Влияние предварительной сонохимической обработки депрессоров шламов на эффективность сильвиновой флотации

Основной источник калийных удобрений – сильвинитовые руды, состоящие в том числе из галита (NaCl), силикатных и глинисто-карбонатных шламов (глинисто-солевых шламов). Обогащение природных калийных руд главным образом осуществляется флотационным методом, при котором происходит разделение KCl, NaCl и глинисто-солевых шламов.
Исследование направлено на выявление влияния предварительной сонохимической обработки реагентов-депрессоров – КМЦ и крахмала – на динамическую вязкость, размер агрегатов, электрокинетический потенциал растворов этих реагентов и на эффективность сильвиновой флотации. Установлено, что сонохимическая обработка растворов депрессоров уменьшает размер агрегатов молекул крахмала более чем в 133 раза, агрегатов молекул КМЦ – с 6 до 4 нм. Выявлено, что сонохимическое воздействие на раствор анионного КМЦ с увеличением акустической мощности смещает электрокинетический потенциал в область отрицательных значений, при этом сонохимическая обработка любой акустической мощности не влияет на дзета-потенциал неионогенного крахмала. Установлено, что сонохимическая обработка понижает динамическую вязкость растворов КМЦ и крахмала: вязкость раствора КМЦ при максимальной акустической мощности 420 Вт снижается на 44 %, вязкость раствора крахмала при той же акустической мощности ультразвука – на 70 %. Кроме того, предварительная сонохимическая обработка депрессоров сильвиновой флотации способствует увеличению извлечения KCl и снижению содержания шламов во флотационном концентрате. Также показана возможность снижения расхода обработанного ультразвуком депрессора. Полученные результаты целесообразно апробировать в опытно-промышленных условиях.

1. Huang Z., Cheng C., Zhong H. et al. Flotation of sylvite from potash ore by using the Gemini surfactant as a novel flotation collector. Minerals Engineering. 2019;132:22–26. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2018.11.055

2. Li E., Du Z., Yuan S., Cheng F. Low temperature molecular dynamic simulation of water structure at sylvite crystal surface in saturated solution. Minerals Engineering. 2015;83:53–58. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2015.08.012

3. Li E., Du Z., Li D., Cheng F. Specific ion effects of salt solutions on colloidal properties of octadecylamine hydrochloride. Journal of Surfactants and Detergents. 2017;20(2):483–491. https://doi.org/10.1007/s11743-016-1923-7

4. Wang X., Miller J. D., Cheng F., Cheng H. Potash flotation practice for carnallite resources in the Qinghai Province, PRC. Minerals Engineering. 2014;66–68:33–39. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2014.04.012

5. Батурин Е. Н., Меньшикова Е. А., Блинов С. М. и др. Проблемы освоения крупнейших калийных месторождений мира. Современные проблемы науки и образования. 2012;(6):613–621. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=7513

6. Дихтиевская Л. В., Шломина Л. Ф., Осипова Е. О. и др. Флотационное обогащение калийных руд. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук. 2019;55(3):277–287. https://doi.org/10.29235/1561-8331-2019-55-3-277-287

7. Du H., Ozdemir O., Wang X. et al. Flotation chemistry of soluble salt minerals: from ion hydration to colloid adsorption. Mining, Metallurgy & Exploration. 2014;31(1):1–20. https://doi.org/10.1007/BF03402344

8. Cao Q., Du H., Miller J. D. et al. Surface chemistry features in the flotation of KCl. Minerals Engineering. 2010;23(5):365–373. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2009.11.010

9. Chaikovskiy I. I., Korotchenkova O. V., Trapeznikov D. E. A new genetic type of leaching zone in salts of the Verkhnyaya Kama potassium salt deposit: hydrochemical, mineralogical, and structural indicators. Lithology and Mineral Resources. 2019;54(4):308–319. https://doi.org/10.1134/S0024490219040023

10. Чайковский И. И. Эпигенетическая трансформация калийных и магниевых руд Верхнекамского месторождения солей. В: Рудогенез: материалы международной конференции. Миасс, Екатеринбург, 2–7 февраля 2008. С. 331–338.

11. Кибанова М. С., Лановецкий С. В. Исследование влияния реагентов-депрессоров шламов на технологические показатели основной сильвиновой флотации хлорида калия. Молодежная наука в развитии регионов. 2021;1:301–303.

12. Чернышев А. В., Черепанова М. В. Совершенствование стадии шламовой флотации в переработке сильвинита. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. 2020;(1):113–129. URL: http://vestnik.pstu.ru/biohim/archives/?id=&folder_id=9158

13. Ведрова В. В., Середкина О. Р., Рахимова О. В. Способы переработки глинисто-солевых шламов в производстве калийных удобрений. Молодежная наука в развитии регионов. 2018;1:228–230.

