Количественная оценка активности собирателей для флотационного извлечения катионов цветных металлов из техногенных рудничных вод

Н.Л. Медяник

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА АКТИВНОСТИ СОБИРАТЕЛЕЙ ДЛЯ ФЛОТАЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ КАТИОНОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ РУДНИЧНЫХ ВОД

Научно обоснованное изыскание флотореагентов с опорой на их квантовохимические характеристики и разработка алгоритмов их применения обеспечат эффективность и селективность действия выбираемых собирателей, устойчивость качественно-количественных показателей процесса флотации, снижение потерь флотационного реагента — собирателя при извлечении ценных компонентов из техногенных промышленных растворов. Расчет квантовохимических характеристик показал, что соединения, входящие в состав реагентов, имеют большие значения максимальных отрицательных зарядов сконцентрированных на гетероатомах. Применение реагента РОЛ в качестве собирателя при ионной флотации катионов цветных металлов из рудничных техногенных вод приводит к повышению извлечения ионов металлов на 35-45% по сравнению с традиционно применяемыми собирателями.

Ключевые слова: реагент, ионная флотация, квантово-химический расчет.

Т} азвитие флотации катионов цветных металлов и качест--яГ венно-количественные показатели процесса ионной флотации в значительной степени определяются эффективностью применяемых флотореагентов, которые являются одним из основных средств активного воздействия на процесс флотации. Несмотря на прогресс в области теории флотационного извлечения катионов цветных металлов, практика ионной флотации металлов всё же показывает, что в настоящее время используются недостаточно селективные реагенты, выбор собирателей весьма ограничен, что оказывает отрицательное влияние на экологические показатели работы горно-обогатитель-ного комплекса. Актуальна эта проблема и при флотации катионов цветных металлов из техногенных рудничных вод медно-колчеданных месторождений.

В настоящее время основным принципом поиска новых реагентов с позиций химии служит соответствие высокой прочности взаимодействия ионов с реагентами, обладающих малым значениям произведений растворимости солей. Однако такой принцип обладает существенными недостатками:

- не учитывается влияние на химические свойства ионов металла его партнеров по раствору;

- не учитывается влияние особенностей молекулярного строения реагентов и состава коллигенда на их взаимодействие с учетом образования координационной связи реагент— коллигенд.

Научно обоснованное изыскание флотореагентов с опорой на их квантово-химические характеристики и разработка алгоритмов их применения обеспечат эффективность и селективность действия выбираемых собирателей, устойчивость качественноколичественных показателей процесса флотации, снижение потерь флотационного реагента - собирателя при извлечении ценных компонентов из техногенных промышленных растворов [1].

Техногенные кислые воды медно-колчеданных месторождений содержат ионы цветных металлов, проявляющих электрофильные свойства, следовательно для их извлечения необходимы нуклеофильные реагенты [2]. Поэтому на начальном этапе нашего исследования для выявления характера реагента мы посчитали, целесообразным провести расчет квантово-химических характеристик тех реагентов, которые используется в качестве ПАВ в настоящее время (табл. 1). Квантово-химические расчеты молекул реагентов пригодных для флотации катионов цветных металлов производились методом неэмпирической молекулярной динамики по программам HyperChem и Морак, позволяющим проводить расчеты с использованием как ab initio, так и ряда полуэмпирических (INDO, MNDO, PM3 и др.) потенциалов.

Расчет квантово-химических характеристик показал, что соединения, входящие в состав реагентов, имеют большие значения максимальных отрицательных зарядов сконцентрированных на гетероатомах. Молекулы реагентов характеризуются относительно высокими значениями энергии верхней занятой молекулярной орбитали (ВЗМО) и абсолютной жесткости G. Следовательно, эти молекулы проявляют жесткие нуклеофильные свойства. В работе для флотационного извлечения ионов цветных металлов из рудничных вод предложен новый реагент РОЛ [3, 4], продукт рецик-линга отходов лавсана* (вторичные полиэтиленгликольтерефталат-ные волокна).

* лавсан - торговое название полиэтилентерефталата и полиэфирного волокна 211

Таблица 1

Квантово-химические характеристики молекул реагентов

Вещество Формула ¿m» эВ ¿m+Ь эВ max «+» max «-» G, эВ

Г ександеканоат натрия С16Н31О4 -8,66 3,28 1,000 0,7102 5,38

Этилксантогенат C3H6OS2 -9,38 1,57 0,119 0,198 7,81

Бутилксантоге- нат C5H10OS2 -9,38 -1,57 0,119 0,197 10,95

n-додецил- бензолсульфонат C18H2903SNa -9,08 0,71 2,36 1,13 8,37

Примечание: sm, - энергия верхней занятой молекулярной орбитали (ВЗМО), эВ; sm+1 - энергия нижней свободной молекулярной орбитали (НСМО), эВ; max «+» - максимальный положительный заряд в молекуле; max «-» - максимальный отрицательный заряд в молекуле; G - абсолютная жесткость.__________

Таблица 2

Квантово-химические характеристики молекул соединений, входящих в состав реагента РОЛ___________________________

Вещество Формула ¿m» ¿т+Ь max max G,

эВ эВ «+» «-» эВ

Диэтиленгликоль- терефталат С12Н14О8 -10,39 -1,11 0,423 0,383 11,5

Этиленгликоль- терефталат С10Н10О8 -10,54 -1,32 0,452 0,412 11,86

Терефталевая кислота С8Н6О4 -10,41 -0,91 0,412 0,402 11,32

Этиленгликоль С2Н6О2 -10,82 0,68 0,189 0,313 10,14

Для изучения энергетического состояния реагента были проведены квантово-химические расчеты параметров соединений, входящих в его состав. Результаты расчетов приведены в табл. 2.

