Собиратели на основе продуктов производства синтетических и технических жирных кислот

При окислении парафинов получаются смеси синтетических предельных жирных кислот (СЖК). Отечественные заводы выпускают смеси кислот с длинной углеводородной цепи C₁₀ −C₁₆ и C₁₆ −C₂₀. Эти кислоты используются для приготовления моющих средств.

КОК −кубовые остатки от производства СЖК (~80% карбоновых кислот с С₂₀−С₂₈). Расход 3−7 кг/т.

КОС −кубовые остатки производств ВЖС (~45% солей жирных кислот с С₁₈−С₄₀). Расход 2−5 кг/т.

ТЖК −побочный продукт расщепления касторового масла (~75% жирных кислот). Расход 0,5−5 кг/т.

Комплексообразующий реагент ИМ-50

Реагент имеет формулу:

Представляет собой смесь натриевых солей гидроксамовых кислот C₇−C₉. Расход составляет 150−350 г/т.

Применяется в качестве собирателя при флотации ниобий−и танталсодержащих, титановых, вольфрамовых и других руд.

Гидроксамовые кислоты образуют с катионами Fe, Ti, Ta, Nb болеепрочные комплексные соединения чем, с ионами кальция, что позволяет селективно осуществить селективную флотацию от кальциевых минералов, полевых шпатов, кварца, слюд.

Соединения, образованные гидроксамовыми кислотами не разрушаются даже 15 H серной кислотой, что позволяет осуществить селективную перечистку, понижая pH.

Алкилсульфаты

Они имеют общую формулу−ROSO₃H и получаются действием 66% серной кислоты на спирт:

ROH + H₂SO₄↔ROSO₃H + H₂O

Применяются алкилсульфаты для селективной флотации минералов, содержащих Ba, Ca, а также легкорастворимых солей (сульфаты, хлориды).

Алкилсульфаты не чувствительны к жесткости воды (расход 50−200г/т).

Алкилсульфонаты и алкиламиносульфонаты

Они представляют собой нефтянные сульфонаты с общей формулой −RSO₃H, содержат 16 и более атомов углерода.

Они применяются для флотации железных руд и минералов щелочноземельных металлов.

Лекция 9

План лекции:

1. Катионные собиратели [1 с.215-232, 2 с.118-123, 3 с.110-112]

2. Аполярные собиратели [1 с.212-214, 2 с.115-117, 3 с.113-119]

Катионные и аполярные собиратели

Катионные собиратели

К ним относятся амины и их соли, органические аналоги аммониевых соединений, органические сульфониевые, арсониевые и фосфониевые соединения, в которых сера, мышьяк или фосфор замещает атом азота в аммониевых соединениях, а также другие собиратели при ионизации которых углеводородный радикал и полярная группа остаются в катионе.

Эти собиратели относятся к ионогенным. Их отличительными особенностями являются:

- гидрофобизирующим ионом является катион;

- закрепление их менее прочно чем анионных и процесс адсорбции их обратим.

Наименование аминов получается от названия углеводородного остатка, который замещает водород: лауриламин C₁₂H₂NH₂, октилами C₈H₁₇NH, нафтиламин C₁₀H₇NH₂ и т.д.

В щелочной среде с водой они образуют гидроокиси типа RNH₃OH, а в кислой −соли RNH₃CL.

Соль амина находится в равновесии с исходным амином и кислотой:

RNH₃CL↔RNH₂+HCL

и может диссоциировать на ионы (рис.2.5.):

RNH₃CL↔RNH⁺₃+CL^-

В свою очередь концентрация иона RNH₃ находится в равновесии с концентрацией молекулы:

RNH₂+H⁺=RNH⁺³ K=2,4·10^-11

Рис.2.5. Влияние pH на состояние

катионного реагента

Практический интерес представляет лауриламин −C₁₂H₂₅NH₂, АНП–2, АНП–14, ИМ–11.

