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

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

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

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 ;

V_p - 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.