Обогощение сырья

Тип работы: Курсовая работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 31 страниц
В избранное:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Некоммерческое акционерное общество "Восточно-Казахстанский университет имени Сарсена Аманжолова"

Обогощение сырья

Выполнила: Болатқан Д.Қ.
7М05302 химия 2курс
Дисциплина: Хемометрика

Усть-Каменогорск
2021 год

Содержание

1. Введение
2. Флотация
2.1. флотационные реагенты
2.1.1. реагенты собиратели
2.1.2. Сульфигидритные собиратели
2.1.3. Катионные собиратели
2.1.4. Аполярные собиратели
2.2. Реагенты
2.3. Реагенты собиратели
3. Зыряновское месторождение
3.1. Малеевский рудник

Введение

Под обогащением сырья в узком смысле слова подразумевается возможно более полное выделение из разнородные по составу и свойствам массы составных частей одного вполне определённого состава. Цель обогащения - получить сырье с большим содержанием полезных элементов для облегчения технологической переработки сырья экономики транспорта. При обогащении пустая порода содержащая бесполезные, а во многих случаях и вредные элементы отбрасывается в отвал поверхность частицы полезных минералов увеличивается путём тонкого измельчения, что облегчает процесс разделения.
Большое значение обогащения заключается и в том чтобы получаемые концентраты имеют стандартные, постоянные и более однородные, чем исходное сырье состав и свойства. Обычно обогащению подвергает руды уже достаточно измельчённые или разрыхленные (естественно или искусственно) и неоднородные по химическому составу и физическим свойствам. Обогащение по большинству схем даёт три продукта:
А) готовый продукт или контраста зёрна руды отделённая от пустой породы
Б) отход или пустая порода часто называемые хвостами
В) иногда промежуточный продукт состоящий из не обогащенной исходной руды или с ростков не разделенных зерен в некоторых процессах он может не получаться.
Готовые продукты отходы после каждой стадии стадии обогащения собирают отдельно и в дальнейших стадиях обогащения они не участвуют а промежуточные продукты вновь подвергаются обогащению

