Содержание:
Флотационные реагенты
ФЛОТАЦИОННЫЕ РЕАГЕНТЫ (а. flotation agents; н. Flotationsmittel, Flotationsreagenzien; ф. agents de flottation, reactifs de flottation; и. reagentes de flotacion) — химические вещества, добавляемые в пульпу при флотации для регулирования взаимодействия частиц с пузырьками газа, химических реакций и физико-химических процессов в жидкой фазе, на границах раздела фаз и в пенном слое с целью создания условий селективного разделения минералов. В соответствии с функциональным назначением флотационных реагентов различают собиратели (коллекторы), пенообразователи (вспениватели) и регуляторы (модификаторы).
По химическому составу флотационные реагенты бывают органические (главным образом собиратели и пенообразователи) и неорганические (главным образом регуляторы). Те и другие могут быть ионогенными (т. е. хорошо растворимыми) и неионогенными. Регуляторы применяются для повышения избирательности закрепления собирателей на поверхности определённых минералов, увеличения прочности этого закрепления, снижения расхода собирателя и изменения характера пенообразования. Когда регулятор действует непосредственно на поверхность минерала, способствуя лучшему закреплению на нём собирателя и активируя флотацию, он называется активатором. Например, добавление сульфида натрия сульфидизирует поверхность оксидных минералов цветных металлов и позволяет закрепиться на них молекулам ксантогената. Регулятор, затрудняющий взаимодействие минерала с собирателем, называется подавителем, или депрессором. Например, жидкое стекло предотвращает закрепление мыл на силикатных минералах, подавляя их флотацию; известь и цианиды подавляют флотацию пирита. Кроме активаторов и подавителей, имеются реагенты-регуляторы, придающие среде определённую щёлочность и кислотность (регуляторы среды). Регуляторы, разобщающие (пептизирующие) частицы микронных размеров (тонких шламов), например силикат натрия, уменьшая их отрицательное действие на флотацию, называются реагентами-пептизаторами и чаще всего являются неорганическими соединениями; реже используют органические регуляторы (карбоксилметилцеллюлоза и др.).
Действие флотационных реагентов зависит от природного состава поверхности минералов, щёлочности и кислотности среды, температуры пульпы (для жирных кислот и их солей) и других факторов. При флотации применяют определённый ассортимент реагентов и порядок их подачи, что составляет основу флотационного режима. Обычно в пульпу добавляется регулятор (или регуляторы), затем собиратель и впоследствии пенообразователь. Выдерживается оптимальное время контакта пульпы с каждым реагентом. Во многих случаях действие реагентов комплексное и приведённая их классификация условна.
Расходы флотационных реагентов при флотации невелики и составляют, как правило, от нескольких грамм до нескольких килограмм на 1 т руды. Номенклатура флотационных реагентов исчисляется несколькими сотнями веществ, причём в обычной практике флотации используется всего несколько десятков г/т для собирателей и пенообразователей и 10-20 г/т для регуляторов.
Флотационный реагент для силикатов
Владельцы патента RU 2426597:
Изобретение относится к использованию собирателей при флотационной обработке силикатсодержащих полезных ископаемых и руд, в частности железной руды. В качестве флотационного реагента при флотации силикатов применяют соединение формулы I,
где R 1 является углеводородной группой, содержащей 1-40 атомов углерода, R 2 является алифатической углеводородной группой, содержащей 2-4 атома углерода, R 3 является алкоксигруппой, n равно 1-50 и m равно 1 или 2 в качестве флотационного реагента при флотации силиката. Указанный реагент используется также в композиции, содержащей 1-99 мас.% собирателя для флотации силикатов, представляющего собой алкильный аминоэфир, алкильный диаминоэфир, алкиламин или четвертичную аммониевую соль, а также 1-99 мас.% соединения формулы I. Технический результат — повышение эффективности флотации силикатов. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к использованию собирателей при флотационной обработке силикатсодержащих полезных ископаемых и руд, в частности железной руды, с применением жирного алкилового эфира алкиламиноалкоксилата.
Многие из встречающихся в природе руд и полезных ископаемых содержат силикат как нежелательный сопутствующий минерал. Таковыми минералами в виде добавок к железной руде являются кальцит, фосфатная руда и полевой шпат. В частности, в случае железной руды содержание силиката снижает качество железной руды и создает помехи при производстве железа. С целью получения высококачественной железной руды выгодно снижение содержания силиката в железной руде до величины менее 2%. Традиционно железную руду в дополнение к магнитному разделению отделяют от силиката обратной флотацией. Для этого измельченную железную руду вводят во флотационную ячейку совместно с водой и флотационными реагентами, где силикат при использовании коллектора (собирателя) уходит с пеной, в то время как железная руда остается в так называемой пульпе.
