РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ СОСТАВОВ КОМПОЗИЦИОННЫХ ХИМИЧЕСКИХ ФЛОТОРЕАГЕНТОВ – ВСПЕНИВАТЕЛЕЙ, ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ФЛОТАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ

Цитировать:
РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ СОСТАВОВ КОМПОЗИЦИОННЫХ ХИМИЧЕСКИХ ФЛОТОРЕАГЕНТОВ – ВСПЕНИВАТЕЛЕЙ, ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ФЛОТАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Хурсанов А.Х. [и др.]. 2022. 3(96). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13328 (дата обращения: 24.02.2024).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается результаты исследования по разработке эффективных составов композиционных химических флотореагентов – вспенивателей на основе местного сырья и отходов производств и исследование их физико-химических свойств, а также их флотационной способности при флотации руд цветных и благородных металлов металлургических производств. Показано оптимальный вариант эффективного состава композиционных химических флотореагентов – вспенивателей и флотационная способность композиционных химических флотореагентов – вспенивателей на основе местного сырья и отходов производств.

ABSTRACT

The article discusses the results of a study on the development of effective compositions of composite chemical flotation agents - foamers based on local raw materials and industrial waste and the study of their physico-chemical properties, as well as their flotation ability in the flotation of ores of non-ferrous and precious metals of metallurgical industries. The optimal variant of the effective composition of composite chemical flotation agents – foamers and the flotation capacity of composite chemical flotation agents – foamers based on local raw materials and industrial waste is shown.

 

Ключевые слова: флотореагенты – вспениватели, местное сырьё, отходы, композиция, флотация руды, химические реагенты, органоминеральные ингредиенты.

Keywords: flotation agents - foamers, local raw materials, waste, composition, ore flotation, chemical reagents, organomineral ingredients.

 

Введение. В мировом масштабе металлургическая промышленность играет огромную роль среди промышленных предприятий и в целом в экономике стран мира [1-3].

В настоящее время одним из важнейших проблем горно-металлургического комплекса стран мира, в том числе в нашей стране, как известно, является существенное обеднение запасов руд цветных металлов по содержанию основных минералов, что связано с вовлечением в переработку бедных, труднообогатимых тонковкрапленных руд. Существенная роль в решении этой проблемы отводится стадии обогащения минерального сырья, разработке новых приемов и схем обогащения, новых высокоэффективных флотореагентов с целью комплексного извлечения частиц цветных и благородных металлов медно-молибденовой руды [4-6].

В горно-металлургической промышленности эффективность работы обогатительных фабрик во многим зависит от качества используемых флотореагентов [7-9]. Основными флотореагентами являются вспениватели Т-66, Т-80, Т-92 (производные 1,3-диоксана) и МИБК, а также фосфорорганические и сульфгидрильные собиратели (аэрофлоты, калиевые и натриевые соли ксантогенатов первичных спиртов) [10-14].

Однако все они производятся за рубежом, что усиливает импортную зависимость государства. Поэтому разработка новых составов и создания высокоэффективных композиционных химических флотореагентов-вспенивателей на основе местного сырья и отходов производств Узбекистана с низкой себестоимостью, способствующих эффективно извлечению цветных и благородных металлов из руд является важной актуальной проблемой.

Целью исследования является разработка новых составов импортозамещающих химических флотореагентов – вспенивателей на основе органоминеральных ингредиентов из местного и вторичного сырья с низкой себестоимостью и высокой эффективностью и их применение в процессе флотации руд цветных и благородных металлов в производственных условиях АО «Алмалыкский ГМК», позволяющее существенно сократить их импорт.

Объекты и методики исследования. Объектами исследования является глицерин, этиленгликоль, ИАФ, ПАВ, карбамид, олеиновая кислота, алкил бензол, лаурил сульфат, И-20А, руда «Алмалыкский ГМК», окись кальция, щёлочь, касторовое масло, таловое масло и отходы спиртовых и масложировых заводов.

Для определения качества разработанного композиционного химического флотореагента-вспенивателя были использованы современные методы физико-химического анализа таких как, ИК-спектроскопия, масспектроскопия, метод флотационного обогащения и другие стандартные методы исследования.

Полученные результаты и их обсуждение. Для решения данной задачи, нами проведены лабораторные исследования на основе местного сырья и отходов производств.

Основными ингредиентами получаемого композиционного химического флотореагента-вспенивателя на основе местного сырья и отходов производств для применения в процессе флотации руд цветных и благородных металлов является: модифицированная госсиполовая смола, являющаяся отходом масложирового производства, инжекционно-адгезионная фракция – (ИАФ), являющаяся отходом производства спирта, глицерин, получаемый на основе отходов масложирового производства, конденсированная сульфит-спиртовая барда (КССБ), являющаяся отходом производства спирта, поверхностное активное вещество - (ПАВ) и вода.

