CC BY
29
УДК 622.765 Л.А. Попова
МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ РЕАГЕНТНОЙ ФАЗЫ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА «ТВЕРДОЕ-ВОДА»
ПРИ ФЛОТАЦИИ УГЛЕЙ И СПОСОБЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ЭТОГО ПРОЦЕССА
Описан механизм формирования реагентной фазы при флотации углей.
Ключевые слова: флотация углей, реагентная фаза.
Семинар № 20
L.A. Popova
THE REACTANT PHASE FORMATION MECHANISM ON THE BORDER LINE OF “SOLID-WATER” DURING THE COAL FLOTATION AND THE METHODS OF ITS INTENSIFICATION
The reactant phase formation mechanism during the coal flotation is described.
Key words: coal flotation, reactant phase.
7еоретически 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 апо-лярных 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 (> 0) 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 (<ад = 72,5 • 10 3 Н / м), а а подавляющего большинства реагентов
значительно ниже
(<ар = (10 +50)-103 H /м), то на поверхности полимерного раствора будет концентрироваться именно реагент.
Таким образом:
1. 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.
2. В процессе формирования новых границ раздела «твердое-реа-гент» (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 гидрофо-бизации и вспенивающие свойства.
3. 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 nM ^ Мп
Результаты изучения макромолеку-лярной структуры углей показали, что
практически все активные группы угольной поверхности являются радикалами и подвержены радиационно- химическому возбуждению [2]. Полного переноса заряда при изучении характера межфазных 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 [ВДп «ажурной» структуры воды в жидкой фазе, а также гидроскилы, образовавшиеся при подщелачивании вследствие «буферного» эффекта.
Например,
но+сн-снп ~^но-снп -| 2 2 + СНп-СН -+НО-СНп-
2 | 2 о
-СН-СН2-СнХт.д
О
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 окислительновосстановительное инициирование РП. В этом случае можно подобрать растворимые в воде или реагенте пару «окис-литель-восстанови-тель» и, как результат их реакции вызвать образование свободных радикалов. Примером могут быть инициирующее РП в органических средах взаимодействие перекиси бензола с метиламином
Обрыв процесса РП реализуется, как рекомбинация растущих радикалов или
замена малоактивными радикалами, которые сами не инициируют РП, но спо-
+ СД-С-0-0-С-СД ->С.Н,-С-0 +
6 5 || II 6 5 6 5 II
+СН, - N+ СДГООН.
собны рекомбинировать с растущими радикалами. К числу таких соединений относятся многие хиноны, ароматические ди- и тринитросоединения, молекулярный кислород соединений металлов переменной валентности [3].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
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. Багдасарин Х.С. Теория радикальной полимеризации. - М.: Химия. - 1959. и'.ш
O
O
O
— Коротко об авторе
Попова Л.А. - кандидат технических наук, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, [email protected]
------------------------------------------------ РУКОПИСИ,
ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ
МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
1. Огородний B.C. Проблемы либерализации российского страхового рынка (689/06-09 — 24.03.09) 20 с.
2. Бокарев Д.Л. Эффективность дегазационной подготовки выбросоопасных пластов газодренажными скважинами пробуренными из разгружающих полевых выработок (690/06-09 -31.04.09) 6 с.
