Реагенты-пенообразователи

Реагенты-пенообразователи (вспениватели), адсорбируясь на границе раздела газ - жидкость, повышают устойчивость воздушных пузырьков, сохраняя их в дисперсном состоянии. Это улучшает прилипание частиц флотируемых материалов к пузырькам воздуха и увеличивает устойчивость флотационной пены. От свойств и устойчивости пены зависит извлечение ценного компонента.

Пенообразователь должен обеспечить большое количество мелких пузырьков, способных поднять частицы полезных материалов на поверхность суспензии. В то же время он должен создать такую пену, которая на выходе из флотационной машины быстро разрушалась бы и освобождала частицы от пузырьков воздуха. Пенообразователи не должны обладать собирательными свойствами, так как это затруднит регулирование селекции флотационного процесса.

Пена представляет собой концентрированную эмульсию газа в жидкости, содержание которого в пене составляет 2 ÷ 13%. Пена имеет ячеистую структуру и состоит из деформированных пузырьков, между которыми находится тонкая прослойка воды с поверхностно-активным веществом.

Если в чистую воду, имеющую поверхностное натяжение 7, 28 Н/м², вдувать воздух, то пузырьки воздуха, поднимаясь, сразу же будут лопаться, и пена не образуется. Если же в воду добавить ПАВ, то оно, адсорбируясь на границе вода - воздух, уменьшит поверхностное натяжение, и сопротивление пузырька разрыву увеличится.

Если к двухфазной пене добавить тонко измельченный материал (третью фазу), то устойчивость такой трехфазной пены увеличится. Хрупкая пена быстро разрушается во флотационной машине, снижая извлечение, а слишком устойчивая плохо транспортируется насосами и, попадая в сгуститель, образует устойчивый слой пены, вследствие чего увеличиваются потери извлекаемого материала со сливом. С чрезвычайно устойчивой пеной приходится бороться механическим или химическим путем: устанавливают в желобах флотационных машин брызгала, которые гасят пену, применяют ультразвук или углеводороды типа керосина, которые вытесняют ПАВ с межфазной границы и снижают пенообразование.

Пенообразующими свойствами обладает большое число гетерополярных веществ с самыми различными по составу полярными группами. Наиболее эффективными являются соединения, имеющие в своем составе одну из полярных групп: —ОН (гидроксил), —СООН (карбоксил), =С=О (карбонил), NН₂ (аминогруппа) и SO₂ОН (сульфогруппа). Пенообразователи должны обладать определенной растворимостью в воде, так как в противном случае они плохо распределяются и неэффективно понижают поверхностное натяжение.

В зависимости от состава полярной группы пенообразователи делятся на: кислые, нейтральные и основные. К кислым вспенивателям относятся спиртовые и крезиловые аэрофлоты, фенолы, алкиларилсульфонаты и др. Нейтральные вспениватели - терпинеол, сосновое масло, спиртовые пенообразователи с длиной углеводородного радикала от 6 до 8 атомов углерода и вспениватели с эфирными связями ОПСБ, ОПСМ, Э-1 и др. К основным вспенивателям относится тяжелый пиридин, который в настоящее время применяется в основном в зарубежных странах.

Фенольные вспениватели применялись довольно широко, но вследствие своей сильной токсичности и малой селективности сейчас применяются лишь в зарубежных странах. Из этих вспенивателей следует отметить лишь крезол или крезиловую кислоту СН₃С₆Н₄ОН, которые получаются в коксохимическом производстве. Он обладает не только пенообразующими, но и собирательными свойствами при флотации таких материалов как галенит и халькопирит.

Алкиларилсульфонаты - поверхностно-активные вещества, представляющие собой соли алкилароматических сульфокислот. Общая формула их RSО₃H, где R - алкил (углеводородный радикал). Хорошими пенообразующими свойствами эти реагенты обладают при содержании в молекуле 10 ÷ 12 атомов углерода.

Детергент советский (ДС) - технический продукт, состоящий из алкиларилсульфонатов с небольшими примесями смол и сернокислых солей различных катионов. Его получают при нейтрализации кислого гудрона. Он нетоксичен, хорошо растворяется в воде и дает слабощелочную реакцию. Пенообразующие свойства ДС зависят от рН среды и от применяемого регулятора. Наиболее эффективно его действие в среде Na₂CO₃. Он обладает очень слабыми собирательными свойствами при больших расходах по отношению к халькопириту, сфалериту, галениту и пирротину, может применяться при флотации полиметаллических руд.

Нейтральные вспениватели представлены соединениями, содержащими терпинеол, алифатические спирты, циклогексанол и соединения с эфирными связями.

Терпинеол С₁₀Н₁₇ОН получается из скипидаров. В практике применяют флотационное масло, содержащее от 40 до 90% терпинеола.

