Закрепление реагентов на поверхности воздушных пузырьков

Носителем свободной поверхностной энергии на разделе фаз вода – воздух является мономолекулярный слой молекул воды.

Расчеты, показывают, что для изолированной молекулы поверхностно-активного вещества горизонтальное положение на поверхности раздела вода-воздух соответствует минимальной энергии, т.е. наиболее выгодно в энергетическом отношении (рис. 2.1).

Лекция 7

План лекции:

1. Собиратели [2 с.109-113, 3 с.66-67]

2. Сульфгидрильные собиратели [2 с.132-145, 3 с.88-99]

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.

ROCSSK −калиевая соль ксантогеновой кислоты (более употребляемое название – ксантогенат калия).

Этиловый ксантогенат калия −C₂H₅OCSSK или CH₃CH₂OCSSК.

Пропиловый ксантогенат −C₃H₇OCSSK или CH₃CH₂CH₂OCSSK.

Бутиловый ксантогенат −C₄H₉OCSSK или CH₃CH₂CH₂CH₂OCSSК.

Амиловый ксантогенат −C₅H₁₁OCSSK или CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂OCSSK.

Структура молекулы ксантогената:

Получение ксантогенатов основано на весьма быстро протекающей реакции между сероуглеродом и соответствующим алкоголятом:

ROMe + CS₂ = RO·CS·SMe.

Реакция сопровождается выделением большого количества тепла. Практически для получения щелочных ксантогенатов применяют сероуглерод, щелочь (NaOH или KOH) и спирт:

ROH + KOH + CS₂ = RO·CS·SK + H₂O.

Реакция сопровождается выделением воды, протекает очень быстро и из спиртового раствора выпадает кристаллический осадок ксантогената.

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:

Ксантогеновая кислота очень быстро распадается на спирт и сероуглерод:

ROCSSH = СS₂ + ROH

В нейтральной и щелочной средах KX диссоциирует:

ROCSSK = ROCSS^- + K⁺

и активно взаимодействует с сульфидом (химическая адсорбция):

PbS + 2ROCSSK = Pb(ROCSS)₂ + K₂S

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.