PODSTAWY

MINERALURGII

Wykład 12

FLOTACJA

(Cecha główna -
hydrofobowość)

ziarno płonne (hydrofilne)

ziarno hydrofobowe

pęcherzyk gazowy

woda

zrost

Istota flotacji

woda



pęcherzyk

ziarno

Kąt zwilżania

Substancja

Postępujący kąt zwilża-

nia

Substancja

Postępujący kąt zwilża-

nia

Teflon

112

siarka

86*

Parafina

110

grafit

86

Polietylen

103

stybnit (Sb

2

S

3

)

84

Skóra ludzka

90

AgI

17

Naftalen

88

kalcyt

~0*

Kwas stearynowy

80

szkło

~0

Kąt zwilżania wybranych

substancji

( w stopniach)

Polerowane powierzchnie

Źródło*

Ziarna

Źródło

Uwięziony pęcherzyk

Adamson, 1967

ciepło zwilżania ziarn

Neumann i Good, 1979

Siedząca kropla

Adamson, 1967

flotometria

Drzymała i Lekki, 1989a,b
Drzymała, 1995; 1999a,b,c

Nachylona płytka
w cieczy

Hiemenz, 1986

kształt granicy wodnej faz Aveyard i Clint, 1995

Siła odrywania

Hiemenz, 1986

lewitacja

Li i współ., 1993

Zwilżanie płytki

Adamson, 1967

prasowany dysk

Heertjes i Kossen, 1967,
He i Laskowski, 1992

Kropla na nachylonej
płytce

Hiemenz, 1986

szybkość penetracji
cienkiej warstwy ziarn

van Oss i współ., 1992

Profil kropli

Ralson
i Newcombe, 1992

szybkość penetracji
kolumny ziarn

Washburn, 1921, Crowl
i Wooldridge, 1967

Rozmiar kropli

Ralson
i Newcombe, 1992

uwięzionego pęcherzyka
dla ziarn

Hanning i Rutter, 1989

waga Langmuira

Clint i Tylor, 1992;
Aveyard i współ., 1944

wirówkowa

Huethorst i Leenaars, 1990

wzniesienia kapilarnego
w kolumnie ziarn bez
cieczy wzorcowej

White, 1982

wzniesienia kapilarnego
w kolumnie ziarn z cieczą
wzorcową

Bartell i Whitney, 1933

Metody
pomiaru

Silnie hydrofobowe*

Średnio hydrofobowe

Słabo hydrofobowe

Hydrofilne**



= 0

Substancja



substancja



substancja



substancja

1

2

3

4

5

6

7

Parafina,
C

n

H

2n+2

90+ siarczki

44–0 fluoryt, CaF

2

10–13

gips,
CaSO

4

·2H

2

O

Teflon, C

2

F

4

90+

węglik krzemu,
SiC

27,6 arszenik, As

2

O

3

9,3 żelazokrzem

Siarka, S

63,2 węgiel kamienny 26–0 perowskit, CaTiO

3

9

dolomit,
CaMg(CO

3

)

2

Rtęć, Hg

45,6 ind, In

25

szelit, CaWO

4

9

magnetyt,
Fe

3

O

4

Ge

39,7 jodargyryt, AgI

23,5 diament, C

7,9 halit, NaCl

Si

35,4 kasyteryt, SnO

2

22– cyna, Sn

7,5 węgiel brunatny

Talk

35,2 srebro, Ag

14

kwas borny, H

3

BO

3

6,4 kaolin

ilmenit, Fe

14

grafit, C

6,2+ hematyt, Fe

2

O

3

molibdenit, MoS

2

5,9+ PbJ

2

6

kwarc, SiO

2

złoto, Au

5

kalcyt, CaCO

3

baryt, BaSO

4

5

anhydryt, CaSO

4

korund, Al

2

O

3

4

kości

HgO

3,3 turmalin

HgJ

2

3

warzywa

miedź, Cu

3

żelazo, Fe
bursztyn
lód, D

2

O

Podział substancji ze względu na

hydrofobowość

Zależność
Younga

Substancja



s

, mN/m



e

, mN/m



sw

, mN/m



cg

, mN/m



obliczone



zmierzone

*

Lód

90–120

~0

22–33

72,8

0

0

Kwarc

120–135

~małe

46

72,8

~0

0

Parafina

50– 68

0

51

72,8

77– 91

110

Rtęć

484

~75

415

72,8

95

43–110

cg

elektrolity
(regulatory pH
oraz sole)

