Регулирование олеофильности поверхности алмазов и минералов кимберлита добавками реагентов-регуляторов различных классов

Введение

Актуальной задачей при разработке технологии извлечения слабо и аномально люминесцирующих алмазов в процессах рентгенолюминесцентной сепарации является повышение селективности закрепления люминофорсодержащих реагентов-модификаторов на поверхности алмазов и обоснованный выбор реагентов-регуляторов, обеспечивающих уменьшение закрепления на гидрофобных минералах кимберлита аполярных коллекторов, входящих в состав применяемых реагентов-модификаторов [1, 2]. Аналогичная задача – повышение селективности закрепления аполярных собирателей на поверхности алмазов – является условием повышения эффективности процессов флотации и пенной сепарации [3, 4]. В обоих случаях для выбора эффективных реагентных режимов необходимо установление закономерностей закрепления органических коллекторов и реагентов-регуляторов гидрофобности и олеофильности на алмазах и минералах кимберлита [1, 5].

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.

Задачами исследований являлись:

• определение минералов кимберлита, в наибольшей степени склонных к адгезии на них капель органического коллектора;
• определение влияния реагентов-регуляторов на энергию адгезии аполярного коллектора на поверхности алмазов и олеофильных минералов кимберлита;
• выбор реагентов регуляторов, в наибольшей степени повышающих контрастность флотационной активности алмазов и минералов кимберлита.

Основой для выбора методик исследований и подходов к решению поставленной задачи является анализ современных научно-технических разработок и исследований в области регулирования поверхностных процессов в водоминеральных дисперсных системах [6, 7].

Значительное количество исследований в данном направлении было проведено применительно к процессам пенной сепарации и флотации алмазов из кимберлитов¹ [8, 9]. Наряду с выбором собирателей в представленных работах был рекомендован определенный круг реагентов-регуляторов, задачей которых было подавление флотируемости кимберлита.

Для обоснованного выбора реагентов-регуляторов также были использованы результаты исследований в смежных областях. Близкими по характеру решаемой задачи являются исследования, связанные применением минералов класса слоистых алюмосиликатов в качестве сорбентов тяжелых металлов и нефтепродуктов из сточных вод [10]. Однако в силу обратной конечной задачи (увеличения сорбции загрязнителей) большая часть теоретических и экспериментальных положений этих работ лишь частично описывает процессы гидрофилизации.

Также представляют интерес исследования, изучающие способы повышения нефтеотдачи нефтяных пластов, особенно в части применения реагентов-регуляторов, способствующих снижению гидрофобности пластовых минералов, в т.ч. минералов класса слоистых алюмосиликатов [11]. Однако в силу отличающегося минерального состава вмещающих пород, особенностей органической фазы – нефти, температуры и давления, большая часть теоретических положений и экспериментальных данных лишь ограниченно применима для описания процессов гидрофилизации минералов кимберлитов.

Другим направлением, в котором решается схожая задача уменьшения зарастания рабочих поверхностей солями жесткости, является процесс реагентного кондиционирования водных сред в тепловых агрегатах и установках обратного осмоса [12].

Несмотря на отличия рассмотренных процессов от процессов, протекающих при обработке алмазосодержащих продуктов перед процессами рентгенолюминесцентной и пенной сепарации, схожесть решаемых задач – повышение гидрофильности породных минералов и очистка поверхности рабочих элементов от гидрофилизирующих покрытий – является основанием для выбора номенклатуры реагентов-регуляторов для проводимых исследований.

Для обоснованного выбора реагентов-регуляторов селективности закрепления модификаторов рентгеноспектральных характеристик и собирателей на поверхности алмазов в процессах рентгенолюминесцентной и пенной сепарации использовали комплекс методов физико-химических исследований и термодинамическое моделирование действия реагентов-регуляторов на закрепление органического коллектора на гидрофобных минералах кимберлита в сильноминерализованных водных средах.

¹ Юн Р.-Х., Кузнецов Д. Способ выделения алмазов из жильных минералов. Патент РФ 2412901, C2, опубл. 27.02.2011 Бюл. № 6.

