Обоснование эффективности флотации в условиях нагрева смачивающих пленок

При исследовании агрегативной устойчивости дисперсных систем методом седиментоволюметрии нарушение структуры воды в области контакта вызывает образование нанопузырьков, коалесценция которых приводит к появлению силы гидрофобного притяжения. Изменение агрегативной устойчивости водных дисперсий частиц может объясняться тем, что в межфазный зазор между поверхностями частиц затруднено втекание молекул воды с высоким потенциалом взаимодействия с молекулами среды и нарушен отток молекул воды с высокой интенсивностью взаимодействия с твердой поверхностью. Избыточное осмотическое давление между гидрофильными поверхностями вызывает их гидрофильное отталкивание, а избыточное осмотическое давление окружающей воды (пониженное осмотическое давление между поверхностями) – гидрофобное притяжение поверхностей. Для изменения результата флотации достаточно подвести тепловой поток к слою жидкости наноразмерной толщины, в пределах которого локализовано действие сил структурного происхождения, определяющих устойчивость смачивающих пленок. Для повышения температуры в межфазном зазоре между частицей и пузырьком за счет теплоты конденсации водяного пара предложено применять в качестве газа при флотации смесь воздуха с горячим водяным паром. Разработанный способ флотации апробирован при флотации золотосодержащих руд. Рациональный расход пара, определенный по результатам факторного эксперимента, составляет 10,7·10^–3 кг/(с·м²) при расходе ксантогената 1,74 г/т. В операции основной флотации использован струйный способ построения схемы, предусматривающий объединение исходного питания и чернового концентрата. В сравнении с флотацией руд по фабричной схеме выход концентрата, направляемого на гидрометаллургическую переработку, на 23,4 отн.% меньше при сохранении достигнутого уровня извлечении золота.

1. Сидоров И.А. Разработка технологии извлечения золота из упорных золотых концентратов на основе процесса сверхтонкого помола: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Иркутск: Иркутский нац. иссл. техн. ун-т, 2018.

2. Александрова Т.Н., Афанасова А.В., Александров А.В. Применение микроволновой обработки для снижения степени упорности углеродистых концентратов. Физ.-техн. пробл. разраб. полез. ископаемых. 2020. No. 1. С. 148—154.

3. Матвеева Т.Н., Громова Н.К., Ланцова Л.Б. Анализ комплексообразующих и адсорбционных свойств дитиокарбаматов на основе циклических и алифатических аминов для флотации золотосодержащих руд. Физ.-техн. пробл. разраб. полез. ископаемых. 2020. No. 2. С. 121—127.

4. Гаврилова Т.Г., Кондратьев С.А. Влияние физической формы сорбции собирателя на активацию флотации сфалерита. Физ.-техн. пробл. разраб. полез. ископаемых. 2020. No. 3. С. 131—143.

5. Хуайфа В., Бочкарев Г.Р., Ростовцев В.И., Вейгельт Ю.П., Лу Шоуци. Интенсификация обогащения полиметаллических сульфидных руд высокоэнергетическими электронами. Физ.-техн. пробл. разраб. полез. ископаемых. 2002. No. 5. С. 96—103.

6. Чантурия В.А., Бунин И.Ж., Рязанцева М.В., Чантурия Е.Л., Хабарова И.А., Копорулина Е.В., Анашкина Н.Е. Модификация структурно-химических и технологических свойств минералов редких металлов при воздействии высоковольтных наносекундных импульсов. Физ.-техн. пробл. разраб. полез. ископаемых. 2017. No. 4. С. 117—134.

7. Алгебраистова Н.К., Бурдакова Е.А., Романченко А.С., Маркова А.С., Колотушкин Д.М., Антонов А.В. Исследование влияния разрядно-импульсной обработки на структурно-химические свойства сульфидных минералов и их флотируемость. Физ.-техн. пробл. разраб. полез. ископаемых. 2017. No. 4. С. 145—152.

8. Albrecht T.W.S., Addai-Mensah J., Fornasiero D. Critical copper concentration in spha-lerite flotation: Effect of temperature and collector. Int. J. Miner. Process. 2016. Vol. 146. P. 15—22.

9. Xu T., Sun C.-B. Aerosol flotation of low-grade refractory molybdenum ores. Int. J. Miner. Metall. Mater. 2012. Vol. 19. No. 12. P. 1069—1076.

