Флотация растворами катионных ПАВ

Один из главных методов обогащения полезными ископаемыми в горнодобывающей промышленности – флотация. Это процесс, основанный на различной смачиваемости частиц твердой фазы жидкостью (водой) с поверхностно-активными веществами (флотационными реагентами, флотореагентами).

Первым предложенным методом была масляная флотация: измельченную руду перемешивали с минеральным маслом и водой, олеофильные компоненты (сульфидные минералы) смачивались маслом и всплывали на поверхность, а олеофобные (пустые породы) – осаждались на дно.

Наиболее распространена пенная флотация, при которой через пульпу прокачивается газ (воздух), пузырьки газа адсорбируются на частицах руды или пустой породы (в зависимости от типа флотореагента) и выносят их на поверхность. Таким образом, на поверхности пульпы образуется пенный минерализованный слой. Смоделировать пенную флотацию можно в анализаторе пены DFA100

Для избирательного (селективного) извлечения минералов в пульпу добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ). По назначению различают три группы флотореагентов:

Собиратели способствуют снижению смачиваемости поверхности минеральных частиц, что приводит к лучшей адсорбции газовых пузырьков. Собиратели бывают анионные, катионные, амфотерные и неионогенные.

Модификаторы позволяют усилить/ослабить или исключить адсорбцию собирателей на минералах, благодаря чему уменьшается расход собирателей, а также достигается разделение близких по свойствам минералов.

Пенообразователи понижают поверхностное натяжение (ПН) на границе газ-жидкость, чем способствуют образованию устойчивой гидратной оболочки, препятствуют коалесценции и стабилизируют пену. Катионные ПАВ (первичные и вторичные амины, соли четвертичных аммониевых оснований и аминоэфиры с короткой разветвленной цепью) используются для флотации калийных солей, кварца, силикатов, сульфидов и т.д. Некоторые катионные ПАВ так сильно «прицепляются» к металлу, например, к платине, что исключают возможность измерить поверхностное натяжение методом Дью Нуи или Вильгельми, т.к. кольцо или пластина изготавливаются из платины.

Предполагается, что в уравнениях для расчета поверхностного натяжения краевой угол смачивания платинового кольца/пластины равен нулю, но для катионных ПАВ краевой угол может быть отличным от нуля, поэтому уравнения Дью Нуи и Вильгельми могут дать неверные величины, даже если измерения будут проведены. При использовании метода Дью Нуи с растворами катионных ПАВ кольцо часто отрывается от поверхности много раньше, чем достигается истинная максимальная нагрузка, в методе пластины силы порой слишком малы для верного отображения.

Во время измерения критической концентрации мицеллообразования (ККМ) для таких растворов возникают еще более серьезные проблемы. При низких концентрациях ПАВ может совсем не адсорбироваться на кольце/пластине; это даст верные результаты. Однако, с увеличением концентрации ПАВ кольцо/пластина покрывается гидрофобным слоем; надеяться на верные значения можно только в том случае, если перед каждым измерением кольцо/пластина будет очищена. При автоматическом измерении с помощью тензиометра K100 система дозирования Dosimat автоматически увеличивает содержание ПАВ в сосуде, при этом остановка процесса и чистка кольца/пластины значительно замедлит эксперимент. Для некоторых катионных ПАВ проще провести измерение ККМ с помощью стандартного метода кольца/пластины.

Так как металлическая пластина имеет некоторые проблемы при измерении растворов катионных ПАВ, то можно заменить пластину. Как показала практика, для этой цели отлично подходит хроматографическая бумага, которая не набухает во время смачивания. И хотя катионные ПАВ тоже адсорбируются на ней, они не гидрофобизируют ее.

Использование бумажной пластины Вильгельми позволяет определять поверхностное натяжение и ККМ растворов катионных ПАВ. Результаты сопоставимы с теми, что получаются с помощью платиновой пластины.

Более подробно ознакомиться с материалами данной статьи (формулами, графиками, примерами) можно связавшись с нами.

При подготовки статьи были использованы материалы фирмы KRUSS GmbH (Lee Gilmann «Measuring surface tension and critical micelle concentration on cationic surfactant solutions», Application Note # 210) и сайта www.chemport.ru.