Применяемые коллекторы силикатов представляют собой, например, жирные амины, алкиловые аминоэфиры и алкиловые диаминоэфиры. Они известны под торговым названием Flotigam®.
Алкиловые аминоэфиры и алкиловые диаминоэфиры обычно используют в их частично нейтрализованных формах, таких как неполные ацетаты, как описано в US 4319987. Причиной этого является улучшенная растворимость частично нейтрализованных аминных групп.
В US 6076682 описывается совместное использование алкильного моноаминоэфира и алкильного диаминоэфира при флотации силикатов из железной руды.
В WO 00/62937 раскрывается применение четвертичных аминов при флотации железной руды.
В WO-93/06935 описывается синергетическое действие аминоэфиров и анионных собирателей при флотации железной руды.
Флотация силикатов из железной руды, с применением алкилоксиалканаминов описывается в US 5540337.
Однако коллекторы, которые описаны в уровне техники для флотации силикатов, показывают недостаточную селективность и выход. Задачей данного изобретения являлось поэтому предложение улучшенного коллектора для флотации силиката.
Неожиданно было обнаружено, что использование жирных алкил(алкоксиаминоалкил)овых эфиров приводит к заметному улучшению флотации силиката из железной руды по сравнению с известными флотационными реагентами.
Данное изобретение относится к применению соединения формулы (I)
где R 1 является углеводородной группой, содержащей 1-40 атомов углерода, R 2 является алифатической углеводородной группой, содержащей 2-4 атома углерода, R 3 является алкоксигруппой, n равно 1-50 и m равно 1 или 2 в качестве флотационного реагента при флотации силикатов.
Коллектор согласно изобретению можно применять отдельно или в сочетании с другими азотистыми соединениями для флотации силикатов, в частности из железной руды или кальцита. Предпочтительными азотистьми соединениями являются алкиловые аминоэфиры, алкиловые диаминоэфиры, алкиламины или четвертичные аммониевые соли.
Изобретение также относится к способу флотации силикатсодержащего материала путем приведения флотационного реагента по изобретению в контакт с силикатсодержащей рудой.
Изобретение, кроме того, относится к композиции, содержащей от 1 до 99 мас.% коллектора для флотации силиката, представляющего собой алкильный аминоэфир, алкильный диаминоэфир, алкиламин или четвертичную аммониевую соль, а также от 1 до 99 мас.% соединения формулы I.
Соотношение алкильного аминоэфира, алкильного диаминоэфира, алкиламина или четвертичной аммониевой соли и соединения формулы I представляет собой значение, выбранное из интервала от 98:2 до 75:25.
В предпочтительном воплощении изобретения R 1 представляет собой алифатическую углеводородную группу. Является наиболее предпочтительным, когда R 1 содержит от 4 до 22, в частности от 6 до 20, и особенно от 8 до 14 атомов углерода. Наиболее предпочтительными являются 2-этилгексильный, изононильный, изодецильный и изотридецильный радикалы.
В еще одном предпочтительном воплощении изобретения R 2 означает С2Н4— или С3Н6-группу.
В следующем предпочтительном воплощении изобретения R 3 является С2-С4алкоксигруппой, в частности этоксигруппой или пропоксигруппой, R 3 также может быть смешанной алкоксигруппой.
В другом предпочтительном воплощении изобретения n означает число, выбранное из интервала 2-40.
В еще одном предпочтительном воплощении изобретения m равно 2.
Особенно предпочтительным воплощением изобретения является соединение формулы I, где R 1 представляет собой изотридецильный радикал, R 2 означает С3Н6, R 3 означает C2H4-О, n выбирают от 2 до 10 и m равно 2.
Коллекторы для флотации силиката, которые представляют собой алкильный аминоэфир, алкильный диаминоэфир, алкиламин или четвертичную аммониевую соль и те, которые могут быть использованы совместно с соединениями формулы I, являются предпочтительно одним или более соединением формулы (II) — (V).
Эти соединения представляют собой:
где R 4 — углеводородная группа, содержащая 1-40, предпочтительно 8-32 атома углерода, R 5 — алифатическая углеводородная группа, содержащая 2-4 атома углерода;
где R — углеводородная группа, содержащая 1-40, предпочтительно 8-32 атома углерода, R 7 и R 8 являются одинаковыми или различными алифатическими углеводородными группами, содержащими 2-4 атома углерода;
где R 9 , R 10 , R 11 и R 12 являются одинаковыми или различными углеводородными группами, содержащими 1-22 атома углерода, и А — является подходящим анионом;
где R 13 — углеводородная группа, содержащая 1-40, предпочтительно 8-32 атома углерода.
Флотационный реагент согласно изобретению можно также применять в сочетании с пенообразователями и депрессантами, такими, которые известны из уровня техники. Для того чтобы избежать одновременного удаления железной руды при флотации силикатов, предпочтительно добавляют гидрофильные полисахариды, такие как, например, модифицированный крахмал, карбоксиметилцеллюлоза или гуммиарабик в качестве депрессантов в количестве от 10 до 1000 г/т.
