Спінювачі

Спінювачі — реаґенти, які спричиняють утворення піни, надають рідині здатності до утворення піни. Спінювачі — це поверхнево-активні речовини, які концентруються на межі розділу фаз «рідина (вода) — газ (повітря)» і зменшують поверхневий натяг; вони сприяють збереженню повітряних бульбашок у дисперсному стані і перешкоджають їхній коалесценції. Використовують для винесення рідини з вибоїв газових свердловин, для ремонту свердловин, у процесах флотаційного збагачення корисних копалин, а також у складі піноутворюючих рідин для пилопридушення і гасіння пожеж. Типові С., які використовуються при флотації, — органічні поверхнево-активні речовини, які мають властивість адсорбуватися на поверхні рідина-газ і сприяють збільшенню дисперсності бульбашок газу і підвищення стійкості піни.

Завдяки підвищенню стійкості мінералізованої бульбашки, що спливає на поверхню, спінювачі збільшують стійкість флотаційної піни.

Спінювачі входять до основних реагентів флотації.

Будова і властивості спінювачів

Як спінювачі найбільш широко застосовуються гетерополярні поверхнево-активні речовини, які містять полярну (водоактивну) і неполярну (повітря-ноактивну) частини. Речовини такого типу при адсорбції на межі розділу «повітря — вода» орієнтуються полярною групою до води, а неполярною — до повітряної фази. У хімічному відношенні спінювачі є похідними органічних вуглеводних сполук і можуть бути йоногенними (аніонними або катіонними) і нейоногенними. Полярні групи спінювачів можуть бути представлені гідроксилом (ОН), карбоксилом (СООН), карбонілом (СО), аміногрупою (NH₂), сульфогрупою (OSO₂OH або SO₂OH). Аполярна частина молекули може бути представлена алкільним або арильним замісником. Молекули спінювачів звичайно містять один вуглеводневий замісник і одну або декілька полярних груп.

Поверхнева активність залежить від роду полярної групи, числа, довжини і будови вуглеводних ланцюгів у молекулі. При однаковому числі атомів у вуглеводневому заміснику карбонові кислоти мають більшу активність, ніж спирти. Однак для практичних потреб краще користатися спиртами з полярними групами — ОН, що не йонізуються, ніж карбоновими кислотами, полярна група яких — СООН може йонізуватися при зміні рН (при цьому різко змінюється їхня піноутворююча здатність, а також флотованість мінералів в результаті взаємодії з мінеральною поверхнею). Такі недоліки карбонових кислот існують і для інших спінювачів з аніонними і катіонними полярними групами, що йонізуються. При збільшенні довжини вуглеводневого ланцюга на одну групу =СН₂ поверхнева активність спінювачів збільшується приблизно у 3 рази, при цьому кращими піноутворюючими властивостями володіють сполуки з нерозгалуженим вуглеводневим ланцюгом. На практиці звичайно використовують спінювачі, які містять в ланцюзі від 5 до 12 атомів вуглецю, розчинність цих спінювачів становить 0,2 — 5 г/л. Спінювачі з більшою довжиною вуглеводневого ланцюга, хоча і володіють високою поверхневою активністю, але так малорозчинні у воді, що їхня концентрація недостатня для нормального піноутворення. Спінювачі з малим числом атомів вуглецю у ланцюзі також не застосовуються внаслідок їхньої малої поверхневої активності і слабких піноутворюючих властивостей.

Залежно від характеру впливу водневого показника (рН) розрізняють основні, кислі і нейтральні спінювачі. Основні спінювачі мають максимальну піноутворюючу здатність у лужному середовищі. Піноутворююча здатність кислих спінювачів знижується з підвищенням лужності пульпи. До кислих спінювачів належать фенольні реагенти (крезол, ксиленол, феноловмісні деревні мас-ла і ін.), а також алкіларилсульфонати (детергенти, азоляти). Найбільшу групу складають нейтральні спінювачі, які підрозділяються на ароматичні і аліциклічні спирти (Т-66, ІМ-6-8 і ін.) і нейтральні реагенти, які містять речовини з ефірними зв'язками (ОПСБ, діалкілфталати, масло Х та ін.).

Приклади найбільш розповсюджених спінювачів

З великої кількості сполук, запропонованих як спінювачі, найбільше поширення отримали гетерополярні сполуки: соснова олія, синтетичні реагенти, ОПСБ, Т-66, МІБК, циклогексанол, Е-1, ТЕБ, Д-3 і ін.

Соснова олія — суміш ароматичних спиртів терпенового ряду з аромати-чними вуглеводнями, що виділяється при перегонці скипидару-сирцю. Основ-ним діючим компонентом є ароматичний спирт — терпінеол. Залежно від сорту А, Б або В вміст терпінеолу у сосновій олії становить 60, 50 або 40 %. Соснова олія володіє слабими збірними властивостями. Застосовується безпосередньо або у вигляді емульсій. Витрати соснової олії становлять 10 — 100 г/т. Соснова олія раніше застосовувалася при флотації майже усіх типів мінеральної сировини. Сьогодні галузь її застосування значно звузилася у зв'язку з упровадженням синтетичних реагентів.