zw. hydrofobizujace (kolektory)





sg





sc

cos



= --------------









sc





cg





sg





sg

,





sc





cg

iep 21

związki
hydrofilizujące

0

k

ą

t

zw

il

ża

n

ia,



wyjściowy
kąt zwilżania

substancje
modyfikujące





cg





sc





sg

0

2

4

6

8

10

12

pH

0

20

40

60

80

100

u

z

y

s

k

f

o

ta

c

ji

,

%

Ge

pH

iep

= 2,8

Wpływ pH (właściwości elektrycznych)

na flotację

ziarno

potencjał





potencjał
Galvaniego





0

potencjał
dzeta



potencjał
powierzchni





0

warstwa dyfuzyjna

stężenie kationu

stężenie anionu

+ - + -

- + - +

+ - + -

+ - + -

+ - + -

- + - +

- + - +

- + - +

- + - +

+

+

+

+

+

+

+

-

-

naładowana warstwa
powierzchniowa

-

-

-

-

-

-

np. [OH] = [OH]

r

exp

(



/RT)

np. [H] = [H]

r

exp

(



/RT)

budowa elektrycznej warstwy

podwójnej

Modele ewp



0

=





0





0

kondensator płaski

















kT

ze

ze

kT

d

2

sinh

2

0

0

0











kondensator rozmyty

Formowanie się ładunku

elektrycznego

+ n X

-

lub

dodatni

ładunek pow ierzchniow y

ujemny

miejsce przełomu ziarna

+ n M e

+

   

 M e  M e  M e  M e 

   

 M e  M e  M e  M e 

   

 M e  M e  M e  M e 

   

H

2

O

rtęć

lub

 
 M e  M e

 M e

-


 M e  M e
 

 
 M e  M e
 
 M e  M e
 
 M e  M e
 





+

elektrony

   

 M e  O  M e  O 

   

 O  M e  O  M e 

   

 M e  O  M e  O 

   

H

2

O


 O  M e O

-


 M e  O H

 O  M e O

-



   

 M e  X  M e  X 

   

 X  M e  X  M e 

   

 M e  X  M e  X 

   

H

2

O


 M e  X

 X

-


 M e  X


+ n M e

+


 X  M e

 M e

+


 X  M e


lub

+ n H

+


 O  M e O H

2

+


 M e  O H

 O  M e O H

2

+



+ n O H

tlenki

sole

granica faz ziarno/w oda

Rys. 12.13. Formowanie się ładunku powierzchniowego na metalach, tlenkach i solach

   

 Me  S  Me  S 

   

 S  Me  S  Me 

   

 Me  S  Me  S 

   

H

2

O


 S  MeOH

 Me  SH

 S  MeOH


+ H

+


 S  MeOH

2

+


 Me  SH

 S  MeOH

2

+



+ n OH

-


 S  MeOH

 Me  S

-


 S  MeOH


inne

lad2

Rys. 12.14. Form

owanie się ładunku powierzchniowego na siarczkach

Formowanie się ładunku

elektrycznego

2

4

6

8

10

pH

-60

-40

-20

0

20

40

60

ła

d

u

n

e

k

p

o

w

ie

rz

c

h

n

io

w

y,

µ

C

/c

m

2

p.z.c.

0,001M NaCl

0,01M NaCl

0,1M NaCl

2

4

6

8

10

pH

-60

-40

-20

0

20

40

60

p

o

te

n

c

ja

ł

d

ze

ta

,

m

V

i.e.p.

0,001M NaCl

0,01M NaCl

0,1M NaCl

Wartości

punktu

zerowego

ładunku

(pzc)

i

punktu

izoelektrycznego

(iep)

dla

różnych

substancji

w

roztworach

wodnych.

