Аполярные собиратели

Адсорбируемость определяется не только природой растворенного вещества, но и природой растворителя, чем значительнее притяжение самого растворителя к адсорбенту, тем в меньшей степени адсорбируется растворенное вещество. Поэтому адсорбция смол и ароматических углеводородов из бензольного раствора должна быть слабее, чем из бензиола, а кислота - больше, чем из бензола. Считается, что чем больше величина теплоты смачивания какой-либо углеводородной жидкостью данного адсорбента, тем в меньшей степени на последнем будут адсорбироваться растворенные в этой жидкости углеводороды.

Вообще, как указывает С. С. Наметкин, если исходить, из того, что адсорбция углеводородов определяется межмолекулярными силами, то можно прийти к выводу, что при прочих равных условиях весовое количество адсорбированного вещества должно быть тем больше, чем выше его молекулярный вес. Это относится практически ко всем углеводородам, включая в их число в первую смолистые вещества нефти, нафтеновые кислоты из высших углеводородов, в том числе парафиновые[2].

Особенности адгезии индивидуальных углеводородов к поверхности окисленных и сульфидных минералов

На основании измерений краевых углов смачивания на минералах после воздействия на них тех или иных индивидуальных углеводородов в водной среде и вычисления работы адгезии этих углеводородов можно было судить об эффективности этих углеводородов, как гидрофобизаторов, о прочности закрепления их на поверхности минералов, влиянии структуры и длины молекулы на закрепление, а также о зависимости полученных результатов от вязкости углеводорода[4].

Величина работы адгезии в пределах гомологического ряда будет определяться главным образом величиной краевого угла и и его косинуса (угол принято отсчитывать в направлении водной фазы).

В наиболее простом случае парафинов ясно прослеживается увеличение адгезии в ряду гептан - ундекан - гексадекан, т.е. с повышением вязкости. Вследствие большой природной гидрофобности молибденита по сравнению с халькопиритом, адгезия на молибдените для всех углеводородов выше чем на халькопирите. Если расположить в убывающем порядке по величине и углеводороды, то первые четыре члена ряда обоих сульфидов совпадают: гексадекан - б-метилнафталин - ундекан - гептан.

Различие в действие парафинов и ароматических углеводородов здесь не проявляется в такой степени, как в случае окисленного гематита. Более того, в случае окисленного гематита бензол дает краевой угол меньше, чем гексадекан, но обнаруживает большую адгезию, чем гептан и ундекан; в случае же сульфидов он меньше для гексадекана и для последних парафинов. Впрочем эта разница скорее количественная, чем качественная. Поскольку, однако, бензол и парафины принадлежат к различным классам углеводородов, то это не противоречит общим закономерностям, изложенным выше, что касается изомеров ксилола отличающихся величиной дипольных моментов, то зависимость адгезии от величины последних здесь не такова, как в случае гематита. Однако, влияние дипольных моментов может быть двойственным: с одной стороны число дипольных моментов должно увеличивать адгезию за счет электростатической компоненты ван-дер-ваальсовых сил, а с другой стороны, уменьшать ее за счет усиления гидратации водорода на разделе с водой. Многое здесь зависит от величины напряженности электрического поля, создаваемого кристаллической решеткой минерала в поверхностной зоне последнего[2].

Интересно отметить, что проявление повышенной эффективности масел с увеличением их вязкости имеет место в тех случаях, когда увеличивают продолжительность кондиционирования пульпы с эмульсиями высоковязких масел. Таким образом, установлено, что для осуществления закрепления капель масел повышенной вязкости требуется, очевидно, и более продолжительный контакт их с поверхностью минеральных частиц; маловязкие масла менее эффективны, но закрепляются быстрее.

Эти данные находятся в соответствии с отмеченной выше необходимостью более длительного перемешивания пульпы с аполярными собирателями повышенной вязкости. Можно предполагать, что с повышением вязкости масла не только увеличивается необходимое для осуществления его прилипания к минералу время контакта последнего с капельками масла, но и время, необходимое для достижения равновесного закрепления (растекания) этих капелек на минеральной поверхности. Возможно, что необходимость растекания масла по минеральной поверхности имеет в процессе закрепления масла на минерале даже более важное значение.