Циклогексанол — синтетичний реагент, який являє собою циклічний спирт. Циклогексанол практично не володіє збірними властивостями, дає крихку піну. Циклогексанол використовується при селективній флотації поліметаліч-них руд. Застосовується у вигляді водних розчинів або емульсій. Витрати цик-логексанолу становлять 50 — 150 г/т.

Метилізобутилкарбінол (МІБК) є вторинним гексиловим спиртом. Метилізобутилкарбінол використовується у багатьох хімічних виробництвах. Володіє високою селективністю і технологічною ефективністю при фло-тації руд і вугілля. Застосовується безпосередньо або у вигляді 5 — 10 % водних емульсій. Витрати МІБК становлять 10 — 50 г/т.

Реагент ВВ-2 — складається з аліфатичних дво- і триатомних спиртів, основним його діючим компонентом є тетрагідрофурфуриловий спирт. Реагент ВВ-2 добре розчиняється у воді і застосовується при флотації руд кольорових металів замість токсичного крезолу і дефіцитного циклогексанолу. Застосовується безпосередньо або у вигляді водних розчинів. Витрати реагенту ВВ-2 становлять 50 — 200 г/т.

Реагент Е-1 являє собою суміш монобутилових ефірів поліетиленгліколів. За здатністю до піноутворення реагент Е-1 близький до спиртових спінювачів. Застосовується у вигляді 3 –5 % водних розчинів. Витрати реагенту Е-1 становлять 10 — 50 г/т.

Спінювач ОПСМ являє собою суміш монометилових ефірів поліетиленгліколів. ОПСМ за піноутворюючою здатністю є аналогом реагенту Е-1 і американського Даурофосу-250. ОПСМ використовується при селективній флотації поліметалічних руд. ОПСМ малотоксичний, добре розчиняється у воді і застосовується у вигляді розчинів. Витрати ОПСМ становлять 20 — 80 г/т.

Спінювач ОПСБ являє собою суміш монометилових ефірів поліетиленгліколів. ОПСБ є сильнішим спінювачем ніж Е-1 і ОПСМ. На відміну від інших спінювачів ОПСБ може забезпечувати при відносно малій витраті добре піноутворення у присутності вуглеводних масел. У зв'язку з цим має перевагу перед іншими спінювачами при флотації молібденових, мідно-молібденових, мідних та інших руд, які флотують з добавками вуглеводневих масел. ОПСБ добре розчинний у воді, малотоксичний. Застосовується у вигляді водних розчинів або емульсій. Витрати ОПСБ у 2 — 3 рази менші, ніж соснової олії.

Триетоксибутан (ТЕБ) належить до сильних спінювачів. Перевагою ТЕБ є його властивість протягом декількох днів розкладатися у водних розчинах на нешкідливі продукти, внаслідок чого хвостові води, які містять ТЕБ не потребують спеціального очищення. Витрати ТЕБ у 2 — 3 рази менші, ніж соснової олії.

Реагент Д-3 являє собою диметиловий ефір фталевої кислоти. Д-3 за піноутворюючою здатністю поступається реагентам ТЕБ і ОПСМ і не перевершує їх за селективністю. Д-3 нетоксичний і може застосовуватись при флотації поліметалічних руд. Витрати Д-3 становлять 25 — 75 г/т.

Спінювач Т-80 являє собою суміш гетероциклічних спиртів, переважно одно- і двоатомних спиртів піранового і діоксанового ряду. Завдяки досить постійному складу, малій токсичності, технологічній ефективності Т-80 є одним з основних спінювачів при флотації різних типів руд і вугілля. Витрати Д-3 становлять 20 — 100 г/т.

Масло Х являє собою суміш циклічних спиртів (циклогексанолу і дициклогексанолу), ефірів карбонових і дикарбонових кислот, вуглеводів. Масло Х використовується при флотації вугілля, його перевагою є стійкість до гасіння піни аполярними збирачами. Масло Х нерозчинне у воді. Витрати масла Х становлять 100—200 г/т.

Реагент ДС-РАС являє собою суміш алкіларилсульфонатів з 5 — 11 атомами вуглецю у заміснику, тобто є аніоноактивним спінювачем. ДС-РАС добре розчиняється у воді, володіє сильними піноутворюючими і помітними збірними властивостями. У зв'язку з цим він найшов застосування при флотації баритових і свинцевовмісних руд, а також при жирнокислотної флотації доломіту з фосфатних руд у кислому середовищі.

Реагенти ОП-4, ОП-7, ОП-10 є оксиетилованими алкілфенолами. За своїм призначенням реагенти ОП є емульгаторами спінювачів і збирачів. Добавка реагентів ОП зменшує витрату збирача, понижує стійкість піни до необхідної межі, покращує диспергування шламових флокул, що підвищує якість концентрату і продуктивність фільтрів.

Див. також

• Флотаційні реагенти

Джерела

• Гірничий енциклопедичний словник : у 3 т / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2001—2004.

• Смирнов В. О., Білецький В. С. Флотаційні методи збагачення корисних копалин. Донецьк: Східний видавничий дім, НТШ-Донецьк — 2010. — 496 стор.