Флотация гематитовых кварцитов катионными собирателями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.11, кандидат наук Крайний, Анатолий Анатольевич

• Крайний, Анатолий Анатольевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Крайний, Анатолий Анатольевич

Оглавление

Используемые сокращения и обозначения

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Цель диссертационной работы

Основные задачи исследований:

Научная новизна

Практическая значимость

Положения, выносимые на защиту

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Общие сведения

1.2 Механизм адсорбции флотационных реагентов на поверхности минералов

1.2.1 Механизм образования электрического заряда поверхности минерала

1.2.2 Образование двойного электрического слоя

1.3 Современные реагентные режимы флотации железных руд

1.4.1 Генезис железорудных месторождений

1.4.2 Современная тенденция обогащения железистых кварцитов

1.4.3 Анализ научных исследований в области флотационного обогащения железистых кварцитов

ВЫВОД

2 ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1 Объекты исследования

2.2 Метод качественного определения алифатических аминов

2.3 Метод количественного определения алифатических аминов

2.4 Химический и минералогический методы анализа

2.5 Методика определения гранулометрического состава

2.6 Методика определения общей удельной поверхности и распределения частиц по размерам

2.7 Методика определения адсорбционных характеристик

2.8 Методика определения электрокинетического потенциала

2.9 Методика определения поверхностного натяжения

2.10 Методика определения краевого угла смачивания

2.11 Методика определения свободного оксида кремния

3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 Физико-химическая характеристика гематита, природного кварца и гематитовых кварцитов Михайловского месторождения

3.1.1 Гематит

3.1.2 Кварц

3.1.3 Гематитовые кварциты

3.2 Физико-химическая и экотоксикологическая характеристика флотационных реагентов

3.2.1 Собиратели

3.2.2 Депрессоры

3.3 Изучение влияния различных видов собирателей и депрессоров на флотацию гематитовых кварцитов

3.3.1 Методика проведения флотационных опытов

Последовательность выполнения флотационного опыта

3.3.2 Выбор флотореагентов и оптимального режима флотации гематитовых кварцитов

3.3.3 Получение товарного железорудного концентрата и анализ продуктов обратной катионной флотации

ВЫВОД

3.4 Коллоидно-химические закономерности влияния

флотореагептов на различных границах раздела фаз

3.4.1 Изучение процесса адсорбции флотационных реагентов на поверхности кремнезема и гематитовых кварцитов Михайловского месторождения

3.4.2 Изучение электрокинетических свойств флотируемых минералов на границе раздела фаз

3.4.3 Определение коллоидно-химических характеристик ПАВ на поверхности раздела фаз

ВЫВОДЫ

3.5 Проведение опытных испытаний в условиях

Михайловского ГОКа

3.6 Расчет экономической эффективности

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Список использованной литературы

Приложение

П 1. АКТ Представительная проба общих отвальных хвостов МГОК

П 2. АКТ Лабораторная флотация с использованием катионных собирателей ФЛОН и РА-14 в условиях МГОКа

П 3. Определение общей удельной поверхности и распределение частиц по размерам на приборе Analysette 22 NanoTec plus

П 4. Определение электрокинетического потенциала с помощью лазерного дифрактометра Microtrac Zetatrac с использованием программы Microtrac FLEX

Используемые сокращения и обозначения

ПАВ - поверхностно-активные вещества;

КПАВ - кагионные поверхностно-активные вещества;

ГОК - г орно-обогатительный комбинат;

ООХ - общие отвальные хвосты;

ПДК - предельно допустимая концентрация;

ДЭС - двойной электрический слой;

ММС - мокрая магнитная сепарация.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Флотация гематитовых кварцитов катионными собирателями»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Широко используемые в России классические методы обогащения железосодержащих руд не позволяют обогащать попутно добываемые тонков-краплеиные руды сложного состава. Данные руды направляют в отвал, при этом содержание оксидов железа в отвалах может достигать 40 % [1-3]. Железо в отвальных породах представлено в основном немагнитной - гематито-вой (Ре2Оз) фракцией [4]. Флотация является одним из эффективных коллоидно-химических способов обогащения немагнитных рудных минералов. Включение в процесс обогащения флотационного метода позволяет повысить качество товарного продукта, увеличить процент извлечения полезного компонента и попутно обогащать тонковкрапленные руды сложного состава. При флотационном обогащении железосодержащих руд в основном используют обратную катионпую флотацию [5-8]. В качестве собирателей, как правило, применяют высшие алифатические амины или их смеси импортного производства («Tomah» США; «Akzo Nobel» Швеция; «Clariant» Германия; «Ceca» Франция), а в роли депрессоров выступают реагенты, препятствующие прилипанию пузырьков воздуха к поверхности железосодержащих минералов [9-12]. Флотация является сложным технологическим процессом, так как она чувствительна к изменениям количества флотореагентов, соотношению тонко- и крупновкрапленного минерала, времени контакта частиц, температуры пульпы и присутствию неорганических модификаторов процесса -электролитов. Несмотря на это, флотационный метод обогащения остается одним из основных способов получения концентратов с высоким содержанием железа (60-70%) и низким содержанием кремнезема из тонковкрапленных руд сложного состава [13-15].

Цель диссертационной работы

Изучение коллоидно-химических процессов на границе раздела фаз для оптимизации технологического режима обратной катионной флотации гематитовых кварцитов с применением отечественных собирателей.

Основные задачи исследований:

1. Изучить влияние различных видов флотационных реагентов (собирателей, депрессоров и регуляторов рН) на обогащение гематитовых кварцитов в лабораторных условиях;

2. Выявить основные аспекты влияния характера поверхности флотируемых минералов на флотацию катионными собирателями;

3. Определить сорбциопные характеристики гематитовых кварцитов по отношению к стандартным красителям и азотсодержащим ПАВам;

4. Изучить влияние предложенных реагентов на поверхностное натяжение на различных границах раздела фаз и на изменение краевого угла смачивания;

5. Изучить влияние природы флотореагентов и рН на величину дзета-потенциала гематита, кварца и гематитовых кварцитов;

6. Разработать оптимальный реагентный режим обратной катионной флотации гематитовых кварцитов Михайловского месторождения, обеспечивающий получение товарного концентрата.