Zbiór pzc i iep dla wielu substancji można znaleźć w pracy Parksa (1965)

Substancja

pH

pzc

pH

iep

Kwarc, SiO

2

<5

1,54

Kwas oleinowy, C

17

H

33

COOH

2,0

Kasyteryt, SnO

2

<5,5

2,0–5,5

Siarka, S

–

2,1

Siarczki, MeS

–

2,1–7,0

Lód, D

2

O

7,0 0,5

3,0–3,5

Węglowodory, C

n

H

2n+2

6,3

3,3

Powietrze, O

2

+N

2

+CO

2

–

3,5

Diament, C

–

3,5

Bakterie (Nocardia)

–

3,5

Rutyl, TiO

2

4,8–5,3

Ilmenit, FeTiO

3

5,6

Hematyt, Fe

2

O

3

6,5–8,5

4,8–8,7

Baryt, BaSO

4

–

6,0–8,1

Tenoryt, CuO

6,5–8,5

6,0–7,6

Dolomit, (Ca,Mg)CO

3

–

7,5

Magnezyt, MgCO

3

7,5

Korund, Al

2

O

3

9,1

Peryklaz, MgO

12,0

kolektory

jonogenne

niepolarne

chelatowe

amfoteryczne

proste

węglowodory
i pochodne

kationowe

anionowe

typu S-S

kwasy tłuszczowe

aminy

oksymy

ksantogeniany

amino-
alkilokwasy

związki
siarkowe

typu O-O

merkaptany

monotiowęglany

karbaminiany

typu O-N

typu S-N

typu O-S

typu N-N

dwuaminy

fot13

alkohole

a

o

le

j

b

-O-H

-O

c

Me

S

d

S

S

Me

CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

głowa

(hydrofilowa)

ogon

(hydrofobowy)

COO

–

Budowa

kolektora

0

2

4

6

8

10

stężenie ksantogenianu etylowopotasowego, g/m

0

20

40

60

80

k

ą

t

z

w

il

ż

a

n

ia

,

s

to

p

n

ie

galena

3

10

-07

10

-06

10

-05

10

-04

10

-03

stężenie oleinianiu sodu, kmol/m

3

0

20

40

60

80

100

k

ą

t

zw

il

ża

n

ia

,



,

s

to

p

n

ie

hematyt - NaOl

pH = 7

pH = 9

pH = 10

pH = 10,5

Przykładowe kolektory niepolarne

Typ kolektora

Przykłady

Węglowodory i pochodne

olej napędowy, nafta, heptan, benzen, halogenopochodne
węglowodorów

Związki siarkowe

dwuksantogen (R–O–C(=S)–S–)

2

ksantogenian mrówkowy R–O–C(=S)–S–C(=O)–O–R´,
dwusiarczki alkilowe R–S–S–R

Alkohole i pochodne

alkilofenylo(polietoksy)alkohole (Triton, Tergitol),
alkilofenole, wyższe alkohole

P rzy kłado w e ko lektory jo no genne pro ste

K o lekto r

P rzy kłady

katio no w e

A m iny pierw szo rzędo w e* R – N H

2

dodecy lo am ina C

12

H

25

– N H

2

lub C

12

H

25

– N H

2

·H C l

(C

12

H

25

– N

+

H

3

C l

–

)

A m iny drugo rzędo w e* R – (R ´)N – H

di-n-am y lo am ina, (C

5

H

11

)

2

– N H

A m iny trzecio rzędo w e* R – (R ´)N – R ´´

tri-n- am ylo am ina, (C

5

H

11

)

3

– N

S o le am o nio w e (am iny cz w arto rzędow e)

N +

R ' '

R

R '

R ' '

C l -

D iam iny o raz triam iny

diam ina R – N H – (C H

2

)

x

– N H

2

S o le piry dyno w e

S o le m o rfo linio w e

R N H

C H

2

- C H

2

C H

2

- C H

2

O C l

-

+

S o le sulfo niow e

R

R '

R ' '

S

C l-

+

aniono w e

M erkaptany , R – S H

z po w o du nieprzy jem nego zapachu nie stosuje się
w prakty ce przem y sło w ej

am fo tery czne

K w as N - do decylo -2-am ino propio now y

C

12

H

25

– N

+

H

2

– (C H

2

)

2

– C O O

–

Inne

C

12

H

25

– N H – C H

2

– C O O N a,

C

12

H

25

– N (C H

2

– C O O N a)

2

, R – (C H

3

)

2

N

+

– C H

2

–

C O O

–

(alkilo betaina)

* W prakty ce stosuje się zw y kle ich chloro w o do rki: R – N H

2

·H C l.

