سرفصل های درس فلوتاسیون

نام بسته درسی: فلوتاسیون

————————-

فهرست:

 بار سطحی

برهم کنش های شیمیایی خاص

انحلال ترجیحی یون ها

جانشینی شبکه ای

دو لایه ای الکتریکی

کلکتورها و نمک های آنها

کلکتورهای کاتیونی

میسلیزاسیون

کلکتورهای آنیونی اکسیدریل

کلکتورهای آنیونی سولفیدریل

اکسایش کلکتورهای سولفیدریل

آبرانی طبیعی

سولفیدها در سیستم های کم اکسیژن

فلوتاسیون و بازداشت کانی های آبران

فلوتاسیون ذغال و مولیبدنیت

مولیبدنیت

سولفیدها

حضور اکسیژن

پدیده های الکترو شیمیایی در سیستم های سولفیدی

فلوتاسیون گالن آ

بازداشت با هیدروکسیل

بازداشت با سولفید

بازداشت بوسیله کرومات

بازداشت به وسیله سیانید

فلوتاسیون کالکوسیت

بازداشت با یون هیدروکسیل

بازداشت با سولفید

بازداشت با سیانید

فلوتاسیون اسفالریت

جلوگیری از فعال سازی

فلوتاسیون پیریت

بازداشت با هیدروکسیل

بازداشت با سیانید

بازداشت با سولفیت

بازداشت با سولفید

فلوتاسیون کالکوپیریت

بازداشت با هیدروکسیل

فلوتاسیون کانی های اکسیدی و سیلیکاتی نامحلول

فلوتاسیون به وسیله جذب فیزیکی

فعال سازی با فلوریت

بازداشت با یون های غیر آلی

فلوتاسیون به وسیله جذب شیمیایی

فعال سازی کوارتز

فلوتاسیون نمک های نیم محلول

فلوتاسیون کلسیت

فلوتاسیون آپاتیت- کلوفان

فلوتاسیون فلوریت

فلوتاسیون انگلزیت، سروزیت و مالاکیت

تنظیم کننده ها و بازداشت کننده ها

کربنات سدیم

سیلیکات سدیم

نشاسته

فلوتاسیون نمک های محلول

بخشی از بسته درسی فلوتاسیون :

پدیده های سطحی

فلوتاسیون کف شامل تجمع حباب های هوا و ذرات کانی در یک محیط آبی و سپس شناور سازی آنها به طرف سطح و انتقال به فاز کف است که در شکل شماره 1 نشان داده شده است. امکان یا عدم امکان چسبندگی حباب به ذره و اجتماع آنها با میزان خیس شدن سطح ذره با آب تعیین می شود. وقتی که سطح یک جامد میل ترکیبی کمی با آب از خود نشان می دهد گفته می شود که سطح ذره خاصیت هیدروفوبی (آبران) دارد و حباب هوا به سطح خواهد چسبید. پایداری این چسبندگی بوسیله زاویه تماس ، اندازه گیری می شود که این زاویه بین سه فاز مایع، جامد و گاز ظاهر می شود (شکل 2).

تعادل بین سه فاز حباب هوا، سطح کانی و آب را می توان بوسیله نیروهای کششی فصل مشترک آنها مطابق معادله یانگ توضیح داد.

شکل 1 – فلوتاسیون ذرات گالن

تغییرات انرژی آزاد در واحد سطح مرتبط با فرآیند چسبندگی (جایگزینی آب با حباب هوا) با معادله دوپر ارائه می شود.

پس تغییرات انرژی آزاد را می توان بر حسب زاویه تماس بیان کرد.

تغییرات انرژی آزاد بر فرآیند چسبندگی حباب، ، را می توان بر حسب کار چسبندگی آب با ذره،  و کار چسبندگی بین ملکول های آب، ، نیز تشریح کرد.

برای انجام اتصال موثر، کار چسبندگی آب با ذره، ، باید کمتر از کار چسبندگی بین مولکول های آب باشد یعنی:

 (5)                  

کار چسبندگی به میزان کار مورد نیاز برای حذف مایع از سطح جامد تعریف می شود که یک لایه آب جذب شده در تعادل با یک فاز گازی اشباع به جا می گذارد. کار چسبندگی آب با ذره از سه قسمت تشکیل شده است :

– انرژی یونیزاسیون، ناشی از نیروهای جاذب کولمبیک در سطح جامد

 -انرژی پیوند هیدروژنی ناشی از نیروهای کوردینانسی، واکنش متقابل دو قطبی حلال با سطح جامد،

و   انرژی پراکندگی و تفرق، ناشی از واکنش های متقابل حلال با دو قطبی های القایی در سطح جامد.