1. Флотация

Термин флотация (flotation) в переводе с английского языка означает всплывание твердых частиц на поверхность жидкости. В основе флотации как метода обогащения полезных ископаемых лежит использование различий в физико-химических свойствах поверхности частиц разделяемых минералов, наиболее существенными из которых является их смачиваемость водой и способность к взаимодействию с реагентами и газами.
Процесс флотации осуществляется в перемешиваемой водной минеральной суспензии (флотационной пульпе), в которую тем или иным способом вводят пузырьки воздуха. При этом частицы минералов, плохо смачиваемые водой (гидрофобные), при соприкосновении с пузырьками воздуха прилипают к ним и всплывают на поверхность пульпы, образуя слой минерализованной пены, которая самотеком или принудительно с помощью специальных гребков выделяется в отдельный продукт (флотационный пенный продукт). Другие минералы, хорошо смачиваемые водой (гидрофильные), остаются в объеме флотационной пульпы, образуя камерный продукт.
Подавляющее большинство природных минералов смачиваются водой и без специальной подготовки не могут быть разделены методом флотации. Подготовка природных минералов к флотационному обогащению кроме операций дробления, измельчения и приготовления водных суспензий включает стадию обработки суспензий специальными реагентами, которые избирательно адсорбируются на поверхности раздела фаз и изменяют поверхностные свойства минералов и воды. Реагенты, преняемые при флотации, называются флотационными реагентами. Они обеспечивают высокую избирательность и эффективность процесса флотации и делают флотационный метод обогащения универсальным. Без применения флотационных реагентов флотация практически невозможна.
2. Флотационные реагенты
Состав флотационных реагентов весьма разнообразен. В их число входят органические и неорганические соединения, кислоты, щелочи, соли различного состава, вещества, хорошо растворимые и практически нерастворимые в воде. В зависимости от назначения флотационные реагенты подразделяются на три группы: собиратели, или коллекторы, пенообразователи, регуляторы.
Собиратели, или коллекторы. К собирателям относятся органические соединения, которые избирательно абсорбируются на поверхности минералов и делают ее гидрофобной. Тем самым создаются условия для прилипания гидрофобизированных минералов к воздушным пузырькам, которые выносят их на поверхность флотационной пульпы. Таким образом, собиратели создают необходимые условия для обогащения руды, т. е. для выделения из всей массы руды полезных минералов.
Пенообразователи. В качестве пенообразователей используются поверхностно-активные вещества, которые адсорбируются на поверхности раздела вода - воздух и способствуют сохранению воздушных пузырьков в дисперсном состоянии, препятствуя их коалесценции, т. е. слиянию пузырьков друг с другом. Пенообразователи увеличивают устойчивость флотационной пены за счет увеличения стабильности минерализованного пузырька, всплывающего на поверхность флотационной пульпы.
Регуляторы. Основным назначением реагентов этого класса является регулирование действия собирателей на частицы минералов с целью повышения избирательности флотационного процесса. В присутствии регуляторов собиратель гидрофобизирует лишь те минералы, которые должны переходить в пену. По принципу действия на минералы регуляторы подразделяются на два класса: активаторы и депрессоры (или подавители). К активаторам относятся такие вещества, которые взаимодействуют с поверхностью определенного минерала и способствуют более прочному закреплению собирателей, т. е. активируют действие собирателей и тем самым улучшают результаты флотации. Депрессоры, наоборот, ухудшают закрепление собирателей на поверхности минералов и снижают флотируемость тех минералов, извлечение которых в пенный продукт нежелательно. В качестве активаторов и депрессоров чаще всего применяют неорганические вещества - кислоты, щелочи и соли, однако в ряде случаев в качестве депрессоров применяют и органические соединения. К регуляторам относятся также реагенты, называемые регуляторами среды. Они создают благоприятную среду для флотации одних минералов и неблагоприятную для флотации других. Действие этих реагентов выражается в обеспечении необходимого для флотации ионного состава пульпы, в изменении концентрации водородных ионов или растворимых солей, в сохранении дисперсности частиц шламов для улучшения условий флотации и в создании оптимальных условий для действия собирателей, активаторов и депрессоров.
Рассмотрим более подробно виды флотационных реагентов, их состав, свойства, механизм взаимодействия с компонентами флотационной пульпы и принципы их подбора.
2.1. Реагенты-собиратели.
В качестве собирателей используются аполярные жидкости и гетерополярные поверхностно- активные органические вещества, имеющие полярно-аполярную структуру. Аполярная часть молекулы представляет собой углеводородный радикал, слабо взаимодействующий с диполями воды и характеризующийся ясно выраженной гидрофобностью, связанной с наличием у углеводородных радикалов весьма слабых боковых сил Ван- дер-Ваальса при высоком значении сил связи внутри самих углеводородных цепей (связь между атомами углерода С - С). Полярная часть молекулы в противоположность аполярной отличается способностью взаимодействия с водой и характеризуется ясной гидрофильностью. Примером собирателя, имеющего гетерополярную структуру, является олеат натрия С17Н33СООNa.
Ее строение и состав (наличие кислорода и натрия) предопределяют повышенную активность по отношению к диполям воды и поверхностям минерала. Олеат натрия растворим в воде. В водных растворах молекула олеата натрия диссоциирует на анион С17Н33СОО[ - ] и катион Nа[+]. В водной суспензии, содержащей твердые частицы, анион адсорбируется на поверхности минерала полярной головкой, а углеводородный радикал ориентируется в сторону водной фазы, обволакивая поверхность минерала гидрофобной пленкой. Таким образом, достигается гидрофобизация минерала. Поэтому в данном случае анион является гидрофобизирующим ионом, а катион - негидрофобизирующим ионом. В состав гидрофобизирующего иона кроме углеводородного радикала входит группа атомов
--С=О
O--
осуществляющая связь углеводородного радикала с поверхностью минерала. Эта группа называется солидофильной. В других собирателях углеводородный радикал входит в состав катиона, поэтому гидрофобизирующим ионом в таких собирателях является катион. В связи с этим принято разделять собиратели на анионоактивные и катионоактивные. Кроме того, в некоторых случаях в качестве собирателей применяют аполярные угл еводородные жидкости, не диссоциирующие на ионы.
Классификация реагентов-собирателей представлена на рис.

