CC BY
47
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2015, том 58, №6_
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 681.332.622.7
Академик АН Республики Таджикистан П.М.Соложенкин
ВЫБОР ФЛОТОРЕАГЕНТОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ СУЛЬФИДНЫХ РУД
Федеральное бюджетное учреждение науки Институт проблем комплексного освоения недр
Российской академии наук
Рассчитаны значения величины ПОАС (прогноз оценки активности собирателя) антимонита с различными сульфгидрильными собирателями. Диалкиламиносульфгидрильные собиратели - ксан-тогенаты и дитиофосфинаты являются перспективными реагентами для флотации сульфидных руд.
Ключевые слова: минерал - кластер - заряд.
К настоящему времени синтезированы десятки миллионов органических соединений различной химической структуры. Практическое применение из них находят десятки тысяч веществ. Каждое соединение имеет свои характерные физико-химические свойства. Поэтому чрезвычайно важной является задача нахождения количественных корреляционных зависимостей между структурой и свойствами химических соединений - QSPR (Quantitative Structure - Property Relationship). Нахождение таких зависимостей позволит не только быстро выбрать из имеющихся соединений наиболее желательное для обеспечения технологического свойства, но и определить направления синтеза новых соединений.
Существуют различные методы подбора реагентов с заранее заданными технологическими свойствами [1]. Однако наиболее важным способом является успешное применение химических программ и компьютерных технологий [2,3]. Автор использовал методы исследования, которые представлены в [4-6].
Созданные (сконструированные) модели различных минералов, реагентов автором названы кластерами минералов (реагентов), так как их строение соответствует химической формуле, а расстояние между отдельными атомами соответствует известным табличным данным [7-10].
Безусловно, данные кластеры не полностью отражают структуру минералов (реагентов), но в настоящее время это пока единственный удобный способ представить поверхностный слой минерала и взаимодействие реагентов с ним в процессе флотации.
Для этого был разработан метод создания специального комплекса между кластером минерала и кластером реагента (процесс докинга) [2,9].
Для созданных комплексов определяли его энергию, которая необходима для определения активности собирателя, частичные заряды на отдельных атомах и заселенность орбиталей электронами.
Для конструирования комплексов учитывали положения основных работ В.И.Рябого [9].
Адрес для корреспонденции: Соложенкин Петр Михайлович. 111020, Российская Федерация, Москва, Крюковский тупик,4, Институт проблем комплексного освоения недр РАН. Е- mail: solozhenkin@mail.ru
Объектом изучения были выбраны минералы сурьмы и сульфгидрильные реагенты, которые традиционно используются при флотации антимонита из ртутно-сурьмяных руд Джижикрутского месторождения. Данные реагенты были приняты в качестве стандартных, относительно которых оценивали выбор и эффективность органических соединений. Кластер активированного антимонита был представлен в виде формулы РЬ8Ь284(РЬ8 8Ь283) на основании предварительных, специальных исследований. Выбор реагентов осуществляли из соединений с функциональными группами типа 8Н, 8(=8)Н, как наиболее перспективными. Был создан ряд комплексов кластера антимонита с собирателями.
На рис.1 показан комплекс кластера антимонита с тремя молекулами бутилового ксантогена-та, прикрепленными к атому сурьмы антимонита. Атом сурьмы в антимоните имеет степень окисления (Ш), и поэтому собиратель прикрепляется тремя стрелками.
\ н
Рис 1. Комплекс кластера антимонита с тремя молекулами бутилового ксантогената,
прикрепленными к атому сурьмы.
На рис.2 показаны аналогичный комплекс, но только активированного катионами свинца антимонита с двумя молекулами бутилового ксантогената (БутилКхН), прикрепленными к атому свинца, комплекс активированного антимонита с двумя молекулами диметилдитиокарбаминовой кислоты (БТСН), прикрепленными к атому свинца и его 3 Б модель.
Была создана модель комплекса при использовании смеси флотореагентов бутиловой ксанто-геновой и диметилдитиокарбаминовой кислот.