بار سطحی

بار الکتریکی روی یک سطح جامد را می توان بوسیله مکانیسم های مختلف تولید نمود. این مکانیسم ها شامل بر هم کنش شیمیایی خاص، انحلال ترجیحی یون های سطحی و جانشینی شبکه ای است.

برهم کنش های شیمیایی خاص

بر هم کنش های شیمیایی خاص بین اجزا سطح جامد و محلول یا حلال (آب) را جذب شیمیایی نامند. این بر هم کنش ها شامل واکنش هایی با فاز آبی است که منجر به تشکیل اجزا با ترکیبات سطحی مختلف می شود. یکی از معمول ترین مکانیسم های تولید بار، که در بسیاری از سیستم های اکسیدی، سیلیکاتی و نمک های نیم محلول فعال است، تشکیل و متعاقب آن تجزیه گروه های سطحی اسیدی است.

انحلال ترجیحی یون ها

در غیاب برهم کنش های شیمیایی ویژه، بار سطحی جامدات را می توان بوسیله انحلال ترجیحی یون های سطحی که بوسیله آقایان دبروین و آگار بحث شده بدست آورد. اساساً قضیه این است که برای جامدات یونی یک – یک ظرفیتی که باید توزیع آنیون ها و کاتیون ها روی صفحه کلیواژ مساوی باشد، علامت پتانسیل سطح در یک محلول اشباع بوسیله اندازه نسبی انرژی آزاد هیدراسیون یون هایی که شبکه بلور را تشکیل می دهند تعیین می شود. یون دارای انرژی هیدراسیون منفی تر تمایل بیشتری برای هیدراته شدن دارد و در نتیجه سطح را با یون دارای بار مخالف اضافی ترک می کند به طوریکه علامت بار سطح تثبیت می شود.

جانشینی شبکه ای

مکانیسم سوم که ممکن است دراثر آن سطح جامد دارای پتانسیل گردد روش جانشینی شبکه ای است. برای مثال، جایگزینی آلومینیوم با سیلیسیم در رس ها علت تغییر در ویژگی های الکتریکی مشاهده شده بین صفحات و لبه های این کانی ها می باشد

دو لایه ای الکتریکی

بار موجود در محلول بهمراه بار روی سطح جامد را دو لایه ای الکتریکی گویند. نمودار آن و کاهش پتانسیل در امتداد دو لایه ای الکتریکی در شکل 3 ارائه شده است.

شکل 3- ارائه شماتیک دو لایه ای و افت پتانسیل در سراسر دو لایه ای  a)بار سطحی b)لایه اشترن c)لایه پراکنده یون های مخالف

در غلظت های معین، زنجیرهای هیدروکربنی یون ها و یا ملکول های سطح ساز تجمع و پدیده میسلیزاسیون رخ می دهد.(شکل 4) غلظتی که این پدیده در آن اتفاق می افتد و غلظت بحرانی میسیل گویند و به  نسبت داده می شود. وقتی که این پدیده در سطح کانی رخ می دهد این تجمع را همی میسل گویند.

شکل 4-ارائه شماتیک یک میسل انیونی

اختلاف پتانسیل بین سطح و توده محلول را پتانسیل نهایی دو لایه ای گویند، о، اختلاف پتانسیل بین نزدیکترین صفحه فرضی حاوی یون های با بار مخالف هیدراته به سطح و توده محلول برابر  است، که عموماً به عنوان پتانسیل زتا، ξ، فرض می شود.

کلکتورها و نمک های آنها

کلکتورها ترکیبات هتروژنی هستند که حاوی یک گروه عاملی غیر آلی می باشند که با یک زنجیر هیدروکربوری جفت شده اند. عموماً، گروه غیر آلی قسمتی از ملکول کلکتور است که روی سطح کانی جذب می شود، در حالیکه زنجیر هیدروکربوری، با طبیعت غیر یونی، آبرانی سطح کانی را در نتیجه جذب سطحی کلکتور تامین می نماید.

