gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2025-09-454gscience-1026Research ArticleBENEFICIATION AND PROCESSING OF NATURAL AND TECHNOGENIC RAW MATERIALSОБОГАЩЕНИЕ, ПЕРЕРАБОТКА МИНЕРАЛЬНОГО И ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯRegulation of the oil receptivity of the surface of diamonds and kimberlite minerals using various classes of regulating agentsРегулирование олеофильности поверхности алмазов и минералов кимберлита добавками реагентов-регуляторов различных классовhttps://orcid.org/0000-0002-4410-8182ЧантурияВ. А.ChanturiyaV. A.

Валентин Алексеевич Чантурия – доктор технических наук, профессор, академик РАН

г. Москва

Scopus ID 7004497128

ResearcherID J-9712-2014

Valentin A. Chanturiya – Dr. Sci. (Eng.), Professor, Academician of the Russian Academy of Sciences

Moscow

Scopus ID 7004497128

ResearcherID J-9712-2014

vchan@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4105-944XМорозовВ. В.MorozovV. V.

Валерий Валентинович Морозов – доктор технических наук, профессор кафедры общей и неорганической химии

г. Москва

Scopus ID 7402759618

Valeriy V. Morozov – Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Department of General and Inorganic Chemistry, Research Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources of the Russian Academy of Sciences,

Moscow

Scopus ID 7402759618

dchmggu@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5757-4799ЧантурияЕ. Л.ChanturiyaE. L.

Елена Леонидовна Чантурия – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры обогащения и переработки полезных ископаемых и техногенного сырья

г. Москва

Scopus ID 57196009376

ResearcherID J-4214-2014

Elena L. Chanturiya – Dr. Sci. (Eng.), Professor, Professor of the Department of Enrichment and Processing of Mineral Resources and Technogenic Raw Materials

Moscow

Scopus ID 57196009376

ResearcherID J-4214-2014

elenachan@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7324-0353СамусевА. Л.SamusevA. L.

Андрей Леонидович Самусев – кандидат технических наук, заведующий лабораторией теории разделения минеральных компонентов

г. Москва

Scopus ID 54894913500

Andrey L. Samusev – Cand. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory of Theory of Mineral Components Separation

Moscow

Scopus ID 54894913500

andrey63vzm@mail.ruИнститут проблем комплексного освоения недр им. академика Н. В. Мельникова РАНРоссияResearch Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202523122025104379–392Copyright © Chanturiya V.A., Morozov V.V., Chanturiya E.L., Samusev A.L., 20252025Чантурия В.А., Морозов В.В., Чантурия Е.Л., Самусев А.Л.Chanturiya V.A., Morozov V.V., Chanturiya E.L., Samusev A.L.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/1026