Флотационные исследования с техническими продуктами

Если масла эмульгировать при разных температурах, подобранных таким образом, чтобы во всех случаях вязкость была одинаковой, то устойчивость и оптические плотности полученных эмульсий будут всегда практически одинаковыми. Это подтверждает то, что вязкость при прочих равных условиях является мерой проявления межмолекулярных сил притяжения в маслах. Вместе тем естественно, что чем больше эти силы проявляются во взаимодействии молекул масла друг с другом, тем они должны сильнее проявляться и по отношению к поверхности минерала, закрепляясь на ней, так как взаимодействие с минералами будет определяться по отношению к минералу теми же силами той же природы. Другим доказательством важной роли вязкости масел в их взаимодействии с минералами являются полученные нами данные по флотации природных окислов железа сочетаниями гетерополярных и аполярных собирателей, причем флотационное извлечение минералов и в этих случаях увеличивалось с повышением вязкости аполярного собирателя. С точки зрения процесса закрепления масла на поверхности минерала в тех случаях, когда применяется сочетание аполярных собирателей с гетерополярными, важную роль играет последовательность введения этих собирателей во флотационную пульпу. Наиболее высокие результаты флотации бывают в случае одновременной загрузке этих реагентов в процесс[2].

Закрепление аполярного реагента на поверхности окисленного минерала в виде капелек масла, несущих на своей поверхности ориентированные молекулы гетерополярного собирателя с полярным химически активными группами, обращенными в водную фазу, и углеводородными хвостами, погруженными в аполярное масло.

При этом создается возможность использования химически активных групп гетерополярного собирателя в качестве связующего звена между поверхностью минерала и капелькой масла.

Очевидно, в тех случаях, когда количество гетерополярного собирателя невелико, плотность его адсорбционного слоя на поверхности масляных капелек незначительна, и большая часть поверхности капелек свободна от гетерополярного реагента. Присутствие на поверхности минерала участков с равной степенью гидрированности (ввиду его неоднородности) при одновременном наличии гидрофобных участков поверхности капель связываются гетерополярным собирателей, создает наиболее благоприятные условия закрепления таких капель при контакте с поверхностью минерала.

При плотном адсорбционном слое гетерополярного собирателя значительное число его полярных сильно гидратированных групп на поверхности масляной пленки неизбежно снижала бы гидрофобизационный эффект при закрепление таких капелек на минерале.

Эффективность флотационного действия аполярных собирателей можно рассмотреть на флотации мартита с добавлением олеата натрия. Эффективность извлечения зависит от соответствующего аполярного собирателя.

Таблица 6.

Влияние состава углеводородов на результаты флотации мартита

Как видно из данных, приведенных в табл. 8, при одном и том же молекулярном весе эффективность ароматических углеводородов при флотации наиболее значительна (по сравнению с нафтенами и изопарафинами); при увеличении молекулярного веса преимущество остается за ароматическими углеводородами. Однако, несмотря на то, что состав углеводородов явно влияет на результаты флотации, это влияние, в общем, намного слабее, чем влияние вязкости. Действительно, если сравнивать ароматические углеводороды с молекулярным весом, равным 300 и 500, то различия в их флотационном действии гораздо значительнее, чем у ароматических и нафтеновых углеводородов одного молекулярного веса, равного 300 (или 500). В этом можно легко убедиться из сопоставления следующих цифр: прирост извлечения при применении ароматики с молекулярным весом 300 составляет 11 %, с молекулярным весом 500--22%, т. е. прирост извлечения в два раза больше. Прирост извлечения при применении ароматики с молекулярным весом 300 составляет 11%, а нафтенов того же молекулярного веса --7% (разница всего в 1,4 раза). Прирост извлечения для ароматики и нафтенов с молекулярным весом 500 составляет соответственно 22 и 18%, т. е. отличается всего в 1,2 раза Следовательно, влияние вязкости проявляется значительно сильнее, чем влияние состава. Если же учесть, что технические нефтяные продукты представляют смесь многих классов углеводородов, то различия в составе еще больше нивелируется различиями в вязкости[2].