Необходимо отметить, что состав композиционного химического флотореагента–вспенивателя зависит от физико-химических свойств органоминеральных ингредиентов и природы, вида, состава и содержания флотируемых руд.

Разработанные композиционные флотореагенты-вспениватели представляют собой прозрачную жидкость от жёлтого до светло-коричневого цвета. Состав полученных композиционных флотореагентов-вспенивателей варьируются в зависимости от соотношения добавляемых органоминеральных ингредиентов и растворителей.

На основании результатов проведенных исследований был разработан композиционный химический флотореагент – вспениватель на основе местного сырья и отходов производств и изучены его физико-химические свойства.

Следовательно, для получения нового состава импортозамещающего композиционного химического флотореагента - вспенивателя были определены химические органоминеральные ингредиенты на основе местного и вторичного сырья, следующим процентным соотношениям.

В таблице 1 приведены составы компонентов композиции, полученных из местного сырья и отходов производств и их процентные соотношение.

Таблица 1.

Состав разработанного композиционного химического флотореагента – вспенивателя

Наименование состава композиционного химического флотореагента-вспенивателя

Содержание, %

1.

Госсиполовая смола

5

2.

ИАФ (инжекционно – адгезионная фракция)

15

3.

Глицерин

30

4.

Этиленгликоль

5

5.

Лаурет сульфат

5

6.

И-20А (веретенное масло)

5

7.

Алкил бензол

10

8.

Карбамид

25

 

Как видно из таблицы 1, модельный состав получаемого композиционного химического флотореагента - вспенивателя на основе местного сырья и отходов производств, для применения в процессе флотации руд цветных и благородных металлов является глицерин, карбамид, инжекционно – адгезионная фракция - ИАФ и алкил бензол, а также с низким процентом имеются госсиполовая смола, этиленгликоль, лаурет сульфат и веретенное масло И-20А. Необходимо отметить, что процентное соотношение состава композиционного флотореагента – вспенивателя зависит от физико-химических свойств органоминеральных ингредиентов, природы и вида флотируемых руд.

Полученные данные свидетельствуют, что рассмотренное соотношение органоминеральных ингредиентов, способной к пенообразованию и может быть применено для разработки флотореагента – вспенивателя.

В таблице 2 приведены физико-химические свойства полученного композиционного химического флотореагента – вспенивателя.

Как видно из таблицы 2, композиционный химический флотореагент – вспениватель по своим физико-химическим свойствам отвечает требованиям, поставленным для создания вспенивателей, применяемых при флотационном обогащении руд и не уступает традиционным дорогостоящим импортируемым вспенивателям Т-92. Поэтому разработанный нами вспениватель передан в «Алмалыкский ГМК» для проведения опытно-промышленных испытаний в процессе флотационного обогащения руд цветных и благородных металлов в условиях АО «Алмалыкского ГМК».

Таблица 2.

Физико-химические свойства композиционного химического  флотореагента – вспенивателя

Показатель

композиционный химический флотореагент – вспениватель

Массовая доля диметилдиоксана, %,

-

Эфирное число, мг КОН/г.

30-40

Температура вспышки в открытом тигле, °С, не ниже

150-160

Температура застывания, °С, не выше

30-40

Плотность при 20°С,г/см3

1,1-1,2

Вязкость, с

81

 

Изучены физико-химические свойства органоминеральных ингредиентов и для модельного состава, осуществлен предварительный выбор органо-неорганических ингредиентов на основе местного сырья и отходов производств. Это композиционная порошковая госсиполовая смола (КПГС), являющаяся отходом масложирового производства, инжекционно-адгезионная фракция – ИАФ, являющаяся отходом производства спирта, глицерин, получаемый на основе отходов масложирового производства, конденсированная сульфит-спиртовая барда (КССБ), являющаяся отходом производства спирта, поверхностное активное вещество - (ПАВ) и вода. Далее полученные композиционные флотореагенты варьируются в зависимости от соотношения добавляемых ингредиентов и растворителей:

1-состав: КПГС + глицерин +ПАВ (сульфанол) + вода;

2-состав: КПГС + глицерин +ПАВ (сульфанол) + H2SO4+вода;

3-состав: КССБ + глицерин + ПАВ (сульфанол) + вода;

4-состав: Глицерин + ПАВ (сульфанол) + КПГС + фенол+вода;

5-состав: глицерин+ КССБ + спиртовый отход (ИАФ);

6-состав: глицерин+ КПГС + спиртовый отход (ИАФ);

7-состав: №6 раствор+1гр фенол;

8-состав: №5 (50мл)+ №6 (50мл)+ 1гр фенол.