Флотацию силикатов предпочтительно осуществляют при значении рН, находящемся в интервале 7-12, в частности, 8-11, который устанавливают, например, при помощи гидроксида натрия.
В таблице, приведенной ниже, представлены сравнительные результаты флотации с использованием коллектора согласно изобретению и стандартного реагента. Эксперименты по флотации проводили на силикатсодержащей железной руде.
В качестве стандартного реагента (сравнительные примеры 1 (С)-3 (С)) использован С10-алкилоксипропиламин, который соответствует соединению формулы (II), где R4 представляет собой децильную группу, a R 5 представляет собой пропильную группу. Коллектор В согласно изобретению (примеры 4-7) соответствует реагенту формулы (I), где R 1 представляет собой C13-алкил, R 2 представляет собой пропил, R представляет собой этоксигруппу, m равно 2 и n равно 5. Примеры 8-10 иллюстрируют синергетический эффект, вызванный совместным использованием собирателя согласно изобретению и собирателя, известного из уровня техники, где собиратель С соответствует смеси, содержащей 10% собирателя В и 90% стандартного коллектора А. Содержание Fe в сырой руде составляло 65,7%.
Коллектор для осуществления флотации карбонатов
Владельцы патента RU 2454282:
Изобретение относится к коллектору для отделения, путем флотации, карбонатов и может быть использован для осуществления процесса флотации фосфорнокислых горных пород. Коллектор содержит по меньшей мере, один эфир фосфорной кислоты согласно формуле (I)
— R2 представляет собой группу, выбранную из 2-этилбутанола, 2-метилпентанола, 2-этилгексанола, 2-метилгептанола или их смесей,
— R3 представляет собой Н или подходящий катион, выбранный из щелочного металла, щелочноземельного металла, аммония, алкиламмония, алканоламмония или глюкаммония,
— k представляет собой число от 1 до 2, и
— n представляет собой число от 0 до 4.
Способ флотации карбонатов включает перемешивание измельченной фосфорнокислой породы с водой с образованием суспензии, введение в суспензию воздуха в присутствии коллектора, и отделение образующейся пены, вместе с содержащимися в ней карбонатами, а фосфаты остаются в виде хвостов флотации. Технический результат — повышение эффективности флотации. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к коллектору для осуществления флотации карбонатов, содержащему определенные эфиры фосфорной кислоты. Указанный коллектор главным образом пригоден для осуществления процесса флотации фосфорнокислых горных пород.
Состояние предшествующего уровня техники
Удобрения являются природными или промышленно полученными химическими продуктами, которые вводят растениям в целях оптимизации их роста и развития их генетического потенциала или профиля; их в основном наносят на почву, чтобы они могли растворяться в почвенных водах и внедряться в систему растения через его корни; но их также можно наносить через поры.
Они обеспечивают три основных питательных вещества для развития растения в различных пропорциях (азот, фосфор и калий), вторичные питательные вещества (кальций, сера и магний), а иногда и питательные микроэлементы, которые также важны для питания растений (бор, марганец, железо, цинк, медь и молибден).
Фосфорнокислые породы обеспечивают основной источник для получения фосфорных удобрений и фосфатных химикатов. Более 75% фосфорнокислых пород являются породами морского происхождения, 10-15% имеют вулканическое происхождение, и только в небольших количествах обнаружено в птичьем помете.
Отложения фосфорнокислых пород широко распространены везде и по всему миру, хотя большая часть отложений сосредоточена в Северной Африке и на Ближнем Востоке (Марокко, Тунис, Иордания), а также в США, Китае и России.
Наиболее распространенными фосфатами являются фосфаты кальция, принадлежащие к группе апатитов (Ca5(PO4)3 (F, Cl, OH)). Другие фосфаты включают в себя минералы из группы крандаллита, а также из группы варисцита и штренгита, содержащих Al и Fe и соответствующих погодным условиям (вторичные фосфаты), хотя апатит является основным источником фосфора и фосфатов для изготовления удобрений.
Типичные спецификации фосфорнокислых пород для удобрения содержат:
Содержание P2O5, из-за его недостаточного внедрения в воду, не было измерено для сравнительного примера C3.
Коллекторы согласно настоящему изобретению во флотационных испытаниях имеют хороший выход (содержание P2O5 во флотационном концентрате составляет более 30%), а также уровень пены (макс. объем) и стабильность пены (макс. объем/2; время, необходимое для снижения уровня пены наполовину), более низкий, чем у известных коллекторов. Алкоксилированные коллекторы согласно настоящему изобретению являются более пригодными из-за их хорошего внедрения в воду.
