Основные формы закрепления реагентов

Уже давно определено, что воздействие реагентов на процесс флотации связанно с закреплением их на поверхности пузырьков или частиц минералов (адсорбцией).

В большинстве случаев закрепление реагентов как на поверхности воздушных пузырьков, так и на минеральных частицах происходит путем адсорбции на границе раздела фаз.

Адсорбция представляет собой самопроизвольный процесс, сопровождающийся уменьшением свободной энергии системы и выделением определенного количества тепла.

Взаимодействие реагентов с поверхностью минералов может быть физическое и химическое.

При физической адсорбции связь с кристалической решеткой осуществляется за счет сил межмолекулярного притяжения (Ван-дер-Ваальса) и она не сопровождается электронными процессами.

Хемосорбция обусловлена валентными или химическими силами.

Из этого принципиального различия вытекают и другие:

1. При физической адсорбции тепловой эффект, а следовательно, и прочность связи с молекулами или ионами невелика (около 400-2000 кал/моль).

При хемосорбции он более значителен (до 35000 кал/моль).

2. Обратимость адсорбции.

Хемосорбция необратима и химически адсорбированный слой не снимается даже при многократной промывке.

3. Хемосорбция отличается специфичностью действия на минерал, что имеет существенное значение при флотации.

4. Физическая адсорбция отмечается большой скоростью, по сравнению с химической адсорбцией. У последней она изменяется в широких пределах.

5. Для физической адсорбции характерно более равномерное распределение реагента на поверхности твердой фазы, при химической адсорбции – реагент, прежде всего, закрепляется на активных участках, а затем уже на остальных (может быть на отдельных участках полислойное покрытие).

Химическая адсорбция подразделяется на:

– обменную,

– активированную,

– потенциалоопределяющую.

Обменная адсорбция

Обменная адсорбция подчиняется правилу Панета-Фаянса: адсорбция иона, не входящего в состав кристаллической решетки тем лучше, чем меньше растворимость соединения, образуемого этим ионом с противоположно заряженным ионом кристаллической решетки.

Активированная адсорбция

Активированная адсорбция является основой гетерогенного катализа (твердая фаза является катализатором).

 

СОБИРАТЕЛИ

Собиратели – это органические вещества, способствующие прилипанию минеральных частиц к пузырькам воздуха.

Молекулы ионногенных собирателей имеют сложное строение и состоят из 2х частей, отличных по своим свойствам – аполярной и полярной.

Аполярная часть – молекулы представляет собой углеводородный радикал, который практически не взаимодействует с диполями воды и характеризуется явно выраженной гидрофобностью, связанной с наличием у углеводородных радикалов весьма слабых боковых остаточных сил Ван–дер–Вальса при высоком значении сил связи внутри самих углеводородных цепей.

 Полярная часть молекулы, в противоположность аполярной, отличается способностью к взаимодействию с водой.

На рисунке 2.2 представлена классификация реагентов – собирателей.

На рисунке 2.3 показаны в силовом изображении энергия химического взаимодействия – А между катионами решетки минерала и полярными группами собирателя, а также энергия дисперсного взаимодействия – Б между углеводородными цепями собирателя.

Адсорбционное закрепление молекул собирателя на поверхности минерала приводит к ослаблению силовых полей, создаваемых поверхностными атомами его кристаллической решетки, связи диполей воды с поверхностью минерала разрушаются.

 

Рис.2.2. Классификация реагентов-собирателей

 

Рис.2.3. Энергия взаимодействия собирателя с минералом.

Появление в зоне расположения гидратных слоев у поверхности минерала гидрофобных групп собирателя, практически невзаимодействующих с водой ведет:

1. К снижению устойчивости гидратных слоев и уменьшению их толщины.

2. Увеличению гистерезиса смачивания минерала, проявляющемуся в замедлении передвижения трехфазового периметра смачивания и возникновению известной жесткости его закрепления.

3. Сокращению времени прилипания в тысячи и десятки тысячи раз.

4. Увеличению прочности прилипания воздушного пузырька к минеральным частицам и, следовательно, повышению извлечения.

 

Сульфгидрильные собиратели

Ксантогенаты

К сульфгидрильным собирателям относятся реагенты, содержащие в своем составе сульфгидрильную группу. Ксантогенаты(техническое название −ксантаты) и дитиофосфаты (техническое название −аэрофлоты) являются важнейшими реагентами собирателями, наиболее широко применяемыми при флотации сульфидных руд цветных металлов, а также руд благородных металлов.

Ксантогенаты −это соли ксантогеновых кислот.

ROCSSH −ксантогеновая кислота.

Этиловый ксантогенат калия −C₂H₅OCSSK или CH₃CH₂OCSSК.

Пропиловый ксантогенат −C₃H₇OCSSK или CH₃CH₂CH₂OCSSK.

Бутиловый ксантогенат −C₄H₉OCSSK или CH₃CH₂CH₂CH₂OCSSК.

Амиловый ксантогенат −C₅H₁₁OCSSK или CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂OCSSK.

Получение ксантогенатов основано на весьма быстро протекающей реакции между сероуглеродом и соответствующим алкоголятом: ROMe + CS₂ = RO·CS·SMe.

Ксантогенаты обычно применяют в слабо щелочных пульпах (в кислой среде ксантогенаты разлагаются). Сильно щелочная пульпа также не благоприятна для собирательного действия ксантогената поскольку гидроксильные ионы способны вытеснять анионы ксантогената с поверхности минерала.

В кислой среде при pH=4−7:

 

В сильнощелочной среде ксантогенаты не используют, так как даже уже закрепившийся ксантогенат десорбируется с поверхности минерала: Pb(ROCSS)₂+2KOH=Pb(OH)₂+2ROCSSK

Ксантогенаты могут окисляться до диксантогенида: 2ROCSS↔2e+ROCSS-SSCOR

Последний закрепляется на поверхности сульфида (физическая адсорбция).

Важной положительной особенностью ксантогенатов является отсутствие у них пенообразующих свойств, что позволяет в широких пределах регулировать собирательные действия этих реагентов без нарушения процесса пенообразования.

Ксантогенаты не проявляют никакого собирательного действия по отношению к окислам, силикатам, алюмосиликатами и солеобразным минералам щелочноземельных металлов. Эта особенность ксантогенатов позволяет наиболее селективно разделять сульфиды при их флотации от минералов пустой породы. Расход ксантогенатов составляет в среднем 30–100 г/т руды.

 

Дитиофосфаты (соли дитиофосфорной кислоты)

Важным отличием дитиофосфатов от ксантогенатов является наличие двух углеводородных цепей, независимо друг от друга связанных с ядром молекулы (фосфором), что объясняется более высокой валентностью фосфора (пять) по сравнению с углеродом:

 

 

 

Имеются крезиловые дитиофосфаты 15, 25, 31.

Крезиловый дитиофосфат 15 представляет собой жидкость темного цвета, являющуюся раствором дитиофосфата в крезоле:

 

 

 

 

Благодаря большому количеству свободного крезола реагент обладает свойствами собирателя, вспенивателя и сульфидизатора. Расход дитиофосфата составляет 10 – 100 г/т.