На рис.3 показан комплекс активированного антимонита с тремя молекулами бутилового ксантогената, прикрепленных к атому сурьмы и двумя молекулами диметилдитиокарбаминовой кислоты, прикрепленных к атому свинца. Данная модель изображает реальный флотационный комплекс при флотации минерала с использованием бинарной смеси флотореагентов БутилКхН и БТСН.
N
N
Н
РЬ
\
Б
II
БЬ
I
Б-БЬ^^Б
Рис.2. Комплекс активированного антимонита с двумя молекулами бутилового ксантогената, прикрепленными к атому свинца (а), комплекс активированного антимонита с двумя молекулами диметилдитиокарбаминовой кислоты (б), прикрепленными к атому свинца, и его 3 Б модель (в).
Показанные на рис.1-3 модели необходимы для расчета необходимых физико-химических констант собирателя.
Предложен прогноз оценки активности собирателя (ПОАС) - взаимодействия собирателя с кластером минерала - в виде разницы общей энергии комплекса и суммы энергии кластера и энергии собирателя, определяемой по выражению [18,19]:
ДБ = Е комплекса - (Е кластера + Е собирателя), эВ (ПОАС).
Чем меньше величина ПОАС, тем более предпочтительно взаимодействие собирателя с кластером минерала.
б
а
в
/
н-тч \
Ч /~3ь=3 N
\ 5 в
Рис.3. Комплекс активированного антимонита с тремя молекулами бутилового ксантогената, прикрепленных к атому сурьмы и двумя молекулами диметилдитиокарбаминовой кислоты, прикрепленных к атому свинца.
Был изучен ряд реагентов: диэтиламиноксантогеновая кислота (AminoKxH) C7H25NOS2, хи-нолин-тиол (^шИп) C9H7NS, пипиридиновая дитиокарбаминовая кислота(Piperidin) C6H11NS2, дибу-тиламинодитиофосфиновая кислота, О,О- дибутил S-(2-меркаптоэтил) дитиофосфорная кислота C10H23O2PS2, 1-фенилтетразолинтиол-5(Тетразол) C7H6N4S, тионалид C10H9NHOCH2SH и другие реагенты.
В табл. 1 и 2 представлены величины ПОАС для различных кластеров минералов и собирателей.
Таблица 1
Величины ПОАС для кластеров минералов сурьмы и собирателей
Кластер минерала Величина ПОАС, эВ
Бутиловая ксанто-геновая кислота(KxH) Диметилдитио карбаминовая кислота фТСЩ Смесь KxН+DTCН Дибутил амино фосфиновая кислота
Sb2S3 -0.5491(3KxH) -0.6871(3DTCH)
PbSb2S4 -1.1517(2KxH) -1.6756(2DTCH) -1.8463 (3KxH+2DTCH) -8.0223
Порядок изменения ПОАС от реагентов соответствует порядку флотируемости антимонита от сульфгидрильных собирателей и их смеси.
Флотируемость антимонита возрастает при подаче реагентов в порядке от БутилКХ, ДТСН и суммы БутилКх +ДТСН. ПОАС уменьшается в порядке -0.5491(3KxH), - 0.6871^ТСЩ -1.8463 (3KxH+2DTCH).
Таблица 2
Величины ПОАС для различных кластеров минералов и собирателей
Кластер минерала Величина ПОАС, эВ
Тетразол Дибутил меркапто-дитиофос форная кислота хинолин -тиол БТСИ (Р1репШп) ЛшшоКх
(-0.924)
(-1.1846) -1.0846 (2БТР) -1.5104 (2НтоИп) -1.7696 (2БТСН) -602.3262 (2Лш1поКхН)
Малая величина ПОАС -1.8463 эВ соответствует максимальному извлечению антимонита при подаче смеси реагентов бутилового ксантогената и диметилдитиокарбаминовой кислоты. Обнаружен синергизм действия при использовании данной смеси реагентов.
ПОАС у соединения фенилтетразолинтиола, О,О- дибутил 8-(2-меркаптоэтил) дитиофосфор-ной кислоты незначительно отличается от ПОАС бутиловой ксантогеновой кислоты.