14. Иванов А. Г. Дифференциация минералов галопелитов в процессе флотационного обогащения сильвинитовых руд Верхнекамского месторождения. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология, нефтегазовое и горное дело. 1999;(1):74–76. URL: https:// repository.geologyscience.ru/bitstream/handle/123456789/9106/p142.pdf?sequence=1&isAllowed=y

15. Можейко Ф. Ф., Поткина Т. Н., Шевчук В. В., Стефанович С. Ч. Интенсификация процессов обезвоживания глинисто-солевых дисперсий, модифицированных высокомолекулярными защитными реагентами-депрессорами. Труды БГТУ №3. Химия и Технология Неорганических Веществ. 2015;(3):35–40. URL: https://elib.belstu.by/bitstream/123456789/14999/1/mozheyko-f.-f.-potkina-t.-n.-shevchuk-v.-v.-stsefanovich-s.-ch.-intensification-of-dehydration.pdf

16. Олиферович Д. С., Шилин Л. Ю., Батюков С. В., Пригара В. Н. Анализ и учет факторов, влияющих на технологический процесс флотации калийных руд. Доклады Белорусского Государственного университета информатики и радиоэлектроники. 2009;(2):59–66. URL: https://libeldoc.bsuir.by/bitstream/123456789/31635/1/Oliferovich_The.PDF

17. Титков С. Н., Гуркова Т. М., Пантелеева Н. Н. и др. Активация катионной флотации калийных и калийно-магниевых руд с применением новых реагентов. Обогащение руд. 2005;(6):37–42.

18. Кибанова М. С., Лановецкий С. В. Обзор флотационных реагентов, используемых в технологии обогащения сильвинитовых руд. Молодежная наука в развитии регионов. 2020;1:287–291.

19. Xuemin Q., Hongying Y., Guobao C. et al. Inhibited mechanism of carboxymethyl cellulose as a galena depressant in chalcopyrite and galena separation flotation. Minerals Engineering. 2020;150:106273. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2020.106273

20. Liu P., Gao W., Zhang X. et al. Effects of ultrasonication on the properties of maize starch/stearic acid/sodium carboxymethyl cellulose composite film. Ultrasonics Sonochemistry. 2021;72:105447. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2020.105447

21. Iida Y., Tuziuti T., Yasui K. et al. Control of viscosity in starch and polysaccharide solutions with ultrasound after gelatinization. Innovative Food Science & Emerging Technologies. 2008;9(2):140–146. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2007.03.029

22. Sujka M., Jamroz J. Ultrasound-treated starch: SEM and TEM imaging, and functional behaviour. Food Hydrocolloids. 2013;31(2):413–419. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2012.11.027

23. Chen Y., Truong V. N. T., Bu X., Xie G. A review of effects and applications of ultrasound in mineral flotation. Ultrasonics Sonochemistry. 2020;60:104739. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2019.104739

24. Пойлов В. З., Буров В. Е., Галлямов А. Н., Федотова О. А. Сонохимическая активация раствора солянокислого амина, используемого в качестве собирателя в технологии флотации сильвинитовых руд. Обогащение руд. 2021;(5):15–26. https://doi.org/10.17580/or.2021.05.04

25. Burov V. E., Gallyamov A. N., Fedotova O. A., Poilov V. Z. The ultrasonic treatment influence on pH solution of hydrochloric amine. In: All-Russian Scientific and Practical Conference “Chemistry. Ecology. Urbanistics». 2021. Vol. 2. Pp. 224–227. URL: https://ceu.pstu.ru/wp-content/uploads/2021/06/Himiyaekologiyaurbanistika_Tom-2.pdf

26. Liu H., Du Y. M., Kennedy J. F. Hydration energy of the 1,4-bonds of chitosan and their breakdown by ultrasonic treatment. Carbohydrate Polymers. 2007;68(3):598–600. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2006.11.004

27. Liu P., Wang R., Kang X. et al. Effects of ultrasonic treatment on amylose-lipid complex formation and properties of sweet potato starch-based films. Ultrasonics Sonochemistry. 2018;44:215–222. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2018.02.029

28. Savitri E., Juliastuti S. R., Handaratri A. et al. Degradation of chitosan by sonication in very-lowconcentration acetic acid. Polymer Degradation and Stability. 2014;110:344–352. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2014.09.010

29. Wu Z., Qiao D., Zhao S. et al. Nonthermal physical modification of starch: An overview of recent research into structure and property alterations. International Journal of Biological Macromolecules. 2022;203:153–175. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.01.103

30. Huang J., Wang Z., Fan L., Ma S. A review of wheat starch analyses: Methods, techniques, structure and function. International Journal of Biological Macromolecules. 2022;203:130–142. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.01.149

31. Титков С. Н. Активация действия катионных реагентов-собирателей. Записки Горного института. 2005;165:191–195. URL: https://pmi.spmi.ru/index.php/pmi/article/view/8289

32. Бочаров В. А., Хачатрян Л. С., Игнаткина В. А., Баатархуу Ж. О выборе способов разделения сульфидного медно-молибденового концентрата с использованием высокомолекулярных органических депрессоров. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2007;(8):235–242.

33. Shen H., Guo Y., Zhao J. et al. The multi-scale structure and physicochemical properties of mung bean starch modified by ultrasound combined with plasma treatment. International Journal of Biological Macromolecules. 2021;191:821–831. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.09.157

34. Осипович А. Э., Вахрушев В. В., Казанцев А. Л. и др. Влияние ультразвуковой обработки на водную эмульсию солянокислого амина. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. 2014;(3):89–96. URL: https://vestnik.pstu.ru/biohim/archives/?id=&folder_id=4235

35. Xu M., Xing Y., Gui X., Cao Y., Wang D., Wang L. Effect of Ultrasonic Pretreatment on Oxidized Coal Flotation. Energy Fuels. 2017;31(12):14367–73. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.7b02115

36. Deb Barma S., Sathish R., Baskey P. K., Biswal S. K. Chemical beneficiation of high-ash indian noncoking coal by alkali leaching under low-frequency ultrasonication. Energy Fuels. 2018;32(2):1309–1319. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.7b03291

37. Barma S. D. Ultrasonic-assisted coal beneficiation: a review. Ultrasonics Sonochemistry. 2019;50:15–35. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2018.08.016