10. Евдокимов С.И., Герасименко Т.Е. Комбинированная гравитационно-флотационная технология обогащения техногенных россыпей золота. Известия вузов. Цветная металлургия. 2021. Т. 27. No. 4. С. 4—15.

11. Евдокимов С.И., Герасименко Т.Е. Схема и режим флотации для извлечения золота из упорных руд. Вестн. Магнитогорского гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова. 2021. Т. 19. No. 3. С. 24—36.

12. Пчелин В.А. О моделировании гидрофобных взаимодействий. Коллоид. журн. 1972. Т. 34. Вып. 5. С. 783—787.

13. Урьев Н.Б. Физико-химическая динамика дисперсных систем. Успехи химии. 2007. Т. 73. No. 1. С. 39—62.

14. Лу Шоу-Цзы. О роли гидрофобного взаимодействия во флотации и флокуляции. Коллоид. журн. 1990. Т. 52. No. 5. С. 858—864.

15. Чураев Н.В., Соболев В.Д. Вклад структурных сил в смачивание поверхности кварца растворами электролита. Коллоид. журн. 2000. Т. 62. No. 2. С. 278—285.

16. Чураев Н.В., Соболев В.Д. Прогноз условий смачивания на основе изотерм расклинивающего давления. Компьютерные расчеты. Коллоид. журн. 1995. Т. 57. No. 6. С. 888—896.

17. Дерягин Б.В., Чураев Н.В. Смачивающие пленки. М.: Наука, 1984.

18. Smith A.M., Borkovec M., Trefalt G. Forces between solid surfaces in aqueous electrolyte solutions. Adv. Colloid Interface Sci. 2020. Vol. 275. P. 102078.

19. Skvarla J. Hydrophobic interaction between macroscopic and microscopic surfaces. Unification using surface thermodynamics. Adv. Colloid Interface Sci. 2001. Vol. 91. Iss. 3. P. 335—390.

20. Gillies G., Kappl M., Butt H-J. Direct measurements of particle-bubble interactions. Adv. Colloid Interface Sci. 2005. Vol. 114-115. P. 165—172.

21. Xie L., Wang J., Lu Q., Hu W., Yang D., Qiao C., Peng X., Peng Q., Wang T., Sun W., Lin Q., Zhang H., Zeng H. Surface interaction mechanisms in mineral flotation. Fundamentals, measurements, and perspectives. Adv. Colloid Interface Sci. 2021. Vol. 295. P. 102491.

22. Hu P., Liang L. The role of hydrophobic interaction in the heterocoagulation between coal and quartz particles. Miner. Eng. 2020. Vol. 154. P. 106421.

23. Mishchuk N.A. The model of hydrophobic attraction in theframework of classical DLVO forces. Adv. Colloid Interface Sci. 2011. Vol. 168. Iss. 1—2. P. 149—166.

24. Li Z., Yoon R.-H. AFM force measurements between gold and silver surface treated in ethyl xanthate soiutions: Effect of applied potentials. Miner. Eng. 2012. Vol. 36—38. P. 126—131.

25. Wang J., Yoon R-H., Morris J. AFM surface force measuremens conducted between gold surface treated in xanthate solutions. Int. J. Miner. Process. 2013. Vol. 122. P. 13—21.

26. Pan L., Yoon R.-H. Measurement of hydrophobic forces in thin liquid films of water between bubbles and xanthate-treated gold surfaces. Miner. Eng. 2016. Vol. 98. P. 240—250.

27. Sedev R., Exerova D. DLVO and non-DLVO surfaces in foam films from amphiphilic block copolymers. Adv. Colloid Interface Sci. 1999. Vol. 83. Iss. 1—3. P. 111—136.

28. Liu S., Xie L., Liu G., Zhong H., Zeng H. Understanding the hetero-aggregation mechanism among sulfide and oxide mineral particles driven by bifunctional surfactants: Intensification flotation of oxide minerals. Miner. Eng. 2021. Vol. 169. P. 106928.

29. Krasowska M., Malysa K. Wetting films in attachment of the colloiding bubble. Adv. Colloid Interface Sci. 2007. Vol. 134—135. P. 138—150.

30. Theodorakis P.E., Che Z. Surface nanobubbles: A review. Adv. Colloid Interface Sci. 2019. Vol. 272. P. 101995.

31. Nguyen A.V., Nalaskowski J., Miller J.D., Butt H.-J. Attraction between hydrophobic surfaces studied by atomic force microscopy. Int. J. Miner. Process. 2003. Vol. 72. Iss. 1—4. P. 215—225.

