АПОЛЯРНЫЕ СОБИРАТЕЛИ И ИХ ДЕЙСТВИЕ ПРИ ФЛОТАЦИИ

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 14Следующая ⇒

Аполярные собиратели принадлежат к неионогенным соединениям, малорастворимым в воде. Они в большинстве своем представляют органические жидкости, состоящие из углеводородов, различающихся своей принадлежностью к разным гомологическим рядам, и получаемых из нефти. По своему составу и структуре аполярные собиратели являются главным образом углеводородами, не содержащими в своих молекулах полярных групп и потому весьма слабо взаимодействующими с водой. Между атомами в молекулах этих соединений действуют ковалентные связи. Взаимное притяжение между молекулами аполярных собирателей осуществляется силами Ван-

дер-Ваальса и носит чисто физический характер.

Аполярные собиратели не имеют в своем составе солидофильных групп и их закрепление на минералах основано на адгезионном механизме и физической адсорбции. Закрепление их на поверхности минералов происходит тем легче и полнее, чем меньше гидратированы последние. К числу минералов, активно взаимодействующих с аполярными собирателями, принадлежат минералы, отличающиеся наиболее высокими природными гидрофобными свойствами. К ним можно прежде всего отнести угли, графит, серу, алмазы из некоторых коренных месторождений, молибденит и некоторые другие минералы.

Растекание аполярной жидкости по поверхности минерала возможно при условии, если она лучше смачивает этот минерал, чем вода. Количественным выражением этого условия является величина краевого угла смачивания, которая (при отсчете в водную фазу) должна быть больше 90°. С учетом этого условия капля аполярной жидкости, закрепившаяся на поверхности минерала (см. рис. а) не будет растекаться по ней. На рис. b видно, что аполярная жидкость смачивает минерал лучше по сравнению с водой (начало растекания) и возможно образование трехмерной объемной пленки аполярного собирателя на поверхности минерала (рис. c). Аполярная жидкость будет полностью растекаться, если θ=180°, и

σ_{вода - мин} ≥ σ_апол._{жидк. - мин} + σ_{вода - апол.жидк.}

Однако практически показано, что аполярные собирателинемогут вытеснить воду с минеральной поверхности при растекании по ней. Гидрофобизация поверхности достигается призакреплении капелек собирателя на минерале (рис. d) и если

количество закрепившихся капелек будет значительным (рис e), то они, сливаясь друг с другом, могут вызвать образование почти сплошной трехмерной пленки аполярного собирателя на поверхности минерала (рис. f).

Ввиду того, что конечный результат образования пленки аполярного собирателя на минерале зависит от гидратированности его поверхности, большое значение приобретает предварительное воздействие на эту поверхность ионогенных собирателей, или поверхностно-активных веществ, способных закрепляться своими полярными группами на поверхности минерала до контакта минерала с аполярным собирателем. Такое воздействие ионогенных собирателей, гидрофобизирующее минерал по уже известному нам механизму, может снизить гидратированность минеральной поверхности до такой степени, которая обеспечит растекание аполярного собирателя и прочное его закрепление на поверхности минерала (рис. g). Последнее положение является принципиально важным, так как необычайно расширяет область применения аполярных собирателей. Эти реагенты можно применять не только для флотации весьма ограниченного числа минералов, обладающих высокой природной гидрофобностью, но практически для любых, даже предельно гидратируемых окисленных минералов, если введению в пульпу аполярного собирателя будет предшествовать обработка флотируемого минерала ионогенным собирателем.

Одной из важных особенностей процесса закрепления аполярных собирателей на минералах является стремление последниx концентрироваться вдоль периметра смачивания минералальных частиц. Образование пленки аполярного собирателя вдоль трехфазного периметра контакта приводит к значительному повышению прочности прилипания минеральной частицы к пузырьку.

Проблема рационального использования аполярных собирателей при флотации выдвигается как одна из наиболее важных и перспективных ввиду значительных преимуществ, которыми располагают аполярные реагенты.

