Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия

С. А. Кондратьев, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией обогащения полезных ископаемых и технологической экологии, докт. техн. наук, эл. почта: kondr@misd.ru

Рассмотрены термодинамические условия закрепления физически сорбируемого собирателя на минеральной поверхности, его десорбции с минерала на границу раздела газ – жидкость и растекания по ней. Для анализа условий закрепления показана возможность применения подхода, основанного на теории Лифшица – Ван-дер-Ваальса (LW) и кислотно-основного (AB) взаимодействия контактирующих сред. Установлены пределы применимости уравнения адсорбции Гиббса для определения гидрофобизации минеральной поверхности во флотационном процессе. Гидрофобность, генерируемая хемосорбируемым реагентом, достигается при отрицательном значении кислотно-основной компоненты, превышающей по абсолютному значению аполярную компоненту. Приведен анализ собирательных свойств пенообразователей. Показано, что они обусловлены поверхностной активностью по отношению к границе раздела газ – жидкость и возможностью сокращения времени индукции, а не гидрофобизацией минерала. Представлено обсуждение причин повышения извлечения полезного компонента в концентрат с увеличением длины углеводородного фрагмента. Эта зависимость раскрыта с позиции механизма действия физически сорбируемых собирателей. Показано, что повышение гидрофобности с увеличением длины углеводородного радикала собирателя связано с нерегулярной молекулярной упаковкой углеводородных цепей на минеральной поверхности. Отмечена ограниченность применения кислотно-основного взаимодействия во флотационном методе обогащения и особенно в отношении сульфидных минералов, поверхность которых в процессе рудоподготовки и флотации меняет свои АВ-параметры. К недостаткам этого подхода можно отнести трудность установления точных значений электронно-акцепторных и электронно-донорных параметров флотируемых минералов.

1. Nguyen A. V., Schulze H. J. Colloidal science of flotation. — New York : Marcel Dekker, 2004. — 850 p.
2. Crawford R., Ralston J. The influence of particle size and contact angle in mineral flotation // International Journal of Mineral Processing. 1988. Vol. 23. P. 1–24. DOI: 10.1016/0301-7516(88)90002-6
3. Babel B., Rudolph M. Investigating reagent-mineral interactions by colloidal probe atomic force microscopy // XXIV International Mineral Processing Congress. — Moscow, 2018. P. 1384–1391.
4. Laskowski J. S. Thermodynamic and Kinetic Flotation Criteria // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 1989. Vol. 5. P. 25–41.
5. Абрамов А. А. Принципы выбора и синтеза более селективных собирателей во флотации // Цветные металлы. 2009. № 4. С. 35–40.
6. Van Oss C. J. Interfacial forces in aqueous media. — London ; New York : Taylor and Francis, 2006. — 429 p.
7. Taguta J., McFadzean B., O'Connor C. The relationship between the flotation behaviour of a mineral and its surface energy properties using calorimetry // Minerals Engineering. 2019. Vol. 143. 105954.
8. An M., Liao Y., Cao Y., Hao X., Ma L. Improving low rank coal flotation using a mixture of oleic acid and dodecane as collector: a new perspective on synergetic effect // Processes. 2021. Vol. 9. 404. DOI: 10.3390/pr9030404
9. Cheng W., Deng Z., Tong X., Lu T. Hydrophobic agglomeration of fine pyrite particles induced by flotation reagents // Minerals. 2020. Vol. 10. 801. DOI: 10.3390/min10090801
10. Volpe C. D., Siboni S. From Van der Waals equation to acid-base theory of surfaces: a chemical-mathematical journey // Reviews of Adhesion and Adhesives. 2022. Vol. 10, No. 11. P. 47–97. DOI: 10.47750/RAA/10.1.02
11. Docoslis A., Giese R. F., Van Oss C. J. Influence of the water–air interface on the apparent surface tension of aqueous solutions of hydrophilic solutes // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2000. Vol. 19. P. 147–162.
12. Costanzo P. M., Giese R. F., Van Oss C. J. Determination of the acid-base characteristics of clay mineral surfaces by contact angle measurements-implications for the adsorption of organic solutes from aqueous media // Journal of Adhesion Science and Technology. 1990. Vol. 4, Iss. 1. P. 267–275. DOI: 10.1163/156856190X00298
13. Chaudhury M. K. Interfacial interaction between low-energy surfaces // Materials Science and Engineering: Reports. 1996. Vol. 16. P. 97–159.
14. Van Oss C. J. Long-range and short-range mechanisms of hydrophobic attraction and hydrophilic repulsion in specific and aspecific interactions // Journal of Molecular Recognition. 2003. Vol. 16. P. 177–190.