Рис. Классификация реагентов-собирателей
Из всех типов собирателей наибольшее применение в промышленности получили анионоактивные собиратели, которые в зависимости от состава и структуры солидофильной группы подразделяются на два вида: собиратели на основе органических кислот и сульфокислот и сульфгидридные собиратели.
Анионные собиратели на основе органических кислот, органических сульфокислот и их солей. Наиболее часто из этих собирателей применяют органические кислоты RCOOH или мыла, т. е. соли щелочных металлов органических кислот RCOONa. Солидофильная группа в таких собирателях представлена карбоксилом
--С = О

О--
свободная углеродная связь которого соединена с углеводородным радикалом. Гидрофобизирующим ионом в таких собирателях является анион
R--C = O.
O--
Эффект гидрофобизации поверхности минералов при использовании карбоксильных собирателей зависит от прочности закрепления собирателя на поверхности минерала и длины углеводородного радикала. Карбоновые кислоты образуют труднорастворимые соли с металлами щелочноземельной группы - кальцием, магнием, стронцием и барием, поэтому они являются весьма эффективными собирателями для большинства несульфидных минералов, имеющих в кристаллической решетке катионы указанных металлов.
Расход собирателя и эффективность процесса флотации определяется главным образом длинной углеводородного радикала, что подтверждается практическими данными по флотации галенита различными органическими кислотами
Эти данные показывают, что низкомолекулярные карбоновые кислоты не могут использоваться в качестве собирателей из-за их высокого расхода. Число атомов углерода в аполярной группе карбоксильных кислот должно быть не меньше 8, а лучше, если оно будет больше 12. Однако с увеличением длины углеводородного радикала в органических кислотах резко снижается их растворимость в воде. Например, при увеличении длины радикала на одну группу СН2 растворимость кислоты снижается в 2,4 раза. Поэтому насыщенныекарбоновые кислоты и мыла с 18 - 20 атомами углерода в аполярной группе не растворяются в воде и не могут быть использованы в качестве собирателей. В то же время ненасыщенные органические кислоты имеют значительно большую растворимость в воде и с увеличением степени ненасыщенности, т. е. с увеличением числа двойных связей в углеводородном радикале, собирательная способность карбоновых кислот возрастает. Поэтому в качестве собирателей чаще всего используют ненасыщенные органические кислоты, в частности олеиновую кислоту С17Н33СООН или олеат натрия С17Н33СООNa.
Олеиновая кислота является основным компонентом жира, в состав которого входят также насыщенные кислоты - пальмитиновая С15Н31СООН, стеариновая С17Н35СООН. Она является побочным продуктом на стеариновых заводах и используется главным образом для варки мыла. Олеиновая кислота представляет собой бесцветную маслообразную жидкость, не имеющую запаха, с плотностью 0,9 гсм[3] и температурой плавления 14ºС. Она как флотореагент весьма чувствительна к пониженным температурам. Ее эффективность как собирателя резко снижается при температуре ниже 14ºС. Из-за низкой растворимости в воде ее целесообразно подавать во флотационную пульпу в смеси с аполярными соединениями, например с керосином. Это позволяет лучше диспергировать кислоту в пульпе, снизить ее расход и повысить эффективность действия.
В отличие от олеиновой кислоты ее соли, в частности олеат натрия, хорошо растворяются в воде. Олеат натрия является основным компонентом мыла. Поэтому в качестве собирателя чаще всего используют олеат натрия.
Олеиновую кислоту и олеат натрия используют в качестве собирателя при флотации несульфидных руд, содержащих вольфрам, молибден, бериллий, литий, а также апатитов, фосфоритов, железных руд, барита и др.
Однако олеиновая кислота имеет высокую стоимость, поэтому ее стремятся заменить более дешевыми и доступными реагентами, содержащими в своем составе карбоновые кислоты. К числу этих реагентов относятся нафтеновые кислоты. Они отличаются от карбоновых кислот структурой углеводородного радикала, который имеет циклическое строение. Примером нафтеновых кислот является циклопентанкарбоновая кислота:
СН2--СН2
\ СН--С = О
СН2--СН2
ОН
Нафтеновые кислоты содержатся в нефти. Они ухудшают качество нефтепродуктов (бензина, керосина, солярового масла), поэтому их выделяют из нефтепродуктов путем обработки растворами щелочи. При этом нафтеновые кислоты нейтрализуются и образуют растворимое в воде нафтеновое мыло, которое называется мылонафтом. После обработки нефтепродуктов щелочью смесь разделяется на два слоя: нижний слой представляет собой водный раствор мылонафта, а верхний - очищенный бензин, керосин и др. Мылонафт представляет собой смесь натриевых солей нафтеновых кислот различного состава. Нафтеновые кислоты используются для флотации несульфидных минералов, однако их расход превышает расход олеиновой кислоты, что компенсируется их дешевизной.
Наряду с нафтеновыми кислотами в качестве собирателей применяют также талловое (сульфатное) масло, являющееся отходом производства целлюлозы. Талловое масло состоит из высших жирных и смоляных кислот, содержание которых составляет около 60%. Жирные кислоты представлены главным образом ненасыщенными соединениями - олеиновой С17Н33СООН, линолевой С17Н31СООН и линоленовой С17Н29СООН кислотами, содержащими одну, две, три двойных связи. Кроме того, в состав талового масла входят и насыщенные кислоты - пальмитиновая и стеариновая.
Из 2 т древесины при варке целлюлозы в щелочной среде образуется 1 т целлюлозы и 35 - 47 кг таллового масла. Талловое масло, или талловое мыло, широко используется в качестве собирателя при флотации флюорита, апатитов, фосфоритов, барита, железных руд.
С целью удешевления собирателей на основе органических кислот в последнее время широко применяют отходы и побочные продукты различных производств, содержащие в своем составе карбоновые кислоты и их соли и примеси. Некоторые примеси играют роль балласта и не принимают активного участия во флотационном процессе, а другие примеси играют роль пенообразователей или собирателей. К числу таких продуктов относятся рисайкл - продукт окисления дистиллятов, содержащий смесь жирных кислот, СЖК - синтетические жирные кислоты фракции С7 - С9 и С10 - С16 , отходы щелочного рафинирования растительных масел и др.
Наряду с органическими кислотами и их солями в качестве собирателей применяют также органические сульфокислоты и их соли - алкилсульфаты, арилсульфаты и сульфонаты.
Эти реагенты представляют собой производные серной кислоты:
О

