Аннотация
Извлечение углерода в концентраты при флотации графитовых руд не превышает 75–88%, что обусловлено различием качества перерабатываемых руд и непостоянством состава применяемого основного собирателя – осветительного керосина, содержащего кроме углеводородов еще и кислородсодержащие соединения. Действие его компонентов при флотации графита не изучено, малочисленны исследования и действия индивидуальных органических соединений. Это затрудняет выбор эффективных реагентов из продуктов нефтеперегонки и нефтехимических производств. Изучено действие представителей основных классов углеводородов и кислородсодержащих соединений. Для оценки взаимодействия углеводородов с поверхностью графита с использованием атом-атомного приближения рассчитана потенциальная функция межмолекулярного взаимодействия как сумма потенциалов φij межмолекулярного взаимодействия i-го количества силовых центров молекулы с j количеством атомов твердого тела. Расчет потенциалов производился по уравнению Бакингема – Корнера. В качестве силовых центров молекул приняты в случае алканов звенья СН3 и СН2, алкенов и ароматических углеводородов – атомы С и Н и для циклогексана – звенья СН2. Полученные значения потенциальной функции межмолекулярного взаимодействия углеводородов с поверхностью графита и экспериментальные значения энтальпии, полученные на основе данных газоадсорбционной хроматографии, достаточно близки. Рассчитаны также значения свободной энергии (-ΔG) и энтропии адсорбции (-ΔS). Исследования выполнялись на хроматографе ЛХМ–8МД–5 с пламенно-ионизационным детектором с использованием в качестве газа – носителя гелия при расходе 40 см3/мин. По данным хроматографии определены термодинамические характеристики адсорбции карбоновых кислот, спиртов, простых и сложных эфиров, альдегидов и кетонов. Теплота адсорбции рассчитана по аддитивной схеме с использованием инкрементов теплот для отдельных звеньев. Показано, что наличие в молекулах функциональных групп с локально сконцентрированной электронной плотностью обеспечивает возникновение специфического, но еще молекулярного, взаимодействия соединений с поверхностью графита, вызывающего увеличение термодинамических характеристик адсорбции. По мере усиления адсорбционной способности группы располагаются в ряд: =CO, -O-, -COO-, -COH, -OH, -COOH. Важнейшими параметрами, определяющими адсорбцию, являются число атомов углерода в радикалах, их состав и строение, валентное состояние атомов углерода, наличие и свойства функциональных групп. Результаты флотации графита, выполненной на беспенном аппарате, свидетельствуют о том, что при увеличении числа атомов углерода в молекулах флотационная активность всех соединений повышается. Наиболее флотоактивны алканы, алкены и ароматические углеводороды. Корреляции между адсорбционной способностью и флотационной активностью различных соединений нет. Разработана классификация изученных углеводородов и кислородсодержащих соединений по их флотационной активности, на основе которой предложено три реагента, защищенные авторскими свидетельствами на изобретения. Результаты пенной флотации графитовой руды показали, что наиболее эффективными собирателями для графита являются реагенты, содержащие, в основном, высокомолекулярные парафиновые и ароматические углеводороды.
Ключевые слова
Графит, углеводороды, кислородсодержащие соединения, термодинамические характеристики адсорбции, флотация, неспецифическое и специфическое взаимодействие, межмолекулярное взаимодействие, функциональные группы.
1. Vasumathi, N. Flotation studies on low grade graphite ore from eastern India / N. Vasumathi, T.V. Vijaya Kumar, S. Ratchambigai, S. Subba Rao, G. Bhaskar Raju // International Journal of Mining Science and Technology. Volume 25, Issue 3. 2015. P. 415–420.
2. Kaya, Ö.М. A study on the floatability of graphite ore from yozgat akdağmadeni (turkey) / Ö. Kaya, М. Canbazoğlu // The Journal of ORE DRESSING. 2007. Vol. 9. Is. 17.
