Исследование активности форм ксантогенатов, образованных окислением йодом, по отношению к границе раздела фаз «Газ - жидкость» Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 622.765.061.28

ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНОСТИ ФОРМ КСАНТОГЕНАТОВ, ОБРАЗОВАННЫХ ОКИСЛЕНИЕМ ЙОДОМ, ПО ОТНОШЕНИЮ К ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ФАЗ «ГАЗ - ЖИДКОСТЬ»

Иван Андреевич Коновалов

Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, аспирант, тел. (383)267-42-45, e-mail: Chicago_13@mail.ru

Выполнен поиск активных форм ксантогенатов, которые могут оказать влияния на процесс пенной флотации. Рассмотрена активность легко десорбируемых форм (ДС-формы) этилового и бутилового ксантогенатов. Показано, что смесь анионной формы ксантогената и диксантогенида, полученная взаимодействием ксантогенатов с йодом, может оказать эффект удаления жидкости из прослойки, разделяющей минеральную частицу и пузырек газа. Основная сила, действующая в прослойке на жидкость, обусловлена неоднородностью поверхностного натяжения, возникшей в момент локального прорыва прослойки и поверхностным давлением молекул в пленке ДС форм реагента. Найдено, что с увеличением длины углеводородного радикала ксатогенатов увеличивается скорость растекания пленки активных форм реагента, что коррелирует с увеличением собирательной способности реагента.

Ключевые слова: флотация, ксантогенат, флотационная активность реагента, скорость растекания реагента,прослойка жидкости.

ACTIVITY OF IODINE-OXIDIZED XANTHATES RELATIVE TO AIR-WATER INTERFACE

Ivan A. Konovalov

Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Postgraduate student, tel. (383)267-42-45, e-mail: Chicago_13@mail.ru

The author aims to find active forms of xanthates to enhance froth flotation. Activity of readily desorbed forms (RD-forms) of ethyl and butyl xanthates is studied. It is shown that mixture of anionic form of xanthate and dixanthogen after interaction with iodine can remove water from film between mineral particle and air bubble. The main force on the water in the film is conditioned by surface tension nonuniformity at the moment of local rupture of the film and by surface pressure of molecules in the film of RD-forms of reagent. With the length of the hydrocarbon radical of xan-thates, the flow rate of the film composed of active forms of reagent grows, which correlates with the enhanced collecting capacity of the reagent.

Key words: flotation, xanthate, flotationactivity of reagent, reagent flow rate, water film.

В [1] указывается на содержание в пульпе большого числа производных форм ксантогената: ксантогенат ион, монотиокарбонат ион, ксантогеновая кислота, диксантогенид. Автор [2] отмечает, что, несмотря на большое число исследований по взаимодействию сульфидных минералов с ксантогенатами, остается неясным, какой продукт ответственен за гидрофобизацию минерала. В [3] показано, что десорбируемые (ДС) формы реагента, представленные продуктами взаимодействия ксантогенатов с солями тяжелых металлов, могут оказать эффект удаления жидкости из прослойки, разделяющей минеральную ча-

стицу и пузырек газа. Такие реагенты находятся на гидрофобизированной минеральной поверхности до ее контакта с границей раздела «газ-жидкость». В момент прорыва прослойки ДС формы реагента растекаются по границе раздела «газ-жидкость» или по поверхности пузырька. Основная сила, действующая в прослойке на жидкость, обусловлена локальной неоднородностью поверхностного натяжения, возникшей в момент прорыва. Собирательная способность указанных ДС форм ксантогената определена как мера их воздействия на объем жидкости в прослойке. Дана численная оценка сил, оказываемых на жидкость в прослойке легко десорбируемыми формами этилового и бутилового ксантоге-натов. Установлена зависимость объемного расхода жидкости, вытекающей из прослойки, от поверхностного натяжения активных на границе раздела «газ-жидкость» форм реагента. Показано, что собирательная способность реагента зависит от поверхностного натяжения раствора его ДС форм и, следовательно, определяется структурой углеводородного фрагмента собирателя.

Практически во всех работах диксантогенид рассматривался как дополнительный гидрофобизатор минеральной поверхности. Какие-либо другие его качества, указывающие на иное назначение в элементарном акте флотации, например, средство удаления воды из прослойки, не обсуждались. Ряд авторов признают, что ксантогенат металла является более слабым гидрофобизатором минеральной поверхности.

Маловероятно, что на минеральной поверхности находятся ксантогенат металла и кондесированная фаза диксантогенида. Вероятнее всего они формируют «собирательную смесь» [4], представленную микрокаплями диксантоге-нида, стабилизированными анионами собирателя. Указанная смесь закрепляется на гидрофобизированных участках извлекаемого минерала. Закрепление происходит на минеральной поверхности с нейтрализованным поверхностным зарядом. Это позволяет исключить влияние заряда микрокапель на формирование «собирательной смеси».