The purpose of the research is to select appropriate agents for regulating the oil receptivity of diamond and kimberlite mineral surfaces in the conditioning of diamond-kimberlite products prior to their beneficiation by froth flotation and X-ray luminescence separation using phosphor-containing modifying agents and collecting agents, the basis of which is apolar collecting agents. The paper presents the results of comprehensive physicochemical studies of the influence of various classes of regulating agents on the attachment of apolar collecting agents on the surface of diamonds and kimberlite minerals (visiometric analysis, measurement of wetting contact angles in a mineral–organic collecting agent–aqueous phase system, measurement of surface tension at the organic collecting agent–aqueous phase–frothless flotation phase boundary). Based on the analysis of the data obtained, effective regulating agents have been identified and selected to ensure the selectivity of diamond beneficiation. Regulating agents belonging to the classes of alkylarylphosphonates (NTPA, OEDPA), aminopolycarboxylic acids (EDTA), cationic polymers (PEG-1500, Neonol AF-9-6), polyphosphates (STPP), bifunctionally modified carboxymethylcellulose derivatives (CMC 75-V and Kamcel-600), mixtures of alkyl phosphates, alkyl phosphonates, and anionic polymers (IS-3), ionogenic and non-ionogenic nitrogen-containing polymers (Emulsifier OP-4, Oxypav A1218.30), amino alcohols (TEA), hydroxy acids (lactic acid), and quaternary ammonium bases (ammonium sulfate) were tested. Talc, pyrite, calcite, muscovite, phlogopite, serpentine, and dolomite were selected as the main minerals of kimberlite prone to adhesion of apolar collecting agents. It has been established that the wetting contact angle is reduced most significantly by the agents Neonol AF-9-6, Emulsifier OP-4, and Oxypav A1218.30 that is associated with a significant decrease in the surface tension of the interface between an organic collecting agent and the aqueous phase. A thermodynamic assessment of the oil receptivity of kimberlite minerals conducted using the Dupré–Young equation and based on measurements of wetting contact angles and surface tension showed that the energy of adhesion of an organic collecting agent on kimberlite minerals with the addition of regulating agents decreases by 2–6 times and reaches values of 6–17 J/m2, approaching the adhesion energy of water (5 J/m2). On diamonds, the energy of adhesion of an apolar collecting agent at maximum concentrations decreases only to 17–27.5 J/m2 that determines its stable attachment. The results of flotation tests confirmed the depressing ability of the studied regulating agents in relation to the flotation-responsing minerals of kimberlite. Based on the analysis of the data obtained, effective regulating agents have been selected and recommended for testing in industrial froth separation modes, ensuring increased selectivity of apolar collecting agent attachment on the surface of diamonds and kimberlite minerals: NTPA, OEDPA, IS-3, OP-4.

Цель проведенных исследований – обоснованный выбор реагентов для регулирования олеофильности поверхности алмазов и минералов кимберлита в процессах кондиционирования алмазо-кимберлитовых продуктов перед их обогащением пенной сепарацией, флотацией и рентгенолюминесцентной сепарацией с применением люминофорсодержащих реагентов-модификаторов и собирателей, основой состава которых являются аполярные коллекторы. В работе представлены результаты комплексных физико-химических исследований влияния реагентов-регуляторов различных классов на закрепление аполярных коллекторов на поверхности алмазов и минералов кимберлита (визиометрический анализ, измерение краевых углов смачивания в системе минерал – органический коллектор – водная фаза, измерение поверхностного натяжения на границе раздела фаз органический коллектор – водная фаза – беспенная флотация). На основе анализа полученных данных обоснованы и выбраны эффективные реагенты-регуляторы, обеспечивающие селективность обогащения алмазов. Исследованы реагенты-регуляторы, принадлежащие к классам алкиларилфосфонатов (НТФК, ОЭДФ), аминополикарбоновых кислот (ЭДТА), катионоактивных полимеров (ПЭГ-1500, Неонол АФ-9-6), полифосфатов (ТПФ), бифункционально модифицированных производных карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ 75-В и Камцел-600), смеси алкилфосфатов, алкилфосфонатов и анионных полимеров (ИС-3), ионогенных и неионогенных азотсодержащих полимеров (Эмульгатор ОП-4, Оксипав А1218.30), аминоспиртов (ТЭА), гидроксикислот (молочная кислота), четвертичных аммониевых оснований (сульфат аммония). В качестве основных минералов кимберлита, склонных к адгезии аполярных коллекторов, выбраны тальк, пирит, кальцит, мусковит, флогопит, серпентин, доломит. Установлено, что в наибольшей мере краевой угол смачивания снижают реагенты Неонол АФ-9-6, Эмульгатор ОП-4, Оксипав А1218.30, что связано с существенным снижением поверхностного натяжения границы раздела фаз органический коллектор – водная фаза. Термодинамическая оценка олеофильности минералов кимберлита, проведенная по уравнению Дюпре–Юнга с использованием результатов измерения краевых углов смачивания и поверхностного натяжения, показала, что энергия адгезии органического коллектора на минералах кимберлита при добавках реагентов-регуляторов снижается в 2–6 раз и достигает значений 6–17 Дж/м2, приближающихся к энергии адгезии воды (5 Дж/ м2). На алмазах энергия адгезии аполярного коллектора при максимальных концентрациях снижается только до 17–27,5 Дж/м2, что и обусловливает его устойчивое закрепление. Результаты флотационных опытов подтвердили депрессирующую способность исследованных реагентов-регуляторов по отношению к флотоактивным минералам кимберлита. На основе анализа полученных данных выбраны и рекомендованы для апробации в промышленных режимах пенной сепарации эффективные реагенты-регуляторы, обеспечивающие повышение селективности закрепления аполярного коллектора на поверхности алмазов и минералов кимберлита: НТФК, ОЭДФ, ИС-3, ОП-4.

