12.2 Собиратели

Собиратели – это органические вещества, избирательно концентрирующиеся на поверхности извлекаемых минеральных частиц, гидрофобизирующие их поверхность и способствующие прилипанию их к воздушным пузырькам.

Большинство реагентов-собирателей - это аполярные и гетерополярные (т.е. содержащие полярную и аполярную группы) поверхностно-активные органические вещества, способные закрепится на поверхности извлекаемых минералов и резко увеличить их флотируемость.

Аполярные вещества химически мало активны, плохо растворяются в воде и не смачиваются ею, обладают незначительной поверхностной энергией и не распадаются в воде на ионы. К ним относятся минеральные масла, жиры и другие органические соединения.

Вещества, в состав которых одновременно входят полярная группа и аполярная углеводородная цепь, называются гетерополярными (рис. 12.1).

Рис. 12.1 Строение гетерополярной молекулы

В пульпе молекулы собирателя строго ориентируются своей полярной группой к минералу, а аполярным (гидрофобным) радикалом в водную фазу.

При растворении гетерополярного соединения в воде его молекулы стремятся к границе раздела фаз, где концентрация их больше, чем в объеме раствора. Эти гетерополярные молекулы ориентируются на границе раздела жидкость - газ так, что полярные группы их направлены в воду, а аполярные углеводородные радикалы – в газовую фазу. Это объясняется тем, что аполярная группа почти не имеет сродства с водой и выталкивается в газовую фазу. Молекулы ПАВ за счет полярной группы, наоборот, имеют сродство к более полярной фазе – воде.

По виду гидрофильных групп поверхностно - активные вещества принято делить на ионогенные и неионогенные (не диссоциирующие на ионы). Ионогенные вещества диссоциируют в воде на ионы, одни из которых обладают адсорбционной активностью, другие – адсорбционно неактивны. Если адсорбционно-активными являются анионы, то такие ПАВ называются анионными или анионноактивными, в противоположном случае – катионными или катионоактивными. Если анионные ПАВ - это органические кислоты и соли, но катионные – основания, обычно амины различной степени замещения и их соли.

Наиболее широкое применение получили ионогенные анионные собиратели, являющиеся органическими производными угольной, фосфорной, серной и соответствующих им тиокислот, а также алкилгидраксамовые кислоты и их соли. В зависимости от состава солидофильной группы анионные реагенты подразделяются на сульфгидрильные (на основе двухвалентной серы) и оксигидрильные (на основе органических кислоит и сульфокислот).

Из собирателей сульфгидрильного типа наиболее широко применяются ксантогенаты и дитиофосфаты (аэрофлоты).

Группа ксантогенатов (соли ксантогеновой кислоты) имеют общую формулу:

где R – углеводородный радикал (аполярная группа)

-OCSS- – полярная группа

Примеры:

- C₂H₅OCSSK – этиловый ксантогенат калия,

- C₃H₇OCSSK – пропиловый ксантогенат калия,

- C₄H₉OCSSK – бутиловый ксантогенат калия и др.

Область применения – флотация сульфидных минералов, меди, свинца, цинка, сурьмы, молибдена и самородных металлов (золото, серебро, платина).

Группа дитиофосфатов (аэрофлоты), являющиеся солями дитиофосфатных кислот, имеют общую формулу:

Примеры: бутиловый аэрофлот

Область применения – при флотации сульфидных цинковых и медных минералов с минимальным содержанием пирита.

Оксигидрильные собиратели разделяются на две группы: карбоксильные (органические кислоты жирного ряда) и сульфоксильные (мыла).

Общая формула карбоксильных собирателей:

R-COOH

Мыла жирных кислот - общая формула:

R-COOMe

Примеры:

- олеиновая кислота С₁₇Н₃₃СООН,

- олеат натрия C₁₇H₃₃COONa,

- пальмитиновая кислота C₁₅H₃₁COOH,

- стеариновая кислота C₁₇H₃₅COOH.

Используются также нафтеновые кислоты, мылонафты, таловое масло, синтетические жирные кислоты

Область применения – высокоэффективные собиратели для флотации несульфидных минералов (фосфатных, кальциевых и др.) или апатит, шеелит, флюоритсодержащих руд.

Алкилгидроксамовые кислоты и их соли, известны, как реагент ИМ-50.

Общая формула:

Область применения – используются при флотации титана, ниобия, тантала, олова.

Собиратели, производные серной кислоты, представлены алкилсульфатами и алкилсульфонатами, в состав аниона которых входят следующие группы.

- сульфокислоты, общая формула

- алкилсульфаты, общая формула

Катионные собиратели - это реагенты, в которых гидрофобизирующим ионом является катион (положительно заряженный ион), применяются реже анионных.

Они называются аминами, так как являются производными аммиака или аммония.

Общая формула:

R-NH₂

Область применения – применяются при флотации силикатных минералов: кварца, полевого шпата, слюд, литиевых и бериллиевых руд.

Неионогенные (Аполярные) собиратели, не диссоциирующие на ионы. К ним относятся: керосин, трансформаторное, машинное и нефтяные масла, смолы, продукты перегонки угля, торфа.

Применяются обычно в сочетании с другими собирателями – жирнокислотными или ксантогенатами.

Флотируют минералы с хорошей природной гидрофобностью: молибденит, уголь, серу, графит, алмазы, а также карбонаты, окислы сульфиды.