Научная новизна

• Установлено, что при воздействии на кварц и гематитовые кварциты разработанного кагионного собирателя на основе смеси высших алифатических аминов с добавлением жирных спиртов происходит уменьшение электрокинстического потенциала по абсолютной величине, при этом изменение заряда поверхности кварца в два раза больше, чем гематита. Это свидетельствует о более значительной адсорбции разработан-

ного катионного собирателя на поверхности оксида кремния по сравне-' нию с адсорбцией па поверхности гематита и предполагает возможность

использования разработанного собирателя для флотации кварца в присутствии гематита.

• Показано, что адсорбция исследуемых флотационных реагентов на ге-матитовых кварцитах имеет мономолекулярный характер. Емкость монослоя разработанного катионного собирателя в 2 раза меньше импортного аналога, что позволяет при одинаковом расходе модифицировать большую поверхность флотируемого компонента.

• Определено, что сочетание высших алифатических аминов и жирных спиртов в разработанном флотационном реагенте усиливает селективную флотацию кварца гематитовых кварцитов. Это позволяет снизить содержание оксида кремния в камерном продукте и повысить качество железосодержащего концентрата.

• Разработана новая собирательная смесь и оптимальный реагентный режим для обратной кагионной флотации гематитовых кварцитов Михайловского месторождения.

Практическая значимость

В данной работе разработан флотационный реагент, который может служить заменой импортного аналога, что соответствует современному курсу российской экономики на импортозамещение. Установленные закономерности влияния характера поверхности флотируемых минералов на их флотационное обогащение позволяют получить селективно-действующий флотационный реагент и разработать оптимальный реагентный режим обратной ка-тионной флотации гематитовых кварцитов Михайловского месторождения. Экономический эффект о г внедрения составит 0,625 — 0,75 долл. США на 1 тонну обогащаемой руды методом флотации.

Апробация работы

Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на региональных, всероссийских и международных научно-практических и научно-технических конференциях: 1) XXI Международная научно-практическая конференция «КАЗА1ГГИП-ЭКО-2013. Инновационные пути решения актуальных проблем базовых отраслей, экологии, энерго- и ресурсосбережения», Щелкнно, АР Крым, 2013; 2) Международная научно-техническая конференция молодых ученых, проходившая в рамках программы «У.М.Н.И.К.», Белгород, 2013; 3) Региональная научно-практическая конференция молодых исследователей «Перспек тивные инновационные разработки молодых исследователей Белгородской области - развитию региона», Белгород, 2013; 4) Региональная научно-практическая конференция молодых исследователей «Перспективные инновационные разработки молодых исследователей Белгородской области - развитию региона», Белгород, 2014; 5) Международный форум «Флотационные реагенты 2014», КРЕОН ЭНЕРДЖИ, Москва, 2014; 6) XI Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Современные проблемы горно-металлургического комплекса. Наука и производство», Старый Оскол, 3-5 декабря 2014. Работа является победителем программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» (УМНИК), 2014, выполнена в рамках гранта для аспирантов и молодых научно-педагогических работников по программе стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова на 2012-2016 годы (договор № Б - 6/14 от 10.04.14.), при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № НК 14-4108015/14 р_офи_м.

Положения, выносимые на защиту

1. Возможность использования разработанного флотореагента на основе смеси высших алифатических аминов и жирных спиртов в качестве собирателей при обратной катионной флотации гематитовых кварцитов;

2. Влияние предложенного флотореагента на коллоидно-химические свойства гематитовых кварцитов на различных границах раздела фаз.

3. Оптимальный технологический режим обратной катионной флотации гематитовых кварцитов;

4. Результаты лабораторных и опытных испытаний обратной катионной флотации гемажговых кварцитов.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 4 статьи в научных журналах из списка ВАК РФ. Структура диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, общих выводов и приложений. Содержи! 120 страниц машинного текста, включающего 45 рисунков и фотографий, 23 таблицы, библиографический список из 117 наименований, 6 приложений.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Метод флотационного обогащения полезных ископаемых — один из наиболее распространенных коллоидно-химических процессов. На сегодняшний день он приобретает все большее значение, так как, используя именно флотационный метод, можно обогащать немагнитную и тонковкрап-ленную руду сложного вещественного состава, которая не обогащается классическими методами [16]. Каждый год в отвалы сбрасываются миллионы тонн таких руд с содержанием железа до 40%. Учитывая это, актуальными являются исследования, направленные на разработку новых флотационных реагентов и оптимизацию реагентных режимов флотации при обогащении железосодержащих руд.

Основным направлением повышения эффективности флотации железосодержащих руд является использование катионактивных собирательных смесей. Повышение качества концентратов может быть достигнуто путем увеличения селективной способности собирательной смеси по отношению к силикатам [ 17-20].

Большой вклад в развитие технологий флотационного обогащения и разделения минералов с близкими флотационными свойствами, внесли работы Богданова О.С., Глембоцкого В.А., Чантурия В.А., Полькина С.И., Курко-ва A.B., Рябого В.П., Плаксина И.Н., Филиппова Л.О., Кармазина В.И., Бехт-ле Г.А., Кармазина В.В., Cronberg A.D., Forssberg K.S.E., Houot R., Polgaire J.L., Hanumantha Rao К., Araujo A.C. и других отечественных и зарубежных ученых.

В настоящее время исследованы в качестве катионных собирателей индивидуальные амины, эфиры первичных аминов диамины и их эфиры. Недостатки исследованных аминов - это, в первую очередь, отсутствие их эко-гоксикологпческих характеристик. Импортные флотационные реагенты не характеризуются значениями предельно допустимых концентраций (ПДК). Как правило, приводятся характеристики аналогичных соединений. Отсутст-

вие достаточной информации по влиянию флотационных реагентов на окружающую среду может нанести серьезный ущерб близлежащей территории горно-обогатительных комбинатов, а накопление в отвалах значительного количества окисленных кварцитов увеличит техногенную нагрузку на территорию.