Сосновое масло - продукт сухой перегонки древесины сосновых пород. В РФ его получают из пневого осмола, т.е. из пней деревьев сосновых пород, которые измельчают и обрабатывают паром. Полученный скипидар-сырец подвергают фракционной возгонке при температуре 170 °С с получением в кубовом остатке соснового масла. В таком сосновом масле содержится не менее 50% терпеновых спиртов. Масло должно быть прозрачным, желтого цвета с запахом скипидара. Недостатком его является некоторое непостоянство состава. Расход соснового масла при флотации обычно составляет 25 ÷ 100 г/т смеси. Спиртовые пенообразователи - это алифатические спирты с общей формулой R—ОН, где R - углеводородный радикал с 6 ÷ 8 атомами углерода. Среди них необходимо отметить реагент ИМ-68 и циклогексанол.

Циклогексанол (циклогексиловый спирт) получают гидрированием фенола в присутствии медно-никелевого катализатора. Он относится к спиртовым пенообразователям, которые имеют постоянный состав, обладают сильными пенообразующими и слабыми собирательными свойствами и высокой селективностью. Применяется циклогексанол при селективной флотации полиметаллических смесей. Расход его в 2 раза меньше расхода крезола. Недостаток - высокая температура кристаллизации (+15 ÷ 17 °С), поэтому в зимнее время растворы его подогревают. Он токсичен, представляет собой прозрачную, бесцветную маслянистую жидкость с запахом камфары и амилового спирта.

Особую группу составляют пенообразователи, содержащие эфирные связи. К ним относятся ОПСБ, ОПСМ, Э-1, Д-3 и Т-66. ОПСБ (окись пропилена спирт бутиловый) - смесь монобутиловых эфиров полипропиленгликолей. Очень сильный пенообразователь, превосходящий крезол, терпинеол и сосновое масло, наиболее эффективен при флотации крупноизмельченных материалов, а также в присутствии реагентов, гасящих пену, хорошие показатели дает при флотации медных, свинцовых и молибденовых смесей, селективен, нетоксичен. ОПСБ применяется также в тех случаях, когда в качестве собирателя используют углеводородные масла. Расход ОПСБ в 2 ÷ 4 раза меньше расхода крезола, соснового масла и составляет 10 ÷ 30 г/т смеси.

ОПСМ (окись пропилена спирт метиловый) - светло-коричневая жидкость со слабым запахом эфира, хорошо растворяется в воде, не затвердевает при низких температурах, эффективно заменяет крезол при флотации полиметаллических смесей. Расход его в 1, 5 ÷ 2 раза меньше расхода крезола.

Э-1 аналогичен ОПСБ и состоит из смеси монобутиловых эфиров. Для его производства вместо окиси пропилена используют окись этилена. Э-1 хорошо растворяется в воде, может заменять ОПСБ, но уступает ему по флотационным свойствам и требует большого расхода, применяется при флотации цинковых и сурьмяных смесей.

Д-3 (диметилфталат) - сложный эфир метилового спирта и ортофталевой кислоты. Хорошо растворяется в органических жидкостях (спиртах, углеводородах), плохо - в воде, может применяться при флотации цветных металлов и некоторых несульфидных материалов.

Пенообразователь Т-66 является побочным продуктом производства диметилдиоксана, который получают из изобутилена и формалина. В его состав входят различные вещества, преимущественно одноатомные спирты пиранового и диоксанового ряда, а также гликоли. Он является эффективным вспенивателем при флотации полиметаллических смесей, нетоксичен.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается физическая сущность процесса флотации?

2. От каких факторов зависит флотируемость различных материалов?

3. Какие силы действуют на молекулу внутри жидкости?

4. Какими силами обусловлено прилипание частиц к пузырьку воздуха?

5. Какое условие должно выполняться, чтобы флотируемая частичка поднялась из объема жидкости на поверхность?

6. Что такое поверхностное натяжение жидкости?

7. Что такое полярные, аполярные и гетерополярные вещества?

8. Какое физической величиной характеризуются повехностно-активные вещества?

9. Какими уравнениями устанавливается взаимосвязь между поверхностным натяжением жидкости и адсорбцией на границе раздела фаз?

10. Опишите процесс гидратации иона.

11. Напишите уравнение Юнга и охарактеризуйте каждую составляющую поверхностного натяжения.

12. Что такое гистерезис смачивания?

13. Какой величиной характеризуется процесс флотации?

14. На какие группы разделяются флотационные реагенты?

15. Что такое реагенты-собиратели и каков механизм их действия?

16. Что такое реагенты регуляторы среды, и какой механизм их действия?

17. Что такое реагенты-пенообразователи, и какой механизм их действия?

18. Что такое реагенты-депрессоры, и какой механизм их действия?

19. Что такое реагенты-активаторы, и какой механизм их действия?

20. Если сточная вода содержит различные вещества по вашему выбору, то как, имея набор различных реагентов, ее очистить методом флотации?