В исследованиях, проведенных по аполярным собирателям рассматриваются основные свойства, механизм действия и закрепления аполярных собирателей, возможные области их применения. Современное состояние изученности аполярных собирателей позволяет отметить следующие их преимущества:

1. в состав молекул аполярных реагентов не входят солидофильные, гидратируемые группы.

Ввиду этого эффект гидрофобизации, вызываемый присоединением к минералу аполярного собирателя, должен быть при прочих равных условиях выше, чем при применении гетерополярного (например, анионного) собирателя;

2. аполярные собиратели являются доступными, недефицитными, так как их получают из нефти и нефтепродуктов, ресурсы которых значительны; (в настоящее время сомнительно);

3. аполярные собиратели имеют стоимость в 3—5 раз ниже по сравнению с собирателями ионогенного типа (в настоящее время вряд ли)

4. аполярные собиратели, будучи сильно гидрофобными и практически нерастворимыми в воде соединениями, относительно легко могут быть извлечены из промышленных стоков для соблюдения санитарных норм;

5. эмульгирование аполярных собирателей современными методами (например, ультразвуком) позволяет резко сократить их расход и обеспечить высокую эффективность при флотации;

6. рациональное сочетание ионогенных и аполярных собирателей превращает последние в реагенты универсального действия с высокой селективностью, которая в подобных случаях определяется селективностью гетерополярного собирателя и обеспечивает значительную экономию более дорогих и токсичных ионогенных реагентов и проведение флотации при грубом измельчении руды, дающие большие экономические и технологические эффекты.

Знание величин работы адгезии W аполярного собирателя очень важно для количественной характеристики собирательного действия углеводородов: очевидно, чем выше W, тем прочнее молекулы углеводорода будут удерживаться на минеральной поверхности, тем выше будет эффективность собирательного действия аполярного реагента. Природа и характер взаимодействия ближайшего к поверхности минерала слоя молекул аполярного собирателя с кристаллической решеткой минерала являются типичными для физической адсорбции, основанной на действии сил Ван-дер-Ваальса. Различают два основных и крайних случая физической адсорбции: электростатическую и дисперсионную. Примером электростатической является адсорбция молекул жидкости, обладающих заметным дипольным моментом, на кристаллической решетке, характеризующейся преобладанием ионных сил связи. К этому виду адсорбции можно отнести взаимодействие воды с поверхностью сульфатов, карбонатов и других окисленных минералов, хорошо смачивающихся водой. В общем балансе работы адсорбционных сил в случае электростатической адсорбции превалирует ориентационный компонент сил Ван-дер-Ваальса. Дисперсионная адсорбция характеризуется и определяется в основном дисперсионным взаимодействием молекул собирателя и минерала (дисперсионный компонент сил Ван-дер-Ваальса). Примером этого типа физической адсорбции может служить взаимодействие аполярных молекул углеводородной жидкости (например, аполярных реагентов) с кристаллической решеткой неполярного адсорбента (например, угля). Кроме этих двух крайних случаев (электростатическая и дисперсионная адсорбция) следует учитывать возможность многих промежуточных, где один вид физической адсорбции накладывается на другой, или сосуществует с ним. Одним из таких промежуточных видов физической адсорбции, имеющим непосредственный интерес для флотации является взаимодействие неполярных соединений (аполярных собирателей) с минералами, имеющими ионную кристаллическою решетку, где превалируют дисперсионная и индукционная компоненты адсорбционной энергии. При достаточно малых расстояниях между молекулами аполярного собирателя и поверхностью минерала электрическое поле решетки последнего будет индуцировать в молекулах собирателя дипольный момент (мягкие диполи), что, естественно, усилит энергию притяжения молекул собирателя к минералу и будет способстовать их закреплению. У молекул собирателя величина индуцируемых дипольных моментов т=αЕ, где Е—напряженность электрического поля, создаваемого решеткой минерала, а α— поляризуемость молекул углеводорода. Поляризуемость (т.е. способность к образованию мягкого диполя у молекул углеводорода под действием электрического поля) зависит от длины молекулы углеводорода и возрастает с длиной. Так, например, поляризуемосгь октана C₈H₁₈ в 1,5 раза больше, чем у пентана. У углеводородов ароматического ряда поляризуемость увеличивается с увеличением числа бензольных колец и с добавлением к ним боковых алифатических цепей.