алмазыкимберлитминералыколлекторолеофильностьреагентыповерхностно-активные веществаработа адгезиифлотацияселективностьdiamondskimberlitemineralscollecting agentoil receptivityagentssurfactantswork of adhesionflotationselectivityИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда №25–17–00009, https://rscf.ru/ project/25-17-00009/This research was funded by a grant No. 25–17–00009 from the Russian Science Foundation,https://rscf.ru/project/25-17-00009/ReferencesЧантурия В. А., Морозов В. В., Двойченкова Г. П. и др. Оптимизация состава и условий применения средств для модификации спектральных характеристик алмазов при рентгенолюминесцентном разделении. Горные науки и технологии. 2023;8(4):313–326. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2023-09-154Chanturiya V. A., Morozov V. V., Dvoichenkova G. P., et al. Optimizing composition and application conditions of agents for modifying spectral characteristics of diamonds in X-ray luminescence separation. Mining Science and Technology (Russia). 2023;8(4):313–326. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2023-09-154Morozov V. V., Chanturia, V. A., Dvoichenkova G. P., Chanturia E. L. Hydrophobic interactions in the diamond–organic liquid–inorganic luminophore system in modification of spectral and kinetic characteristics of diamonds. Journal of Mining Science. 2022;58(2):257–266. https://doi.org/10.1134/S1062739122020090Morozov V. V., Chanturia, V. A., Dvoichenkova G. P., Chanturia E. L. Hydrophobic interactions in the diamond–organic liquid–inorganic luminophore system in modification of spectral and kinetic characteristics of diamonds. Journal of Mining Science. 2022;58(2):257–266. https://doi.org/10.1134/S1062739122020090Коваленко Е. Г., Бабушкина А. Д, Чуть-Ды В. А. Применение многокомпонентных собирателей и выбор температурных режимов в пенной сепарации алмазосодержащих кимберлитов. Горный журнал. 2023;(12):51–62. https://doi.org/10.17580/gzh.2023.12.12Kovalenko E. G., Babushkina A. L., Chut-Dy V. A. Application of multi-component collectors and selection of temperature modes for frother separation of diamond-bearing kimberlites. Gornyi Zhurnal. 2023;(12):51–62. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2023.12.12Морозов В. В. Коваленко Е. Г., Двойченкова Г. П. и др. Современные направления повышения эффективности пенной сепарации алмазосодержащих кимберлитов. Горные науки и технологии. 2024;9(2):134–145. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2023-07-136Morozov V. V., Kovalenko E. G., Dvoychenkova G. P., et al. Current trends of improving the efficiency of froth separation of diamond-bearing kimberlites. Mining Science and Technology (Russia). 2024;9(2):134–145. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2023-07-136Morozov V. V., Chanturia V. A., Dvoichenkova G. P., et al. Selecting organic collectors for luminophore-bearing modifying agents to extract weakly fluorescent diamonds. Journal of Mining Science, 2023;59(2):292–301. https://doi.org/10.1134/S1062739123020126Morozov V. V., Chanturia V. A., Dvoichenkova G. P., et al. Selecting organic collectors for luminophore-bearing modifying agents to extract weakly fluorescent diamonds. Journal of Mining Science, 2023;59(2):292–301. https://doi.org/10.1134/S1062739123020126Nguyen A. V., Schulze H. J. Colloidal science of flotation. New York: Marcel Dekker; 92004. 850 p.Nguyen A. V., Schulze H. J. Colloidal science of flotation. New York: Marcel Dekker; 92004. 850 p.Кондратьев С. А. Термодинамические условия нахождения физически сорбируемых собирателей на минеральной поверхности в элементарном акте флотации. Цветные металлы. 