7.5.2Флотационные реагенты

Химические вещества, вводимые во флотационную пульпу для управления флотационным процессом, обеспечения высокой избирательности флотации различных минералов (то есть эффективности отделения полезных минералов от пустой породы или их отделения друг от друга), повышения прочности воздушных пузырьков и стабилизации процесса флотации, называются флотационными реагентами. Без применения флотационных реагентов флотация в промышленных условиях практически не производится.

В зависимости от назначения флотационные реагенты делятся на следующие группы: собиратели (или коллекторы), пенообразователи, активаторы, депрессоры (подавители) и регуляторы среды. Эта классификация реагентов в какой-то мере условна, так как некоторые реагенты-собиратели обладают пенообразующими свойствами (и наоборот); реагенты, в одних условиях являющиеся подавителями, в других могут обладать активирующими свойствами.

Реагенты-собиратели — органические вещества, избирательно концентрирующиеся на поверхности извлекаемых минеральных частиц, гидрофобизирующие их поверхность и способствующие прилипанию их к воздушным пузырькам. Большинство реагентов-собирателей — это гетерополярные и полярные вещества. Молекулы гетерополярных собирателей имеют сложную асимметричную структуру, состоящую из двух частей: полярной и аполярной. Действие гетерополярных реагентов-собирателей сводится к тому, что их молекулы своей полярной частью закрепляются на поверхности минерала, а их аполярная (гидрофобная) часть обращена в водную фазу. Такая структура слоя реагента-собирателя обусловливает несмачиваемость (гидрофобность) поверхности минерала. Большинство гетерополярных реагентов растворимы в воде. Аполярные собиратели плохо растворимы в воде.

По способности диссоциироваться в воде реагенты-собиратели делятся на две большие группы: ионогенные (ассоциирующиеся на ионы) и неионогенные (не диссоциирующиеся на ионы). Первые взаимодействуют с минералами преимущественно на основе хемосорбции, вторые — на основе физической адсорбции и адгезии. В свою очередь, ионогенные собиратели делятся на анионные, при диссоциации которых гидрофобизирующий углеводородный радикал входит в состав аниона, и катионные, у которых углеводородный радикал входит в состав катиона.

Реагенты-пенообразователи — поверхностно-активные вещества, самопроизвольно концентрирующиеся на поверхности раздела вода-воздух и понижающие на этой границе поверхностное натяжение.

Строение молекул пенообразователей аналогично строению молекул собирателей, то есть они состоят из аполярной и полярной частей. Молекулы пенообразователя адсорбируются на границе раздела вода-воздух таким образом, что полярная часть молекул пенообразователя, вступая во взаимодействие с диполями воды, обращена в водную фазу, а аполярная — в воздушную. Они увеличивают дисперсность и стабильность воздушных пузырьков, повышают устойчивость минерализованной пены. Пенообразующим действием обладают органические вещества и неорганические электролиты. При флотации применяют в основном органические соединения, как наиболее эффективные.

Реагенты-регуляторы. Первой стадией флотационного процесса является подготовка поверхности минеральных частиц к избирательному взаимодействию с реагентами-собирателями. Большая роль в этом принадлежит флотационным реагентам-регуляторам, значение которых в практике флотации исключительно велико и многообразно. Без их применения невозможно было бы осуществлять селективную флотацию полиметаллических руд, обеспечить получение из них кондиционных концентратов.

Регуляторы делят на активаторы, подавители (депрессоры) и регуляторы концентрации водородных ионов в пульпе (рН среды). В качестве реагентов-регуляторов используют органические и неорганические соединения.

Реагенты-активаторы. Основное их назначение — улучшение закрепления реагентов-собирателей на поверхности извлекаемого минерала с целью интенсификации его флотации. Активаторы или образуют на минеральной поверхности пленки, на которых активно закрепляется собиратель, или удаляют (чаще всего путем растворения) с минеральной поверхности гидрофильной пленки, благодаря чему очищенная поверхность становится способной к взаимодействию с собирателем.

В качестве реагентов-активаторов применяют в основном неорганические соединения: кислоты, щелочи, соли щелочноземельных и тяжелых металлов и так далее.

Реагенты-подавители (депрессоры). К ним относятся реагенты, понижающие флотируемость тех минералов, извлечение которых в пенный продукт в данный момент нежелательно. Большинство реагентов-подавителей являются неорганическими соединениями — электролитами и применяются для повышения селективности флотации при разделении минералов, близких по своим флотационным свойствам.

Реагенты—регуляторы среды. Эти реагенты, изменяющие концентрацию гидроксильных и водородных ионов (рН среды) флотационной пульпы (регулирующие ее кислотность и щелочность), применяют для создания оптимальных условий действия других реагентов при флотации. При этом регулируется значение окислительно-восстановительного потенциала пульпы и процессов диспергации и коагуляции шламов, удаление из пульпы так называемых «нежелательных» ионов, уменьшающих концентрацию собирателя в жидкой фазе. Для каждого минерала существует свое оптимальное значение рН среды.

Расход реагентов. При флотации полиметаллических и других руд сложного строения обычно применяют все группы реагентов (собиратели, пенообразователи, активаторы, депрессоры, регуляторы среды), общее число которых может достигать 8–10.

При флотации руд более простого строения общее число используемых реагентов значительно меньше. При флотации углей реагенты — активаторы, депрессоры, регуляторы среды — практически не применяют.