1.1 Общие сведения

Флотационный метод обогащения позволяет отделить одни минералы от других. Это происходит за счет селективного прилипания флотируемых частиц к поверхности раздела двух фаз — жидкой и газообразной [21-22].

В основном в промышленности используется пенная флотация, которая основана на прилипании менее гидрофильных частиц к пузырькам воздуха, поступающего снизу через смесь флотируемых частиц с водой, и извлечения этих частиц в пенный продукт флотации. При этом более гидрофильные частицы остаются взвешенными в пульпе [21-22].

Пенная флотация осуществляется за счет образования воздушных пузырьков, которые способствуют разделению минеральных частиц. Для образования этих пузырьков и возможности перемешивания флотационных реагентов используют флотационные машины [23-24].

Флотационные машины делятся в зависимости от способов перемешивания пульпы, засасывания и диспергирования воздуха.

Большинство минералов не обладает способностью к флотации, так как в естественном виде хорошо смачиваются водой. В результате этого главными реагентами, позволяющими флотировать минералы, являются реагенты, гидрофобизирующие поверхность минерала. Главной задачей этих реагентов является адсорбция на поверхности флотируемого минерала и тем самым снижение смачиваемости этого минерала. Такие реагенты называют собирателями, их действие, как правило, недостаточно селективно. Поэтому применяют реагенты, которые регулируют действие собирателей, усиливая его или ослабляя. Реагенты, усиливающие действие собирателей, называются

активаторами, а ослабляющие это действие — подавителями (депрессорами) [23-25].

Для того, чтобы замедлить разрушение образующихся комплексов, используют пенообразователи. Роль пенообразователя заключается также в создании условий для гонкой диспергации вводимого воздуха и предохранения пузырьков от коалесценции в объеме пульпы. Пенообразователи увеличивают прочность контакта комплекса частица — пузырек. Кроме того, важная особенность пенообразователей — существенное снижение скорости подъема пузырьков в жидкости [23-25].

Выделяют группу реагентов-регуляторов рН среды; как правило, регуляторы среды могут быть также активаторами или депрессорами флотации.

При флотации используют реагенты, способствующие слипанию или диспергации частиц. Слипание частиц в зависимости от применяемых реагентов называют флокуляцией, или коагуляцией, а реагенты, вызывающие слипание, — флокулянтами или коагулянтами. Реагенты, препятствующие слипанию частиц, называют диспергаторами. Собиратели обладают флокулирующим действием. Активаторы и депрессоры могут обладать флокулирующим или коагулирующим действием, а также могут быть и диспергаторами частиц [23-25].

Действие всех флотационных реагентов (собирателей, депрессоров, модификаторвов и регуля торов) связано с их способностью адсорбироваться на поверхностях минералов, в результате они изменяют свойства этих поверхностей. Движущей силой адсорбции флотационных реагентов на поверхностях флотируемых минералов, в общем случаи, являются такие типы взаимодействия как: гидрофобное, электростатическое и дисперсионное.

1.2 Механизм адсорбции флотационных реагентов на поверхности

минералов

Прежде чем изучать механизмы адсорбции флотационных реагентов, необходимо рассмотреть основные принципы естественной флотируемости и гидратации минералов.

Естественная гидратация поверхности возможна, когда взаимосвязь молекул одной фазы меньше взаимосвязи молекул между разными фазами. Если происходит взаимодействие между молекулами одной фазы, например воды, то это взаимодействие называется когезия. Притяжения разнофазовых молекул друг к другу - адгезия [26].

Гидратация в таком случаи возможна, когда ¡¥Я/ЖК > 1, где Жа — энергия адгезии твердого тела и воды; И^к — энергия когезии воды. Очевидно, чем больше тем лучше минерал смачивается водой [26].

Адсорбция молекул воды на поверхности минерала может происходить в тех случаях, когда происходит межмолекулярное взаимодействие молекул воды и молекулами поверхностного слоя твердого тела, а также за счет водородной и координационной связи могут образовываться химические соединения [26].

Молекулы воды образовывают многослойные покрытия в том случае, когда поверхность минерала обладает хорошей смачиваемостью. Смачиваемость минерала определяется краевым углом в на границе трех фаз твердое тело-жидкость-газ. Когда краевой угол смачивания равен 90° отношение Ила/Жк = 1, а энергии адгезии и когезии равны. В случае, когда 0 = 180° \У.Л < а жидкость совершенно не смачивает поверхность минерала. По на практике минералов с краевым углом смачивания > 105° не находилось, а для таких минералов как кварц и гематит он очень низкий и не превышает 25°. Это связано с тем, что когда минерал разрушается, на его поверхности образуются ненасыщенные связи. Это происходит за счет разрыва связей между атомами, молекулами и ионами.

Образование ненасыщенных связей на поверхности минералов характеризует степень смачиваемости, чем обнаженных связей больше, тем степень смачиваемости сильней. Так как на поверхности гематитовых кварцитов сосредоточено большое количество ненасыщенных связей они хорошо смачивается, следовательно, не обладают естественной флотируемостыо, а процесс адсорбции флотационных реагентов носит сложный характер [27-29].

В основе сложного процесса адсорбции флотационных реагентов лежат физические и химические взаимодействия сорбента с сорбатом и наоборот. Если рассматривать физическую адсорбцию, то она носит обратимый характер, так как молекулы сорбата и сорбента в этом случаи остаются неизменными и образованные между ними связи слабыми. В результате химической адсорбции происходит образование новых химических связей между сорбентом и сорбатом, обычно такие связи очень сильные, поэтому хемосорбция в большинстве случаев носит необратимый характер.

Основные сведения об адсорбционных свойствах минерала и характера адсорбции на нем могут быть получены на основании анализа изотерм адсорбции [27-29].

Вид изотермы адсорбции зависит от таких факторов как, природа сорбата, его концентрация в растворе, природы сорбента и характера его поверхности. Изотермы мономолекулярной адсорбции описываются уравнением Ленгмюра, которое выведено на основании кинетической теории. Для растворов оно имеет следующий вид:

^ ал)

1+ЬС 4 7

где Гт - емкость монослоя; Ь - константа; С - концентрация сорбата.