Причинами адсорбции иона катионного собирателя могут быть:

– кулоновское притяжение иона минеральной поверхности;

– поляризация адсорбента ионом;

– неполярные силы Ван-дер-Ваальса.

Флотационная активность катионных собирателей увеличивается с удлинением длины углеводородных радикалов. Однако, после 24-26 атомов углерода действие их ослабевает.

Обычно применяемые собиратели содержат от 8 до 18 атомов углерода.

По флотируемости катионными собирателями минералы можно разделить на 3 группы:

– хорошо флотирующиеся (тальк, слюда, серицит);

– посредственно флотирующиеся (циркон, кианит);

– труднофлотирующиеся (кварц, силикаты).

Расход катионных собирателей 50−150г/т, ПДК в сточных водах с числом атомов углерода (С_7-9) −0,1мг/л, с (С_10-16) −0,04 мг/л, с (С_16-18) −0,03мг/л.

Аполярные собиратели

К ним относятся аполярные масла (керосин, солярка).

Аполярные собиратели используются для:

– флотации аполярных минералов (графит,тальк);

– как добавка к анионным собирателям для флотации зерен избыточной крупности;

– для флокуляции мелких частиц (расход 100-1000г/т).

ПДК −0,03мг/л

Закрепляются аполярные собиратели на поверхности минералов физически (рис. 2.6 ):

Сила прилипания:

Силой F₂ можно пренебречь, тогда:

Сила прилипания увеличивается, так как при растяжении области, где находятся ПАВ резко возрастет поверхностное натяжение, поэтому и происходит кратковременное локальное увеличение силы прилипания.

Покельс А. в 1891 году установила влияние толщины пленки аполярного собирателя на поверхностное натяжение (рисунок 2.7.).

Рис.2.7. Влияние толщины пленки аполярного

собирателя на поверхностное натяжение

Это явление состоит в том, что когда усредненная толщина h масляной пленки на поверхности раздела Ж–Г достигает некоторой критической величины h_k, специфичной для данного вещества, происходит резкое изменение σ. Это явление обратимо и было уставлено, что оно имеет место в присутствии апполярных и других реагентов на вытягиваемых участках поверхности пузырьков у отрываемых от них прилипших частиц, т.е вызванное вытягиванием поверхности локальное уменьшение приводит к соответствующему росту σ от σ' до σ''. Этот рост σ повлечет за собой локальное уменьшение кривизны поверхности пузырька и увеличение θ от θ' до θ''. Поясним это.

Выразим капиллярную составляющую давления газа в пузырьке на произвольном i-ом уровне так:

,

где ρ_i и R_i − главные радиусы кривизны поверхности в плоскости меридиального сечения пузырька и в нормальной к нему.

Очевидно, что из-за постоянства давления газа в пузырьке локальный рост σ_i приводит к соответствующему локальному уменьшению кривизны поверхности (1/R_i+1/ρ_i). Легко представить, что даже небольшое вытягивание поверхности пузырька у периметра его контакта с отрываемой частицей приведет к уменьшению R_i (расстояние от оси симметрии данной точки измеренного по нормали к контуру в этой точки), т.е к росту 1/R_i и поэтому к весьма заметной убыли члена 1/ρ_i вплоть до приобретения им отрицательных значений для обеспечения необходимого уменьшения алгебраической суммы (1/R_i+1/ρ_i). Поверхность пузырька при этом выгнется (1/ρ_i<0) и θ возрастет.

Одновременный рост σ и θ обеспечит упрочнение контакта.

Лекция 10

План лекции:

1. Регуляторы рН пульпы [1 с.341-348, 2 с.188-192, 3 с.147-148]

2. Основные механизмы действия депрессоров [1 с.307-340, 2 с.159-187, 3 с.130-143]

3. Депрессирующее действие щелочей [1 с.304-307, 2 с.157-159]

РЕГУЛЯТОРЫ рН ПУЛЬПЫ

Для получения максимальных технологических показателей при флотации необходимо строго поддерживать заданное значение концентрации ионов водорода. Для каждого минерала есть свое оптимальное значение рН.