Были проведены промышленные испытания смеси бутилового ксантогената и диметилдитио-карбамата натрия на Сарылахской обогатительной фабрике [13-15].
При использовании диметилдитиокарбамата натрия (ДМДТК) 250-300 г/т и расходе РЬ(К03)2 900 г/т был получен сурьмяный концентрат с содержанием 8Ь - 62.39-59.20%, Лб- 0.46-0.36%, отвальные хвосты с содержанием 8Ь - 1.73-1.13%, Лб - 0.26-0.18%, при наличии в руде 8Ь - 15.62 -14.91%, ЛБ - 0.33-0.21%.
На основании компьютерного моделирования и значения величины ПОАС был предложен ряд реагентов, технологические свойства которых виртуально предсказаны.
На рис.4 показан комплекс активированного антимонита с двумя молекулами диэтиламинок-сантогеновой кислоты, прикрепленными к атому свинца. У данного комплекса самая незначительная величина ПОАС, равная - -602.3262 эВ. Данный класс реагентов является наиболее перспективным.
Рис.4. Комплекс активированного антимонита с двумя молекулами диэтиламиноксантогеновой кислоты,
прикрепленными к атому свинца.
Выводы
Рассчитаны значения величины ПОАС антимонита с различными сульфгидрильными собирателями.
Установлен следующий ряд флотореагентов с увеличением ПОАС: диэтиламиноксантогено-вая кислота (AminoKxH), дибутиламинофосфиновая кислота, смесь KxH+DTCH, пипиридиновая ди-тиокарбаминовая кислота DTCH(Piperidin), диметилдтиокарбаминовая кислота, хинолин -тиол и бутиловая ксантогеновая кислота (KxH).
Диалкиламиносульфгидрильные собиратели - ксантогенаты и дитиофосфинаты являются перспективными реагентами для флотации сульфидных руд, и они заслуживают продолжения их исследования.
Поступило 16.04.2015 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Соловьев М.Е., Соловьев М.М. Компьютерная химия. - М.:«СОЛОН-Пресс», 2005, 536 с.
2. Хельтье Х.Д., Зиппль В, Д. Роньян Д., Фолькерс Г. Молекулярное моделирование: Теория и практика. Пер. с англ.-2-е изд.(под ред. В.А.Палюлина, Е.В.Радченко). -М.: Бином. Лаборатория знаний, 2013, 319 с.
3. Соложенкин П.М. Создание и прогнозирование свойств эффективных, малотоксичных флотационных реагентов на основе квантово-механических представлений с целью комплексного извлечения цветных и благородных металлов. (Под ред. С.И.Иванкова).- ВИНИТИ. Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. Обзорная информация.- М., 2013, вып.1, 121 с.
4. Solojenkin Piotr M., Krausz Sanda. "Constituirea §i prognozareaproprietá^ilor unor reactivi de flotare eficieni §i cu toxicitate scázutá, pe baza reprezentárii cuanto-mecanice, pentru extraería complexá a metalelor neferoase §i pre^ioase Ed. Universitas Petrosani, 2014, 120p.
5. Solozhenkin Peter M., Solozhenkin Oleg I., Sanda Krausz. - XXVI International Mineral Processing Congress "IMPC-2012. New Delhi, India, September 24-28": books of abstracts, 2012, v. 2, pp.638.
6. Соложенкин П.М. Труды межд. науч. симп. «Неделя горняка 2012». Сб. статей. Отдельный выпуск Горно-информационного аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). - М.: Горная книга, 2012. NOR1, с. 431 -455.
7. Соложенкин П.М. Труды межд. науч. симп. «Неделя горняка 2013». Сб. статей. Отд. вып.1 Горноинформационного аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). - М.: Горная книга, 2013, OB1, с 397-424.
8. Соложенкин П. М. Труды межд. науч. симп. «Неделя Горняка - 2014». Сб. статей. Отд. вып. Горно-информационного аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). - М.: «Горная книга» 2014, № OB1, с. 374 -399.
