Введение к работе
Актуальность проблемы. Использование поверхностно-активных веществ (ПАВ) в различных технологических процессах требует исследования их коллоидно-химических свойств. Установление взаимосвязи ионно-молекулярного и мицеллярного состава ПАВ с их адсорбционной и поверхностной активностью на межфазных границах раздела является одной из важнейших проблем физико-химии растворов коллоидных электролитов. В настоящее время свойства ди-фильных молекул с гибкой углеводородной цепью подробно описаны в литературе, тогда как исследованию соединений с жесткой структурой углеводородного радикала, в том числе бициклических ПАВ, уделялось мало внимания. Особенно мало изучены свойства ПАВ в концентрированных солевых растворах, являющихся жидкой фазой некоторых технологических процессов, в частности флотационного обогащения калийных руд.
Проведение процесса флотации растворимых минералов в насыщенных солевых растворах оказывает существенное влияние на коллоидную структуру растворов применяемых реагентов, их адсорбционную и флотационную активность. Несмотря на значительные теоретические разработки в области физико-химии селективной флотации растворимых солей, ассортимент применяемых реагентов-собирателей чрезвычайно узок и не отвечает возрастающим требованиям промышленности. Более того, в связи с вовлечением в переработку труд-нообогатимого сырья с низким содержанием полезного компонента и повышенным количеством глинистых примесей, а также необходимостью решения экологических проблем, возникает потребность поиска новых эффективных реагентов с высокой селективностью действия и меньшей чувствительностью к глинистым и карбонатным минералам.
В свете изложенного большой интерес представляет разработка физико-химических основ действия и применения при флотации сильвинитовых руд нового класса реагентов-собирателей - бициклических ПАВ терпенового ряда группы камфана. Эти исследования являются актуальными как с точки зрения выяснения закономерностей гидрофобиэующего действия реагентов в отношении солевых минералов, так и для дальнейшего развития физической и коллоидной химии ПАВ. Бициклические собиратели имеют определенные преимущества перед употребляемыми в настоящее время реагентами: они не токсичны, биологически легко разрушаемы и могут быть получены по простой технологии.
Работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ Института общей и неорганической химии АН Беларуси по проблеме: "Создание высокоэффективных методов комплексной переработки калийного
сырья и получение минеральных удобрений с улучшенными физическими и агрохимическими свойствами" (Nj гос. per. 01880018398).
Цель и постановка работы, Целью настоящей работы является исследование поверхностных и объемных свойств новых бициклических ПАВ в водных и солевых растворах, изучение их адсорбционного взаимодействия с солевыми и глинистыми минералами и разработка физико-химических основ действия и применения этих ПАВ в качестве реагентов-собирателей хлорида калил при флотации сильвинитовых руд.
В соответствии с указанной целью в работе поставлены следующие задачи:
изучение поверхностных свойств бициклических ПАВ на межфазной границе раздела жидкость - rai;
исследование коллоидно-химических свойств бициклических ПАВ в водных и солевых растворах;
исследование адсорбционного взаимодействия бициклических ПАВ с основными составляющими сильвинитовой руды различной степени дисперсности;
изучение собирательного действия бициктических соединений при флотационном обогащении калийных руд и разработка рекомендаций по их использованию в технологическом процессе.
Научная новизна. На основе исследований поверхностных и объемных свойств впервые синтезированных бициклических соединений в водных и солевых растворах установлены закономерности их действия на границах раздела фаз и в объеме системы. Показано влияние жесткой структуры углеводородного каркаса молекул и природы гидрофильной группы на процессы ассоциации, высаливания из насыщенных солевых растворов, адсорбции на межфазной границе раздела. Установлено, что в солевых растворах анионоактивные соединения по сравнению с катионоактивными обладают более высокой растворимостью и устойчивостью к высаливающему действию сильных электролитов.
Установлены особенности адсорбционного взаимодействия исследуемых бициклических ПАВ анионного и катионного типа с глинистыми и солевыми минералами калийных руд в насыщенных солевых растворах. Показано, что соли изокамфанонсульфокислоты, в отличие от борниламина, обладающего аналогичным углеводородным скелетом, практически не адсорбируются на минералах глинистых примесей и проявляют наибольшую избирательность по отношению к хлориду калия, что позволяет рекомендовать их к использованию в качестве реагентов-собирателей для флотации высокоглиннстых калийных руд.
Практическая значимость. На основе изучения коллоидно-химических . свойств бициклических ПАВ, их гидрофобизирующего и пенооброзующего дей-стрчя при флотации калийных солей предложены и защищены авторскими сви-
детельствами новые эффективные реагенты-собиратели хлористого калия, синтезированные на базе отходов лесохимической промышленности. Опытные испытания, проведенные в ЦЛ и ОФ ПО "Белорускалий", подтвердили высокую эффективность собирательного действия аммонийной соли изокамфанонсуль-фокнслоты (ИКСК) в процессе получения калийных удобрений из высоко-глинистых сильвинитовых руд.
Основные положения, выносимые на защиту:
поверхностная активность анионных и катионных бицнклнческих ПАВ на границе раздела фаз в водных и солевых растворах;
адсорбционное взаимодействие бициклических соединений с поверхностью глинистых и солевых минералов в растворах электролитов;
коллоидно-химические свойства бициклических ПАВ в водных и
солевых растворах;
закономерности собирательного и пенообразующсго действия бицикли
ческих реагентов-собирателей при флотации хлористого калия.
Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы, включающего 202 наименования. Материал изложен на 154 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков, 17 таблиц, 1 приложение.