На начальном участке изотермы адсорбции, где концентрация сорбата мала уравнение (1.1) принимает другой вид и соответствует уравнению Ген-

В этом случаи сорбционная емкость прямо пропорциональна концентрации.

В большинстве случаев происходит полимолекулярная адсорбция. Так как практически на всех поверхностях присутствуют микротрещины, микро-п макропоры, в таких случаях молекулы сорбата при сорбции заполняют микропоры и микротрещины, накладываясь друг на друга. Это приводит к образованию нескольких слоев сорбата на поверхности сорбента. Брунау-эром, Эмметом и Тейлором разработана теория полимолекулярной сорбции. В зависимости от структурных особенностей поверхности материала были выделены 6 типов изотерм адсорбции (рис. 1.1) [30].

ри:

г - Гтьс,

(1.2)

р (с>

Р(С)

Р(С)

р(с)

р(с)

Рис. 1.1 Типы изотерм адсорбции

Характер изотерм адсорбции I типа характеризует наличие на поверхности сорбента микропор. При этом ширина микропор не превышает нескольких диаметров молекул. Изотермы адсорбции II типа характерны для непористых твердых тел. Изотермы III типа наблюдаются при адсорбции паров на непористых и макропористых твердых телах, а изотермы V типа - при адсорбции паров на мезопористых и микропористых. Наличие петли гистерезиса у изотерм IV типа, обусловлено эффектом капиллярной конденсацией. Изотерма VI типична для некоторых типов цеолитов, которые обладают очень однородными (правильными) порами. На первой ступени заполняются поры одного размера, на следующей - другого, и так далее [31].

Наличие на поверхности микротрещин и микропор значительно усложняет процесс адсорбции и он носит более сложный характер, так как при заполнении всего объема микропор происходит уплотнение молекул сорбата, в результате чего происходит перекрывание адсорбционных полей, создаваемых стенками микропор и микротрещин. Однако многослойной сорбции молекул сорбата не происходит в малом объеме микропор. Это связано с тем, что в микропорах присутствует молекулы воды. Присутствие воды в объеме микропор и микротрещин выравнивает сорбционный потенциал. Но за счет уплотнения молекул сорбата на поверхности сорбента концентрация вещества в области раздела фаз выше чем в растворе. В результате поверхностное натяжение на границе раздела фаз твердое-жидкость снижается.

При адсорбции катионных собирателей одновременно происходит взаимодействие молекул растворенного сорбата с молекулами воды и с атомами поверхностного слоя минерала. При этом энергия, которая удерживает молекулы сорбата на поверхности сорбента, равняется разности энергий этих двух взаимодействий.

Очень большое значение на сорбцию в водных растворах имеет температура. На микропористых поверхностях, при условии, что размер молекул сорбата близки с размерами пор, проникновение молекул в эти поры происходит в том случае если у них достаточно кинетической энергии. Если энер-

гии (температуры) недостаточно, то проникновение молекул в поры незначительное. В случае молекул больших размеров, каковыми являются катионные собиратели, адсорбция идет преимущественно на внешней поверхности сорбента и увеличение температуры способствует химической адсорбции. Так же надо учитывать тот факт, что увеличение температуры приводит к ухудшению физической адсорбции.

Влияние температуры на сорбцию в растворах были изучены Гиббсом. Он ввел понятия избыточной адсорбции (Г). Данное понятие характеризует избыточное содержание сорбата в адсорбционном слое в сравнение с его содержанием в растворе [27-29]. В том случаи, когда адсорбция происходит за счет электростатических и специфических сил, уравнение для константы равновесия принимает вид:

КА = • е^-^ (1.3)

где Кд — константа равновесия при стандартных условиях;

Дг — изменение заряда поверхности;

Р - постоянная Фарадея;

Ф - электрический потенциал поверхности;

Я - газовая постоянная;

Т — абсолютная температура.

Получается, что константа равновесия связана не только с химической составляющей свободной энергией Гиббса, но и с электростатической [3233].

При этом при адсорбции поверхностно активных веществ на границе раздела раствор-воздух свободная энергия Гиббса привязана к адсорбционной модели Штерна, при которой адсорбция происходит на определенной площадке мономолекулярным слоем, а молекулы при этом неподвижны.

В работах Миргород 10.А. изучена термодинамика и кинетика сорбции КПАВ и АГ1АВ в растворах, а также экспериментально определена: площадь, ; приходящаяся на молекулу ПАВ в зависимости от температуры, и энергия

I

адсорбции Гиббса КПАВ. Выло установлено, что кинетика сорбции КПАВ контролируется равновесной избыточной концентрацией на поверхности твердого тела, а анионного ПАВ - адсорбционным барьером [112-114].

1.2.1 Механизм образования электрического заряда поверхности

минерала

Минералами для изучения природы электрического заряда поверхности являются гематит (оксид железа) и кварц (оксид кремния). Для оксидов определяющим значением поверхностного заряда является значение рН, так как заряд на поверхности оксидов образуется в результате гидратации минеральной поверхности по основному механизму диссоциации или по кислотному [34-35].

Так как на поверхности оксидов нет постоянного заряда, то заряд на поверхности создается гидроксилами, это происходит за счет разницы химических потенциалов жидкой и твердой фазы. При этом равновесие достигается за счет диссоциации и адсорбции молекул воды [32-33].

Взаимодействие гидроксилов на поверхности оксидов происходит по механизму (1.4).

=8-0~+ Н30' <-» =8- ОН + Н20 <-> =8-ОН2+ + ОН (1.4)

где =8 — химически активный центр.

Схема 1.4 показывает наличие групп с отрицательным, положительным и нулевым зарядом. При этом сумма этих зарядов будет определять общий заряд поверхности. Присутствие ионов Н+ и ОН в этом случаи будет вызывать изменение межфазного потенциала [32-33].

Также стоит отметить, что при определенном значении рН для любой системы минерал/раствор характерна изоэлектрическая точка, т.е. точка, которая соответствует нулевому заряду.