Было показано, что значительное повышено эффективности действия собирателей при увеличении их вязкости проявляется при применении различных по составу аполярных и гетерополярных собирателей, а также при различных соотношениях между ними.

Все это с несомненностью указывает на то, что зависимость флотационного действия аполярных собирателей от их вязкости не случайна, а носит вполне закономерный характер.

Соотношение аполярного и гетерополярного собирателей, а также изменение состава применяемого гетерополярного собирателя при одном и том же аполярном собирателе имеет существенное практическое значение. Так, например, при флотации железных руд, в случае применения в качестве гетерополярного собирателя ветлужского масла (многоатомные фенолы с боковой алифатической цепью), олеата натрия или нафтеновых кислот достаточно высокие результаты флотации достигаются при вязкости 200--400 сст, но если в качестве гетерополярного собирателя применяются пиролизаты (продукты, сходные с ветлужским маслом по составу, но отгоняемые при более высокой температуре) вполне благоприятные результаты флотации достигаются при вязкости аполярного собирателя всего 30--50 сст[2].

Примеры аполярных собирателей

Керосин

Керосином называется фракция прямой перегонки нефти, выделяемая в интервале температур 150-300 Cо, состоящая из углеводородов различных классов[5].

Керосиновые дистилляты, имеющие высокое октановое число (не менее 40), применяются как тракторное топливо (керосин тракторный). Дистилляты с низким октановым числом используются в качестве осветительного масла (керосин осветительный), применяются для приготовления дизельного топлива и служат исходным сырьем для крекинг-процесса.

Плотность керосина колеблется в пределах 0,76-0,86 г/см3. Содержание парафиновых углеводородов обычно колеблется в пределах 20-50%, нафтеновых углеводородов 30-80%, ароматических соединений 10-30%. Кроме того, в керосинах содержится некоторое количество нафтеновых кислот.

При флотации обычно используется осветительный керосин.

Физико-химические характеристики осветительного керосина приведены в табл.1

Применяются непосредственно или в виде 1-10%-ных эмульсий в воде.

Таблица 7.

Физико-химическая характеристика керосина.

Трансформаторное масло

Не испарившийся при перегонке нефти жидкий осадок - мазут - прямой перегонки масляных нефтей подвергается дальнейшей перегонке под вакуумом. При этом отгоняются соляровые дистилляты более высокой плотности. Таким способом получается весь сложный ряд индустриальных масел и масел специального назначения, к которым относится трансформаторное масло. Трансформаторные масла подвергаются сернокислой очистке с последующей нейтрализацией щелочью[5].

Трансформаторное масло выпускается с температурой застывания не выше -35 и -45оС. Оно отличается высокой устойчивостью (стабильностью) против окисления и полным отсутствием воды и механических загрязнений.

Характеристика трансформаторного масла приведена в табл.8

Таблица 8.

Физико-химическая характеристика трансформаторного масла

Индустриальные масла

Индустриальные масла в зависимости от вязкости делятся на три руппы: легкие, средние и тяжелые. В качестве флотационных реагентов находят применения средние индустриальные масла. В группу средних индустриальных масле включены дистеллятные масла вязкостью Е50=2,0ч6,5, кислотно-щелочной очистки, за исключением тех сортов, которые имеют индекс В - выщелоченное. Эти масла представляют собой дистилляты, подвергнутые обработке щелочью для удаления нафтеновых кислот. Из масел этой группы при флотации могут применяться индустриальные масла 30, 45, 50 и 45 В в смеси с керосином при различных соотношениях (табл.9)[5].

Таблица 9.

Физико-химические характеристики средних индустриальных масел (ГОСТ 20799-75)

Соляровое масло

Соляровым маслом называются фракции прямой перегонки нефти, выделяемые при температуре выше 300оС или при вакуумной перегонке мазута. Во втором случае отгоняют соляровые дистилляты более высокой плотности.