2024;(7):118–136. https://doi.org/10.17580/tsm.2024.07.02Kondratyev S. A. Thermodynamic conditions for the presence of physically sorbed collectors on a mineral surface in an elementary act of flotation. Tsvetnye Metally. 2024;(7):118–136. https://doi.org/10.17580/tsm.2024.07.02Zhang J., Kouznetsov D. L., Yu M., et al. Improving the separation of diamond from gangue minerals. Minerals Engineering. 2012;36–38:168–171. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2012.03.015Zhang J., Kouznetsov D. L., Yu M., et al. Improving the separation of diamond from gangue minerals. Minerals Engineering. 2012;36–38:168–171. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2012.03.015Верхотуров М. В., Амелин С. А., Коннова Н. И. Обогащение алмазов. Международный журнал экспериментального образования. 2012;(2):61.Verkhoturov M. V., Amelin S. A., Konnova N. I. Diamond beneficiation. Mezhdunarodnyi Zhurnal Eksperimental'nogo Obrazovaniya. 2012;(2):61. (In Russ.)Сергиенко В. И., Перфильев А. В., Ксеник Т.В., Юдаков А.А. Получение и применение гидрофобных сорбентов из алюмосиликатов. Труды Кольского научного центра РАН. 2015;(5):108–112.Sergienko V. I., Perfilev A. V., Ksenik T. V., Yudakov A. A. Obtaining and application of hydrophobic adsorbents on the basis of aluminosilicates. Proceedings of the Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences. 2015;(5):108–112. (In Russ.)Земцов Ю. В., Мазаев В. В. Современное состояние физико-химических методов увеличения нефтеотдачи: литературно-патентный обзор. Екатеринбург: ООО «Издательские решения»; 2021. 239 с.Zemtsov Yu. V., Mazaev V. V. Current state of physicochemical enhanced oil recovery methods: a literature and patent review. Yekaterinburg: LLC «Izdatel'skie resheniya»; 2021. 239 p. (In Russ.)Попов К. И., Ковалева Н. Е., Рузакова Г. Я. и др. Современное состояние разработок биоразлагаемых ингибиторов солеотложений для различных систем водопользования. Теплоэнергетика. 2016;(2):46–53. https://doi.org/10.1134/S0040363616010094 (Перев. вер.: Popov K. I., Kovaleva N. E., Rudakova G. Y., et al. Recent state-of-the-art of biodegradable scale inhibitors for cooling-water treatment applications (review). Thermal Engineering. 2016;63(2):122–129. https://doi.org/10.1134/S0040601516010092)Popov K. I., Kovaleva N. E., Rudakova G. Y., et al. Recent state-of-the-art of biodegradable scale inhibitors for cooling-water treatment applications (review). Thermal Engineering. 2016;63(2):122–129. https://doi.org/10.1134/S0040601516010092 (Orig. ver.: Popov K. I., Kovaleva N. E., Rudakova G. Y., et al. Recent state-of-the-art of biodegradable scale inhibitors for cooling-water treatment applications (review). Teploenergetika. 2016;(2):46–53. (In Russ.) https://doi.org/10.1134/S0040363616010094)Siddiqui M. A. Q., et al. Current understanding of shale wettability: A review on contact angle measurements. Earth-Science Reviews. 2018;181:1–11. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2018.04.002Siddiqui M. A. Q., et al. Current understanding of shale wettability: A review on contact angle measurements. Earth-Science Reviews. 2018;181:1–11. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2018.04.002Двойченкова Г. П., Коваленко Е. Г., Тимофеев А. С., Подкаменный Ю. А. Повышение эффективности пенной сепарации алмазосодержащего материала за счет комбинированной очистки поверхности алмазов от шламовых гидрофилизирующих покрытий. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(10):20–38. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_10_0_20Dvoichenkova G. P., Kovalenko E. G., Timofeev A. S., Podkamennyi Yu. A. Enhanced efficiency of diamond foam separation after complex removal of hydrophilic slime coats from diamond surface. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2022;(10):20–38. