ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 622.765
DOI: 10.18503/1995-2732-2025-23-1-5-16
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). Золото в перерабатываемых в настоящее время рудах связано с минералами, крупность которых является упорной для эффективного извлечения методом флотации – мелкодисперсными фракциями. Только при наличии технологий их эффективного извлечения минеральное сырье такого качества приобретает у недропользователей и инвесторов лицензионную и инвестиционную привлекательность. Цель работы. Научное обоснование и разработка технологии обогащения золотосодержащих руд на основе применения нового способа построения схемы и режима флотации руд, обеспечивающих высокое извлечение мелкодисперсных фракций золота. Используемые методы. Разработаны метод и установка для измерения краевого угла смачивания на искусственно составленной смеси минералов при различной доле в ней гидрофобизированного самородного золота и температуре. Разработан способ построения схемы флотации, в которой для увеличения содержания золота в операции основной флотации используют противоточное движение исходного питания и чернового концентрата. Для дополнения поверхностными силами структурного происхождения сил, участвующих в селективном разделении мелкодисперсных минералов при выделении чернового концентрата, в качестве газовой фазы используют смесь воздуха с горячим водяным паром. Новизна. Обосновано, что одной из причин эффективности разработанного способа построения схемы флотации является рост краевого угла смачивания, а режима аэрации пульпы паровоздушной смесью – изменение знака параметра структурных сил и линейного натяжения с ростом температуры воды в граничных слоях пузырьков. Результат. Из результатов натурных экспериментов по флотации золотосодержащих руд следует, что использование разработанной технологии позволяет получить прирост извлечения золота от 80,71 до 88,70% при повышении качества концентрата от 65,09 до 100,3 г/т Au за счет уменьшения выхода концентрата на 30,1 отн.%. Из результатов седиментометрического анализа следует, что при использовании разработанной технологии повышение извлечения золота является следствием снижения потерь с хвостами мелких и тонких фракций металла. Практическая значимость. Разработанный метод измерения краевых углов на смеси минералов может найти применение в научно-исследовательской практике. Исходя из установленных физических закономерностей, разработанные способ построения схемы флотации и режим аэрации пульпы эффективны (не имеют каких-либо ограничений) при обогащении практически любого типа руд с высоким содержанием мелких и тонких фракций ценного компонента.
Ключевые слова
поверхностные силы, краевой угол, линейное натяжение, параметр структурных сил, золотосодержащая руда, флотация, показатели
Для цитирования
Исследование влияния дальнодействующих поверхностных сил и линейного натяжения на краевые углы смачивания при флотации / Евдокимов С.И., Герасименко Т.Е., Горлова О.Е., Орехова Н.Н. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2025. Т. 23. №1. С. 5-16. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2025-23-1-5-16
1. Surface interaction mechanisms in mineral flotation: Fundamentals, measurements, and perspectives / Xie L., Wang J., Lu Q., Hu W., Yang D., Qiao C., Peng X., Peng Q., Wang T., Sun W., Liu Q., Zhang H., Zeng H. // Advances in Colloid and Interface Science. 2021, vol. 295, article 102491.
2. Determination of the typical interactions among dispersed phases relevant to flotation applications: A review / Li D., Wang H., Li C., Liang Y., Yan X., Zhang H. // Advances in Colloid and Interface Science. 2021, vol. 288, article 102359.
3. Theory of surface forces in multivalent electrolytes / Misra R.P., De Souza J.P., Blankschtein D., Bazant M.Z. // Langmuir. 2019, vol. 35, issue 35, pp. 11550-11565.
4. Mohamad H.S., Neuber S., Helm C.A. Surfaces forces of asymmetrically grown polyelectrolyte multilayers: Searching for the charges // Langmuir. 2019, vol. 35, issue 48, pp. 15491-15499.
5. Interfacial forces across ionic liquid solutions: Effects of ion concentration and water domains / Adibnia V., Mirbagheri M., Latreille P.L., Banquy X., De Crescenzo G., Rochefort D. // Langmuir. 2019, vol. 35, issue 48, pp. 15585-15591.
6. Huang K., Yoon R.H. Surface forces in the thin liquid films (TLFS) of water confined between n-alkane drops and hydrophobic gold surfaces // Langmuir. 2019, vol. 35, issue 48, pp. 15681-15691.
7. Studying flotation of gold microdispersions with carrier minerals and pulp aeration with a steam-air mixture / Evdokimov S.I., Golikov N.S., Pryalukhin A.F., Kondratiev V.V., Mishedchenko A., Kuzina A.V., Bryukhanova N.N., Karlina A.I. // Minerals. 2024, vol. 14, no. 1, pp. 108.
8. Studying the flotation of gold-bearing ores using carrier minerals / Evdokimov S.I., Golikov N.S., Zadkov D.A., Voitovich E.V., Kondratiev V.V., Petrovskiy A.A., Konyukhov V.Y., Gladkikh V.A. // Minerals. 2024, vol. 14, no. 1, pp. 88.
9. Механизм коагуляции в условиях флотации микродисперсий золота минералами-носителями / Евдокимов С.И., Гусева Е.А., Константинова М.В., Вайтекунене Е.Л., Филюшина Е.В. // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2023. № 11-1. С. 190-206.
10. Чантурия В.А., Шадрунова И.В., Горлова О.Е. Инновационные процессы глубокой и экологически безопасной переработки техногенного сырья в условиях новых экономических вызовов // Устойчивое развитие горных территорий. 2021. Т. 13. № 2 (48). С. 224-237.
11. Unraveling the hydrophobic interaction mechanisms of hydrocarbon and fluorinated surfaces / Gong L., Wu F., Yang W., Huang C., Li W., Wang X., Wang J., Tang T., Zeng H. // Journal of Colloid and Interface Science. 2023, vol. 635, pp. 273-283.