1.2.2 Образование двойного электрического слоя

Образование ДЭС происходит самопроизвольно, в результате стремления системы уменьшить энергию Гиббса поверхностного слоя. При этом определяющую роль заряда поверхности имеет значение рН. Так как в зависимости от среды кислотной или основной происходит увеличение или уменьшение заряда поверхности. Более наглядно это можно представить схематично:

(1.5)

В случае, когда адсорбция катионов или анионов из раствора протекает неодинаково, на поверхности твердого тела образуется избыточный заряд. В результате неравномерной адсорбции катионов и анионов на границе раздела твердое-жидкость происходит образование двойного электрического слоя [46].

При этом заряд поверхности твердого тела будет образовывать внутреннюю обкладку ДЭС, а внешнюю обкладку ДЭС будут образовывать равное число противононов, сосредотачивающиеся на поверхности за счет электростатических сил |46].

Современная теория строения ДЭС основана на представлениях Штерна. Во-первых, он принял, что ионы имеют конечные, вполне определённые размеры и, следовательно, центры ионов не могут находиться к поверхности твёрдой фазы ближе, чем на расстоянии ионного радиуса. Во-вторых, Штерн учёл специфическое, не электрическое, взаимодействие ионов с поверхностью твёрдой фазы.

Согласно теории Штерна, первый слой противононов притягиваются к стенке под влиянием как электростатических, так и адсорбционных сил (рис. 1.2). В результате этого часть противононов удерживается поверхностью на очень близком расстоянии, порядка 1-2 молекул, образуя плоский конденсатор толщиной б, предусмотренный теорией Гельмгольца-Перрена [36-40]. Этот слой, в котором, естественно, наблюдается резкое падение электриче-

ского потенциала, одни авторы называют гельмгольцевскими, другие -штерновекими, третьи - адсорбционным слоем. Остальные противоионы, нужные для компенсации погенциалопределяющих ионов, в результате теплового разбрасывания образуют диффузную часть двойного слоя, в которой они распределены согласно тем же законам, что и в диффузном слое Гуи-Чэпмеиа. Эту часть двойного слоя, в которой потенциал падает относительно постепенно, иногда называют слоем Гуи [46-48].

А

Рис. 1.2 Двойной электрический слой по Штерну 5 — толщина плоского конденсатора; (р§ — падение потенциала в диффузионной части; (р0 — полное падение потенциала;^ - электрокинетический потенциально ~~ Фб) ~ разность потенциалов между обкладками конденсатора.

Теории ДЭС, как и все теории требует экспериментальных подтверждений. Померить ДЭС на практике не возможно, но можно измерить близкое значение к ДЭС - это электрокинетический потенциал или дзета-потенциал. Величина скачка потенциала на границе фаз, находящихся в движении относительно друг друга, т. е. на поверхности скольжения АВ

(рис. 1.2), называется электрокинетическим или С, — потенциалом (дзета-потенциал).

Этот потенциал является важной характеристикой ДЭС, он определяет возможность и скорость относительного перемещения дисперсной фазы и дисперсионной среды, интенсивность электрокинетических явлений, устойчивость золей и разрушение дисперсных систем электролитами. Значение ъ-потенциала можно определить по скорости движения коллоидных частиц и по скорости движения жидкости. Знак г-потенциала определяется знаком заряда потенциал образующего слоя.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Крайний, Анатолий Анатольевич, 2014 год

Список использованной литературы

1. Сентемова В.А. Проблема повышения качества концентратов на железорудных обогатительных фабриках // Горный журнал. - 1997. - № 4. -С. 41-46.

2. Пивень В.А., Дендюк Т.В., Калиниченко А.Ф. Применение обратной катионной флотации для доводки концентратов магнитного обогащения кварцитов Ингулецкого ГОКа // Горный журнал. - 2003. - Спецвыпуск. - С. 3 1-35.

3. Кармазин В.И. Обогащение руд черных металлов //Москва: Недра, 1982. - С. 216.

4. Кретов С.И., Губин С. Л., Потапов С.А. Совершенствование технологии переработки руд Михайловского месторождения // Горный журнал. - 2006. № 7. - С. 71-74.

5. Processing of Iron Ore by Reverse Column Flotation/ E. C. Dowling, I. Hebbard, T. S. Eisele, S. K. Kawatra // Proceedings of the XXI International Mineral Processing Congress, Rome, Juli 23-27, 2000. - Vol. B, Oral Session.

6. Tippin R. B. Obtaining Magnetite Super-concentrates by Cation Flotation Method: Trans of the Society of Mining Eng of AIME, March 1972. - Vol. 1.

7. Column Flotation for the Expansion of Flotation Circuit at Samarco Mine-racao, Brazil, Column 91 / P. R. M. Viana, J. P. Silva, P. J. B. Rabelo

8. Sandvik K. L., Nybo A. S., Rushfeldt O. Reverse Flotation to Low Impurity Levels by Column Flotation, Column 91 // Int. conf. on column Flotation, Sudbury, June 2-6, 1991.

9. http://wwvv.mining clariant.com/.

10. http://www.suriace.akzonobel.com/.

11. http://wwvv.tomah3.com/.

12. http://www.ceca.fr/.

13. Глембоцкмй В. А., Бехтле Г. А., Флотация железных руд. - М.: Недра, 1964.

14. Богданов О. С., Максимов И. И., Поднек А. К. Теория и технология флотации руд / - М.: Недра, 1990. - С. 354-393.

15. Абрамов А. А., Леонов С. Б., Сорокин М. М. Химия флотационных систем. - М.: Недра, 1982.

16. Губин С.Л., Авдохин В.М. Флотация магнетитовых концентратов ка-тионными собирателями // Горный журнал. - 2006. - № 7. - С. 80-84.

17. Кретов С И., Губин С.Л., Игнатова Т.В., Сентемова В.А, Безногова Ю.С. Испытания технологии получения гематитовых концентратов из хвостов обогатительной фабрики ОАО «Михайловский ГОК» // Обогащение руд. - 2007. - № 6. - С. 20-24.

18. Губин Г.В., Курочкин Г.М. Магнитные свойства природных минералов окисленных железных руд // Изв. Вузов. Горный журнал. - 1992. -№ 8. - С. 7-10.