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_10_0_20Богатов М. В., Юдин П. Е., Веревкин А. Г., Берков Д. В. Влияние гидрофильности, олеофобности на образование асфальтосмолопарафиновых отложений. Нефтегазовое дело. 2022;20(6):117–126. https://doi.org/10.17122/ngdelo-2022-6-114-123Bogatov M. V., Yudin P. E., Verevkin A. G., Berkov D. V. Effect of hydrophilicity, oleficity on formation of asphalt resin paraffin deposits. Petroleum Engineering. 2022;20(6):117–126. (In Russ.) https://doi.org/10.17122/ngdelo-2022-6-114-123Samara H., Jaeger P. Experimental determination of wetting behavior under non-atmospheric conditions relevant to reservoirs: a practical guide. SN Applied Sciences. 2022;4:85. https://doi.org/10.1007/s42452-022-04963-8Samara H., Jaeger P. Experimental determination of wetting behavior under non-atmospheric conditions relevant to reservoirs: a practical guide. SN Applied Sciences. 2022;4:85. https://doi.org/10.1007/s42452-022-04963-8Belhaj A. F., Elraies K. A., Mahmood S. M., et al. The effect of surfactant concentration, salinity, temperature, and pH on surfactant adsorption for chemical enhanced oil recovery: a review. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. 2020;10(1):125–137. https://doi.org/10.1007/s13202-019-0685-yBelhaj A. F., Elraies K. A., Mahmood S. M., et al. The effect of surfactant concentration, salinity, temperature, and pH on surfactant adsorption for chemical enhanced oil recovery: a review. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. 2020;10(1):125–137. https://doi.org/10.1007/s13202-019-0685-y9Третьяков Н. Ю., Паничева Л. П., Турнаева Е. А. и др. Синтез и изучение свойств алкилфосфатов как поверхностноактивных компонентов щелочно-ПАВ-полимерного состава для повышения нефтеотдачи пласта. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021;11(1):147–158. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021-11-1-147-158Tret'yakov N. Yu., Panicheva L. P., Turnaeva E. A., et al. Synthesis of alkyl phosphates and investigation of their surface-active properties in an alkaline surfactant polymer system for enhanced oil recovery. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2021;11(1):147–158. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021-11-1-147-158Дерябин В. А., Фарафонтова Е. П. Физическая химия дисперсных систем. М.: Юрайт; 2018. 86 с.Deryabin V. A., Farafontova E. P. Physical chemistry of disperse systems. Moscow: Yurayt; 2018. 86 p. (In Russ.)Кондратьев С. А. Обоснование механизма работы физически сорбированного собирателя в элементарном акте флотации. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2021;(1):118–136. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20210112 (Перев. вер.: Kondrat’ev S. A. Action of physisorbed collector in particle–bubble attachment. Journal of Mining Science. 2021;57(1):106–122. https://doi.org/10.1134/S1062739121010129)Kondrat’ev S. A. Action of physisorbed collector in particle–bubble attachment. Journal of Mining Science. 2021;57(1):106–122. https://doi.org/10.1134/S1062739121010129 (Orig. ver.: Kondrat’ev S. A. Action of physisorbed collector in particle–bubble attachment. Fiziko-Texhnicheskiye Problemy Razrabbotki Poleznykh Iskopaemykh. 2021;(1):118–136. (In Russ.) https://doi.org/10.15372/FTPRPI20210112)Błaszków A., Ratajczak T., Szyszka D. Flotation of hydrophobic minerals in Hallimond tube. Mining Science. 2024;31:219–227. https://doi.org/10.37190/msc243112Błaszków A., Ratajczak T., Szyszka D. Flotation of hydrophobic minerals in Hallimond tube. Mining Science. 2024;31:219–227. https://doi.org/10.37190/msc243112

The authors declare that there are no conflicts of interest present.