Уровень пены и стабильность упомянутой пены, получаемой с помощью большинства подходящих известных коллекторов (сравнительные примеры C2 и C4) является, в частности, непригодным для оптимальной флотации во флотационной установке, в которой происходит рециркуляция воды.
Пример 3. Флотационные испытания при различных дозах коллектора
Были осуществлены различные флотационные испытания в соответствие с технологией, описанной в Примере 1, при дозе коллектора 340 г/т добавленной фосфорной кислой породы как таковой. Аналогично были осуществлены оценочные испытания пены в соответствии с Примером 2. Результаты этой оценки показаны в таблице 2. Примеры 3 и 5 являются примерами согласно изобретению, тогда как Пример C4 является сравнительным примером.
Экспериментальные результаты позволяют сделать вывод, что коллекторы согласно изобретению являются более эффективными, чем известные коллекторы, поскольку они позволяют получать больший выход при меньших дозах коллектора.
1. Коллектор для отделения путем флотации карбонатов, содержащихся в фосфорнокислой породе, содержащий, по меньшей мере, один эфир фосфорной кислоты согласно формуле (I)
где — R1 представляет собой Н, СН3 или С2Н5,
— R2 представляет собой группу, выбранную из 2-этилбутанола, 2-метилпентанола, 2-этилгексанола, 2-метилгептанола или их смесей,
— R3 представляет собой Н или подходящий катион, выбранный из щелочного металла, щелочноземельного металла, аммония, алкиламмония, алканоламмония или глюкаммония,
— k представляет собой число от 1 до 2 и
— n представляет собой число от 0 до 4.
2. Коллектор по п.1, отличающийся тем, что в эфире фосфорной кислоты формулы (I) n представляет собой число от 0 до менее 4.
3. Коллектор по п.2, отличающийся тем, что в эфире фосфорной кислоты формулы (I) n представляет собой число от 0,5 до менее 4.
4. Коллектор по п.3, отличающийся тем, что в эфире фосфорной кислоты формулы (I) n представляет собой число от 1 до 3,5.
5. Коллектор по п.1, отличающийся тем, что в эфире фосфорной кислоты формулы (I) R3 представляет собой Н или щелочной металл.
6. Коллектор по п.1, отличающийся тем, что эфир фосфорной кислоты формулы (I) образован путем смешения сложного моноэфира и сложного диэфира.
7. Коллектор по п.6, отличающийся тем, что массовое соотношение сложного моноэфира и сложного диэфира составляет 90:10 и 50:50.
8. Коллектор по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит, по меньшей мере, одно катионное поверхностно-активное вещество.
9. Коллектор по п.8, отличающийся тем, что катионное поверхностно-активное вещество выбрано (не обязательно) из алкоксилированных первичных алифатических аминов; (не обязательно) из алкоксилированных линейных или разветвленных алифатических полиаминов; (не обязательно) алкоксилированных алифатических эфираминов, которые можно получать из реакции (не обязательно) алкоксилированного спирта и акрилонитрила и последующего гидрирования полученного нитрилового эфира; и дополнительных водорастворимых кислых солей этих аминов и/или эфираминов.
10. Коллектор по п.9, в котором (не обязательно) алкоксилированные алифатические эфирамины получают из реакции (не обязательно) алкоксилированного спирта и акрилонитрила с последующим гидрированием полученного нитрилового эфира.
11. Коллектор по п.9, отличающийся тем, что катионное поверхностно-активное вещество выбирают из первичных алифатических аминов; алкилендиаминов, замещенных альфа-разветвленными алкильными группами; гидроксил-алкилзамещенных алкилендиаминов; алифатических эфираминов и водорастворимых дополнительных кислых солей этих аминов.
12. Коллектор по п.9, отличающийся тем, что в дополнительных водорастворимых кислых солях кислота выбрана из хлористоводородной, фосфорной, азотной, серной, уксусной и муравьиной кислоты или их смесей.
13. Коллектор по п.10, отличающийся тем, что в дополнительных водорастворимых кислых солях кислота выбрана из хлористоводородной, фосфорной, азотной, серной, уксусной и муравьиной кислоты или их смесей.
14. Коллектор по п.11, отличающийся тем, что в дополнительных водорастворимых кислых солях кислота выбрана из хлористоводородной, фосфорной, азотной, серной, уксусной и муравьиной кислоты или их смесей.
15. Применение, по меньшей мере, одного эфира фосфорной кислоты по формуле (I), как описано в п.1, при отделении путем флотации карбонатов, содержащихся в фосфорнокислой породе.
16. Применение коллектора по п.1 для отделения путем флотации карбонатов, содержащихся в фосфорнокислой породе.
17. Способ отделения путем флотации карбонатов, содержащихся в фосфорнокислой породе, в котором упомянутую измельченную фосфорнокислую породу перемешивают с водой с образованием суспензии, затем в суспензию вводят воздух в присутствии коллектора и отделяют образующуюся пену вместе с содержащимися в ней карбонатами, а фосфаты остаются в виде хвостов флотации, причем данный процесс отличается тем, что используют коллектор по любому из пп.1-12.