12. Nikolov A., Lee J., Wasan D. DLVO surface forces in liquid films and statistical mechanics of colloid oscillatory structural forces in dispersion stability // Advances in Colloid and Interface Science. 2023, vol. 313, article 102847.
13. Rajupet S. DLVO interactions between particles and rough surfaces: An extended surface element integration nethod // Langmuir. 2021, vol. 37, issue 45, pp. 13208-13217.
14. Guo H., Kovscek A.R. Investigation of the effects of ions on short-range non-DLVO forces at the calcite/brine interface and implications for low salinity oil-recovery processes // Journal of Colloid and Interface Science. 2019, vol. 552, pp. 295-311.
15. Atomic force microscopy study of non-DLVO interactions between drops and bubbles / Li K., Wang W., Xiao F., Ge Y., Jin H., Yu Z., Gong J., Gao W., Peng Z. // Langmuir. 2021, vol. 3, issue 22, pp. 6830-6837.
16. Bal V. Stability characteristics of nanoparticles in a laminar linear shear flow in the presence of DLVO and non-DLVO forces // Langmuir: the acs journal of surfaces and colloids. 2019, vol. 35, no. 34, pp. 11175-11187.
17. Wall function model for particulate fouling applying XDLVO theory / Ojaniemi U., Riihimaki M., Manninen M., Pattiangas T. // Chemical Engineering Science. 2012, vol. 84, pp. 57-69.
18. Gomez-Flores A., Solongo S.K., Heyes G.W. Bubble-particle interaction with hydrodynamics, XDLVO theory, and surface roughness for flotation in an agitated tank using CFD simulations // Minerals Engineering. 2020, vol. 152, article 106368.
19. Mozhdeheei A., Mercury L., Slodczyk A. Ubiquity of the micrometer-thick interface along quartz-water boundary // Langmuir. 2024, vol. 40, issue 25, pp. 13025-13041.
20. Филиппов А.В. Электростатическое взаимодействие двухслойных макрочастиц // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2023. Т. 164. Вып. 1 (7). С. 37-55.
21. Direct measurement of interaction force between solid surface and air bubble: Relationship between interaction force and contact angle / You K., Lim K., Han S., Kwon S. // Minerals Engineering. 2020, vol. 152, 106358.
22. Hu P., Liang L. The role of hydrophobic interaction in the heterocoagulation between coal and quartz particles // Minerals Engineering. 2020, vol. 154, 106421.
23. Pan L., Yoon R-H. Measurement of hydrophobices forces in thin liquid films of water between bubbes and xanthate-treated gold surfaces // Minerals Engineering. 2016, vol. 98, pp. 240-250.
24. Transition of liquid drops on microstructured hygrophobic surfaces from the impaled Wenzel state to the "fakir" Cassie-Baxter state / Tzitzilis D., Tsekeridis C., Ntakoumis I., Papadopoulos P. // Langmuir. 2024, vol. 40, issue 26, pp. 13422-13427.
25. Бойнович Л.Б., Емельяненко А.М. Развитие учения о поверхностных силах – от концепции расклинивающего давления к современным нанотехнологиям // Журнал физической химии. 2020. Т. 94. № 3. С. 371-380.
26. Luo Y., Pang A-P., Lu X. Liquid-solid interface under dynamic shear flow: Recent insights into the interfacial slip // Langmuir. 2020, vol. 38, issue 15, pp. 4473-4482.
27. Nizkaya T.V., Asmolov E.S., Vinigradova O.I. Gas cushion model and hydrodynamic boundary conditions for superhydrophobic textures // Physical Review E. 2014, vol. 90 (4), pp. 043017
28. 28. Nanoscale investigation into dynamics of thin liquid films during bouncing and attachment of rising air bubbles on hydrophilic and hydrophobic surfaces / Hamidzadeh F., Huang K., Ye X., Pan L. // Langmuir. 2023, vol. 39, issue 49, pp. 18082-18092.
29. Sherma A., Nirmalkaz N. Bulk nanobubbles through gas supersaturation originated by hot and cold solvent mixing // Langmuir. 2024, vol. 40, issue 24, pp. 12729-12743.
30. Song J.-W., Fan L.-W. Temperature dependence of the contact angle of water: A review of research progress, theoretical understanding and implications for boiling heat transfer // Advances in Colloid and Interface Science. 2021, vol. 288, article 102339.
31. Song J.-W., Zeng D.-L., Fan L.-W. Temperature dependence of contact angles of water on a stainless steel surface at elevated temperatures and pressure: In situ characterization and thermodynamic analysis // Journal of Colloid and Interface Science. 2020, vol. 561, pp. 870-880.
32. Есипова Н.Е., Русанов А.И., Соболев В.Д. Температурная зависимость краевого угла сидячего пузырька на границе вода–кремний // Коллоидный журнал. 2020. Т. 82. № 5. С. 569-575.
33. Чураев Н.В., Соболев В.Д. Вклад структурных сил в смачивание поверхности кварца растворами электролита // Коллоидный журнал. 2000. Т. 62. № 2. С. 278-285.
34. Современная теория капиллярности: к 100-летию теории капиллярности Гиббса / под ред. А.И. Русанова, Ф.Ч. Гудрича. Л.: Химия, 1980. 344 с.
35. Емельяненко К.Ф., Емельяненко А.М., Бойнович Л.Б. Обзор современного состояния исследований адгезионных явлений на границах твердых тел с твердыми и жидкими водными средами // Коллоидный журнал. 2022. Т. 84. № 3. С. 274-300.
36. Bubble growth on hydrophobic rough surfaces in the shear flow / Li J., Li X., Wang C., He P., Chen H. // Langmuir. 2024, vol. 40, issue 18, pp. 9630-9635.