Н--О--S--ОН

О
в которых один гидроксид замещен углеводородным радикалом линейного или циклического строения. Эти собиратели имеют формулу
O
R--S--OH
O
где R - углеводородный радикал.
Наряду с сульфокислотами в качестве собирателей используют их соли, которые называются алкилсульфонами или арилсульфонатами:
O
R--S--ONa
O
Cоли значительно лучше растворяются в воде, поэтому их применение более эффективно. В этих собирателях роль солидофильной группы выполняет сульфогруппа
O

--S--O--
O
К этой же группе собирателей относится алкил(арил)сульфаты или сульфоэфиры, т. е. эфиры серной кислоты:
O O

R--O--S--OH R--O--S--ONa

O O
В этих соединениях углеводородный радикал связан с серой не напрямую, а через кислородный мостик.
Эти собиратели обладают меньшей флотационной активностью по сравнению с карбоксильными собирателями. Они используются при флотации окисленных минералов со щелочноземельными катионами, главным образом при флотации барита, а также при флотации руд молибдена, вольфрама, флюрита, циркана и др. Углеводородный радикал имеет длину цепочки С12 - С20.
Наиболее распространенным собирателем из этой группы является контакт Петрова, который получается при сульфировании различных нефтепродуктов концентрированной серной кислотой при температурах 70 - 80ºС. Контакт Петрова представляет собой смесь сульфонефтяных кислот с различным строением углеводородного радикала. После нейтрализации этих кислот щелочью образуются мыла сульфонефтяных кислот, имеющих большую растворимость в воде.
2.1.1. Сульфгидридные собиратели. Сульфгидридные собиратели относятся к анионоактивным собирателям, в состав солидофильной группы которых входит остаток сероводорода --SH, называемый (по аналогии с гидроксидом) сульфгидридом. Наиболее важными сульфгидридными собирателями являются ксантогенаты (ксанаты) и дитиофосфаты (аэрофлоты).
S