19. Губин Г.В., Мироненко С.Н., Губин Г.Г. Основные этапы развития обогащения бедных железистых кварцитов в Кривбассе // Обогащение руд. - 2000. - № 4 - С. 7-1 1.

20. Глембоцкий В.А., Бехтле Г.А. Флотация железных руд // Москва: Недра, 1964.-С. 224.

21. Богданов О.С., Поднек А.К., Хайнман В.Я., Янис H.A. Вопросы теории и технологии флотации // Труды института Механобр. - Ленинград, 1959. - Вып. 124. - С. 392.

22. Богданов О.С., Максимов И.И., Поднек А.К., Янис H.A. Теория и технология флотации руд // 2-е изд., Москва: Недра, 1990. - С. 363.

23. Абрамов А. А. Технология обогащения руд цветных и редких металлов. М., Недра, 1983.

24. Абрамов А. А., Леонов С. Б., Сорокин М. М. Химия флотационных систем. М., Недра, 1982.

25. Богданов О.С., Максимов И.И., Поднек А.К., Янис Н.А. Теория и технология флотации руд // 2-е изд., Москва: Недра, 1990. - С. 15-30.

26. Богданов О.С., Максимов И.И., Поднек А.К., Янис Н.А. Теория и технология флотации руд // 2-е изд., Москва: Недра, 1990. - С. 30-60.

27. Фридрихсберг Д. А. Курс коллоидной химии, М., 1978.

28. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия // 5-е изд., Москва: Высшая школа, 2007.

29. Артеминко А.И. Органическая химия // 5-е изд., Москва: Высшая школа, 2002.

30. hitр://с!к'т21.info/info/.

31 • hllp://lehnoinfo .ru/pcrerabotkinefti/23.html.

32. Северов В.В. Разработка процесса обратной флотации железистых кварцитов с использованием катионных и неионогенных собирателей. Диссертация к.н., Москва, 2011.

33. Северов В.В. Разработка процесса обратной флотации железистых кварцитов с использованием катионных и неионогенных собирателей. Автореферат к.н., Москва, 2011.

34. Parks G.A., De Bruyn P.L. The zero point of charge of oxides // J. Phys. Chem. - 1962. -Vol. 66.- P. 967-972.

35. Parks G.A. The isoelectric point of solid oxides, solid hydroxides and aqueous hydroxo- complexes systems // Chem. Rev. - 1965. - Vol. 65 (2). -P 177-198.

36. Westall J., Hohl H. Comparison of models for the oxide-solution interface // Adv. Coil. Interface Sci. - 1980. - Vol. 12. - P. 265-294.

37. Westall J. Reactions at the oxide-solution interface: chemical and electrostatic models // In: Chemical Processes at the Mineral Surfaces, (ed.) J. Davis and К Hayes. - American Chemical Society Symposium Series N2 323. - American Chemical Society, Washington, 1986. - P. 54-78.

38. Bolt G.H., Van Riemsdijk W.H. Ion adsorption on inorganic variable charge constituents // In: Soil Chemistry: B. Physicochemical Models, (ed.) G.H. Bolt. - Elsevier, Amsterdam, 1982. -P. 459-504.

39. Van Riemsdijk W.H., Bolt G.H., Koopal L.K., Blaakmcr J. Electrolyte adsorption on- heterogeneous surfaces: Adsorption models // J. Colloid Interface Sei. - 1986. - Vol. 109 (1). -P. 219-228.

40. Borkovec M. Origin of 1-pK and 2-pK models for ionizable water-solid interfaces // Langmuir. - 1997. - Vol. 13 (10). - P. 2608-2613.

41. Westall J., Hohl I I. Comparison of models for the oxide-solution interface // Adv. Coll. Interface Sei. - 1980. - Vol. 12. - P. 265-294.

42. Westall J.С., FITEQL. A computer program for determination of equilibrium constants from experimental date. Version 1.2. Report 82-01 //Department of Chemistry, Oregon state Univ.

43. Hiemstra, Т., Van Reimsdijk W.H. Flouride adsorption on goethite in relation to different types of surface sites // J. Colloid Interface Sei. - 2000. -Vol. 225.-P. 94- 104.

44. Rietra, RP.J.J., Hiemstra Т., Van Riemsdijk W.H. Electrolyte anion affinity and its effect on oxyanion adsorption on goethite // J. Colloid Interface Sei. - 2000. - Vol 229. - P.

45. Tadanier C.J., Eick M.J. Formulating the charge-distribution multisite surface model using FITEQL // Soil Science Society of America. - 2002 - -P 1505-1517.

46. Богданов О.С., Максимов И.И., Поднек А.К., Янис H.A. Теория и технология флотации руд // 2-е изд., Москва: Недра, 1990.

47. Helmholtz I I. Studien über elektrisch Grenzschichten // Annalen der Physik und Chemie. 1879. - Vol. 7. - P; 337-382.

48. Gouy M.G. Sur la fonetion electrocapillaire // Ann. Phys. - 1917 - Vol 9 (7). -P 129-184.

49. Stem О. Zur theorie des eiektrolytischen Doppelschicht // Z. Elektrochemie. - 1924. -Vol 30 -P. 508-516.

50. Grahame D.C. The electrical double layer and the theory of electrocapil-larity // Chem. Rev. 1947.- Vol.41 -P. 441-501.

51. Crabtree E.H., Vincent J.D. Historical outline of major flotation develop-

ih

ments // In: Froth flotation, (ed.) D.W. Fuerstenau, 50 Anniversary Volume - Rocky Mountain Fund Series. AIME, 1962.-P. 39-54.

52. Fuerstenau D.W., Modi H.J. Streming potentials of corundum in aqueous organic electrolit solutions // J. Electrochem. Soc. - 1959. - Vol. 106 (4). -P. 336-341.

53. Liu W.-g., Wei D.-z., Wang B.-y., Fang P., Wang X.-h., Cui B.-y. A new collector used for flotation of oxide minerals // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. - 2009. - Vol. 19. -P. 1326-1330.

54. Houot R. Beneficiation of iron ore by flotation - review of industrial and potential applications // Inter. J. Miner. Process. - 1983. - Vol. 10. P. 183204.