9. Соложенкин П.М. Проблемы экологии: новые тенденции рационального использования золото-сурьмяных руд и концентратов. (Под общей редакцией д.т.н. С.И. Иванкова).- ВИНИТИ. Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. Обзорная информация. - M, 2006, №2, 1-122 с.
10. Соложенкин П.М. Прогрессивные технологии комплексной переработки минерального сырья. Под. ред. В.А.Чантурия. - М.: Издательский дом «Руда и Металлы», 2008, 283 с .
11. Abdusalyamova M.N, Dreisinger David, Zinchenko Z.A, Solozhenkin P.M.,.Gadoev S.A, Tyumin T.A and M.S.Ismailova. - XXVI International Mineral Processing Congress "IMPC-2012. New Delhi, India, September 24-28, 2012": books of abstracts ,v.2, p.528.
12. Abdusalyamova Mahsuda, Dreisinger David, Zinchenko Zinaida Zinaida, Solozhenkin Petr , Gadoev Safarali, Tyumin Ivan and Ismailova Marhabo. - Journal of Environmental Science and Engineering A 2 (2013) 283-292.Formerly part of Journal of Environmental Science and Engineering,
13. Болтухаев Г.И., Соложенкин П.М. - Цв. металлы, 2009, № 2, c. 41-44 .
14. Болтухаев Г.И., Соложенкин П.М. - Цв. металлургия, 2009, №3, c.12-17.
15. Solozhenkin Peter M., Bondarenko Evgeny V., Panchenko Galina M. -XXIV International Mineral Processing Congress. Proceeding of XXIV International Mineral Processing Congress .Beijing, China, 2428 September 2008. Ed. by Wang Dian Zuo, Sun Chuan Yao, Wang Fu Liang, Han Long.2008, v.2, pp.1634-1641.
П.М.Соложенкин
ИНТИХОБИ ФЛОТОРЕАГЕНТ^О БАРОИ ЗИЁД КАРДАНИ БОСАМАРАИИ ЧУДОКУНИИ МЕТАЛЛ^О АЗ МАЪДАН ДАР АСОСИ МАЧМААВИИ ТАЧ,РИБАХ,ОИ КОМПЮТЕРЙ
Муассисаи илми давлатии федералии буцетй Институти масъала^ои азхудкунии кандани^ои
фоиданоки Академияи илм^ои Русия
Ахдмияти бузургих,ои ПБЧ,Ф (пешгуйии бах,ои чамъкунандах,ои фаъол) антимонит бо чамъкунандах,ои гуногуни сулфгидрилй х,исоб карда шудааст. Як катор флотореагентх,ои зерин бо зиёд кардани ПБЧ,Ф муайян карда шудааст: кислотаи диэтиламиноксантогенат (AminoKxH), кислотаи дибутиламинофосфин, омехтаи KxH+DTCH, кислотаи дитиокарбамини пипиридин DTCH (Piperidin), кислотаи диметилдитиокарбамин, хинолин-тиол ва кислотаи ксантогении бутилй (KxH). Ч,амъкунандах,ои диалкиламиносулфгидрилй барои флотатсияи маъданх,ои сулфидй перспективй (ояндадор) мебошанд. Калима^ои калиди: минерал - кластер - заряд.
P.M.Solozhenkin
SELECTION OF THE FLOTATION REAGENTS IN ORDER TO IMPROVE METALS RECOVERY FROM THE ORES VIA BY COMPUTER-AIDED
APPROACHES
Federal state budgetary scientific establishment of Russian Academy of Sciences Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources
Prognostic collectors activities for the antimonite with the different sulfhydric collectors were evaluated. The following flotation reagents are set in increasing collectors activity order: diethylaminoxantogenic acid (AminoKxH), dibutylaminofosphine acid, mixture of the K^^DTC^ pypyridine dithiocarbamic acid (DTCH Pyperidin), dimethyldithiocarbamic acid, quinoline-thiol and buthyl xantogenic acid (KxH). It is shown that dialkyl diamino sulphydric collectors are promising reagents for flotation of sulphide ores. Key words: mineral - klaster - charge.