3. Графитовые сланцы как перспективный источник благородных металлов на Дальнем Востоке России / А.И. Ханчук, А.Н. Диденко, И.Ю. Рассказов, Н.В. Бердников, Т.Н. Александрова // Вестник ДВО РАН. 2010. № 3. С. 3–12.
4. Hongqiang, L.I. Recovery mechanisms of sericite in microcrystalline graphite flotation / Hongqiang L.I., Leming O.U., Qiming FENG, Ziyong CHANG // Physicochem. Probl. Miner. Process. 51(2). 2015. Р. 387−400.
5. Yangshuai, Qiu An Investigation of Reverse Flotation Separation ofSericite from Graphite by Using a Surfactant: MF / Yangshuai Qiu, Yongfu Yu, Lingyan Zhang, Yupeng Qian, Zhijun Ouyang // Minerals. 2016. 6, 57. doi:10.3390/min6030057.
6. Брагина В.И., Бакшеева И.И. Разработка технологии обогащения графитовых руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2012. № 9. С. 133–137.
7. Dmitriev, A. Chemical Purification of Flakelike Cryptocristalline Graphite Powder / Dmitriev A., Basharin I., Bocharnikov V. // Annual World Conference on Carbon 2011, Shamghai, China. Vol.1. P. 180–182.
8. Химическое рафинирование чешуйчатого скрытокристаллического графита / А.В. Дмитриев, В.А. Бочарников, Е.Д. Великоднева, И.А. Башарин // Вестник Югорского государственного университета. 2014. Вып. 2 (33). С. 24–26.
9. Киселев А.В., Пошкус Д.П., Яшин Я.И. Молекулярные основы адсорбционной хроматографии. М.: Химия, 1986. 272 с.
10. Киселев, А.В. Межмолекулярные взаимодействия в адсорбции и хроматографии. М.: Высш. шк., 1987. 335 с.
11. Авгуль Н.Н., Киселев А.В., Пошкус Д.П. Адсорбция газов и паров на однородных поверхностях. М.: Химия, 1975. 384 с.
12. Чижевский В.Б. Физико-химические основы и интенсификация процесса флотации графитовых руд: дис. ... д-ра техн. наук: 05.15.08. Магнитогорск, 1990. 416 с.
13. Вяхирев Д.А., Шушунова А.Ф. Руководство к практическим работам по газовой хроматографии. Л.: Химия, 1988. 338 с.
14. Киселев А.В., Яшин Я.И. Адсорбционная газовая и жидкостная хроматография. М.: Химия, 1979. 228 с.
15. Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии. М.: Химия, 1974. Т.1. 624 с.
16. Киселев А.В., Яшин Я.И. Газоадсорбционная хроматография. М.: Наука, 1967. 256 с.
17. Глембоцкий, В.А. К теоретическим основам действия аполярных реагентов // Обогащение руд. 1980. С. 13–27.
18. Grabowski, B. Graphite flotation in the presence of sodium acetate / B. Grabowski and J. Drzymała // Annales universitatis Mariae Curie - Skłodowska Lublin – Polonia Wrocław Technical University, Wybrzee Wyspianskiego 27, 50–370 Wrocław, Poland VOL. LXIII, 6 SECTIO AA 2008. Р. 68−72.
19. Ravichandran, V. Beneficiation of low grade graphite ore deposits of Tamilnadu (India) / V. Ravichandran, C. Eswaraiah and P. Manisankar // Ultra Chemistry. 2012. Vol. 8(2). P. 159–168.
20. Ryaboy, V.I. Influence of the surface-active properties of the reagents containing sodium di-alkyl-dithiophosphates on the flotation of sulfides // V.I. Ryaboy, E.D. Shepeta, V.P. Kretov, S.E. Levkovets, I. V. Ryaboy. Balkan Mineral Processing Congress 16th; 2015. Belgrade. June 17–19, 2015. Vol. 1. P. 321–326.
21. Чижевский, В.Б. Флотационные свойства спиртов // Обогащение руд. 1988. №3. С. 16–19.
22. Глембоцкий, В.А. Основы физико-химии флотационных процессов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1980. 471 с.