18. Способ по п.17, отличающийся тем, что используют от 20 до 2000 г коллектора согласно п.1 на тонну сырьевой фосфорнокислой породы.
Справочник химика 21
Химия и химическая технология
Коллекторы при флотации минералов
Регуляторы применяют для регулирования избирательного действия коллекторов. В одних случаях регулятор, действуя непосредственно на поверхность минерала, облегчает взаимодействие с ним коллектора и тем улучшает флотацию. Такой регулятор является активатором флотации. В других случаях, наоборот, регулятор затрудняет взаимодействие минерала с коллектором, что подавляет флотацию этого минерала. В этом случае регулятор можно назвать депрессором. Примером активатора прн флотации является сульфид натрия, улучшающий флотацию сернистых металлов с помощью ксантогенатов. В качестве депрессора может служить жидкое стекло, ухудшающее флотацию силикатных минералов. [c.167]
Флотация (флотационное обогащение) — это способ разделения мелкоизмельченной смеси веществ, основанный на различной смачиваемости компонентов смеси. Смесь, подлежащая разделению, например руда и пустая порода, взмучивается в воде, содержащей флотационные реагенты — коллектор (собиратель) и пенообразователь. Коллектор адсорбируется на поверхности одного нз компонентов смеси (чаще всего частицы минерала) и тем самым делает его гидрофобным. При продувании воздуха через суспензию образуется пена, в которой собирается ставший гидрофобным компонент (полезный минерал), а другой компонент смеси (пустая порода) осаждается на [c.392]
Пенной флотацией обрабатываются металлические руды, измельченные до 0,30—0,35 мм. уголь и некоторые неметаллические ископаемые, измельченные до 0,25—0,60 мм. Материал более грубого измельчения обычно не подходит для суспензии во флотомашине. Тонкость измельчения определяется размерами частиц, которые уже отделены от сопровождающей породы. Во флотомашине измельченная руда превращается с помощью механического или воздушного перемешивания в водную суспензию с содержанием твердого вещества от 15 до 35%. Поверхность частиц минерала обрабатывается так называемыми промоторами или коллекторами, которые сообщают поверхности способность прилипания к воздуху и отталкивания от воды. Благодаря энергичному перемешиванию и аэрации в присутствии пенообразователей в верхней части флотационной машины образуется слой пены. Минералы прилипают к пузырькам воздуха, поднимаются вверх вместе с ними, собираются в слое пены и снимаются вместе с ней. Нежелательные минералы идут вниз (т. е. не флотируются) либо потому, что их поверхность не изменилась при адсорбции коллектора, либо благодаря применению модифицирующих агентов. [c.369]
Для обеспечения высокой эффективности процесса флотации используют флотационные реагенты, которые по характеру действия подразделяют на три класса собиратели, пенообразователи и регуляторы. Большинство из них являются поверхно-стно-активными веществами. Собиратели (коллекторы) обеспечивают гидрофобизацию поверхности частиц флотируемого минерала и, соответственно, увеличение межфазного натяжения От-ж и уменьшение поверхностного натяжения От-г [см. уравнение (11.167)], т. е. в конечном итоге — увеличение угла смачивания (И. 168). Собиратели должны селективно адсорбироваться на частицах минерала (или частицах пустой породы). [c.98]
При флотации молекулы коллектора располагаются таким образом, что их полярная часть взаимодействует с поверхностью минерала, а аполярная часть направлена наружу. Благодаря этому поверхность минерала становится гидрофобной и таким образом создаются условия для прилипания пузырька воздуха к поверхности минерала. Наиболее распространенными коллекторам] являются [c.176]
Для повышения гидрофобности частиц отдельных минералов в пульпу вводят коллекторы (собиратели), т. е. вещества, которые адсорбируются на одних минералах, покрывая их поверхность гидрофобной пленкой, и не адсорбируются на других. В результате гидрофобные частицы собираются на поверхности пузырьков и всплывают. Применение флотореагентов-коллекторов позволяет осуществлять флотацию сложного минерального сырья селективно, т. е. последовательно выделять всплывающие фракции концентратов. Для увеличения гидрофильности других минералов, входящих в состав разделяемой породы, к пульпе добавляют подавители, которые подавляют возможность всплывания. Собирателями служат в зависимости от выделяемого минерала олеиновая кислота, нафтеновые кислоты, ксантогенаты и другие органические вещества со сложной и несимметричной структурой, имеющие не- [c.14]