Методики исследований

В качестве объектов исследований были выбраны: кристаллы алмаза с полированной поверхностью, кимберлиты различной степени метаморфизма, а также шлифы и пластинки наиболее значимых минералов кимберлита. В качестве коллектора использовали тяжелый газойль каталитического крекинга с добавками дизельной технической фракции (ТГКК и ДТФ) и люминола. Исследования проводили с использованием растворов двенадцати реагентов-регуляторов разных классов в модельной сильноминерализованной воде, близкой по составу к оборотным водам обогатительных фабрик, перерабатывающих алмазосодержащие кимберлиты.

Для предварительной оценки интенсивности закрепления органического коллектора на минералах кимберлита использовали визиометрическую методику [2], которая включала обработку пробы эмульсией люминофорсодержащего органического коллектора, получение и анализ изображений поверхности минералов в ультрафиолетовом освещении. Интенсивность закрепления органического коллектора на поверхности алмазов, отдельных минералов и зерен кимберлита определяли методом анализа изображений по доле поверхности, занимаемой органическим коллектором после обработки минеральных проб. Для измерения доли поверхности, занимаемой коллектором (степени покрытия), фиксировались участки с характерным свечением (ν = 500 нм), соответствующим излучению смеси ТГКК с ДТФ и люминолом.

Для оценки влияния реагентов-регуляторов на олеофильность минералов кимберлита измеряли краевые углы смачивания в системе минерал – органический коллектор – водная фаза [13]. Методики измерения краевых углов смачивания ранее использовали для оценки восстановления гидрофобности природных алмазов различными видами физических и физико-химических воздействий [14]. Для измерений краевых углов смачивания использовали прибор DSA25, оснащенный программным обеспечением для обработки изображений².

Встроенная программа определяла краевой угол смачивания в момент времени стабилизации системы минерал – капля органического коллектора – водная фаза (рис. 1, а).

Рис. 1. Изображение капли органического коллектора – тяжелого газойля каталитического крекинга (ТГКК): а – на поверхности минерального шлифа с результатами измерения краевого угла смачивания на приборе DSA25; б – на изогнутом капилляре сталагмометра СТ-1

Поверхность алмаза после каждого измерения очищали с использованием толуола и 1Н раствора соляной кислоты. Для измерений краевого угла смачивания на минералах кимберлита использовали шлифы или пластинки минерала, полученные расщеплением природного образца.

Краевой угол смачивания в системе аполярная жидкость – минерал – водная фаза является информативной количественной характеристикой олеофильности и широко применяется для описания процесса смачивания различных поверхностей в технологических процессах [15]. Для исследования закрепления коллектора на минералах в водной фазе использовали динамическую методику измерения трехфазных краевых углов смачивания [4, 16]. Согласно используемой методике поверхность образца минерала предварительно выдерживали в водной фазе заданного состава, затем снижали уровень водной фазы в кювете до уровня поверхности образца и наносили каплю органического коллектора заданного объема. После нанесения капли коллектора на поверхность образца в кювете увеличивали уровень жидкости. При этом часть капли отрывалась от поверхности образца и располагалась на границе раздела водная фаза – воздух. Краевые углы на трехфазном периметре смачивания измерялись после установления равновесия без удаления водной фазы. Используемая методика моделирует процесс закрепления аполярного собирателя на минерале в условиях турбулентной внешней среды, характерной для процессов кондиционирования алмазо-кимберлитовых продуктов перед процессами рентгенолюминесцентной и пенной сепарации.

Для расчета энергии адгезии аполярного коллектора на поверхности минералов по уравнению Дюпре–Юнга определяли поверхностное натяжение границы раздела фаз органический коллектор – водная фаза. Измерения проводили с использованием сталагмометра СТ-1 путем определения объема всплывающих капель коллектора, отрывающихся от изогнутого капилляра (рис. 1, б), в соответствии со стандартной методикой³. Поверхностное натяжение на границе раздела фаз водная фаза – воздух измеряли путем определения объема падающих капель от прямого капилляра в соответствии с методикой.

