Флотационные реагенты

Флотационные реагенты — вещества, вводимые в пульпу с целью избирательной флотации частиц угля.

По выполняемым функциям реагенты делятся на собиратели (коллекторы), пенообразователи (вспениватели) и регуляторы среды.

Собиратели увеличивают скорость и прочность прилипания частиц угля к пузырькам воздуха.

Пенообразователи повышают дисперсность пузырьков воздуха и устойчивость пены.

Регуляторы среды регулируют кислотность (щелочность) или изменяют ионный состав пульпы.

Данная классификация реагентов является условной, так как некоторые из них часто обладают несколькими свойствами.

При флотации углей наибольшее значение имеют собиратели и пенообразователи; регуляторы среды применяются редко.

По составу реагенты могут быть разделены на углеводородные масла, смеси углеводородов с поверхностно-активными веществами, поверхностно-активные вещества и электролиты.

Углеводородные масла обладают собирательными свойствами и небольшой вспенивающей способностью. Они нерастворимы в воде, но могут образовывать эмульсии. Применение их в подогретом состоянии и в виде эмульсий повышает эффективность действия. Из этой группы реагентов наиболее часто применяются осветительный керосин и соляровое масло.

Керосин — продукт прямой перегонки нефти в интервале температур 150—275°. Уд. в. 0,76—0,86. Содержание ароматических углеводородов 10—30%, нафтеновых 25—75%, метановых 10—60%.

Ароматические углеводороды состоят из производных бензола и нафталина; нафтены представлены эндоканафтеном, додеканафтеном, тетрадеканафтеном и пентадеканафтеном.

В присутствии одного керосина образуется непрочная пена, поэтому его применяют совместно с другими реагентами (крезолом, легко-средним маслом и др.). Расход керосина 0,5—1,0 кГ/т.

Соляровое масло — нефтяной дистиллат, получаемый при разгонке нефти (температура 300°) без разложения ее. Уд. в. 0,87—0,88. Обладает высокой флотационной активностью и малой чувствительностью к колебаниям температуры. Соляровое масло применяют вместе с легко-средним маслом или другими реагентами в соотношении около 1:3. Расход смеси 0,6—1,0 кГ/т.

Смеси углеводородов с поверхностно-активными веществами обладают собирательными свойствами и вспенивающей способностью. Характеризуются содержанием аполярных углеводородов и полярных соединений типа спиртов, нафтеновых кислот и их солей, фенолов и т. п. Из этой группы реагентов наиболее часто применяются: легко-среднее, поглотительное и антраценовое масла, сульфированный керосин и контакты.

Легко-среднее масло — продукт разгонки каменноугольной смолы — образуется после кристаллизации нафталина и выделения фенолов. В воде нерастворимо; содержит нафталин (C10H8), ксилолы [C6H4 (CH3)2], толуол (C6H5CH3), бензол (C6H6), антрацен (C14H10), фенол (C6H5OH), крезол (C6H14CH3OH), пиридиновые основания (C5H5N, C9H7N) и др. Расход масла 0,5—2,0 кГ/т.

Поглотительное масло — продукт разгонки тяжелого масла. Уд. в. 1,0—1,05. В воде нерастворимо, содержит фенолы (3—10%) и пиридиновые основания (2,5—4,0%).

При понижении температуры из масла выкристаллизовываются твердые компоненты. Так, при 15° в нем образуется до 20—25% твердых веществ, что снижает его флотационную активность и создает затруднения в подаче реагента. Расход масла 2,5—3,5 кГ/т.

Антраценовое масло—продукт разгонки каменноугольной смолы — образуется после выкристаллизации антрацена из антраценовой фракции. Уд. в. масла 1,08—1,13. В его состав входят: фенолы (1,5—2,0%), пиридиновые основания (3,5—9,0%), нафталин (до 2%), сырой антрацен (20—50%). Вследствие кристаллизации твердых соединений при понижении температуры антраценовое масло лучше применять в подогретой пульпе или в виде растворов в других реагентах.

Сульфированный керосин — продукт обработки керосина крепкой серной кислотой или серным ангидридом (SO3). При этом ароматические соединения превращаются в бензосульфокислоты и извлекаются путем промывки водой. В сульфированном керосине содержится 3—4 % ароматических углеводородов и небольшое количество сульфокислот. Флотационная активность его по отношению к окисленным угольным частицам и способность вспенивания выше, чем у обычного керосина.

Сульфированный керосин обычно применяют совместно с контактами, улучшающими вспенивание и повышающими извлечение частиц угля в концентрат.