Необходимо отметить, что состав композиционного химического флотореагента-вспенивателя зависит от природы, вида, состава, сорбционных и физико-химических свойств органоминеральных ингредиентов и от содержания флотируемых руд. Поэтому с целью разработки эффективных составов композиционных химических флотореагентов-вспенивателей были изучены пенообразующая способность, устойчивость и физико-химические свойства разрабатываемых пенообразователей на водной и водно-спиртовой основе.

Для исследования физико-химических и технологических свойств разработанных композиционных химических флотореагентов-вспенивателей на водной и водно-спиртовой основе была изучена зависимость состава разработанных флотореагентов-вспенивателей от плотности, вязкости и рН, по сравнению с флотореагентом Т-92, которые представлены на рисунках 1, 2, 3.

 

Рисунок 1. Зависимость состава разработанных флотореагентов-вспенивателей от плотности сравнительно с флотореагентом Т-92

 

Из полученных данных видно, что разработанные новые образцы №1, №2, №6 и №7 по плотности имеют почти одинаковые значения по сравнению к известному флотореагенту Т-92.

 

Рисунок 2. Зависимость состава разработанных флотореагентов-вспенивателей от вязкости сравнительно с флотореагентом Т-92

 

Полученные данные показывают, что ближе к результатам вязкости аналога Т-92 показывают образцы №4, №5, №6, №7, №8, а образцы №1-3 показывают данные по вязкости меньше, чем Т-92.

На эффективность действия пенообразователя при всех прочих равных условиях влияют изменения рН и температуры. Это происходит через изменение растворимости пенообразователя, концентрации и подвижности его молекул в пульпе, что приводит к изменению скорости выравнивания плотности адсорбционного слоя на пузырьках и, тем самым, к изменению их эластичности и прочности пены. Однокомпонентные пенообразователи, как правило, более чувствительны к изменению указанных параметров флотации. Поэтому стабилизация пенообразования и соответственно эффективность флотации в практических условиях добиваются применением пенообразователей, состоящих из нескольких компонентов.

 

Рисунок 3. Зависимость состава разработанных флотореагентов-вспенивателей от показателя водорода (рН) сравнительно с флотореагентом Т-92

 

Как видно из диаграммы, рН разработанных образцов №2, №3, №4, №5, №7 и №8 имеет нейтральную среду равную рН-7, как у известного флотореагента-вспенивателя Т-92.

Для определения пенообразующей способности и устойчивости пены проводили лабораторные исследования синтезированных флотореагентов-вспенивателей. Пенообразующая способность и устойчивость пены растворов флотореагентов-вспенивателей определяли по ГОСТ 23409.26-78 [15]. Метод основан на измерении объёма пены (V, мл), образующейся при перемешивании раствора флотореагентов-вспенивателей в воде или в жидкой композиции.

Сравнительно устойчивость пен, содержащих органическую фазу, определяли по высоте слоя образованной пены. В этом случае для проведения эксперимента использовали мешалку с частотой вращения импеллера 300 об/мин; стакан градуированный, термометр и секундомер.

В стакан наливали 100 см3 водного раствора пенообразователя и установили его на прибор. Температура раствора (18±2) °С. Раствор перемешивали в течение 30 с. По истечении времени измеряли объем образовавшейся пены по делениям на стакане. Через 30 мин проводили повторение измерения объема пены. Пенообразующую способность (П) в процентах вычисляли по формуле:

 ,

где V - объем образовавшейся пены, см ;

Vp - исходный объем раствора, см .

Устойчивость пены (У) в процентах вычисляли по формуле:

 ,

где V30 - объем пены после 30 мин, см ;

V0 - первоначальный объем пены, см .

За окончательный результат испытания принимали среднее арифметическое результатов трех последних определений.

Устойчивая пена образуется из растворов, содержащих:

1. КССБ + глицерин + ПАВ (сульфанол) + вода;

2. (Глицерин+ КПГС + спиртовый отход (ИАФ)) 50% + (глицерин+ КССБ + спиртовый отход (ИАФ)) 50%;

3. Глицерин+ КПГС + спиртовый отход (ИАФ)+ 1гр фенол: пена высотой от 60 см3 до 100 см3 формируется в течение 15 минут, при этом интенсивного разрушения в объеме не наблюдали.

На рисунке 4 приведены результаты исследований по способности пенообразования и по устойчивости пены синтезированных вспенивателей.