Количество собирательной смеси, способной перейти на границу раздела "жидкость - газ" зависит от его поверхностной активности, остаточной концентрации в растворе (несорбируемая часть) реагента и возможности перехода на указанную границу раздела предварительно сорбированной минеральной поверхностью части собирателя. Эту часть реагента или продуктов его превращения (для ксантогенатов, например, Me(ROCSS)3-) будем рассматривать, как де-сорбируемую форму (ДС-форму). Если для карбоновых кислот, аминов имеются многочисленные примеры, доказывающие зависимость их собирательной способности от активности по отношению к свободной поверхности воды, то для ксантогенатов эта связь не очевидна. Выявление таких активных ДС-форм ксантогенатов позволит усилить селективность флотационного разделения путем их подавления на минералах вмещающих пород и генерации на извлекаемом минерале. С этих позиций представляется интересным исследовать действие собирателей из класса ксантогенатов, широко применяемых при флотации сульфидных руд. Эти реагенты и их окисленная форма - диксантогенид характеризуются незначительной поверхностной активностью по отношению к

границе раздела " газ - жидкость" и поиск их производных форм, активных по отношению к указанной границе и способных оказать эффект удаления жидкости из прослойкипредставляется важным, так как позволяет установить общую для собирателей закономерность.

Целью данной работы является:

Исследование активности по отношению к границераздела"газ - жидкость" ДС форм этилового и бутилового ксантогенатов представленных продуктами их нестехиометрического взаимодействия с йодом.

Экспериментальное определение скорости растекания ДС форм этилового и бутилового ксантогенатов по поверхности воды.

Материалы и оборудование

Определение скорости растекания по поверхности воды производных форм ксантогенатов осуществлялось на установке, представляющей собой кювету с водой (рис. 1). Кювета устанавливалась под камерой, которая могла записывать видеофайл растекания поверхностно-активных по отношению к границе раздела "газ - жидкость" форм ксантогената. В качестве поверхностно-активных веществ использовались продукты нестехиометрического окисления этилового и бутилового ксантогенатов (ГОСТ 7927-75) с йодом (фиксанал, МРТУ 6-09-1678-64). Концентрация йода составляла 2,65-10-4, 5,3-10-5, 2,65-10-5моль/л.

Высокоскоростная г камера

Игла

Кювета ._

с водой [

Рис. 1. Установка по определению скорости: растекания по поверхности воды продуктов взаимодействия ксантогенатов с окислителем

Приготовленный раствор на кончике иглы переносился на поверхность воды, находящейся в кювете.

Экспериментальная часть

Выполнялся поиск активных по отношению к границе раздела "газ - жидкость" ДС-форм ксантогенатов. Для этого определялась скорость растекания по поверхности воды продуктов взаимодействия йода с этиловым и бутиловым ксантогенатами. Поверхностно-активные растворы йода с ксантогенатами готовились в мольном соотношении 1 : 10; 1 : 50; 1 : 100. Перед каждым эксперимен-

том кювета промывалась раствором соды и заполнялась дистиллированном водой.

На рис. 2а приводится график скорости движения фронта растекающейся пленки, сформированной производными формами от взаимодействия этилового ксантогената с йодом, от времени, а на рис. 2б -производных форм бутилового ксантогената и йода при указанных мольных соотношениях исходных компонентов.

Рис. 2. Скорость растекания производных форм от взаимодействия йода с этиловым (а) и бутиловым (б) ксантогенатом на поверхности воды

в зависимости от времени

Сравнение скоростей растекания производных форм, полученных при смешении йода с этиловым и бутиловым ксантогенатами, показывает, что продукты реакции последнего имеют большую скорость растекания по поверхности воды (рис. 2а). Следовательно его активные по отношению к границе раздела "газ - жидкость" ДС-формы могут оказать большее влияние на скорость удаления жидкости из прослойки, что находится в соответствии с практикой флотации. Известно, что бутиловый ксантогенат обладает большей собирательной способностью по сравнению с этиловым.

Выводы

Выполнен поиск активных по отношению к границе раздела «газ - жидкость» и легко десорбируемых с минеральной поверхности химических соединений.

Экспериментально доказано, что продукты нестехиометрического взаимодействия ксантогенатов с окислителем оказывают эффект удаления жидкости из прослойки, разделяющей объекты взаимодействия: минеральную частицу и пузырек газа.

Собирательная способность ДС-форм ксантогенатов определена как мера их воздействия на объем жидкости в прослойке. Воздействие ДС-форм реаген-

тов на прослойку воды усиливается с увеличением длины углеводородного фрагмента, что соответствует практике флотации ксантогенатами.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 15-17-10017).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Bulatovic Srdjan M. Handbook of flotation reagents chemistry, theory and practice: flotation of sulfide ores / Elsevier science & technology books, 2007.

2. Finkelstein N.P., Allison S.A. Natural and Induced Hydrophobicity in Sulphide Mineral Systems / AICLHE Symposium series, 1976. - Vol. 71. - No. 150. - P. 165-175.

3. Кондратьев С. А., Мошкин Н. П., Коновалов И. А. Оценка собирательной способности легко десорбируемых с минеральной поверхности форм ксантогенатов / Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2015. - № 4. - С. 164-173.

4. Чантурия В.А., Вигдергауз В.Е. Электрохимия сульфидов: Теория и практика флотации. - М.: Наука, 1993. - С. 206.

5. Хан Г.А. Флотационные реагенты и их применение / Г.А. Хан, Л.И. Габриелова, Н.С. Власова. М.: Недра, - 1986. - С.271.

© И. А. Коновалов, 2016