32. Attard P. Nanobubbles and the hydrophobic attraction. Adv. Colloid Interface Sci. 2003. Vol. 104. Iss. 1—3. P. 75—91.

33. Simonsen A.C., Hansen P.L., Klösgen B. Nanobubbles give evidence of incomplete wetting at a hydrophobic interface. J. Colloid Interface Sci. 2004. Iss. 1. P. 291—299.

34. Hampton M.A., Nguyen A.V. Nanobubbles and the nanobubble bridging capillary force. Adv. Colloid Interface Sci. 2010. Vol. 154. Iss. 1—2. P. 30—55.

35. Li Z., Yoon R.-H. AFM force measurements between gold and silver surfaces treated in ethyl xanthate solutions: Effect of applied potentials. Miner. Eng. 2012. Vol. 36—38. P. 126—131.

36. Ejenstam L., Ovaskainen L., Rodriguez-Meizoso I., Wagberg L., Pan J., Swerin A., Claesson P.M. The effect of superhydrophobic wetting state on corrosion protection — The AKD example. J. Colloid Interface Sci. 2013. Vol. 412. P. 56—64.

37. Zhu J., Zangari G., Reed M.L. Three-phase contact force equilibrium of liquid drops at hydrophilic and superhydrophobic surfaces. J. Colloid Interface Sci. 2013. Vol. 404. P. 179—182.

38. Belyaev A.V., Vinogradova O.I. Effective slip in pressure-driven flow past super-hydrophobic stripes. J. Fluid Mech. 2010. Vol. 652. P. 489—499.

39. Liu S., Xie L., Liu G., Zhong H., Zeng H. Understanding the hetero-aggregation mechanism among sulfide and oxide mineral particles driven by bifunctional surfactants: Intensification flotation of oxide minerals. Miner. Eng. 2021. Vol. 169. P. 106928.

40. Hu P., Liang L. The role of hydrophobic interaction in the heterocoagulation between coal and quartz particles. Miner. Eng. 2020. Vol. 154. P. 106421.

41. Huang K., Yoon R.-H. Control of bubble ζ-potentials to improve the kinetics of bubble-particle interactions. Miner. Eng. 2020. Vol. 151. P. 106295.

42. Gunko V.M., Turov V.V., Bogatyrev V.M., Zarko V.I., Goncharuk E.V.,Novza A.A., Chuiko A.A., Leboda R., Turov A.V. Unusual properties of water at hydrophilic/hydrophobic interfaces. Adv. Colloid Interface Sci. 2005. Vol. 118. Iss. 1—3. P. 125—172.

43. Miller J.D., Wang X., Jin J., Shrimali K. Interfacial water structure and the wetting of mineral surfaces. Int. J. Miner. Process. 2016. Vol. 156. P. 62—68.

44. Drost-Hansen W. Structure of water near solid interfaces. J. Ind. Eng. Chem. 1969. Vol. 61. No. 11. P. 10—47.

45. Чураев Н.В. Поверхностные силы и физикохимия поверхностных явлений. Успехи химии. 2004. Т. 73. No. 1. С. 26—38.

46. Churaev N.V. Surface forces and physical chemistry of surface phenomena. Uspekhi khimii. 2004. Vol. 73. No. 1. P. 26—38 (In Russ.).

47. Boinovich L., Emelyanenko A. Wetting and surface forces. Adv. Colloid Interface Sci. 2011. Vol. 165. Iss. 2. P. 60—69.

48. Xie L., Wang J., Lu Q., Hu W., Yang D., Qiao C., Peng X., Peng Q., Wang T., Su W., Liu Q., Zhang H., Zeng H. Surface interaction mechamisms in mineral flotation: Fundamentals, measurements, and perspectives. Adv. Colloid Interface Scie. 2021. Vol. 295. P. 102491.

49. Smith A.M., Borkovec M., Trefalt G. Forces between solid surfaces in aqueous electrolyte solutions. Adv. Colloid Interface Sci. 2020. Vol. 275. P. 102078.

50. Ролдугин В.И. О едином механизме действия поверхностных сил различной природы. Коллоидный журнал. 2015. Т. 77. No. 2. С. 214—218.

51. Zheng J-M., Chin W-C., Khijniak E., Pollack G.H. Surfaces and interfacial water: Evidence that hydrophilic surfaces have long-range impact. Adv. Colloid Interface Sci. 2006. Vol. 127. Iss. 1. P. 19—27.