N

C l

R

+

-

. Wybrane kolektory chelatujące typu O–O

Kolektor

Wzór

Przykłady

Pochodne kwasu węglowego
(kwasy tłuszczowe)

R–COOH

kwas oleinowy (olej talowy), linolowy,
linolenowy, stearynowy

Pochodne kwasu siarkowego
(siarczany)

R–O–SO

3

H

dodecylosiarczan

Pochodne kwasu siarkowego
(sulfoniany)

R–SO

3

H

dodecylosulfonian

Pochodne kwasu fosforowego
(fosforany)

(RO)

2

–P(O)–OH

kwas dwualkilofosforowy

Pochodne kwasu fosfonowego
(fosfoniany, difosfoniany)

(RO)–(R)P(O)–OH

R–(PO

3

H

2

)

2

(difosfonian)

kwas dwualkilofosfonowy,
Flotol-7, 9 (kwas 1-hydroksyalkilidie-
ne-1,1-difosfonowy

Pochodne kwasu fosfinowego
(fosfiniany)

(R)

2

–P(O)–OH

kwas dwualkilofosfinowy

Nitrozofenylohydroksyloamina
(sól amonowa)

(Ar–N(O

–

)–N=O)NH

4

kupferron

Salicyloaldehyd

OH–Ar–CHO

salicyloaldehyd

Nitrozonaftole

ON–nA–OH

-nitrozo--naftol, -nitrozo--naftol

Nitrozofenole

R–(OH)Ar(OH)–NO

nitrozoalkilorezorcynal

Barwniki organiczne

alizaryna i jej pochodne

Kwasy hydroksamowe

R–CO–NH–OH

kwas benzohydroksamowy, hydrok-
samian oktylowo-potasowy, IM-50
(C7-C9)

W

ybrane kolektory chelatujące typu S

–S

Kolektor

W

zór

Przykłady

Ksantogeniany (ditiowęg

lany)

S
C - O-
S

-

ksantogenian etylow

o-potasow

y

(R

–O

C

S

S

K)

Tioksantogeniany (trójtiowęg

lany)

S
C - S-
S

-

D

itiofosforany

S
P(OR)

2

S

-

aerofloaty ((R

O

)

2

P(=

S

)–S

K)

D

itiofosfiniany

S
PR

2

S

-

D

itiokarbam

iniany

S
C - NR

2

S

-

W

y

b

r

a

n

e

k

o

le

k

to

ry

c

h

e

la

tu

ją

c

e

typ

u

O

–N

K

o

le

k

to

r

W

zó

r

P

r

zy

kła

d

y

O

k

sy

m

y

CH

OH

N

C

OH

-b

e

n

zo

in

o

o

k

s

ym

CH

OH N

C

OH

d

w

u

m

e

ty

lo

g

lio

k

s

ym

H

y

d

r

o

k

sy

o

k

s

ym

y (L

IX

-y

)

L

IX

6

5

N

OH

C

9

H

19

C

N

OH

8

-h

y

d

r

o

k

sy

c

h

in

o

lin

a

i je

j p

o

c

h

o

d

n

e

N

OH

8

-h

y

d

r

o

k

sy

c

h

in

o

lin

a

(o

k

s

y

n

a

)

W

y

b

r

a

n

e

k

o

le

k

t

o

r

y

c

h

e

la

t

u

ją

c

e

t

y

p

u

S

–

N

K

o

le

k

t

o

r

W

z

ó

r

M

e

r

k

a

p

t

o

b

e

n

z

o

t

r

ia

z

o

le

C S

N

S

H

C

C

(

fl

o

t

a

g

e

n

)

M

e

r

k

a

p

t

o

t

io

d

ia

z

o

le

CN

R

S

S

H

C

N

T

io

t

e

r

t

r

a

h

y

d

r

o

g

ly

o

k

s

a

lin

a

C N

H

N

S

H

C

C

M

o

n

o

- o

r

a

z

d

it

io

k

a

r

b

a

m

in

ia

n

y

C

4

H

9

O

S

C

N

H

C

2

H

5

F

e

n

y

lo

t

io

m

o

c

z

n

ik

S

C

N

N

H

H