Флотацию алмазов, минералов и зерен кимберлита проводили методом беспенной флотации в трубке Халлимонда. Методика эксперимента включала операции подготовки пробы минерала, подготовки жидкой фазы (сильноминерализованной воды), кондиционирования воды с реагентом-регулятором, кондиционирования пробы минерала с собирателем в воде, содержащей реагент-регулятор олеофильности, флотации алмазов, кимберлита или минералов кимберлита, обезвоживания, сушки и взвешивания продуктов флотации [4].

² Drop Shape Analyzer DSA25 Specifications. URL: https://www.kruss-scientific.com/files/kruss-techdata-dsa25-en.pdf/

³ ГОСТ Р 50097–92 «Вещества поверхностно-активные. Определение межфазного натяжения. Метод объема капли»

Визиометрический анализ закрепления органического коллектора на образцах минералов-компонентов кимберлита

На начальном этапе исследований был произведен выбор минералов кимберлита, характеризующихся заметной адгезией аполярного коллектора (ТГКК с ДТФ и люминолом) из водных эмульсий. Для исследований были выбраны минералы, наиболее часто встречающиеся в кимберлитах различной степени метаморфизма. Для получения эмульсии коллектора использовали модельную сильноминерализованную воду. Концентрация люминофорсодержащего коллектора в эмульсии составляла 200 мг/л. Время обработки – 1 мин. После обработки и удаления избытка эмульсии пробу минерала промывали оборотной водой в течение 30 с.

Анализ изображений минеральных образцов в ультрафиолетовом освещении показал существенные различия в интенсивности закрепления на их поверхности органического коллектора: от практически полного заполнения (тальк, см. рис. 1) до полного отсутствия закрепления (хромит, рис. 2).

Полученные результаты визиометрических исследований позволили выбрать для дальнейших исследований 7 минералов кимберлита с высокой и средней степенью покрытия аполярным коллектором (табл. 1).

Рис. 2. Изображение и результаты визиометрического анализа закрепления органического коллектора с растворенным люминофором на поверхности минералов кимберлита и попутных минералов: а – в дневном освещении; б – в УФ-освещении после обработки коллектором; в – распределение органического коллектора по образцам минералов. Здесь (справа налево, сверху вниз): оливин, кальцит, целестин, мусковит, тальк, пирит, хромит, пироп

Таблица 1

Результаты визиометрического анализа закрепления аполярного коллектора на минералах кимберлита

Минералы-спутники алмазов с относительно высокой склонностью к адгезии органического коллектора (целестин, пироп и др.) не исследовали, поскольку их содержание в кимберлите весьма незначительно.

Выбор реагентов-регуляторов олеофильности минералов кимберлита

При выборе начальной номенклатуры реагентов-регуляторов олеофильности минералов кимберлита рассматривались и традиционные, и новые классы органических соединений, применяемых для регулирования свойств минералов при флотации: фосфорсодержащих комплексонов, бифункциональных катионо- и анионактивных полимеров, гидроксикислот, аминоспиртов, бифункционально модифицированных производных карбоксиметилцеллюлозы, катионоактивных азотсодержащих олефинов, алифатических аминов, четвертичных аммониевых соединений, катионных полимеров⁴ [8]. Изначально в список для исследования были включены реагенты, используемые в смежных отраслях промышленности. Так, реагенты классов алкиларилфосфонатов, азотсодержащих олефинов, алифатических аминов эффективно применяют в нефтедобыче для повышения нефтеотдачи за счет снижения гидрофобности пластовых минералов [17, 18]. Критериями отбора являлись требования промышленного производства реагентов перечисленных классов и апробации в процессах флотации и смежных отраслях. В соответствии с этими требованиями для исследований были выбраны 14 реагентов, представленных в табл. 2.

Предварительную оценку эффективности рассматриваемых реагентов-регуляторов проводили путем определения «критической» концентрации, при которой прекращается закрепление органического коллектора. Критерием эффективности реагентов-регуляторов являлась их способность максимально снижать краевой угол смачивания вплоть до удаления капли органического коллектора с поверхности образца минерала при его обработке в растворах реагентов-регуляторов в диапазоне концентраций от 10 до 1000 мг/л. В качестве индикаторного минерала выбран флогопит.

