Роль поверхностно-активных по отношению к границе раздела «Газ-жидкость» форм ксантогенатов в механизме образования флотационного комплекса Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 622.765.061.28

РОЛЬ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ПО ОТНОШЕНИЮ К ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА «ГАЗ-ЖИДКОСТЬ» ФОРМ КСАНТОГЕНАТОВ В МЕХАНИЗМЕ ОБРАЗОВАНИЯ ФЛОТАЦИОННОГО КОМПЛЕКСА

Иван Андреевич Коновалов

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «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

Сергей Александрович Кондратьев

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт горного дела им. Н. А. Чинакала» СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, доктор технических наук, заведующий лабораторией обогащения полезных ископаемых и технологической экологии, тел. (383)217-07-65, e-mail: kondr@misd.nsc.ru

Рассмотрен механизм образования контакта минеральной частицы с поверхностью раздела «газ-жидкость» в пенной флотации. В предположении, что основным ограничением образованию флотационного комплекса является прослойка воды между минеральной частицей и пузырьком газа, выполнен поиск форм ксантогенатов способных снять указанное ограничение. Экспериментально показано, что во флотационной пульпе существуют активные по отношению к границе раздела «газ-жидкость» формы ксантогенатов. Указанные формы обладают высокой скоростью растекания по поверхности воды и способны удалить ее из прослойки. Найдено, что с увеличением длины углеводородного радикала ксатогенатов увеличивается скорость растекания пленки активных форм реагента, что коррелирует с увеличением собирательной способности реагента. Также показано, что диксантогенид - аполярное соединение и практически не растекается по поверхности воды.

Ключевые слова: флотация, ксантогенат, фронтальная скорость растекания, прослойка жидкости.

ROLE OF AIR/LIQUID INTERFACE ACTIVE FORMS OF XANTHATE IN THE MECHANISM OF PARTICLE-BUBBLE ATTACHMENT

Ivan A. Konovalov

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

Sergey A. Kondratiev

Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Dr Eng, Head of Mineral Processing and Process Ecology Laboratory, tel. (383)217-07-65, e-mail: kondr@misd.nsc.ru

The authors discuss mechanism of mineral particle and air/liquid interface contact in froth flotation. On the hypothesis that the main constraint of particle-bubble attachment is water film between the particle and the bubble, the authors implement the search for forms of xanthate capable to eliminate the constraint. It is experimentally demonstrated that there exist such forms of xanthates that are active relative to air/liquid interface. These forms possess high rate of spreading over water surface and can remove water from the film. It is found that with the longer hydrocarbon radical of

xanthate, the rate of spread grows, which is correlated with the increased collecting ability of the reagent. It is shown that dixanthate is apolar compound and does not spread over the water surface.

Key words: flotation, xanthate, frontal rate of spread, liquid film.

В ряде работ показано, что собирательная способность и селективность собирателей зависит от их активности по отношению к границе раздела «газ -жидкость». В [1] установлена зависимость собирательной способности аэрофлотов от их динамической активности по отношению к указанной границе. В [2] аналогичная зависимость установлена для аминов. Количество собирателя на границе раздела «газ-жидкость» зависит от его поверхностной активности, остаточной концентрации (несорбируемая часть) и возможности перехода на указанную границу раздела предварительно сорбированной минеральной поверхностью части собирателя. Эту часть реагента или продуктов его превращения (для ксантогенатов, например, диксантогенид) будем рассматривать, как де-сорбируемую форму (ДС-форму).

Целью данной работы является поиск активных по отношению к границе раздела «газ-жидкость» форм ксантогенатов. Такие легко десорбируемые с минеральной поверхности формы ксантогенатов, могут оказать эффект удаления жидкости из прослойки, разделяющей частицу и пузырек газа, и характеризовать собирательную способность реагента [3, 4].

Экспериментальная часть:

Во флотационной пульпе находятся катионы металлов, которые при подаче ксантогенатов формируют ксантогенаты металлов, например меди, железа, а также ассоциаты Me(ROCSS)3-, аналогично ассоциатам, сформированным кар-боновыми кислотами. В связи с этим выполнялось определение скорости растекания ксантогенатов металлов, и их ассоциатов по поверхности воды. Опыты проводились с этиловым и бутиловым ксантогенатами. Раствор ксантогената готовили перед каждой серией опытов. Окисление 5% растворов этилового и бутилового ксантогенатов осуществлялось 5% раствором йода и пероксидом водорода. Исследовались так же продукты взаимодействия указанных ксантогенатов с растворами сульфатом меди (II) с концентрацией 10 мг Cu/мл.

Съемка выполнялась камерой Casio EXILIM EX-F1œ скоростью 300 кадров в секунду.

Обсуждение результатов:

Среди продуктов разложения ксантогенатов присутствуют тиосульфат, сульфат, карбонат. Ниже представлены характерные реакции этилового и бутилового ксантогенатов с образованием: перксантогената (1), (2); диксантогенида (3), (4) и ксантогената меди (5), (6), [5, 6].