 

Рисунок 4. Кинетика устойчивости пены растворов флотореагентов-вспенивателей на водной основе

1-состав, 2-состав, 3-состав, 4-состав, 5- Флотореагент Т-92.

 

Из рисунка 4 видно, что разработанные образцы образуют пену различного размера. Образцы №1 и №3 по способности пенообразования и по кинетике устойчивости пены дали хорошие результаты, чем образцы №2 и №4.

Во время процесса флотации после добавления вспенивателя происходит процесс коалесценции, который резко замедляется, так как в результате адсорбции на поверхности раздела жидкость-газ вспениватель образует ориентированный слой молекул, полярные концы которых гидратируются диполями воды. Этот гидратированный слой приводит к повышению механической стойкости оболочек и препятствует их слиянию при столкновении друг с другом, что позволяет сохранить в пульпе более мелкие пузырьки.

Пузырьки воздуха, заключенные в довольно жесткую гидратную оболочку, близкую к сферической, мало деформируются при подъеме и поэтому скорость их подъема гораздо меньше скорости подъема пузырьков такого же размера в чистой воде.

Снижение скорости подъема пузырьков воздуха под действием пенообразователей увеличивает содержание воздуха в пульпе и, тем самым, увеличивает количество их столкновений с минеральными частицами. Способность минерального зерна закрепиться на пузырьке воздуха зависит как от физико-химических характеристик его поверхности, так и от гидродинамического режима [16-20].

 

Рисунок 5. Кинетика устойчивости пены растворов флотореагентов-вспенивателей на водно-спиртовой основе

1-5 состав, 2- 6 состав, 3- 7 состав, 4- 8 состав, 5- Флотореагент Т-92.

 

Из экспериментальных данных видно, что полученные композиционные флотореагенты-вспениватели на основе спиртовых отходов образуют больше пены размером 0,3-1,2 мм и они более устойчивые, чем на водной основе.

Полученные результаты показывают, что основным назначением флотореагентов-вспенивателей является увеличение дисперсности и стабилизации пузырьков воздуха в пульпе и повышение устойчивости пены насыщенными частицами флотируемого минерала. Исследованием установлено, что размеры пузырьков и устойчивость пены должны лежать в пределах 0,6-1,2 мм и 12 мин соответственно.

Заключения. Таким образом, показан оптимальный вариант эффективного состава композиционных химических флотореагентов – вспенивателей и флотационная способность композиционных химических флотореагентов – вспенивателей на основе местного сырья и отходов производств. Роль пенообразования при флотации заключается в том, что флотореагенты-вспениватели должны обеспечить высокое извлечение частиц цветных и благородных металлов в концентрат, отвечать требованию флотационного процесса металлургических производств.

 

Список литературы:

