CC BY
20
Л.А. Попова
МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ РЕАГЕНТНОЙ ФАЗЫ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА «ТВЕРДОЕ-ВОДА»
ПРИ ФЛОТАЦИИ УГЛЕЙ И СПОСОБЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ЭТОГО ПРОЦЕССА
Рассматриваются все процессы, связанные с взаимодействием и возникновением новых фаз в элементарном акте флотации, на базе фундаментальной теории поверхностных явлений и имеют целью выявление возможных способов интенсификации флотации углей.
Ключевые слова: реагентная фаза, радикальная полимеризация.
Георетически наиболее действенным способом ускорения процесса флотации являются повышение скорости взаимодействия на межфазных границах и эффективности действия реагентов. Последнее обстоятельство в значительной мере определяется растворимостью реагентов в воде, их летучестью, интенсивностью взаимодействия молекул реагента друг с другом, а также свойствами угольной поверхности.
В работах по теории флотации при обсуждении основных положений, определяющих результаты флотации, не учитываются метаморфическая трансформация углей, как системы кластеров разной степени развития. Не рассматриваются процессы образования новых границ разделов «твердое-реагент» и «реагент-газ», а также процессы формирования соответствующих фаз.
В соответствие с существующей теорией поверхностных явлений процесс формирования новой фазы представляет собой систему переходных состояний, которые метастабильны и требуют наличия зародышей как главного фактора резко ускоряющего процесс образования новых фаз.
На большинстве УОФ реагенты подаются во флотомашину в виде водных эмульсий, в которых реагент рассредоточен настолько, что эмульсию можно считать «раствором полимеров», и это тем более оправдано, что молекулы аполярных веществ активно взаимодействуют друг с другом. К настоящему времени теория таких
«растворов» строится на основе принципа соответственных состояний.
В рамках этой теории большее возрастание энтропии (Д£ > о ) объясняется тем, что свободный объем при образовании раствора существенно увеличивается для реагента и уменьшается для воды [1], а это означает укрупнение объемов реагента и вытеснения воды в общий объем. Этому процессу содействует низкая растворимость и летучесть реагента. Поскольку вода имеет самое большое поверхностное натяжение (а = 72,5 -10 3 H / м), а с подавляющего большинства реагентов значительно ниже (Стр = (10 + 50) -1(Г3 H / м), то на поверхности полимерного раствора будет концентрироваться именно реагент.
Таким образом:
При адсорбции реагентов на межфазных границах определяющим являются термодинамические параметры, а именно, растворимость в воде, температура среды и летучесть реагента, обусловливающие скорость диффузии и количество зародышей новой фазы.
В процессе формирования новых границ раздела «твердое-реагент» (Т-Р) и «реагент-газ» (Р-Г), а также ориентация молекул реагента в монослое определяются соответствием структур макромолекул органической массы углей (ОМУ) и реагента, поскольку именно они обусловливают устойчивость связи, избирательность действия, скорость формирования и структуру новой границы раздела, т.е. эффект гидрофобизации и вспенивающие свойства.
Особое значение принимает структура реагентной фазы в связи с тем, что, вследствие резонансного поглощения энергии, молекулы реагента с наибольшей вероятностью будут взаимодействовать друг с другом, создавая полислойные образования в виде капель или бляшек на поверхности ОМУ. Этот процесс можно рассматривать как процесс межфазной поликонденсации. При этом полимер образуется как в результате взаимодействия молекул с молекулами исходных соединений, так и в результате взаимодействия между уже образовавшимися макромолекулами. В случае полислойных капель реагента на поверхности угля имеет место взаимодействие молекул мономера М, приводящее к образованию макромолекул Мп по схеме:
пЫ ^ Ып
Результаты изучения макромолекулярной структуры углей показали, что практически все активные группы угольной поверхности являются радикалами и подвержены радиационно-химическому возбуждению [2]. Полного переноса заряда при изучении характера меж-фазных взаимодействий не обнаружено. Это дает возможность утверждать, что полислойные образования реагентов на границе раздела Т-Ж являются следствием радикальной полимеризации (РП), которая носит цепной характер.
В случае изученных различных видов органических соединений теоретически описанными и практически подтвержденными инициаторами таких процессов могу быть ослабленные углерод - углеродная связь, гидроксид воды слабо связанный с поверхностью при гидратации, гидроксил комплексов [Н20]п «ажурной» структуры воды в жидкой фазе, а также гидроскилы, образовавшиеся при подщелачива-нии вследствие «буферного» эффекта.
Например,
Из вышеизложенного следует, что интенсификация процесса флотации должна иметь целью увеличение скорости покрытия поверхности для усиления эффекта гидрофобизации и уменьшения числа слоев для снижения расхода реагента. Это предполагает введение в процесс реагентов - модификаторов, состав радикальных групп в которых соответствует составу радикальных групп поверхности, и реагентов - модификаторов, вызывающих прекращение процесса полимеризации при оптимальной толщине покрытия. Для условий промышленной флотации (при комнатной или пониженной температурах) возможно окислительно-восстано-вительное инициирование РП. В этом случае можно подобрать растворимые в воде или реагенте пару «окислитель-восстановитель» и, как результат их реакции вызвать образование свободных радикалов. Примером могут быть инициирующее РП в органических средах взаимодействие перекиси бензола с метиламином
H 2C - N - H
О
+ C6H5 - C- O - O - C- C6H5 ^ C6H5 - C- о +
O
O
O
+ CH3 - N + C6H5COOH.
Обрыв процесса РП реализуется, как рекомбинация растущих радикалов или замена малоактивными радикалами, которые сами не инициируют РП, но способны рекомбинировать с растущими радикалами. К числу таких соединений относятся многие хиноны, ароматические ди- и тринитросоединения, молекулярный кислород соединений металлов переменной валентности [3].
1. Рафиков С.Р., Будтов В.П., Монаков Ю.Б. Введение в физико-химию растворов полимеров. - М.: Наука, 1978.
2. Попова Л.А. Теоретические основы интенсификации процесса флотации углей, Горный информационно-аналитический бюллетень. -М.: МГГУ, 2008, №5. -с 149-154.
3. БагдасаринХ.С. Теория радикальной полимеризации. -М.: Химия. - 1959.
Popova L.A.
THE MECHANISM OF FORMATION THE REACTANT PHASE ON THE BORDER OF “SOLID-LIQUID” STAGES DURING FLOTATION OF COALS AND TECHNIQUES FOR ENHANCEMENT OF THIS PROCESS
This work describe all of the processes, which concerned with interaction and initiation of new phases in elementary act of coals floatation. This one considered on the base of fundamental theory of the surface effects and allow for detect of possible methods of intensifications coals floatation.
Key words: reactant phase, radical polymerization.
— Коротко об авторе --------------------------------------------
Попова Л.А. - кандидат технических наук, доцент, ГОУ ВПО Магнитогорский государственный технический университет, тел. +7(3519) 298-470
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