15. Van Oss C. J. Acid-base interfacial interactions in aqueous media // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 1993. Vol. 78. P. 1–49.
16. Кондратьев С. А., Мошкин Н. П. Селективность флотационного разделения минералов, обусловленная химически закрепившимся реагентом // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2014. № 4. С. 150–158.
17. Конев В. А. Флотация сульфидов. — М. : Недра, 1985. — 262 с.
18. Живанков Г. В., Рябой В. И. Собирательные свойства и поверхностная активность высших аэрофлотов // Обогащение руд. 1985. № 3. С. 13–16.
19. Кондратьев С. А., Рябой В. И. Оценка собирательной силы дитиофосфатов и ее связь с селективностью извлечения полезного компонента // Обогащение руд. 2015. № 3. С. 25–30.
20. Кондратьев С. А. Собирательная сила и избирательность флотационного реагента // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2021. № 3. С. 133–147. DOI: 10.15372/FTPRPI20210313
21. Horr T. J., Ralston J., Smart R. St. C. The use of contact angle measurements to quantify the adsorption density and thickness of organic molecules on hydrophilic surfaces // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 1995. Vol. 97. P. 183–196.
22. Laskowski J. S., Kitchener J. A. The hydrophilic-hydrophobic transition on silica // Journal of Colloid and Interface Science. 1969. Vol. 29, No. 4. P. 670–679.
23. Богданов О. С., Гольман А. М., Каковский И. А. и др. Физико-химические основы теории флотации. — М. : Наука, 1983. — 264 с.
24. O'Brien R. N., Feher A. I., Leja J. Interferometric and hydrodynamic flow profiles produced in water by a spreading monolayer // J. Colloid Interface Sci. 1975. Vol. 51, No. 3. P. 366–372.
25. Ruckenstein E., Suciu D. G., Smigelschi O. Spreading on liquids: effect of surface tension sinks on the behavior of stagnant liquid layers // Modern Approaches to Wettability. Theory and Applications / ed. M. E. Schrader, G. Locb. — New York : Plenum Press, 1992. P. 397–422.
26. Осина Н. Ю., Горохов А. В., Лахтин С. В. Исследование влияния группового химического состава реагентов собирателей на эффективность флотации каменных углей // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006. № 2. С. 393–396.
27. Заикин А. Е., Галиханов М. Ф. Основы создания полимерных композиционных материалов. — Казань : Казанский государственный технологический университет, 2001. — 137 с.
28. Gonzalez-Garcia C. M., Gonzalez-Martin M. L., Gallardo-Moreno A. M., Gomez-Serrano V. et al. Free energy of
interaction of sodium dodecyl sulfate in aqueous solution with carbon black surfaces // Journal of Colloid and Interface Science. 2002. Vol. 248. P. 13–18. DOI: 10.1006/jcis.2001.8173
29. Malysa K., Barzyk W., Pomianowski A. Influence of frothers on floatability. I. Flotation of Single minerals (quartz and synthetic chalcocite) // International Journal Mineral Processing. 1981. Vol. 8. P. 329–343.
30. Heyes G. W., Trahar W. J. The natural floatability of chalcopyrite // International Journal of Mineral Processing. 1977. Vol. 4. P. 317–344.
31. Suciu D. G., Smigelschi O., Ruckenstein E. Some experiments on the marangoni effect // American Institute of Chemical Engineers Journal. 1967. Vol. 3. P. 1020–1024.
32. O'Brien R. N., Feher A. I., Leja J. Spreading of monolayers at the air-water interface. II. Spreading speeds for alcohols, acids, esters, sulphonates, amines, quaternary ammonium ions, and some binary mixtures // J. Colloid Interface Sci. 1976. Vol. 56, No. 3. P. 474–482.