Назначение и классификация флотационных реагентов
Назначением флотационных реагентов является направленное изменение поверхностной энергии на границе раздела этих фаз с целью изменения показателя флотируемости разделяемых минералов, числа и размера пузырьков воздуха, прочности пены. Прогресс в области флотационного обогащения в значительной мере определяется совершенствованием реагент-ного режима, улучшением способов использования флотационных реагентов, разработкой и внедрением новых эффективных реагентов и их сочетаний.
Флотационные реагенты могут быть органическими или неорганическими соединениями, а также их растворами или смесями. Современная классификация предусматривает разделение флотационных реагентов в зависимости от их роли при флотации на следующие группы:
• пенообразователи, представляющие собой различные гетерополярные органические соединения, которые за счет их адсорбции на поверхности раздела жидкость — газ облегчают диспергирование воздуха на мелкие пузырьки, препятствуют их слиянию и повышают прочность пены. В качестве реагентов-пенообразователей наиболее широко применяются гетерополярные поверхностно-активные вещества, содержащие полярную (водоактивную) и неполярную (воздушно-активную) части. Вещества такого типа способны адсорбироваться на границе раздела вода — воздух, ориентируясь своей полярной группой к воде, а неполярной — к воздушной фазе.
Молекулы пенообразователей содержат обычно один углеводородный радикал и одну или небольшое число полярных групп. Используемые на практике пенообразователи содержат, как правило, от 5 до 12 атомов углерода в цепи, а их растворимость составляет обычно 0,2 — 5,0 г/л.
Адсорбция пенообразователей на границе раздела жидкость — газ позволяет изменять коалесцентную способность (слияние) воздушных пузырьков и степень их дисперсности в пульпе, скорость подъема пузырьков, структурно-механические свойства оболочек воздушных пузырьков и прочность пены.
• собиратели, представляющие собой органические вещества, способные закрепиться на поверхности извлекаемых минералов и резко увеличить их флотируемость. Собиратели применяются для гидрофобизации поверхности минералов, поэтому в состав их молекул в обязательном порядке входят аполярные группы атомов. Если молекулы собирателя состоят только из углеводородов, то такие собиратели называются аполярными, неполярными, или «углеводородными маслами».
Гораздо чаще при флотации используют гетерополярные собиратели, молекулы которых кроме углеводородного радикала алифатического или реже циклического ряда, т. е. аполярной (или неполярной) части, имеют и полярную группу. Полярная группа собирателя определяет его химические свойства и способность закрепляться на полярных минералах, поэтому она называется еще солидофильной или функциональной группой. Классификация основных групп собирателей, наиболее широко используемых при флотации различных типов минерального сырья, приведена на рис. 8.3.
Рис. 8.3. Классификация основных групп собирателей
• депрессоры, или подавители, к которым относят реагенты, понижающие флотируемость тех минералов, извлечение которых в пенный продукт нежелательно в данной операции. Применение реагентов-депрессоров является основным средством получения максимальной селективности при флотационном разделении минералов с близкими свойствами.
Если для эффективной флотации минералов необходимо соблюдение двух условий: гидрофобизации поверхности, например, за счет погашения некомпенсированных валентностей минеральной поверхности собирателем, и возможности закрепления на гидрофобизированной подкладке микрокапель физически сорбированного собирателя, то для подавления их флотации — несоблюдение хотя бы одного из этих условий. В качестве реагентов-депрессоров на практике наиболее широко используются щелочи, цианиды, сернокислый цинк, сернистый натрий, сернистая кислота и ее соли, смесь сернокислого железа и сульфита натрия, двухромовокислые соли, жидкое стекло, некоторые органические высокомолекулярные и другие соединения. Основной трудностью при выборе депрессирующих реагентов является их недостаточная избирательность по отношению к разделяемым минералам.
Основные механизмы депрессирующего действия реагентов можно свести к следующим.
Механизм 1. Растворение поверхностных соединений собирателя и создание условий, препятствующих закреплению собирателя на поверхности минерала. Примером такого механизма является депрессирующее действие цианистых солей на флотацию сульфидов меди или активированного медным купоросом сфалерита. При отсутствии депрессора собиратель закрепляется на их поверхности, что можно изобразить схематически (рис. 10.8, а). Добавка в пульпу цианистых солей приводит к разрушению ксантогенатных соединений меди вследствие образования прочных медно-цианистых комплексных ионов Сu(СN) , Сu(СN) , Сu(СN) . В результате этого обнажается гидрофильная поверхность самого минерала и его способность флотироваться утрачивается.
Механизм 2. Вытеснение ионов собирателя ионами депрессора, образующими с ионами минерала труднорастворимое гидрофильное соединение. Примером такого механизма является депрессирующее действие гидроксильных (ОН-) и сульфидных (S2-) ионов, конкурирующих с ионами собирателя (Кх-) и замещающих их на поверхности (рис. 10.8, б).