Результаты исследований показали, что существенное снижение краевого угла смачивания и отрыв капли органического коллектора от поверхности флогопита в указанном диапазоне концентраций достигается при применении 13 реагентов-регуляторов (за исключением сульфата аммония), поэтому все эти реагенты были отобраны для последующих экспериментов (табл. 2).

Таблица 2

Критические концентрации реагентов-регуляторов для закрепления органического коллектора на флогопите

⁴ Юн Р.-Х., Кузнецов Д. Способ выделения алмазов из жильных минералов. Патент РФ 2412901, C2, опубл. 27.02.2011 Бюл. № 6.

Исследования и термодинамический анализ влияния реагентов-регуляторов на олеофильность минералов кимберлита

Термодинамически обоснованным параметром смачивающей способности органического коллектора и одновременно олеофильности минеральной поверхности является работа (энергия) адгезии. Работа адгезии аполярного коллектора на минеральной поверхности может быть рассчитана по уравнению Дюпре–Юнга [19]:

W_ок–м = σ_ок–в(1 – cos θ), (1)

где W_ок–м – работа адгезии коллектора на минерале, Дж/м²; σ_ок–в – межфазное натяжение на границе раздела «органический коллектор – водная фаза», Н/м; θ – трехфазный краевой угол смачивания для капли органического коллектора на минеральной поверхности в водной фазе, град.

Для расчета работы адгезии аполярного коллектора на минеральной поверхности на приборе DSA25 были измерены краевые углы смачивания на алмазе и минералах кимберлита (см. табл. 1) в водной фазе (модельной сильноминерализованной воде) с растворенными в ней реагентами- регуляторами в диапазоне концентраций 0–500 мг/л. В качестве органического коллектора использовали смесь ТГКК и ДТФ (85 и 15 %). При предварительном смачивании шлифов также использовали сильноминерализованную модельную воду с добавками реагентов-регуляторов. На поверхность смоченного минерального образца шприцом-дозатором установки DSA25 наносили каплю органического коллектора, после чего повышали уровень водной фазы в кювете и получали изображения капли коллектора, закрепившейся на поверхности минерального образца (см. рис. 1, а).

Далее с использованием сталагмометра СТ-1 по методике, изложенной в ГОСТ Р 50097–92⁵, были измерены масса и объем десяти капель органического коллектора, отрывающихся от изогнутого капилляра в водной среде. По полученным данным была установлена постоянная ячейки K (по измерениям на керосине) и определено поверхностное натяжение на границе раздела фаз органический коллектор – водная фаза (σ_ок–в) для различных реагентов в интервале концентраций 0–500 мг/л:

K = 47,5/(V(ρ_вода  − ρ_{керосин})); (2)

σ_ок–в = KV(ρ_в – ρ_ок), (3)

где V – объем капли, м³; ρ_вода – плотность воды, кг/м³; ρ_{керосин} – плотность керосина, кг/м³; 47,5 – поверхностное натяжение границы раздела керосин – вода, мН/м; ρ_в – плотность водной фазы, кг/м³; ρ_ок – плотность органического коллектора, кг/м³.

Результаты измерения краевого угла смачивания показали, что выбранные реагенты в различной степени влияют на смачиваемость поверхности алмаза, талька, кальцита и мусковита (рис 3, а, б) аполярным коллектором. Установлено, что в наибольшей степени снижает краевой угол смачивания минералов кимберлита реагент Неонол АФ-9-6. Однако при использовании этого реагента снижается краевой угол смачивания и на поверхности алмазов. Отличающийся от других реагентов эффект на алмазе отмечается при добавлении эмульгатора ОП-4: после первоначального снижения краевого угла смачивания в диапазоне концентраций 0–130 мг/л наблюдается заметное возрастание измеряемой величины при больших концентрациях (см. рис. 3, а).