  1. Негматов С.С. «Народное слово». 18.09.2019. №194 (7393).
  2. Кенжалиев Б.К., Тусупбаев Н.К., Медяник Н.Л., Семушкина Л.В. Изучение физико-химических и флотационных характеристик композиционных флотореагентов // Разработка полезных ископаемых. 2019, Т. 17, № 3, с. 4-11. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2019-17-3-4-11.
  3. Абрамов A.A. Флотационные методы обогащения. Москва: МГГУ. - 2008. - 710 С.
  4. Байченко А.А., Батушкин А.Н. Влияние аполярного реагента на прочность закрепления частиц на пузырьке воздуха при флотации // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2005. № 4.1.(48) С. 60–62.
  5. Родина Т.А. Флотационные реагенты. Благовещенск: АмГУ, 2015, с. 36.
  6. Юшина Т.И. Материаловедение. Флотационные реагенты. Учебное пособие. Часть 1. М.: МГГУ, 2002. С. 123.
  7. Абрамов A.A. Роль форм сорбции в элементарном акте флотации. //ФТПРПИ.- 2005.-№1. С.96-105.
  8. Горячев Б.Е. Особенности действия флотационных сил на частицы с химически неоднородной поверхностью // Цветные металлы. 2002. №1. С. 17-25.
  9. Бочаров В.А. Окисление компонентов сульфидных пульп в селективной флотации руд цветных металлов. М., Цветные металлы, 1994, №6, С. 63-66.
  10. Григорьев А.А. Производство флотореагентов // Катализ и нефтехимия, 2001, №9–10. С. 53.
  11. Рябой В.И. Проблема использования и разработки новых флотореагентов в России. // Цветные металлы. 2011. №3. С. 7-14.
  12. Бухоров Ш.Б., Қодиров Х.И., Абдикамалова А.Б., Эшметов И.Д. Значения флотационного процесса, исследование флотационных реагентов и механизмов их действия на поверхности раздела фаз // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. Бухоров Ш.Б. [и др.]. 2020. № 9(75). – С. 57-63, URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/10620.
  13. Горячев Б.Е., Шальнов А.С., Мучиашвили В.М. Смачивание диксантогенидом химически неоднородных поверхностей // Цветные металлы. 2000. №11-12. С. 45-50.
  14. Абрамов А.А., Авдохин В.М., Морозов В.В. Автоматическое регулирование реагентных режимов селективной флотации полиметаллических руд // Цветные металлы. 1990. №9. С. 12-17.
  15. ГОСТ 23409.26-78. Смеси жидкие самотвердеющие. Метод определения пенообразующей способности и устойчивости пены растворов поверхностно-активных веществ.
  16. Хурсанов А.Х., Негматов С.С., Негматова К.С., Икрамова М.Э., Рахимов Х.Ю., Негматов Ж.Н. Исследование новых композиционных химических флотореагентов – вспенивателей на основе местного и вторичного сырья для применения в процессе флотации руд цветных металлов в АО «Алмалыкский ГМК» // Композиционные материалы. 2020. №2. С. 50-54.
  17. Негматов С.С., Хурсанов А.Х., Негматова К.С., Икрамова М.Э., Рахимов Х.Ю. Технология получения импортозаменяющих композиционных химических флотореагентов - вспенивателей на основе органоминеральных ингредиентов из местного сырья и отходов производств для применения в процессе флотации руд в условиях АО «Алмалыкский ГМК» // Композиционные материалы. 2020. №1. С. 60-67.
  18. Негматов С.С., Хурсанов А.Х., Негматова К.С., Икрамова М.Э., Рахимов Х.Ю. Исследование новых композиционных химических флотореагентов-вспенивателей на основе местного и вторичного сырья для применения в процессе флотации руд цветных и благородных металлов в АО «Алмалыкский ГМК» // Композиционные материалы. 2020. №2. С. 50-53.
  19. Jaxongir Negmatov, Sayibjan Negmatov, Komila Negmatova, Mukaddas Ikramova, Abdulla Khursanov, Nodira Abed. Development of composite chemical flotation reagents and their application in the process of flotation of copper-molybdenum ores // UNIVERSUM: ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. Выпуск: 10(91). Часть 5, Москва, Октябрь, 2021, - С. 32-38.
  20. Бухоров Ш.Б., Хайдаров А.А., Хамраев С.С. Композиционные пенообразующие реагенты на основе отхода местного производства при флотации медно-молибденовых руд. // Журн. Композиционные материалы. Ташкент. 2009. №1. С. 57-59.
Информация об авторах

соискатель ГУП “Фан ва тараққиёт”, Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

applicant SUE "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

академик АН РУз, д-р. техн. наук, профессор, научный руководитель ГУП «Фан ва тараккиёт» (Наука и прогресс) Заслуженный деятель науки Республики Узбекистан, Академик Международной Академии Высший школы, почетный доктор наук института Механики Металлополимерных систем НАН Белоруссии, Узбекистан, г. Ташкент

Academician of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Doctor of Technical Sciences, Professor, Scientific Director of the State Unitary Enterprise "Fan va Tarakkiyot" (Science and Progress) Honored Scientist of the Republic of Uzbekistan, Academician of the International Academy of Higher School, Honorary Doctor of Sciences of the Institute of Mechanics of Metal-Polymer Systems of the National Academy of Sciences Belarus, Uzbekistan, Tashkent

д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник ГУП «Фан ва тараккиёт», Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Technical Sciences, Professor, Chief Researcher of the State Unitary Enterprise "Fan va Tarakkiyot", Uzbekistan, Tashkent

д-р. техн. наук, с.н.с., ГУП “Фан ва тараққиёт”, Ташкентский государственный технический университет,  Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Technical Sciences, Senior Researcher, SUE "Fan va tarakkiyot”, Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

д-р философии по техн.наук, (PhD)  ГУП “Фан ва тараққиёт”, Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Philosophy in Engineering Sciences, (PhD) SUE "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

д-р философии по техн.наук, (PhD) ГУП “Фан ва тараққиёт”, Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Philosophy in Engineering Sciences, (PhD) SUE "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

канд. техн. наук (PhD), ст. науч. сотр. Государственного унитарного предприятия «Фан ва тараккиёт» Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Candidate of Technical Sciences (PhD), senior researcher, State Unitary Enterprise "Fan va Tarakkiyot" Tashkent state technical university, Republic of Uzbekistan, Tashkent

д-р философии по техн.наук (PhD) ГУП “Фан ва тараққиёт”, Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Philosophy in Engineering Sciences, (PhD) SUE "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top