Реагенты применяемые для изменения щелочности делятся на 2 группы:

– щелочи и кислоты: NaOH, CaO, H₂SO₄;

– реагенты изменяющие среду вследствие гидролиза: Na₂S, Na₂SiO₃, Na₂CO₃, NaCN и другие.

Помимо этого изменение щелочности среды может происходить за счет состава руды. Окисленная руда создает кислую среду.

Наличие в руде карбонатов щелочноземельных металлов (CaCO₃ и другие) дает щелочную среду. При определении среды необходимо учитывать аналитическую и активную кислотность и щелочность.

Аналитическая концентрация (определяемая титрованием) не имеет большого значения при флотации, учитывается концентрация активных ионов водорода. Например, в нормальных растворах уксусной и соляной кислот, концентрация водородных ионов составляет 0,0034 и 0,79. При титровании в обоих случаях пойдет одинаковое количество щелочи, т.е. аналитическая концентрация у них будет одинакова.

Ионное произведение воды:

K_W = [H⁺][OН^-]=[H₂O]·1,8·10^-16 (22ºC),

Учитывая малую диссоциацию воды и считая, что (H₂O)=1000 г.

1000/М=1000/18=56,56 моль/л.

K_W=56,56·1,8·10^-16=10^-14

В нейтральной среде:

Сущность влияния рН сводится к следующему:

1. Ионы водорода изменяют степень гидратации поверхности минералов.

2. Щелочность или кислотность оказывает влияние на электрическое состояние поверхности, изменяя потенциал.

3. Щелочность оказывает действие при депрессии минералов.

4. В воде обычно содержатся ионы тяжелых металлов, которые могут быть выведены из процесса в виде гидратов окисей.

5.Щелочность влияет на степень диссоциации реагентов.

Например, при загрузке в пульпу цианида калия, олеата натрия и других аналогичных солей сильных оснований и слабых одноосновных кислот будет справедливо равновесие:

HАn = An^-+H⁺,

где: HAn −слабодиссоциирующая синильная или олеиновая кислоты;

An^- − ион цианида или олеата;

H⁺ − ион водорода.

Константа равновесия (K) уравнения диссоциации будет равна:

откуда:

Общая концентрация ионных и молекулярных компонентов реагента (Co) будет равна сумме их концентрации:

Co = [HAn]+[An^-];

Откуда:

Графическое изображение влияния рН на степень диссоциации реагентов показано на рисунке 2.8.

При загрузке в пульпу соды (Na₂CO₃), сернистого натрия и других аналогичных солей сильных оснований и слабых двухосновных кислот будет справедливо равновесие:

H₂An = HAn +H⁺;

Общая концентрация ионных и молекулярных компонентов (C_o):

C_o=[An^2-]+[HAn^- ]+[H₂An];

Подставляя соответствующие выражение для [HAn^-] и [H₂An]:

Графическое изображение изменения концентраций [An^2-], [HAn^-] и [H₂An] при изменении pH пульпы приведено на рисунке 2.9.

При pH=6 − 99,5% цианида будет представлено в форме HCN и только 0,5% в виде свободных ионов CN .

При pH=12, наоборот, 99,8% ионов CN находится в свободном виде и только 0,2% в виде HCN.

ДЕПРЕССОРЫ

Депрессия − это временное предотвращение флотации одного или группы минералов. Это один из наиболее важных вопросов флотации, так как с этим связано комплексное извлечение металлов. Флотироваться могут все минералы.

В качестве депрессоров широко используются щелочи, цианиды, сернокислый цинк, сернистый натрий, двухромовые соли, жидкое стекло, органические соединения.

Применение реагентов − депрессоров является основным средством получения максимальной селективности при флотационном разделении минералов с близкими свойствами.