Рис. 3. Влияние реагентов-регуляторов на изменение краевого угла смачивания для трехфазного периметра смачивания минерал – органический коллектор – водная фаза для алмаза (а), талька (б), кальцита (в) и мусковита (г), где 1 – НТФК; 2 – ПЭГ-1500; 3 – КМЦ-75-В; 4 – Неонол АФ-9-6; 5 – диспергатор ОП-4

Наименьшее снижение краевого угла смачивания на минералах кимберлита наблюдается при добавках алкиларилфосфонатов (на примере НТФК) и алифатических спиртов (на примере ПЭГ-1500). Однако, надо отметить, что уровень снижения величины краевого угла смачивания при использовании этих реагентов существенно выше, чем на алмазах, что говорит о перспективности их применения. Органические полимеры на основе карбоксиметилцеллюлозы обладают свойством эффективного снижения олеофильности минералов кимберлита, однако схожее действие (в меньшем объеме) они оказывают и на закрепление аполярного коллектора на алмазе (см. рис. 3, кривые 3), что допускает возможность их применения при весьма малых концентрациях.

Результаты измерений поверхностного натяжения на границе раздела коллектор – водная фаза, частично представленные в табл. 3, указывают на различия в действии исследуемых реагентов-регуляторов. Реагенты, представляющие классы ионогенных и неионогенных азотсодержащих полимеров (Неонол АФ 9-6 и Оксипав А1218.30) и короткоцепочечный алифатический амин (ОП-4), проявляют свойства ПАВ, снижая поверхностное натяжение на границе раздела фаз органический коллектор – водная фаза в 2,8–3 раза (см. табл. 3).

Таблица 3

Результаты измерения и расчета поверхностного натяжения на границе раздела органический коллектор – водная фаза (модельная сильноминерализованная вода) 

Реагенты других классов в существенно меньшей мере проявляют свойства ПАВ, снижая величину поверхностного натяжения при концентрации 300–500 мг/л на 10–25%. Результаты измерений поверхностного натяжения на границе раздела органический коллектор – водная фаза в присутствии реагентов-регуляторов были использованы для расчета энергии адгезии по уравнению (1).

Результаты расчетов энергии адгезии на алмазе, тальке, кальците и мусковите, представленные на рис. 4, показывают, что исследованные реагенты в различной мере снижают энергию адгезии аполярного коллектора на минералах кимберлита.

Рис. 4. Влияние реагентов-регуляторов на изменение энергии адгезии аполярного коллектора на алмазе (а), тальке (б), кальците (в) и мусковите (г), где 1 – НТФК; 2 – ПЭГ-1500; 3 – КМЦ-75-В; 4 – Неонол АФ-9-6;
5 – диспергатор ОП-4

Энергия адгезии органического коллектора на алмазе при добавках реагентов-регуляторов (за исключением Неонола АФ-9-6) снижается в 1,5–2 раза до значений 17–27,5 Дж/м² (см. рис. 4, а). На минералах кимберлита энергия адгезии органического коллектора снижается в 2,5–6 раз и достигает значений 6–17 кДм² (см. рис. 4, б, в, г). Неонол АФ-9-6 обладает аномальной способностью резкого снижения энергии адгезии органического коллектора на всех образцах, включая алмаз.

Для обоснования гидрофилизации минералов при воздействии реагентов- регуляторов представляется целесообразным сравнить энергию адгезии органического коллектора при «предкритических» (перед отрывом капли коллектора) концентрациях реагентов-регуляторов и энергию адгезии водной фазы. Результаты измерений показали, что для мусковита измеренное значение краевого угла смачивания каплей модельной воды в воздухе составило 38 град и, соответственно, расчетной энергии адгезии водной фазы – 5,7 Дж/м². Полученная величина близка к энергии адгезии при «предкритических» концентрациях реагентов-регуляторов, находясь в диапазоне от 7 до 10,5 Дж/м² (см. рис. 4, г). Экстраполяция зависимости энергии адгезии от концентрации на «критическую» концентрацию даёт значение энергии адгезии в момент отрыва капли 5–7,5 Дж/м². Такой результат позволяет заключить, что отрыв капли органического коллектора от минеральной поверхности, т.е. её гидрофилизация, происходит при равенстве или близких значениях энергий адгезии на минерале воды и аполярного коллектора.

⁵ ГОСТ Р 50097–92 (ИСО 9101–87) «Вещества поверхностно-активные. Определение межфазного натяжения. Метод объёма капли»

Исследования влияния реагентов-регуляторов на флотируемость минералов кимберлита аполярным собирателем

Описанные выше общие закономерности влияния реагентов-регуляторов на закрепление органического коллектора подтверждены результатами изучения флотируемости минералов кимберлита и алмазов.