55. Cronberg A.D., lmpola C.N., Len/. Т.Н. Use of primary aliphatic ether amine acid salts in froth flotation process // Патент CILIA, № 336375S от 16.01.1968 г.

56. Araujo A.C., Viana P.R.M., Peres A.E.C. Reagents in iron ores flotation // Engineering. - 2005. - Vol. 18. - P. 219-224.

57. Leja J. Surface Chemistry of Froth Flotation // New York: Plenum Press, 1982.

58. Глембоцкий B.A., Бехтле Г.А. Флотация железных руд // Москва: Недра, 1964.-224 с.

59. Peres А.Е.С., Correa M.I. Depression of iron oxides with com starch Engineering. - 1996.-Vol. 9(12).-P. 1227-1234.

60. Рябой В.И., Сен гемова B.A, Арсентьев B.A. Повышение качества концентратов из окисленных железных руд методом флотационного обогащения // Обогащение руд. -2002 -№2.-С. 15-16.

61. dos Santos I.D., Oliveira J.F. Utilization of humic acid as a depressant for hematite in the reverse flotation of iron ore // Minerals Engineering. - 2007. -Vol. 20.-P. 1003-1007.

62. Горловский С.И. Высокомолекулярные органические вещества, как подавители // Обогащение руд - 1956. - № 6.

63. Lindroos E.W., Keranen C.U. Plants using flotation in the concentration of iron ore // SME mineral processing handbook, (ed.) N L. Weiss. - Society of Mining Engineers, New York, 1985.-P. 20-22-20-34.

64. Valine S.B., Futado J.R.V., Martins G., Policarpo D.L.V., da Silva Quintao F.C. Process improvements at Samitri, Brazil // Mining Engineering. -1997. - Vol.49 (4). - P. 21-25.

65. Губин Г.В., Курочкин Г.М. Магнитные свойства природных минералов окисленных железных руд // Изв. Вузов. Горный журнал. - 1992. -№8.-С. 7-10.

66. Губин Г.В., Мироненко С.Н, Губин Г.Г. Основные этапы развития обогащения бедных железистых кварцитов в Кривбассе // Обогащение руд. - 2000. - № 4 - С. 7-11.

67. http:/www.riotintoironore_com/ENG/operations/301_labrador_city_sept-iles.asp/.

68. Bemiller J.N., Paschall E.F. Starch: chemistry and technology // Academic Press, London, 1984.-611 p.

69. Лищинский B.C., Попов В.П., Остапенко A.B. Основные направления подготовки к производству концентрата для метализованных брикетов // Горный журнал. - 1997.№ 5-6. - С. 57-60.

70. Пивень В.А., Дендюк Т.В., Калиниченко А.Ф. Применение обратной катионной флотации для доводки концентратов магнитного обогащения кварцитов Ингулецкого ГОКа // Горный журнал. - 2003. - Спецвыпуск. - С. 31-35.

71. Пивень В.А., Дендюк Т.В., Калиниченко А.Ф., Бухлаева Н.П. Флото-доводка магнетитовых концентратов Ингулецкого ГОКа // Обогащение руд. - 2004. - № 1. - С. 31-34.

72. Villar J.W., Sxvanson A.W. Low-grade iron ore: Empire mine// In: SME mining engineering handbook, 2-nd ed., (ed.) H.L. Hartman - A1ME, 1992. - P. 1380-1384.

73. Hustrulid W. Blasting principles for open pit mining // Rotterdam: A.A. Balkema Publishers, 1999.-Vol. 1.-383 p.

74. Кретов С.И., Губии СЛ., Потапов С.А. Совершенствование технологии переработки руд Михайловского месторождения // Горный журнал. - 2006. № 7. - С. 71-74.

75. Авдохин В.М., Губин C.JI. Флотация магнетитовых концентратов ка-тионными собирателями // Горный журнал. - 2006. - № 7. - С. 80-84.

76. Кретов С И., Губин СЛ., Игнатова Т.В., Сентемова В.А, Безногова Ю.С. Испытания технологии получения гематитовых концентратов из хвостов обогатительной фабрики ОАО «Михайловский ГОК» // Обогащение руд. - 2007. - № 6. - С. 20-24.

77. Кармазин В.И. Обогащение руд черных металлов //Москва: Недра, 1982.-216.

78. Xiong D. SLon magnetic separator promoting Chinese oxidized iron ore processing industry // In: Proceedings "of ХХТП International Mineral Processing Congress, (ed.) G. Onal. - Promed Advertising Limited. 2006. -Vol. 1. - P. 276-281.

79. Киселев А.В., Лыгин В.И. Инфракрасные спектры поверхностных соединений и адсорбированных веществ // Москва: Наука, 1972.

80. Метод определения равновесных концентраций аминов: БГТУ им. В.Г. Шухова, свидетельство №041/002-2008.

81. http:/Avww.tlicrniotcchno.ru/main.mhtml?Part==93&PubID=137.

82. http://granat-e.ru/microsizer-201 .html.

83. http://\vw\v.imi-lab.ru/i,u/equipment/fi'itsch/a22 nanotec/.

84. www.cncraolab.ru.

85. www.malvern.com.

86. ГОСТ 5382-91 Цементы и материалы цементного производства «Методы химического анализа».

87. Пирогов Б.И., Порогов Г.С.. Холошин И.В., Тарасенко В.Н. Технологическая минералогия железных руд // Ленинград: Наука, 1988. - С. 304.

88. Крайний A.A. Флотация отвальных хвостов мокрой магнитной сепарации неокисленных железистых кварцитов / Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. № 5. С. 156-159.

89. Шаповалов H.A., Загороднюк Л.Х., Тикунова И.В., Щекина А.Ю., Ширяев О.И., Крайний A.A., Попов Д.Ю., Городов А.И. исследование возможности использования отходов флотации железных руд для получения смешенных цементов / Фундаментальные исследования. 2013. № 10-8. С. 1718-1723.

90. Шаповалов H.A., Крайний A.A., Городов А.И, Макущенко И.С. Изучение влияния различных видов собирателей и депрессоров на флотацию железосодержащих минералов Михайловского месторождения / Фундаментальные исследования. 2014. № 9 часть 2. С. 318-323.

