Следует отметить, что, как показали опыты, сравнительную оценку влияния пенообразователей на флотируемость разделяемых или модельных минералов в условиях беспенной флотации (учитывая диспергирующее действие этих реагентов) необходимо проводить при концентрациях, обеспечивающих равные значения межфазной поверхности г:ж для сопоставляемых пенообразователей. Это позволяет оценить селективность флотационного действия предлагаемых новых реагентов.

Обычно отмечается, что одной из важных сторон технологического действия пенообразователей является уменьшение скорости подъема пузырьков воздуха диаметром от 0,6 до 2,5 мм, что приводит к интенси­ фикации флотации. Изложенное обусловило постановку работ по изуче­ нию этого эффекта при применении флотационных реагентов всех клас­ сов.

Полученные результаты позволяют заключить, что интенсификация фло­ тационного процесса за счет уменьшения скорости подъема пузырьков воздуха достигается одновременным действием органических реагентов всех классов —собирателей, пенообразователей и модификаторов, содержа­ щихся как во флотационной пульпе, так и в воздухе, поступающем во флотационные машины. При этом пенообразователи по активности действия уступают многим собирателям. И при определенных сочетаниях различных реагентов достигаемый эффект существенно зависит от значе­ ний рН пульпы.

Неорганические флотореагенты не влияют на скорость всплывания пузырьков воздуха в воде. В то же время нами установлено, что неоргани­ ческие соединения, содержащиеся в пузырьке газа, обладающие способ­ ностью к ионизации при взаимодействии с водой, понижают скорость подъе­ ма пузырька в воде, причем это явление не связано с уменьшением размера последнего.

На рис. 3 приведены результаты опытов, иллюстрирующие это положе­ ние. Таким образом, физико-химическое свойство пенообразователей — понижение скорости (А V) подъема пузырька газа в воде —не является специфической технологической характеристикой действия реагентов этого класса и его вряд ли следует использовать для предварительной оценки действия пенообразователей.

Применение указанных физико-химических характеристик и характери­ стик, приведенных в [1,2], позволило выявить возможность использова­ ния ряда продуктов в качестве флотационных пенообразователей и предло­ жить ряд новых эффективных пенообразователей.

1.Арсентьев В.А., Г орловский С.И. О связи диспергирующей и пенообразующей способности реагентов-пенообразователей со строением их молекул. - В кн.: Обога­ щение руд. Иркутск: Иркут, политехи, ин-т, 1978, с. 133-134.

2.Арсентьев В.А., Горловский С.И., Захваткин В.В. Изучение поверхностной актив­ ности и диспергирующей способности реагентов-пенообразователей и устройства для

на скорость подъема пузырьков воздуха. - Обогащение руд, 1983, № 5 , с. 16-21.