Флотация растворимых минералов применяется взамен более сложных и менее экономичных методов галлургии, основанных на различной растворимости компонентов разделяемой системы. Основная особенность флотации растворимых минералов (как правило, солей) заключается в том, что средой для флотации служит насыщенный раствор солей, входящих в состав обогащаемого сырья. Разделение солей ведется при аэрировании пульпы и при помощи селективных флотореагентов — собирателей. Реагенты-пенообразователи при флотации растворимых солей применяются не всегда, так как многие насыщенные солевые растворы сами по себе обладают пенообразующей способностью. Особо важное значение имеет регулирование pH среды при помощи реагентов-регуляторов, которые способствуют действию реагентов-коллекторов. Метод флотации применяется, например, для получения хлорида калия из сильвинита (минерал Na l-K l), из насыщенного солевого раствора, содержащего примерно до 100 г/дм КС и 250 г/дм Na l. Реагентами-коллекторами служат амины жирного ряда с числом углеродных атомов С б—С20. [c.17]
Обычно разность в гидрофобности поверхности частиц ценного минерала и пустой породы сравнительно невелика. Поэтому для повышения эффективности флотации почти всегда применяют так называемые коллекторы, или собиратели. В качестве коллекторов используют органические вещества с дифильной молекулой, способные адсорбироваться на поверхности частиц ценного минерала таким образом, что полярная часть молекулы обращается к адсорбенту, а углеводородный радикал — наружу. В результате этого гидрофобность частиц минерала возрастает и флотационный процесс протекает интенсивнее. Наиболее часто в качестве коллекторов применяют ксантогенаты RO—С Смотреть страницы где упоминается термин Коллекторы при флотации минералов: [c.5] [c.208] [c.34] [c.36] [c.259] Физика и химия поверхностей (1947) — [ c.257 , c.261 ]
Основы пенной флотации
С начала 20 века процессы переработки и обогащения минерального сырья непрерывно совершенствовались. Одной из важнейших вех стала разработка метода пенной флотации. Работа над этой технологией заняла много времени, что-то делалось не так, но, в конце концов, она приобрела нынешний вид и стала неотъемлемой составляющей современной добычи.
Метод пенной флотации играет важную роль в обогащении основных и драгоценных металлов; его разновидности можно встретить в пищевой промышленности, в отрасли переработки бумаги. Хотя химия извлечения пенной флотацией достаточно сложна, ее основы понять не так трудно, поэтому стоит поподробнее взглянуть на базовые принципы данной технологии.
Процесс пенной флотации основан на характерных свойствах минералов: по своей природе некоторые из них легко поддаются смачиванию водой (гидрофильны), другие же, обладающие естественной маслянистой поверхностью, ее отталкивают (гидрофобны).
Многие минералы с металлическим блеском попадают в категорию гидрофобных и от природы отлично взаимодействуют с маслянистыми и жирными веществами. К ним относится ряд сульфидных минералов, способных содержать драгоценные металлы, например, галенит (сульфид свинца), халькопирит (медь) и сфалерит (сульфид цинка). Другими словами, их поверхность при наличии воды и масла проявляет заметную подверженность к воздействию последнего. С другой стороны, с водой легко взаимодействую многие пустые или отработанные материалы со стеклянным блеском, например, кварц или кальцит.
Об этих различиях добытчики отлично знали уже в начале 20 века. Они учитывали и использовали их при разработке метода обогащения, который должен был эффективно отделять минералы драгоценных металлов от остальных в рамках одного месторождения. В конце концов, он получил название пенной флотации.
Основная идея, лежащая в основе метода пенной флотации, хорошо известна и знакома любому старателю, который когда-либо имел возможность наблюдать, как мелкие частички золота собираются на поверхности воды (золото отчасти гидрофобно). Именно по этой причине лоток следует тщательно очищать от жира, наличие которого способствует флотации. Современные лотки редко используются для приготовления пищи, но раньше они применялись добытчиками для самых разных целей. По этой причине лоток должен был содержаться в чистоте, иначе старатель мог потерять мелкое золото при промывке песка.
Еще один пример практического использования гидрофобных свойств некоторых минералов – жировые столы для извлечения алмазов из кимберлитовых руд. Алмазы отталкивают воду и поэтому улавливаются жиром, в то время как другие минералы смачиваются и становятся в некоторой степени олеофобными. Этот принцип давно известен, однако разработка подходящего и эффективного оборудования шла довольно медленно.
Для эффективной сепарации минералов они должны быть в достаточной степени измельчены. Извлечь крошечные частицы сульфидов на жировом столе практически невозможно. В процессе флотации гидрофобные частицы прикрепляются к пузырькам воздуха (и наоборот) и поднимаются с ними на поверхность пены. Поверхность минералов, лучше взаимодействующих с водой (например, «стеклянные» кальцит, кварц и другие силикаты), полностью смачивается, препятствуя прилипанию к пузырькам, которые в этом случае просто двигаются мимо, а сами пустые минералы оседают на дно.