91. Шаповалов H.A., Крайний A.A., Городов А.И, Хачатуров A.A., Сорокина О.В. Флотация гематитовых кварцитов катионными собирателями / Современные проблемы горно-металлургического комплекса. Наука и производства материалы XI Всероссийской научно-практической конференции, с международным участием, 3-5 декабря 2014 г., Старый Оскол. 2014. Т. 1 С. 31-36.

92. Шаповалов H.A., Шевцова Р.Г., Городов А.И., Крайний A.A., Винц-ковская И.Л., Рядинский М.М. Флотационное обогащение апатит-нефелиновых руд / Современные проблемы горно-металлургического комплекса. Наука и производства материалы XI Всероссийской науч-

но-практической конференции, с международным участием, 3-5 декабря 2014 г., Старый Оскол. 2014. Т. 1 С. 23-28.

93. Лазаренко Е.К., Гершойг Ю.Г., Бучинская Н.И. Минералогия Криворожского бассейна И Киев: Наука, 1977. - 543.

94. Горшков В. С., Тимашев В. В. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ // учеб. пособие для вузов: Высшая школа, М. 1963. -288.

95. Кичигин Е.В., Ястребинский Р.Н., Тикунова И.В. Закрепление пылящих поверхностей пляжей хвостохранилищ // Известие Вузов. Горный журнал. 2009 №2. - С. 72-74.

96. Тикунова И.В., Богданова С.В. Исследование адсорбционных и де-сорбционных свойств высших аминов, используемых в качестве фло-тореагентов железорудных концентратов // Казантип-Эко-2010. Экология, энерго- и ресурсосбережение, охрана окружающей среды и здоровья человека, утилизация отходов: сборник научных статей XV11I Международной научно-практической конференции, 7-11 июня 2010, г. Щелкино, АР Крым / УкрГНТЦ «Энергосталь». Т. 2. Харьков: Изд-во «Сага», 2010. - С. 369-370.

97. Рахимбаев Ш.М., Яшуркаева Л.И., Мосьпан В.И. Отходы обогащения железных руд КМА - сырье для производства цемента: монография. -Белгород: Изд-во БГТУ, 2012. - С. 161.

98. Шаповалов H.A., Крайний A.A., Муфазалова А.П. Флотация отвальных хвостов мокрой магнитной сепарации неокисленных железистых кварцитов // КАЗАИТИП-ЭКО-2013. Инновационные пути решения актуальных проблем базовых отраслей, экологии, энерго- и ресурсосбережения: сборник трудов XXI Международной научно-практической конференции, 3-7 июня 2013 г., г. Щелкино, АР Крым : в 3 т. Т. 3 / ГП «УкрНТЦ «Энергосталь». - X. : НТМТ, 2013. - С. 8184.

99. Тикунова И.В., Крайний А.А., Муфазалова А.П., Городов А.И. Влияние азотсодержащих флотореагентов на окружающую среду // КА-ЗАНТИП-ЭКО-2013. Инновационные пути решения актуальных проблем базовых отраслей, экологии, энерго- и ресурсосбережения: сборник трудов XXI Международной научно-практической конференции, 3-7 июня 2013 г., г. Щелкино, АР Крым : в 3 т. Т. 3 / ГП «УкрНТЦ «Энергосталь». - X. : НТМТ, 2013. - С. 85-86.

100. Ломаченко В.А. Разработка и изучение коллоидно-химических свойств суперпластификаторов для бетонов на основе термореактив-пых олигомеров. Автореферат к.х.н., Белгород, 1984.

101. Крестов Г. А. Теоретические основы неорганической химии. М., Высшая школа, 1982.

102. Вейцер Ю. И., Минц Д. М. Высокомолекулярные флокулянты в процессе очистки природных сточных вод. М., Стройиздат, 1984.

ЮЗ. hUps://ru.\vikipedia.org/.

104. http.V/www.xuimik.ni/cncyklopedia/.

105. hUp://chem21 .in to/in Го/214894/.

106. Bertuzzi M.A., Armada M., Gottifredi J.C. Physicochcmical characterization of starch based films // J. Food Eng. 2007. - Vol. 82. - P. 17-25.

107. Chen J., Jane J. Properties of granular cold-water-soluble starches prepared by alcoholic-alkaline treatments // Cereal Chem. - 1994. - Vol. 71. P. 623626.

108. Polgaire J.L. Reactifs amines appliques a la flottation inverse de minerai de fer de type itabirite // Диссертация доктора наук, Нанси, Франция, 1976, 111с.

109. Полькин С.И. Обогащение руд и россыпей редких и благородных металлов — М.: Недра, 1987. — 428 с

110. Шаповалов Н.А. Регулирование агрегативной устойчивости минеральных суспензий олигомерными ароматическими электролитами. Автореферат д.т.н., Москва, 1999.

111. Айлер P. Химия кремнезема. T.l, 2.-- М.: Мир. -- 1982.- 410 с.

112. Миргород Ю.А., Борщ Н.А. Термодинамика и кинетика процесса фло-тоэкстракции с участием катионного и анионного поверхностно- активного вещества.//Известия Юго-Западного государственного университета. Серия физика и химия. №1. 2011. С. 73-80.

113. Миргород Ю.А., Федосюк В.М., Емельянов С.Г. Железорудный концентрат для очистки воды от нефти. Химия в интересах устойчивого развития. 2012. Т.20. С.357.

114. Миргород Ю.А., Ефимова Н.А. Контактное и разделенное водой гидрофобное взаимодействие в мицеллярных растворах ПАВ. Журнал физической химии, 2007, 81, 10, 1864 - 1867.

115. Хан Г.А., Габриелова Л.И., Власова Н.С. Флотационные реагенты и их применение. - М.: Недра, 1986, - 271.

116. Годэн В.М. Флотация —- М.: Гос.тех.издат., 1959. - 653.

117. www, market i п ц. г be. ru EURORESEARCH AND CONSULTING «ЕВРО-РЕСЕЧ И КОНСАЛТИНГ» Анализ российского рынка поверхностно-активных веществ в 2007-2015 годах. Электронная версия отчета.