Механизм 3. Повышение степени гидрофильности минеральной поверхности без вытеснения собирателя. Энергетическая неоднородность минеральной поверхности вызывает неравномерное распределение собирателя по ней. Средняя гидрофобность, например сульфидной поверхности, будет определяться гидрофобностью участков, покрытых собирателем (МеαКхβ), и гидрофобностью чистой поверхности (МеαSxОy), не занятой собирателем. При добавке депрессора (Аnр-) он может закрепляться на свободных участках поверхности, резко увеличивая степень их гидрофильности (рис. 10.8, в). Это приводит к увеличению средней гидрофильности поверхности без вытеснения собирателя, флотируемость минерала ухудшается. Примером такого механизма является депрессирующее действие бихроматов, хроматов и фосфатов, ферри- и ферроцианидов.
Механизм 4. Закрепление на поверхности депрессируемо-го минерала гидрофильных неорганических или органических частиц. Тонкодисперсные и коллоидные частицы всегда значительно больше ионов или молекул собирателя. Закрепляясь на свободных от собирателя участках поверхности, они перекрывают гидрофобизирующее действие собирателя (рис. 10.8, г). Образование контакта между пузырьком и частичкой и ее флотация поэтому становятся невозможными. По такому механизму могут депрессировать флотацию минералов цинковый купорос, жидкое стекло, осадки продуктов взаимодействия реагентов, высокомолекулярные органические вещества.
В качестве органических депрессоров используют соединения, в которых практически отсутствуют гидрофобные углеводородные радикалы, но имеется большое количество полярных групп, способных прочно удерживать по несколько молекул воды. Из всех органических депрессоров в промышленности наиболее широко применяются реагенты, относящиеся к группам неионогенных и ионогенных анионных депрессоров (при расходе 50—400 г/т).
• активаторы, к которым относят реагенты, способствующие закреплению собирателя на поверхности, гидрофобизации ее и флотации извлекаемого минерала. В качестве реагентов-активаторов применяют, как правило, неорганические соединения: кислоты, щелочи, соли щелочноземельных и тяжелых металлов, комплексообразующие соединения и т. д. Реагенты-активаторы, вызывают:
• химическую очистку поверхности минералов от депрессирующих пленок и обнажение элементов кристаллической решетки, способных к взаимодействию с собирателем;
• хемосорбцию ионов на поверхности, которые становятся центрами закрепления собирателя;
• гетерогенную химическую реакцию, приводящую к образованию объемных пленок, поверхность которых является благоприятной для образования необходимого сорбционного покрытия собирателя.
Примером активирующего действия реагентов путем химической очистки поверхности минералов является активирующее действие кислот. Например, серная кислота активирует флотацию окисленных пиритных руд. После добавки кислоты гидрофильные окисленные соединения железа будут растворяться, обнажая сульфидную поверхность, взаимодействие ксантогената с которой приведет к образованию необходимого состава сорбционного слоя собирателя, обеспечивающего эффективную флотацию минерала. Растворение поверхностных пленок кислотами повышает флотируемость берилла, касситерита, ильменита, вольфрамита, флюорита и других минералов оксигидрильными собирателями. Активирующим действием по такому же механизму при флотации с оксигидрильными собирателями могут обладать также щелочи и комплексообразующие соединения (цианиды, фосфаты, фториды и др.).
Наиболее известными примерами активирующего действия реагентов путем хемосорбции ионов на поверхности являются активация силикатных минералов (кварц) солями щелоземельных (кальций, барий и др.) и тяжелых (свинца, меди, железа и др.) металлов.
Примером активирующего действия реагентов путем гетерогенной химической реакции является образование объемных сульфидных пленок на поверхности окисленных минералов свинца, меди и цинка под действием сульфидизаторов, в качестве которых могут применяться любые растворимые сернистые и гидросернистые соединения щелочных и щелочноземельных металлов и аммония: Nа2S, NаНS, К2S, КНS, СаS, ВаS. На фабриках наиболее широко используется Nа2S — наиболее дешевый и доступный.
Без предварительной сульфидизации окисленные сульфгидрильными собирателями минералы свинца, меди и цинка практически не флотируются, несмотря на значительную плотность сорбции химически закрепившегося собирателя на их поверхности.
• регуляторы среды, ккоторым относят реагенты, использующиеся для создания оптимальных условий действия собирателей, депрессоров и активаторов с минералами при флотации. Это достигается главным образом путем изменения рН среды и регулированием ионного состава пульпы - удалением из жидкой фазы пульпы так называемых «нежелательных» ионов, регулированием значений окислительно-восстановительного потенциала пульпы и процессов диспергации и коагуляции тонких шламов. В качестве реагентов-регуляторов среды используются неорганические и органические соединения, многие из которых применяются также в качестве активаторов или депрессоров флотации минералов.