Соляровое масло является неочищенным маслом. В нем обычно содержится незначительное количество фенолов и около 2-3% нафталина. Температура застывания солярового масла 20-40оС, плотность около 0,9 г/см3.

Характеристика солярового масла приведена в таблице 10.

Таблица 10.

Основные физико-химические свойства солярового масла (ГОСТ 36-1-57-74)

Реагент ИМ-5

Реагент ИМ-5 представляет собой раствор экстрактов фенольной очистки нефтеперерабатывающей промышленности. В экстракт переходят полициклические ароматические соединения, асфальтены и другие соединения. Далее при высокой температуре производится отгонка фенола от экстракта, который в качестве оборотного продукта возвращается в процесс экстракции. Остаток - экстракт фенольной очистки, представляющий собой высоковязкий смолообразный продукт, растворяется в жидких углеводородах до консистенции, аналогичной обычным углеводородным маслам[5].

В зависимости от исходного сырья может быть получено два вида реагента ИМ-5: остаточный и дистиллятный. Для получения реагента примерно одной и той же вязкости, близкой вязкости легких индустриальных масел, требуется добавление к дистиллятному экстракту примерно 15% керосина, а к остаточному экстракту - 30% веса исходного экстракта.

Масло вазелиновое МВП

Вазелиновое масло МВП представляет собой дистиллятное масло глубокой сернокислотной очистки, изготовленное из низкозастывающих нефтей.

Характерными качественными показателями масла являются очень низкая температура застывания и пониженная кислотность.

Масло МВП имеет физико-химические характеристик , приведенные в таблице. 11

Таблица 11

Основные физико-химические характеристики масла МВП

Масло легко-среднее каменноугольное обесфеноленное

Легко-среднее каменноугольное обесфеноленное масло представляет собой продукт переработки легко-средней фракции каменноугольной смолы. Его получают при ректификации обезвоженной каменноугольной смолы путем отбора фракции, выкипающей в пределе 170-230оС. Масло имеет довольно сложный и непостоянный состав. Оно содержит толуолы, нафталин и его гомологи и другие углеводороды. Фенолы в виде фенолятов удаляются из него при обрработке раствором каустической соды. Из обесфенноленого масла кристаллизацией выделяются нафталин и парафиновые основания[5]. Остаток является некислым продуктом и отвечает следующим техническим нормам:

Плотность,г/см3…………………………………………………………1,12-1,16

Содержание:

Фенол-крезолов, %................................................................................не более 0,8

Нафталина зимой, %.............................................................................не более 22

Летом, %..................................................................................не более 26

Количество отгонов:

До 230оС, % объемных………………………………………….не более 50

До 270оС, % объемных………………………………………….не более 80

Во всех вышеперечисленных углеводородных маслах могут содержаться в растворенном виде летучие углеводороды, способные к испарению, или летучие вещества, добавляемые к ссмазочным маслам, как, например, керосин. Предельно допустимая концентрация смазочных масел 0,03 мг/л.

Заключение

Аполярные собиратели применяют в основном для флотации природно-гидрофобных минералов. Но тем не менее они также могут применяться в качестве добавок к гетерополярным собирателям и для получения более хрупкой пены, обеспечивающие повышения качества концентратов.

Основной частью углеводородных масел являются нерастворимые в воде углеводороды, в которых отсутствуют полярные группы. Они практически не взаимодействуют с поверхностями минералов. Закрепление этих реагентов на минералах основано на адгезии.

Список использованной литературы

Абрамов А.А. «Флотационные методы обогащения». Недра, 1993.

Глембоцкий В.А., Дмитриева Г.М., Сорокин М.М. Аполярные реагенты и их действие при флотации. - М.:Недра,1968.

Фрумкин А.Н., Андреев В.Н., Богуславский Л.И. Двойной слой и электродная кинетика. - М.:Наука, 1981.

Шубов Д.Я., Иванков С.И., Щеглова И.К. Флотационные реагенты в процессах обогащения минерального сырья. - М.:Недра, 1990.

Юшина Т.И. «Материаловедение. Флотационные реагенты». Учебное пособие. Часть 2 - М.МГГУ, 2002.

Размещено на Allbest.ru