Пузырьки более эффективно прилипают к гидрофобным сульфидным минералам при наличии на их поверхности (металлической) некоторых видов масел, которые еще больше увеличивают гидрофобность минеральных частиц. Поэтому, когда смесь гидрофильных и гидрофобных минералов определенной крупности перемешивается в пене при достаточном поступлении воздуха, его пузырьки прикрепляются к частицам, обладающим металлической, отталкивающей воду поверхностью. Они заставляют их (частицы), несмотря на большую плотность, всплывать, а пустые частицы, легко смачиваемые водой, оседают на дно. Затем ценные компоненты собираются с поверхности пены, сгущаются и помещаются на хранение в виде концентрата. Хвосты в свою очередь удаляются со дна флотационной камеры.
Особенности смачиваемости различных минералов разные, поэтому и перерабатываться они должны по-разному. В целом более тяжелые силикаты, например, родонит или гранат, смачиваются не так хорошо, как легкие – кварц, ортоклаз. Для контроля за поведением минералов при флотации были разработаны специальные химические вещества. Так, определенные кислоты снижают степень прилипания масла к пустым частицам, не препятствуя, однако, воздействию масла и воздуха на металлические сульфиды. Таким образом, регулируя используемые реагенты, уровень pH в пульпе, а также некоторые другие факторы, добытчик может сам определять, какие минералы будут собираться пеной. Также существует возможность отделить один сульфидный минерал от другого, получив при этом два разных концентрата, например, свинца и цинка (при переработке материала, достаточно богатого обоими металлами).
Химические вещества, используемые для регулирования флотации, подразделяются на несколько видов: пенообразующие агенты, коллекторы (собиратели), активаторы и депрессанты.
Пенообразующие агенты (или просто вспениватели) используются для образования устойчивого слоя пены во флотационной камере. При этом слой должен держаться достаточно долго для эффективного извлечения драгоценных минералов. Самые распространенные вспениватели – это сложные спирты, в частности метил-изобутил-карбинол (methyl isobutyl carbinol, MIBC).
Раньше в качестве пенообразующих агентов использовали природные реагенты, например, пихтовое масло или крезоловую кислоту. Они богаты поверхностно-активными элементами, которые стабилизируют пузырьки, и в целом очень эффективны в качестве вспенивателей. Однако такие вещества не очень чисты химически: они содержат широкий спектр компонентов, отрицательно влияющих на флотационные свойства. Некоторые из таких соединений могут выступать в роли коллекторов, прикрепляясь к поверхности минеральных частиц. Кроме того, они выполняют функции слабых собирателей, поэтому использовать их для сепарации различных сульфидных минералов на отдельные продукты нежелательно, поскольку они не способны обеспечить надлежащий уровень контроля за процессом.
Коллекторы добавляются в пульпу или шлам и способствуют тому, чтобы извлечение определенного минерала происходило в соответствии с его гидрофобными особенностями. Выбор конкретного реагента-собирателя зависит от природы подлежащего извлечению минерала, а также минералов, присутствующих в материале вместе с ним. Коллекторы значительно увеличивают угол контакта пузырьков, поэтому последние прикрепляются к поверхности частиц более эффективно. Выбор собирателя критически важен для сепарации различных сульфидов методом флотации. К химическим веществам, чаще всего используемым в качестве коллекторов, относятся сульфгидрильные коллекторы, различные виды ксантатов и дитиофосфатов. Среди них наиболее распространены ксантаты. Правильно подобранное вещество-собиратель обеспечивает извлечение даже тех минералов, которые легко смачиваются водой.
Модификаторы или кондиционирующие присадки – это химические вещества, влияющие на то, как коллекторы прикрепляются на поверхность минеральных частиц. Еще их называют активаторами или депрессантами, поскольку они способны либо усиливать (активаторы), либо препятствовать (депрессанты) адсорбции химиката-коллектора на конкретный минерал. Иногда перед флотацией требуется провести подготовительную обработку материала, которая заключается в кондиционировании пульпы.
У модификаторов может быть сложная химия, и химический реагент-депрессант для конкретного сочетания минерал-коллектор не обязательно будет выступать в этой же роли для другой комбинации. Простейшие модификаторы – это кислоты и щелочи, которые применяются для контроля уровня pH в пульпе, оказывающего достаточно существенное влияние на химию поверхности большинства минералов. Как правило, в кислотных условиях поверхность многих минералов имеет положительный заряд, щелочных – отрицательный. Заряды переходят один в другой при разном уровне pH. Так как каждый минерал переходит из отрицательно заряженного состояния в положительно заряженное при характерном и специфическом pH, существует возможность контролировать процесс прикрепления коллекторов на различные поверхности, регулируя уровень последнего (pH). Этот аспект очень важен при сепарации сульфидов. Кроме простого изменения уровня pH, может меняться способ адсорбции определенного коллектора на поверхность минерала, что усложняет весь процесс.