Окисление перекисью водорода:

C2H5OCS2K + Н202 ^ C2H5OCS2OK + Н20, (1)

C4H90CS2K + Н202 ^ C4H90CS20K + Н20, (2)

Окисление ксантогената йодом:

2С2Н5ОСБ2К + 12 ^ (С2Н5ОСБ2 )2 + 2К1, (3)

2С4Н90СБ2К + 12^ {С4Н90СБ2 )2 + 2К1, (4)

Взаимодействие ксантогената с медным купоросом:

2С2Н50СБ2К + СиБ04 ■ 5Н20 ^ (С2Н50СБ2)2Си + К2Б04 + 5Н20, (5)

2С4Н90СБ2К + СиБ04 ■ 5Н20 ^ (С4Н90СБ2)2Си + К2Б04 + 5Н20, (6)

Но наиболее важно образование поверхностно - активных ассоциатов (ЯОС88)3О-; Ме(ЯОС88)3-, имеющих асимметричное строение молекул, с ди-польным моментом большим нуля. Экспериментально была установлена высокая скорость растекания образованных ассоциатов (ЯОС88)3О- при окислении бутилового ксантогената пероксидом водорода (рис. 1, а) и при взаимодействии с сульфатом меди (II) (рис.1, б) с образованием соединений типа Ме(1ЮС88)3~.

40,00

35,00

о "ё 30,00

о

нЭ' н 25,00

о О О. о 20,00

§ О 15,00

10,00

5,00

0,00

А

\ •б

А

гчгчгчгчгчгчгцгцгцгцгчгчгчсчгчгчгчгцгчгц

оооооооооооооооооооо Время, с

Рис. 1. Скорость растекания производных форм бутилового ксантогената на поверхности воды в зависимости от времени. При окислении ксантогената пероксидом водорода - а; при взаимодействии с сульфатом меди(11) - б

Сравнение скоростей растекания производных форм этилового и бутилового ксантогенатов, полученных при взаимодействии с сульфатом меди, показывает, что формы последнего имеют большую скорость растекания по поверхности воды (рис. 2). Следовательно, его десорбируемые, активные по отношению к границе раздела «газ-жидкость» формы оказывают большое 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.

о

нЭ' Н о о

а

§

О

18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00

Эи ИГО] эыг I КС ан1 'ОГ( аНЕ1 г

эУТ иле )ВЫ й к сан ТО] ен гг

(Ч СП ЧН с— о о о о

М О М <*1 «Л Г- 00

О СЧ СП ш г- оо

м м м м м г^

О (Ч СП т сп сп

оооооооооооооооооооо

Время, с

Рис. 2. Скорость движения фронта пленки активных форм ассоциатов этилового и бутилового ксантогенатов на поверхности воды в зависимости от времени

На рис. 3 представлены фотокадры движения фронта пленки ассоциатов, образованных при взаимодействии сульфата меди (II) с этиловым (рис. 3, а) и бутиловым (рис. 3, б) ксантогенатами, наглядно показывающие различие в скоростях перемещения фронтов пленок.

Рис. 3. Растекание ассоциатов этилового - а и бутилового - б ксантогенатов на поверхности воды. Время между кадрами 0,3 с

При мягком окислении ксантогената образуется диксантогендисульфид (диксантогенид). При воздействии мягким окислителем йодом образуются соединения с симметричным строением молекул и дипольным моментом, равным нулю, имеющие малую скорость растекания (рис. 4).

Рис. 4. Растекание диксантогенида на поверхности воды.

Время между кадрами 0,3 с. Окисление выполнено йодом

Таким образом, эксперименты по определению скорости растекания по поверхности воды, продуктов окисления этилового и бутилового ксантогенатов пероксидом водорода, йодом и взаимодействия с сульфатом меди, показали, что ксантогенаты могут оказать эффект удаления воды из прослойки и увеличить скорость формирования флотационного контакта. Диксантогенид не активен по отношению к границе раздела «газ-жидкость» и не может оказать существенного влияния на скорость формирования флотационного контакта.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Живанков Г.В., Рябой В.И. Собирательные свойства и поверхностная активность высших аэрофлотов. // Обогащение руд, 1985. - № 3. - С. 13 -16.

2. Bleier A., Goddard E.D., Kulkarni R.D. Adsorption and critical flotation conditions // Journal of colloid and Interface Science. 1977. - Vol. 59. - No. 3. P. 490 - 504.

3. Кондратьев С.А. Оценка флотационной активности реагентов - собирателей // Обогащение руд. - 2010. - № 4. - С. 24 - 30.

4. Кондратьев С.А. Оценка активности и селективности действия карбоновых кислот, используемых в качестве флотационных реагентов. // ФТПРПИ. - 2012. - № 6. - С. 116-125.

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

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

© И. А. Коновалов, С. А. Кондратьев, 2015