کلکتورهای کاتیونی

تنها کلکتور کاتیونی که در صنعت استفاده می شود آمین است. این ماده به وسیله فرآیند پروتوناسیون در محلول آبی یونیزه می شود. در مورد دودسیل آمین ، آمین ها براساس تعداد گروه های هیدروکربوری که با اتم نیتروژن پیوند دارد به نوع اول، دوم، سوم و چهارم دسته بندی می شوند.

آمین های نوع اول، دوم، سوم جزو بازهای ضعیف هستند. در حالی که آمین های نوع چهارم بازهای قوی می باشند. لذا آمین های نوع چهارم در هر مقداری از pH کاملاً یونیزه می شوند در حالی که یونیزاسیون آمین های نوع اول، دوم، سوم بستگی به pH دارد.

 وقتیکه  مولفه های تترامتیل کلرید آمونیم (آمین نوع چهارم) به یک لیتر آب اضافه شود غلظت  در هر مقدار pH برابر  مول بر لیتر است.

میسلیزاسیون

میسلیزاسیون به عنوان یک ویژگی سطح سازهای هیدروکربوری زنجیری، نقش مهمی در سیستم های فلوتاسیون بعهده دارد. میسل ها توده هایی از یون های کلوئیدی کلکتورها می باشند که به وسیله پیوند واندروالس بین زنجیره های هیدروکربوری کلکتورها تشکیل می شوند.

میسل ها به علت طبیعت غیر یونی زنجیرهای هیدروکربوری تشکیل می شوند. و یک ناسازگاری دو طرفه بین ملکول های قطبی آب و هیدروکربورهای غیر قطبی ایجاد می شود. وقتی که غلظت یون های سطح ساز به حد معینی در محلول برسد که به آن غلظت بحرانی میسیلی، CMC، می گویند. زنجیرهای هیدروکربوری به صورت توده ها یا میسل ها جمع شده و از محلول خارج می شوند.

وقتی که طول زنجیر هیدروکربوری افزایش می یابد، براساس مطالعات انرژی آزاد که قبلاً یادآوری شد غلظت مورد نیاز برای رخداد پدیده میسلیزاسیون کاهش می یابد. به علت وجود نیروهای دافعه الکترواستاتیکی بین سرهای باردار، برای تعدادی از یون های کلکتور برای حضور در میسل محدودیت وجود دارد. حضور نمک های غیر الی که بار یون های آن مخالف با بار یون های کلکتور می باشد، یا حضور ملکول های آلی خنثی، مانند الکل های زنجیر بلند، نیروی دافعه بین سرهای باردار را کاهش می دهد. بنابراین غلظت بحرانی میسل CMC، را پایین می آورد.

کلکتورهای آنیونی اکسیدریل

کلکتورهای این گروه عبارتند از: کربو کسیلات ها (اسیدهای چرب)، سولفونات ها، آلکیل سولفات ها و عوامل خاص کی‌لیت ساز. تمام اسیدهای چرب جزو اسیدهای ضعیف هستند.

 از آنجایی که اسیدهای چرب جزو اسیدهای ضعیف می باشند، غلظت های یون کربوکسیلات و اجزاء ملکولی، ، تابع PH محلول هستند.

کلکتورهای آنیونی سولفیدریل

گزنتات از متداول ترین کلکتورهای آنیونی سولفیدریل است، اما تعدادی دیگر از سطح سازهای گوگرد دار نیز کاربرد دارند.

 اسیدهای گزنتیک جزو اسیدهای نسبتاً قوی هستند لذا در محیط های خنثی و بازی، گزنتات به صورت یون گزنتات حضور خواهد داشت.

حاصل ضرب حلالیت گزنتات های فلزی با افزایش طول زنجیر کاهش می یابد. به علاوه می توان مشاهده کرد که حاصل ضرب حلالیت اتیل گزنتات روی بطور قابل ملاحظه ای هم بیشتر از حاصل ضرب حلالیت اتیل گزنتات سرب و هم بیشتر از اتیل گزنتات مستقیم یک ظرفیتی است این پدیده نقش مهمی در فلوتاسیون انتخابی اسفالریت، کالکوپیریت و گالن دارد. حاصل ضرب حلالیت نمک های فلزی می آید تیوفسفات بزرگتر از حاصل ضرب حلالیت گزنتات های فلزی مشابه است .

برای مشاوره اینجا بزنید