Сульфгидрильные флотационные коллекторы, например, ионы ксантата, при сорбции на поверхность минералов «конкурируют» с гидроксильными ионами, поэтому их адсорбция – тоже функция pH. Такое свойство позволяет использовать сульфгидрильные типы коллекторов для постепенной сепарации различных минералов. Специфический уровень pH, при котором ионы ксантата «превосходят» гидроксильные ионы, зависит от концентрации ксантата в пульпе, а также конкретного минерала извлечения. Это может усложнить процесс сепарации сульфидов, но, если комбинация «сработала» на определенном типе руды, результаты обычно надежны, поэтому данный подход широко применяется в горнодобывающей промышленности.
Существует отдельное направление, в рамках которого проводят исследования по определению наиболее эффективных методов сепарации смешанных сульфидных минералов (для получения чистого продукта недрагоценных металлов, хотя обычно производство массы концентрата – процесс не такой сложный). Это объясняется тем, что гидрофобные свойства сульфидов значительно отличаются от гидрофобных свойств пустой породы (например, кварца), однако сами сульфиды друг от друга различаются довольно слабо. Таким образом, их сепарация требует тщательного контроля, регулирования, активации одних поверхностей при депрессии других. При этом выделение наиболее подходящих методов флотационного обогащения конкретной руды производится в лабораторных условиях и при участии специалистов.
В основном руды, подлежащие флотации, измельчаются до крупности 30-70 меш (0,2-0,6 мм), редко меньше. Чем больше крупность измельченной руды, тем выше вероятность того, что отдельные частицы будут содержать и рудные, и пустые минералы. К тому же частицы меньшего размера лучше удерживаются в пене. С другой стороны, чрезмерное измельчение (или присутствие материала слишком малой крупности) может отрицательно сказаться на извлечении и стать простой тратой ресурсов.
Основные факторы, влияющие на эффективность флотации, чрезвычайно взаимозависимы. Любое изменение одного из них, например, скорости подачи материала, обязательно требует отстройки остальных – подачи реагентов, крупности частиц, потока воздуха, плотности исходной пульпы и т.д. Количество сульфидов в руде может существенным образом повлиять на выбор химических веществ, поэтому если материал достаточно неоднороден, иногда практикуется его сортировка (различными методами) и смешивание. Окисление руды до переработки может также негативно повлиять на извлечение, поскольку для флотации лучше всего подходят сульфиды со «свежей» поверхностью.
К важным аспектам работы флотационного оборудования относится: объем перемешивания во флотомашине, расход воздуха и размер пузырьков, схема порогов ячейки флотации, способ контроля химии. Большинство флотомашин конструируются таким образом, чтобы обеспечивать образование максимально мелких пузырьков, поднимающихся через колонну пульпы и захватывающих как можно больше сульфидов.
Среди важных эксплуатационных параметров флотационной установки можно выделить: скорость подачи исходного материала, минералогию руды, крупность исходного материала, плотность и температуру пульпы. Часто для получения наилучшего уровня извлечения материал последовательно прогоняют по серии из нескольких флотомашин.
Флотация самородного или свободного золота, содержащегося в убогосульфидной руде (этим вопросом часто задаются обычные добытчики), может иметь место в теории, но на практике в промышленном масштабе этим фактически никто не занимался. Данный процесс имеет ряд трудностей, связанных в частности с высокой плотностью свободного золота и его низкой концентрацией в руде (отрицательно влияет на устойчивость слоя пены). Тем не менее, флотация золотосодержащих сульфидов, например, пирита или арсенопирита, довольно широко распространена и может выступать в роли альтернативы использованию цианида в том случае, если он запрещен. В основном процесс бесцианидного извлечения золота предполагает цикл гравитационного обогащения для улавливания крупных частиц свободного Au и массовой флотации для получения драгметалла из сульфидов. В некоторых случаях подобная система может обеспечить извлечение на уровне цианирования. Вообще необходимость работы с сульфидами – это недостаток, так как найти металлургическое предприятие, которое бы взялось за переработку небольшого количества концентрата, сложно. Бывает так, что материал, получаемый описанным способом, обогащается с помощью цианида.
Технология пенной флотации широко применяется в области переработки и обогащения минерального сырья и может быть адаптирована к самым разнообразным системам извлечения металлов. Она подходит для работы с неметаллическими промышленными минералами, так как с помощью различных химических реагентов процесс флотации можно контролировать, а флотируемому материалу придавать необходимые свойства. Пенная флотация при правильном подходе может дать отличный уровень извлечения (обычно 90-95%). Кроме того, коэффициент концентрации исходного материала при применении данного способа обычно составляет 10 к 1 (иногда и больше). Общие финансовые расходы на внедрение и применение данного метода по сравнению с другими технологиями достаточно умеренные, поэтому флотация очень популярна и стоит того, чтобы о ней знали все добытчики и старатели.