Ксантогенаты R--O--C--S--Me являются солями довольно сильных ксантогеновых кислот. Эти кислоты, в свою очередь, являются кислыми эфирами дитиоугольной кислоты
S

Н--O--C--SH
Наибольшее применение в качестве собирателей получили ксантогенаты щелочных металлов (натрия, калия), хорошо растворимые в воде. Название ксантогената складывается из наименования углеводородного радикала и металла, входящего в его состав, например:
− этиловый ксантогенат калия С2Н5ОCSSK:
S

СН3--СН2--О--С--SK
− пропиловый (изопропиловый) ксантогенат калия С3Н7ОCSSK:
S

СН3--СН2--СН2--О--С--SK
− бутиловый (изобутиловый) ксантогенат калия С4Н9ОCSSK:
S

СН3--СН2--СН2--СН2--О--С--SK
− амиловый ксантогенат калия С5Н11ОCSSK:
S

СН3--СН2--СН2--СН2--СН2--О--С--SK
Во всех ксантогенатах гидрофобизирующим ионом является анион
S
R--O--C--S--

S

а солидофильной группой является --О--С--S--
Основным способом получения ксантогенатов является взаимодействие спиртов с соответствующими щелочами и сероуглеродом по реакции
S

R--OH + KOH + CS2 = R--O--C--SK + H2O
Эта реакция является экзотермической и происходит с весьма большой скоростью. При этом из спиртового раствора щелочи выпадает кристаллический осадок ксантогената. Ксантогенаты щелочных металлов хорошо растворимы в воде и образуют растворы с концентрацией 15 - 40%. Водные растворы ксантогенатов достаточно стабильны. В кислой среде ксантогенаты быстро разлагаются, в щелочных - гидролизуются с образованием CS2 и R--OH.
Ксантогенаты являются эффективными собирателями при флотации сульфидных и некоторых окисленных руд тяжелых цветных металлов (медь, свинец, никель, цинк и др.). Это объясняется высоким химическим сродством серы с тяжелыми цветными металлами и низкой растворимостью их ксантогенатов. В то же время ксантогенаты щелочных и щелочноземельных металлов хорошо растворимы в воде, поэтому не могут использоваться в качестве собирателей при флотации минералов, содержащих в качестве катионов щелочноземельные металлы (кальций, магний). Эффективность гидрофобизации поверхности минералов зависит от прочности закрепления молекулы ксантогената и длины углеводородного радикала. Закрепление ксантогенатов на поверхности минералов происходит в результате взаимодействия солидофильной группы с катионами металлов. При этом углеводородный радикал ориентируется в сторону воды и обволакивает поверхность минерала тонкой пленкой, делая его гидрофобным. Прочность закрепления определяется произведением растворимости ксантогенатов тяжелых металлов. ПР этиловых ксантогенатов: Zn - 4,9 · 10[ - 9], Pb - 1,7 · 10[ - 17], Сu - 4,6 · 10[ - 20], Аu -
2,5 · 10[ - 33].
Чем меньше ПР ксантогената, тем больше прочность его закрепления. Влияние длины углеводородного радикала на показатели флотации халькозина (медный блеск) характеризуется данными, представленными на рис. 6.9.

Извлечение, %

100
80
60
40
20
4

3

2

1
Расход
ксантогената, кгт

0,005 0,01 0,015 0,02 0,025
Рис. 6.9. Зависимость извлечения от расхода ксантогената:
1 - метиловый ксантогенат К;
2 - этиловый ксантогенат;
3 - изоамиловый ксантогенат;
4 - гептиловый ксантогенат

С увеличением длины углеводородного радикала расход ксантогената резко сокращается, а извлечение ценного компонента растет. Однако как и для карбоксильных собирателей, увеличение длины углеводородного радикала приводит к резкому уменьшению растворимости ксантогенатов в воде, поэтому наибольшее применение в качестве собирателей получили пропиловый, бутиловый и амиловый ксантогенаты с n = 3, 4, 5. Расход ксантогенатов при флотации руд составляет 20 - 40 гл.
Дитиофосфаты (аэрофлоты)
S
RO--P--S--Me
RO
являются солями дитиофосфорной кислоты [(RO)2PSSH]. В отличие от ксантогенатов дитиофосфаты содержат два углеводородных радикала, связанных с ядром молекулы (фосфором). Получение дитиофосфатов основано на взаимодействии спиртов или фенолов с пятисернистым фосфором:
S