Из проведенных расчетов видно, что соединения, входящие в состав реагента РОЛ имеют значения абсолютной жесткости выше, чем соединения, традиционно используемые в качестве ПАВ для очистки сточных вод, следовательно, проявляют более жесткий нуклеофильный характер.

Для подтверждения результатов квантово-химических расчетов были проведены флотационные опыты по извлечению катионов меди(11) и цинка(11) из кислых подотвальных вод Маканского рудника (Бурибаевское РУ) (табл. 3).

Таблица 3

Зависимость степени извлечения катионов цветных металлов от типа собирателя

Собиратель Степень извлечения ионов, %

медь

Г ексанодеканоат натрия 48,12 47,93

Этилксантогенат калия 75,56 71,24

Бутилксантогенат калия 90,96 90,84

n-додецил-бензолсульфонат 88,87 86,88

РОЛ 99,15 98,43

Из табл. 3 видно, что применение реагента РОЛ в качестве собирателя при ионной флотации катионов цветных металлов из рудничных техногенных вод приводит к повышению извлечения катионов меди (II), цинка (II) на 35-45% по сравнению с традиционно применяемыми собирателями.

Факторный анализ ионной флотации кислых подотвальных вод показал, что ионная флотация с реагентом РОЛ при рН =2 позволяет извлекать из технических растворов - 98,43% цинка в виде малорастворимого сублата терефталатдиэтиленгликолят цинка, флотация с реагентом РОЛ при рН =7-8 позволяет извлекать из технических растворов - 99,15% меди в виде малорастворимого сублата терефталатдиэтиленгликолят меди (II). Время флотации составляет 10 минут. Оптимальный расход реагента 0,35 г/л.

Таким образом, результаты флотационных опытов согласуются с расчетами квантово-химических параметров и в качестве количественной оценки флотационной активности собирателей предлагается использовать значения абсолютной жесткости молекул.

----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Медяник Н.Л., Строкань А.М., Мунтяну О.В. Экологические аспекты переработки техногенных вод медно-колчеданных месторождений Южного Урала // Материалы международной конференции по химическим технологиям (посвящённой 100 - летию со дня рождения академика Н.М. Жаворонкова). М: ГОУ ВПО РХТУ им Менделеева, 2007. - С. 118- 121.

2. Medyanik N.,Girewaya H., Strokan A. Quantum Chemical justification for the choice of ion flotation reaqents at cleaninq technoqenic waters of copper sulfide deposits in Southern Ural //Internationaler Konqresse Fachmesse Okoloqische und technolo-qische aspekte dtr Lebensversorqunq-Hannover, Deutsch: Europaische Wissenschaftliche Gesellschaft, Euro-Eko-2007. - 2007. - С. 34-35.

3. Медяник Н.Л., Строкань А.М., Гиревая Х.Я. Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов методом ионной флотации //4 я Международная научная школа молодых учёных и специалистов. Проблемы освоения недр в ХХ1 веке глазами молодых. М.: ИПКОН РАН, 2007. - С. 292-294.

4. Строкань А.М., Медяник Н.Л., Гиревая Х.Я., Куликова Т.М. Эффективный реагент для флотационного извлечения ионов тяжёлых металлов из кислых вод медно-колчеданных месторождений // Материалы научно-технической конференции. Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья. - Екатеринбург: Форт Диалог-Исеть, 2008. - С. 264-267. ВЇШ

Medaynik N. L.

ACTIVITY QUANTITATIVE ESTIMATED COLLECTOR FOR NON-FERROUS METALS EXTRACTION OF TECHNOGENIC ORE WATERS

Scientifically justified selection of reagents considering their quantum chemical properties, development of algorithms of their application provides efficiency and accuracy of the actions of selectors, stability of qualitative-quantitative data of the flotation process, reduction of the flotation reagent’s losses at cleaning sewerage waters in hy-drometallurgical plants. The calculation of quantum chemical parameters has shown that the compositions comprising the reagents have the large values of maximal negative charges concentrated in heteroatoms. The authors for flotation extraction of heavy metals ions offered the reagent ROL produced by utilization of polyethylenterephtalat wastes. The use of the ROL reagent leads to higher extraction of heavy metals ions by 35 - 45% compared to conventional collectors.

Key words: reagent, ionic flotation, quantum and chemical calculation.

— Коротко об авторе --------------------------------------------

Медяник Н.Л. - доцент, кандидат технических наук, зав. кафедрой химии, технологии упаковочных производств ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им Г.И. Носова», контактный телефон (факс) 3519- 29 85 22.