Теоретический анализ показывает, что с увеличением длины молекул аполярных собирателй и ассиметрии в их молекулярной структуре условия их закрепления на минералах с ионной кристаллической решеткой становятся все боле благоприятными в связи с увеличением поляризуемости таких молекул.

Ароматическим соединениям свойственна компланарность, т.е. расположение всех атомов глерода в одной плоскости. Поэтому при прочих равных условиях ароматические углеводороды в силу их компланарностиимеют возможность более устойчивого закрепления на минерале по сравненю с углеводородами алифатического ряда.

Критерий выбора аолярных углеводородов - вязкость углеводородов. Вязкость то самое свойство - где собраны все особенности, связанные с длиной молекулы, ее структурой и энергией межмолекулярного взаимодействия., которые опредляют устойчивость и прочность закрепления углеводорода на минерале. Вязкость характеризуется и опрделяется энергией межмолекулярного притяжения с участием сил В-д-В и растет с увеличением действия этих сил. С другой стороны – закрепление углеводородов на минерале обусловлено действием сил В-д-В. (Вот и связь). При прочих равных услових прочнее будет закрепляться на поверхности минерала углеводород с большей вязкостью.

Аполярные собиратели представлены углеводородами нефтяного происхождения.

Термодинамическая возможность закрепления аполярных собирателей на поверхности определяется выигрышем энергии вследствие разницы энергий поверхностей раздела масло-вода, масло-твердое, твердое – жидкость до и после закрепления собирателя на поверхности.

Закрепление углеводородных масел на минеральной плверхности приводит к моногкратному упроченнию контакта пузырька воздуха,покрытого пленкой масла и частицей, вследствии быстрого роста флотационной силы. Это происходит из-за резкого увеличения поверхностного натяжения на растягиваемой вокруг частицы кольцевой поверхности пузырька в следствии замены поверхности раздела масло-вода на поверхность раздела воздух – вода, обладающей большим значением поверхностной энергии, и в следствии увеличения краевого угла смачивания.

Наличие капелек масла на поверхностисокращает время индукции, увеличивает скорость прилипания частиуц к пузырьку. Потому, что разрыв гидратной оболочки происходит между двумя гидрофобными поверхностями (аполярныйслой на на пузырьке и капля); капля имеет малую площадь счения и обладает большей прокалывающей способностью по отношению к гидратной оболочке.

Капельки становятся также центрами селективной флокуляции природно гидрофобных или гидрофобизированных тонких частиц между собой и с более крупными частицами. Образующиеся агломераты имеют большую скорость флотации, т.к. вероятность их столкновения и закрепления на пузырьках выше.

Кроме применения в качестве собирателей при флотации природно гидрофобных минералов аполярные соединения используют в качестве добавок к гетерополярным собирателям для получения более хрупкой пены, обеспечивающей более высокое качество концентрата. При этом присходит дополнительная гидрофобизация минеральной поверхности за счет растекания масла по углеводородным концам гетерополярногособирателя.

Неионогенные собиратели - соединения, которые не содержат полярных или ионизирующих групп. Это углеводороды и высшие спирты.

Высшие спирты С₁₀-С₂₀ содержат гидроксильную группу, применяются в основном при флотации серы. Благодаря большой молекулярной массе обладают флотационными свойствами, близкими к свойсвам углеводородных собирателей. Изоспирты С₁₂,С₁₆- под названием «Эксол» применяют при флотации касситерита вместе с ИМ-50 и аспаралом-Ф.

Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 1058; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!