Окисленный керосин — продукт окисления керосина воздухом, из которого химическим путем удалены эфирные и карбоновые кислоты. Кислотное число — 50—60 мг КОН.

Контакты — продукты обработки керосиновых и соляровых дистиллатов нефти, состоящие из смеси нефтяных сульфокислот. Смешиваются с водой в любых пропорциях.

Содержание сульфокислот в керосиновом контакте I сорта — не менее 55%, II сорта и в газойлевом контакте — не менее 50%. Расход контакта при совместном применении с сульфированным керосином 0,2—0,5 кГ/т. Контакты обладают сильным корродирующим действием ввиду высокого содержания в них кислот.

Нейтрализованный черный контакт (НЧК) — водный раствор нейтрализованного кислого гудрона. Вырабатывается на нефтеперерабатывающих заводах и применяется для разрушения эмульсий нефти. Он содержит соли сульфокислот (не менее 15%), минеральное масло (не более 3%), сульфаты (не более 2,5%). Реакция — нейтральная или слабощелочная.

Расход НЧК несколько больше, чем керосинового контакта.

Поверхностно-активные вещества, выполняющие главным образом роль пенообразователей, являются полярными органическими соединениями со строением RA, где R — углеводородный остаток различного строения, содержащий обычно более 6 атомов углерода; А — группа атомов (гидроксил — ОН, карбоксил — СООН, карбонил — CO, аминогруппа — NH2 и т. д.). Из соединений жирного ряда, содержащих главнейшие полярные группы, наиболее растворимы в воде кислоты, амины, спирты, альдегиды и кетоны. Из ароматических соединений наиболее растворимы спирты, амины, карбонидные производные и кислоты. Пределы растворимости для хороших пенообразователей — от 0,001 до 4%.

Пенообразующая сила у гомологов одного ряда с увеличением молекулярного веса повышается до некоторого максимума, а затем уменьшается. Расход пенообразователя 0,05—0,25 кГ/т.

Наиболее распространенные пенообразователи: сосновые масла, легкие и тяжелые древесносмоляные масла, кубовые остатки от разгонки скипидара, крезол, спирты, тяжелые пиридиновые основания.

Сосновые масла — продукт перегонки водяным паром осмола (сосновых пней) и разгонки полученного сырого масла на узкие фракции с начальной температурой кипения 144—177° и конечной температурой 188—222°. Уд. в. 0,92—0,95. Главные составные части соснового масла, способствующие образованию пены, — терпинеол (ароматический спирт C10H17OH) и 30—40% углеводородов терпенового ряда.

Сосновые масла применяются главным образом при флотации руд; при флотации углей их добавляют к другим реагентам в количестве 50—150 Г/т.

Древесносмоляные масла — продукт вторичной перегонки головных фракций и смол, образующихся при сухой перегонке свежей сосновой древесины. Содержат гидроксильные производные и карбоновые кислоты ароматического ряда, а также спирты.

Легкие масла получаются при пиролизе древесины. Уд. в. их < 1; содержание фенолов 15—25%, воды 4%. Кислотное число — 45 мг КОН.

Тяжелые масла — креозотовый продукт разгонки древесной смолы. Уд. в. больше 1; характеризуются повышенным содержанием фенолов (40—50%).

Кубовые остатки от разгонки сульфатного скипидарa-сырца — отходы бумажно-целлюлозного производства. Содержание спиртов (в пересчете на C10H17OH) — 47%, воды — 8%. Кислотное число—60 мг КОН, температура начала кипения 164°, начала разложения (при атмосферном давлении) — 221°. Расход кубовых остатков 100—250 Г/т.

Крезол (C6H4CH3OH) — продукт разгонки сырой каменноугольной смолы — содержит значительное количество нейтральных углеводородов, высших фенолов, производных ксилола и высших ароматических углеводородов.

Спирты ИМ-6-8 — смесь алифатических спиртов с шестью, семью и восемью атомами углерода в радикале в равных весовых отношениях — обладают высокой вспенивающей способностью и хорошими собирательными свойствами по отношению к окисленным частицам угля. Расход ИМ-6-8 примерно 50—200 Г/т.

Тяжелые пиридиновые основания — продукт перегонки каменного угля — смесь органических оснований, выделяемых главным образом из коксовой смолы. Уд. в. 1,05 и более. Способностью к вспениванию обладают основания (например, C9H7N), содержащие хинолин и его производные.

Электролиты — неорганические кислоты, щелочи, соли различных кислот (NaCl, CaCl2 и др.). Имеют ограниченное применение при флотации угля.

Совместное применение маслообразных реагентов с электролитами способствует повышению скорости флотации и снижению расхода органических реагентов.