4ROH + P2S5 = RO--P--SH + H2S
RO
Растворимость дитиофосфатов выше, чем соответствующих ксантогенатов, поэтому дитиофосфаты являются более слабыми собирателями. Значения ПР ксантогенатов и дитиофосфатов в случае, если R - этил, приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1
Сравнительная характеристика растворимости ксантогенатов и дитиофосфатов

Au
Cu
Zn
ПР ксантогенатов
2,5 · 10[−33]
4,6 · 10[−20]
4,9 · 10[−9]
ПР дитиофосфатов
6,0 · 10[−30]
1,1 · 10[−16]
1,5 · 10[−2]

В связи с этим дитиофосфаты применяются в 2 - 2,5 раза реже, чем ксантогенаты. Наибольшее применение в качестве собирателя получил дибутилдитиофосфат (С4Н9О)2PSSK, который получается при взаимодействии бутилового эфира с Р2S5 с последующей нейтрализацией дибутилдтитофосфорной кислоты содой или поташом. Расход дитиофосфатов при флотации руд примерно такой же, как и ксантогенатов или выше.
В качестве флотореагентов применяют также меркантаты RSH,
дисульфиды
S S

ROC--S--COR и др.
Дисульфиды практически не растворяются в воде, поэтому необходимо более длительное перемешивание с суспензией или диспергирование.
2.1.2. Катионные собиратели. Гидрофобизирующий ион - катион. Чаще всего это органические амины или их соли. RNH2 - первичный амин; R, R2, NH - вторичный амин; R, R2, R3 N - третичный амин. В качестве собирателей применяют первичные амины и их соли. Соли аминов чувствительны к рН среды и в зависимости от ее величины диссоциируют на ионы по следующим уравнениям:
RNH3Cl = RNH2 + HCl
RNH3Cl = RNH3+ + Cl−
В связи с этим флотацию проводят в кислой среде. Длина углеводородного радикала - от 8 до 20 атомов углерода в цепочке. Катионные собиратели применяют при флотации SiO2, силикатов, растворимых солей фосфатов и др. Закрепление аминов осуществляется за счет физической адсорбции во внешней обкладке двойного электрического слоя амина, поэтому они легко десорбируются с поверхности промывной водой. Не исключена и хемосорбция в том случае, если ионный радиус аминной головки близок к радиусу катиона, например при флотации сильвина.
2.1.3. Аполярные собиратели. Аполярные собиратели - неионногенные углеводородные жидкости, получаемые из нефти. В них отсутствуют полярные группы, поэтому они слабо взаимодействуют с диполями воды. Закрепление осуществляется за счет адгезии, причем они закрепляются тем легче, чем меньше