Флотация в лабораторных условиях может быть использована для моделирования промышленного процесса пенной сепарации. При исследовании взаимодействия аполярных собирателей с поверхностью флотируемых минералов наблюдается тесная корреляция уровня закрепления собирателя на минералах с их флотируемостью [20]. Методика мономинеральной флотации в трубке Халлимонда является общепризнанной методикой оценки гидрофобности поверхности минералов и оценки перспективности применения коллекторов в промышленном процессе [21].

Для флотации от измельченной мономинеральной массы методом рассева выделяли фракцию крупностью −250 + 75 мкм, из которой отбирали пробу минерала массой 150 мг. Пробу выдерживали в водной фазе объемом 35 мл в течение 60 мин. Затем в водную фазу добавляли реагент-регулятор, пробу выдерживали 5 мин и добавляли собиратель – мазут флотский Ф-5, операцию кондиционирования с собирателем проводили в течение 1 мин. Расход собирателя составлял 2 мкл (около 1,86 мг) на 35 мл водной фазы, концентрация собирателя при кондиционировании – 52 мг/л. После кондиционирования пробу с водной фазой загружали во флотационную установку, доливали водной фазой и флотировали 4 мин при общем расходе воздуха 50 мл. Температура водной фазы в операциях кондиционирования и флотации составляла 24 ℃.

Результаты флотационных опытов показали, что добавки реагентов-регуляторов различных классов по-разному влияют на флотируемость алмазов и минералов кимберлита (рис. 5).

Заметное снижение извлечения алмазов и минералов кимберлита при добавках реагента-регулятора наблюдается для КМЦ-75-В и Неонола АФ-9-6. Характер зависимостей извлечения алмазов и минералов кимберлита от расхода других реагентов-регуляторов заметно отличается. Так, при добавках НТФК извлечение алмаза практически не изменяется, тогда как флотируемость минералов кимберлита заметно снижается. Реагент ПЭГ-1500 не снижает флотируемость алмаза и относительно слабо снижает флотируемость минералов кимберлита. Диспергатор ОП-4 повышает флотируемость алмаза и снижает флотируемость минералов кимберлита.

Рис. 5. Влияние реагентов-регуляторов на изменение флотируемости алмаза (а), талька (б), кальцита (в) и мусковита (г): 1 – НТФК; 2 – ПЭГ-1500; 3 – КМЦ-75-В; 4 – Неонол АФ-9-6; 5 – диспергатор ОП-4

Дальнейшие исследования проводили на кимберлитах, отличающихся степенью метаморфизма и минеральным составом: кимберлит пробы 1 представлен в большей степени первичными минералами: оливином (55 %), флогопитом и мусковитом (8 %), пироксеном (7 %), кальцитом (арагонитом) (6 %), доломитом (2,2 %), хромитом (2 %), сульфидами железа (1,2 %), титаномагнетитом (1,0 %), пиропом (0,3 %) и др.; кимберлит пробы 2 представлен кальцитом (арагонитом) (34 %), оливином (22 %), флогопитом и мусковитом (6,5 %), доломитом (6,4 %), пироксеном (4,4 %), хромитом (2 %), тальком (2 %), сульфидами железа (1,1 %), титаномагнетитом (1,0 %), пиропом (0,2 5%) и др.

Перед флотацией пробу кимберлита обесшламливали и на флотацию направляли материал класса крупности −400 +180 мм. Методика подготовки и флотации кимберлита соответствовала методике флотации алмазов и отдельных минералов.

Исходя из анализа данных, полученных при флотации алмаза и отдельных минералов кимберлита, для экспериментов по флотации кимберлита была выбрана концентрация реагентов-регуляторов 200 мг/л (для Неонола АФ-9-6 и Оксипав А1218.30 дополнительно 50 мг/л).

Результаты исследований показали возможность подавления флотируемости кимберлитов при использовании исследованных реагентов-регуляторов. Наиболее интенсивно снижают флотируемость (выход) кимберлитов реагенты Неонол АФ-9-6, Оксипав А1218.30, ИС-3 и Камцелл 600 (табл. 4).