Регулирование рН пульпыможет оказать существенное влияние на состояние минеральной поверхности и собирателя в растворе, вызвать осаждение одних и растворение других компонентов, присутствующих в пульпе, усилить или ослабить конкуренцию между ионами жидкой фазы пульпы и собирателем за место на поверхности минерала. Поэтому регулирование концентрации водородных (или гидроксильных) ионов в пульпе является одним из главных средств повышения селективности процесса флотационного извлечения минералов из руд.
Для регулирования значений рН используют обычно наиболее дешевые щелочи и кислоты. Из щелочей наибольшее распространение получили известь и сода; гораздо реже применяется едкий натр. Для создания кислой или нейтрализации щелочной среды применяется обычно серная кислота.
Удаление из жидкой фазы пульпы «нежелательных» ионов. К ним в первую очередь относятся ионы, уменьшающие концентрацию собирателя в пульпе, ионы, депрессирующие флотируемые минералы, и ионы, активирующие флотацию депрессируемых минералов.
Ионы, уменьшающие концентрацию собирателя в пульпе. Если в качестве собирателя используются, например, карбо-новые кислоты, то к «нежелательным» ионам относятся соли щелочноземельных и тяжелых металлов, образующих с собирателем осадки труднорастворимых соединений (мыл) и уменьшающих тем самым его концентрацию в пульпе. Загрузка таких регуляторов среды, как сода или фосфатные соединения, позволяет связать «нежелательные» ионы и перевести их в осадок.
Ионы, депрессирующие флотируемые минералы. К таким ионам относятся, например, сульфидные ионы, избыточная концентрация которых наблюдается в пульпе после сульфидиза-ции окисленных цинковых минералов перед их флотацией и после осуществления десорбции собирателя с поверхности минералов коллективного концентрата перед его разделением. Нейтрализация депрессирующего действия избытка ионов серы достигается добавками солей тяжелых металлов, используемых в данном случае в качестве регуляторов среды.
Ионы, активирующие флотацию депрессируемых минералов. Например, ионы меди нежелательны при свинцовой флотации свинцово-цинковых руд, так как они активируют сфалерит. Для связывания их применяют цианиды или в небольшом количестве сернистый натрий. Для нейтрализации активирующего действия солей щелочноземельных металлов на минералы пустой породы при флотации с оксигидрильными собирателями применяют соду, фосфатные соединения, жидкое стекло.
Регулирование окислительно-восстановительного потенциала пульпы. Окислительно-восстановительный потенциал (Еh-потенциал) пульпы может оказать существенное влияние на состояние поверхности минералов, скорость протекания реакций окисления-восстановления (например, в системе ксантогенат-диксантогенид) на поверхности сульфидных минералов, соотношение окисленных и восстановленных форм реагента в объеме пульпы. Еh-потенциал пульпы может регулироваться загрузкой окислителей (например, перекиси водорода, перманганата и др.) или восстановителей (сульфита, тиосульфата и др.), электрохимической обработкой пульпы или ее аэрацией.
Регулирование процессов диспергации и коагуляции шламов. Во флотационных пульпах часто наблюдаются коагуляция тонких шламов и их налипание на более крупные частицы. Налипание как гидрофильных, так и гидрофобных шламов приводит к депрессии флотации крупных частиц. Гидрофильные частицы предотвращают разрыв гидратной прослойки между частицей и пузырьком, а гидрофобные, закрепляясь на пузырьке, отрываются при подъеме пузырька от крупных частиц, оставляя их в пульпе.
Коагуляция тонких частиц в большинстве случаев является неселективной. При этом слипаются шламистые частицы различных минералов, приводя к образованию «искусственных» сростков и нарушению селективности флотации тонких частиц.
Для предупреждения неселективной коагуляции и налипания тонких частиц на крупные применяются реагенты, получившие название диспергаторов. В качестве диспергаторов обычно применяются жидкое стекло, фосфаты, крахмал, сернистый натрий и некоторые другие реагенты.
Депрессоры, активаторы и регуляторы среды часто относят к одной группе и называют модификаторами, поскольку один и тот же реагент может выполнять различную роль при флотации.
Ко всем флотационным реагентам предъявляются следующие требования: селективность действия, стандартность качества, дешевизна и недефицитность, удобство в применении (устойчивость при хранении, легкая растворимость в воде, отсутствие неприятного запаха и т. д.).
Направленное изменение поверхностной энергии раздела фаз под действием флотационных реагентов достигается в результате их химических взаимодействий в объеме жидкой фазы и адсорбции на поверхности, возможность протекания которых зависит от природы и состояния межфазной поверхности и реагентов в пульпе.
Дата добавления: 2016-06-18; просмотров: 5619;