гидратирована поверхность минерала - это угли, графит, сера, алмазы, т. е. минералы, обладающие малой величиной поверхностной энергии. Из-за низкой растворимости в воде они при перемешивании образуют эмульсии, размер капелек в которых зависит от интенсивности перемешивания и присутствия эмульгаторов - ПАВ, препятствующих слиянию отдельных капель эмульсии. Часто применяют смесь полярных и аполярных собирателей. При этом гидрофобизация возрастает, расход ксантогената или других собирателей снижается, в результате чего флотация улучшается. Аполярные собиратели получают из нефти. Они дешевы и доступны, легко эмульгируются. Чаще всего в качестве аполярных собирателей применяют керосин, трансформаторное масло и углеводородные масла, получаемые при коксовании углей, сухой перегонке древесины и т. д. Керосин применяют при флотации углей, графита, талька, молибденита и др. Аполярные собиратели в 3 - 5 раз дешевле полярных.
2.2. Реагенты-пенообразователи.
Основным назначениемреагентов-пенообразовате лей является увеличение дисперсности пузырьков воздуха в пульпе и повышение устойчивости флотационной пены. Пенообразующим действием при флотации обладают органические вещества и некоторые неорганические электролиты. Для флотации чаще всего применяют органические вещества.
Реагенты-пенообразователи представляют собой поверхностно активные вещества, способные самопроизвольно адсорбироваться на поверхности раздела вода - воздух со снижением поверхностного натяжения. Молекулы пенообразователей имеют гетерополярное строение. В их состав входят полярные группы и углеводородный радикал. К этому классу соединений относятся органические спирты R--OH, сульфокислоты R--O--SO2--OH или R--SO2--OH, органические кислоты OH--R--C=O и др. Из этих соединений наибольшее применение в качестве пенообразователей получили органические спирты. Они обладают сильными гидрофильными свойствами и слабо закрепляются на минералах, т. е. не обладают собирательными свойствами.
В то же время пенообразователи на основе карбоновых кислот и
сульфокислот обладают значительным собирательным действием и поэтому называются пенообразователями-собирателями. В присутствии таких пенообразователей селективность флотации может снижаться.
Закрепление пенообразователей на поверхности раздела газ - жидкость происходит в результате физической адсорбции. Как известно, вода обладает определенным запасом свободной поверхностной энергии, величина которой определяется поверхностным натяжением. Носителем свободной поверхностной энергии на границе раздела фаз вода - воздух является мономолекулярный слой молекул воды. Благодаря тому, что молекулы воды обладают большой величиной дипольного момента, они взаимодействуют с нижележащими молекулами и втягиваются с поверхности в объем жидкости. В результате этого молекулы пограничного слоя крайне подвижны - происходит непрерывный обмен между этими молекулами и молекулами, расположенными в объеме жидкости. Молекулы пенообразователей имеют полярно-аполярную структуру и также обладают значительной величиной дипольного момента. Поэтому при введении пенообразователей в воду они будут взаимодействовать с диполями воды и также будут втягиваться с поверхности в объем воды. Однако поскольку дипольный момент молекул воды значительно больше, чем дипольные моменты спиртов, то молекулы воды будут втягиваться в объем раствора с большей силой, чем молекулы спирта. В результате этого поверхностный слой раствора будет обогащаться спиртом по сравнению с объемом раствора, в результате чего поверхностное натяжение жидкости будет снижаться. При достаточно высокой концентрации спиртов или других ПАВ в растворе его молекулы концентрируются на поверхности раздела фаз вода - воздух и образуют насыщенный адсорбционный слой из ориентированных молекул. В связи с тем, что диполи воды активно взаимодействуют с полярными группами пенообразователей (ПАВ) и практически не взаимодействуют с аполярными углеводородными радикалами, то молекулы ПАВ закрепляются на поверхности раздела фаз полярной головкой, а углеводородный радикал выталкивается из объема жидкости в воздушную фазу. В результате этого на поверхности раздела фаз образуются ориентированный слой из молекул ПАВ.
В результате активного взаимодействия полярных групп молекул ПАВ с диполями воды вокруг этих групп создается прочная гидратная оболочка, которая придает адсорбционному поверхностному слою определенную жесткость и способствует его упрочнению, что приводит в свою очередь к увеличению устойчивости флотационной пены и препятствует коалесценции пузырьков воздуха, т. е. слиянию их друг с другом. Свойства пенообразователей во многом зависят от строения и размеров углеводородного радикала. Зависимость вспенивающего
действия алифатических спиртов от длины углеводородного радикала показана на рис.

Объем пены, %
300
250
200
150
100
50
n
0 3 4 5 6 7 8 9
Рис. 6.10. Зависимость вспенивающего действия алифатических спиртов
от длины углеводородного радикала
(n - число групп - СН2)
С увеличением длины углеводородного радикала дипольный момент молекулы спирта возрастает, что приводит к более прочному закреплению ее на границе раздела фаз вода - воздух. В связи с тем, что углеводородный радикал при адсорбции ориентируется в сторону воздуха, то с увеличением длины углеводородного радикала поверхностное натяжение жидкости уменьшается, что приводит к облегчению разрыва сплошности воды и уменьшению размера пузырьков воздуха, а также к повышению их устойчивости. Поэтому вначале с увеличением длины углеводородного радикала вспенивающий эффект, характеризующийся объемом пены увеличивается (левая ветвь кривой). Однако с достижением определенной критической длины радикала (n = 8) происходит ассоциация молекул спиртов за счет дисперсионного взаимодействия углеводородных радикалов друг с другом. Гетерополярные молекулы с короткими углеводородными радикалами не ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.