Таблица 4

Влияние реагентов-регуляторов на селективность флотации алмазов и кимберлита 

Однако, поскольку при использовании добавок некоторых реагентов наблюдается снижение извлечения алмазов, оценка их эффективности и возможности использования требует применения специализированных критериев, например, критерия селективности. Оценку селективности проводили с использованием уравнения, предложенного в работе [1] для процесса пенной сепарации:

S = ε – 1,3γ, (4)

где S – критерий селективности; ε – извлечение алмазов; γ – выход (извлечение) кимберлита в концентрат.

Анализ данных расчета критерия селективности показал, что наиболее высокая селективность флотации алмазов достигнута при использовании реагентов-регуляторов НТФК, ОЭДФ, ИС-3, ОП-4 (см. табл. 4).

Тем не менее подтверждена возможность применения и некоторых других исследованных реагентов-регуляторов для повышения селективности флотационного извлечения алмазов из кимберлитов различного генезиса.

Таким образом, в результате проведенных исследований установлена возможность снижения флотируемости минералов кимберлита и частиц породы кимберлита и повышения технологических показателей флотации алмазосодержащих кимберлитов с использованием реагентов-регуляторов классов алкиларилфосфонатов, короткоцепочечных алифатических аминов, комплексных реагентов. Применение реагентов с сильным проявлением свойств ПАВ (ионогенных и неионогенных азотсодержащих короткоцепочечных полимеров) даст положительный результат при варьировании их расходов исходя из данных экспериментов со сниженным расходом реагентов-регуляторов Неонол АФ-9-8 и Оксипав А1218.30.

Основные выводы

На основе анализа комплексных физико-химических исследований взаимодействия аполярных коллекторов и реагентов-регуляторов различных классов с поверхностью минералов алмазосодержащих кимберлитов и результатов флотационных исследований обоснованы и выбраны реагенты-регуляторы, обеспечивающие повышение селективности процессов обогащения алмазосодержащих кимберлитов пенной и рентгенолюминесцентной сепарацией.

Визиометрическим анализом определено, что из минералов кимберлита наибольшей адгезионной активностью по отношению к аполярному коллектору (олеофильностью) и флотоактивностью обладают тальк, кальцит, мусковит, пирит, флогопит.

По данным измерения краевого угла смачивания выявлена четкая тенденция снижения адгезионной активности флотоактивных минералов кимберлита по отношению к аполярному коллектору при использовании реагентов-регуляторов классов алкиларилфосфонатов (НТФК; ОЭДФ), алифатических спиртов (ПЭГ-1500); бифункционально модифицированных производных КМЦ (КМЦ-75-В; Камцел 600), ионогенных и неионогенных азотсодержащих полимеров (Неонол АФ-9-6, Оксипав А1218.30); короткоцепочечных алифатических аминов (диспергатор ОП-4), комплексных реагентов (реагент ИС-3),

Расчеты с использованием уравнения Дюпре–Юнга (на основе полученных экспериментально значений краевого угла смачивания и поверхностного натяжения на границе раздела фаз органический коллектор – водная фаза) показали, что при добавлении реагентов-регуляторов энергия адгезии аполярного коллектора на минералах кимберлита, за исключением талька, снижается в 2,5–6 раз и достигает значений 6–15 Дж/м², сопоставимых с энергией адгезии водной фазы (5,7 Дж/м²). При этом на алмазах энергия адгезии коллектора в аналогичных условиях снижается до значений 17–27,5 Дж/м², что обусловливает устойчивое закрепление на нем аполярного коллектора. Этот факт предопределяет усиление контрастности флотационной активности минералов кимберлита и алмазов реагентами-регуляторами и обосновывает возможность повышения селективности флотации алмазов из кимберлитов.

Результаты флотационных исследований на алмазах и кимберлитах различной степени метаморфизма подтвердили возможность повышения селективности флотации алмазов при использовании реагентов-регуляторов НТФК, ОЭДФ, ИС-3, ОП-4. Перечисленные реагенты-регуляторы рекомендованы для испытаний в промышленных процессах пенной сепарации в схемах обогащения алмазосодержащих кимберлитов.