Депрессирующее действие жидкого стекла

В общем случае жидкое стекло можно рассматривать как соль поликремниевых кислот с общей формулой mNa₂O·nSiO×H₂O – отношение n/m называется модулем жидкого стекла. При обработке жидкого стекла растворами кислот получается активированное жидкое стекло, содержащее значительное число связанных в воде частиц кремнекислоты. Например, для простейшего случая:

SiO₃^2- + 2H⁺ → SiO₂ (H₂O)

Состав растворов и степень дисперсности частиц кремневой кислоты зависит от рН, разбавления раствора и времени его приготовления, что обуславливает не постоянство его депрессирующих свойств, чем выше щелочность, тем выше степень дисперсности. При очень больших рН могут быть получены истинные растворы, содержащие простые ионы, при низких рН получаются растворы, содержащие полиионы и частицы кремнекислоты.

Na₂SiO₃ + 2H₂O → H₂SiO₃ + 2NaOH

H₂SiO₃ = H⁺+HSiO₃⁻ − 1 ступень

HSiO₃^- = H⁺+SiO₃^2- − 2 ступень

При рН<8 – Na₂SiO₃, около 10 – HSiO₃^-,больше 12–13 – SiO₃^2-

Кислая форма считается менее активной. По Эйгелесу наиболее активная форма HSiO₃^-.

1. Депрессия возможна за счет обменной реакции:

CaCO₃+Na₂SiO₃=CaSiO₃+Na₂CO₃

Это малорастворимые соли. Наличие подобных соединений на поверхности минералов подтвердил Таггарт.

2. По мнению Эйгелеса адсорбция ионов HSiO₃^- и Na₂SiO₃ вызывает депрессию.

3. Жидкое стекло может находиться в виде крупных мицелл в коллоидном состоянии. При адсорбции этих мицелл происходит гидрофилизация поверхности, так как эти мицеллы гидратируются.

Депрессия силикатных и кальциевых минералов производится жидким стеклом при расходе до 20 кг/т. При таком расходе лишь очень незначительная часть жидкого стекла будет находиться в ионном состоянии – остальная в молекулярном или коллоидном.

Жидкое стекло не селективный депрессор, особенно при большой концентрации, когда депрессируются даже сульфиды.

4. Более избирательная депрессия достигается применением вместо жидкого стекла селикагелей, которые получаются путем смеси соли, тяжелых металлов (CuSO₄) и жидкого стекла:

CuSO₄ + Na₂SiO₃ = CuSiO₃ + Na₂SO₄

Эта гелеобразная масса применяется для депрессии.

Особенно нужно отметить роль жидкого стекла как пептизатора. Для получения однородной устойчивой суспензии добавляют Na₂SiO₃

5. Наши опыты с применением изотопов, ИКС, показали, что жидкое стекло при малых концентрациях (25 – 30 мг/л) повышает адсорбцию олеиновой кислоты, при больших – снижает. После предварительной обработки собирателем, а затем жидким стеклом адсорбция олеиновой кислоты уменьшается в 3 – 14 раз (наименьшее число относится к гранату).

Преобладание того или иного механизма зависит от состава растворов жидкого стекла. Так при грубодисперсных растворах, которые получаются при высоком модуле жидкого стекла и низкой щелочности пульпы более вероятен механизм закрепления жидкого стекла на свободных от собирателей местах.

При понижении модуля и повышении щелочности пульпы в растворе больше будет простых ионов, которые могут закрепляться на поверхности минерала путем обменной адсорбции сначала без вытеснения собирателя, а затем вытеснением его ионов.

Спектр рутила, обработанного жидким стеклом, содержит одну очень интенсивную полосу 1075 см^-1 и две слабых 1160 и 803 см^-1. Они определяют структурные колебания скелета силикагеля в адсорбционном состоянии. Кроме того полосы 1160 и 803 см^-1 могут также указывать на адсорбцию молекул жидкого стекла.

В спектре граната, обработанного жидким стеклом, наблюдается пять основных полос поглощения: 1165 и 1074 см^-1 характеризуют сорбцию силикагеля: 985, 798, 702 см^-1, а возможно и 1165 см^-1, указывают на адсорбцию молекул жидкого стекла, 988см^-1, по-видимому, относится к силикатам железа и алюминия, которые образуются в результате взаимодействия жидкого стекла с ионами железа и алюминия. Очевидно, наиболее активной формой жидкого стекла является силикагель. При этом немаловажную роль играет и NaOH, образовавшийся в результате гидролиза жидкого стекла.

Предварительная обработка поверхности рутила содой, а затем жидким стеклом, не изменяет характер адсорбции жидкого стекла, но интенсивность полос несколько снижается. Дополнительно появляется полосы поглощения 826 и 715 см^-1, по-видимому, принадлежащие карбонатным группам.

Иная картина наблюдается при обработке граната содой, а затем жидким стеклом. Пик 985 см^-1 исчезает, а максимумы 1072, 1174 и 798 см^-1 становится еле заметными. Кроме того появляются новые полосы: 1000 см^-1 (может принадлежать иону SiO₃^2-); 830 и 718 см^-1 (относятся к карбонатным группам); 924 см^-1 (очевидно, характеризует образовавшиеся силикаты железа и алюминия).

Жидкое стекло применяется при селективной флотации несульфидных минералов, для депрессии силикатных шламов при сульфидной флотации особенно сильно разрушенных руд; при флотации серных, графитовых и других руд. Расход жидкого стекла 100-1000 г/т.

На действие иона CO₃^2- накладывается действие гидроксил – иона, так как он является потенциалопределяющим для рутила. В щелочной среде поверхность рутила приобретает высокий отрицательный заряд, что уменьшает адсорбцию анионного собирателя. На поверхности граната уменьшается количество адсорбированного силикагеля и молекул жидкого стекла, а адсорбируется значительное количество ионов SiO₃^2-, которые не являются активным депрессором.

Таким образом, проведенные исследования показали, что депрессия рутила происходит вследствие адсорбции на его поверхности силикагеля, вероятно, в виде коллоидно-дисперсных мицелл, которые обладают большой гидрофильностью, действия NaOH, а также уменьшения адсорбции собирателя. Слабое депрессирующее действие жидкого стекла на гранат объясняется тем, что на его поверхности адсорбируются преимущественно молекулы жидкого стекла, обладающие более слабым депрессирующим действием, и закрепляется большее количество олеиновой кислоты.

Снижение депрессирующего действия жидкого стекла на гранате после предварительной обработки его содой связанно с адсорбцией аниона SiO₃^2-, вытеснением ионами CO₃^2- силикагеля и молекул жидкого стекла, а также уменьшением гидролиза жидкого стекла.

Из уравнения:

Na₂SiO₃ + 2H₂O = SiO₂·H₂O + 2NaOH

следует, что с повышением pH среды снижается гидролиз жидкого стекла, т. е., силикагеля образуется меньше. Это согласуется с данными спектра продукта, полученного после добавления NaOH к раствору жидкого стекла до pH = 11.3, содержащего полосы (1156, 968, 720 см^-1), характерные только для молекул жидкого стекла.

Пептизирующее действие можно объяснить с одной стороны тем, что жидкое стекло как электролит может вызвать перезарядку поверхности частиц, с другой стороны может вызывать гидратацию поверхности, а гидротированные частицы плохо коагулируют, так как гидратная оболочка мешает их тесному соприкосновению.