فلوتاسیون

[محسن آزماینده]

فلوتاسیون کانیهای اکسیدی وسیلیکاتی
تعداد کانیهایی که دراین گروه قرار میگیرند زیاد است وفلوتاسیون یک کانی مشخص با یک کلکتور معین به خواص الکتریکی سطح کانی بار الکتریکی کلکتور وزن ملکولی کلکتور حلالیت کانی و پایداری نمک کلکتور- فلز بستگی دارد. با توجه به این پدیده ها جذب سطحی کلکتور ممکن است به وسیله بر هم کنش الکترواستاتیکی با سطح (جذب فیزیکی) ویا به وسیله بر هم کنش شیمیایی ویژه با اجزاء سطح صورت می گیرد
فلوتاسیون با جذب فیزیکی
جذب فیزیکی بسیاری از کلکتورها به وسیله بر هم کنش الکترواستاتیکی با سطوح اکسیدها و سیتیکاتها رخ میدهد. وقتی از این کلکتور استفاده می شود اگاهی از نقطه بار صفر(pzc)این کانیها ضروری است. نقطه بار صفر(pzc)تعدادی از اکسیدها وسیلیکاتها در جدول زیر امده

مثلا نقطه بار صفر هماتیت درpH=6.7 اندازه گیری شده است. بار سطح درpH کمتر از نقطه بار صفر مثبت است ویونهای سولفونات دارای بار منفی دراین ناحیه بطور فیزیکی جذب می شوند وفلوتاسیون به طور کامل رخ می دهد بالای نقطه بار صفر سطح هماتیت دارای بار منفی است یونهای سولفونات نسبت به سطح دفع می شوند . بر عکس یونهای امینیم که دارای بار مثبت هستند روی سطح هماتیت دارای بار منفی جذب می شوند
نقطه بار صفر کوارتز در pH=1.8 مترکزاست
پیوند هیدروژنی وسیع مولکولهای اب روی سطوح اکسیدها و سیلیکاتها رخ میدهد در نتیجه حضور همی میسلهای کلکتور برای ابران کردن کامل این سطوح به منظور انجام فرایند فلوتاسیون ضروری خواهد بود. با توجه به شکل زیر غلظتهایی که دران پتانسیل زتای کوارتز از منفی به مثبت تغییر می کند وغلظتهایی که در ان بازیابی فلوتاسیون کوارتز سریعا افزایش می یابد تایید کننده این پدیده است


تغییرو تنظیم فلوتاسیون
اثر خاصیت فلیایی
آمین های نوع اول ، دوم و سوم از بازهای ضعیف هستند و غلظت ترکیبات حل شده موجود در محلول به pH آن بستگی دارد. همانگونه که در دیاگرام لگاریتمی در شکل 8 نشان داده شده است و دو دسیل آمین در pH کمتر از 10 عمدتاً بصورت یون آمینیم ، RNH+3 ، حضور دارد، غلظت ترکیبات خنثی ، RNH2(aq) در 10 < pH اهمیت پیدا می کنند.

ارتباط بین زاویه تماس ، دانسیته جذب سطحی ، پتانسیل زتا و بازیابی فلوتاسیون برای سیستم کوارتز ـ دو دسیل آمین در شکل زیر ارائه شده است. حداکثر بازیابی، زاویه تماس و پتانسیل زتا در pH ی است که در آن RNH3و RNH2(AQ)تقریباً در غلظت های یکسانی حضور دارند.

فعال سازی با فلوریت
مانسر (Manser) نتایج فلوتاسیون را برای کانیهای موجود در پنج گروه سیلیکاتها بدست آورده است.
1: اورتو سیلیکاتها(اندالوزیت،بریل،� �ورمالین)
2:پیروکسن ها(اوژیت،دیوپسید،اسپدومن)
3:امفیبولها(هورنبلند،ترمول� �ت،اکتینولیت)
4:سیلیکاتهای صفحه ای (مسکویت،بیوتیت،کلریت)
5:سیلیکاتهای شبکه ای (کوارتز،فلدسپار،نفلین)

وی کشف نموده که اورتو سیلیکاتها نسبت به فلورید حساس هستند در حالی که پیروکسن ها و آمفیبولها بندرت از فلورید متاثر می شوند. سیلیکاتها صفحه ای بوسیله فلورید فعال می شوند در حالی که سیلیکاتهای شبکه ای به استثناء کوارتز به میزان کمتری بوسیه فلورید فعال می شوند.

کواترز و فلدسپار با دو دسیل آمین در حضور و غیاب فلورید سدیم فلوته می شوند.

بازداشت با یونهای غیر آلی
اثر بازداشت کنندگی کاتیونهای غیر آلی را در سیستم های فلوتاسیون کاتیونی دقیقاً مطالعه نموده اند. نتایج فلوتاسیون کوارتز 4-10×5/1 مول بر لیتر دو دسل آمین نسبت به غلظت نیترات پتاسیم و pH در شکل زیر ارائه شده است. وقتی pH کاهش می یابد، بار سطح کاهش یافته و با یون RNH+3 برای جذب روی سطح بطور موثر رقابت کند.

فلوتاسیون با جذب شیمیایی
بنظر هیدرولیز کاتیونهای موجود در این کانیها است کمپلکسهای هیدروکسی که بدین ترتیب تشکیل می شوند از نظر سطحی خیلی فعال می باشد. این ترکیبات روی سطوح جامد بشدت جذب می شوند و اگر غلظت آنها به قدر کافی زیاد علامت پتانسیل زتا را عوض می کنند شکل زیر در حقیقت ، کمپلکسهای هیدروکسی حتی روی سطوح با بار مثبت هم جذب می شوند.

مقایسه ناحیه ای از pH که در آن که در آن پتانسیل زتای کوارتز در حضور یک یون فلزی مثبت است با دیاگرام توزیع کاتیون ، این پدیده ها را بخوبی به می کشد. برای مثال در محلول کلرید سرب با غلظت 4-10×1 مول بر لیتر ، یون +pbOH در محدوده pH 2/6 تا 8/10 دارای بیشترین غلظت می باشد. این دقیقاً همان محدوده ای از pH است که پتانسیل زتای کوارتز در حضور 4-10×1 مول بر لیتر کلرید سرب مثبت است ، و این پدیده احتمالاً ناشی از جذب سطحی + pbOH روی سطح کوارتز می باشد.

آزمایشهای انجام شده بوسیله کلارک (Clark) و کوک (Cooke) جذب سطحی محدود یون کلسیم هیدراته را روی کوارتز در pH تقریباً 4 تا 11 نشان می دهد.
اما در ناحیه ای pH که یون +CaOH با غلظت قابل تئجهی دارد + CaOH به مدار زیاد بصورت سطحی جذب می شود ( شکل های زیر)



سه مکانیزم جذب سطحی برای کاتیونهای چند ظرفیتی ارائه شده است که عبارتند از:
1) تشکیل آب بوسیله ترکیب یون هیدروکسل کمپلکس هیدروکسی و یون هیدروژن جذب شده.
2) پیوند هیدروژنی کمپلک هیدروکسی با سطح
3) تشکیل و جذب سطحی هیدروکسید فلز بر روی سطح جامد
با توجه به پیوند هیدرژنی کمپلکس های هیدروکسی کاتیون های دو ظرفیتی ، استفاده از کوارتز بعنوان یک کانی هدف، پیوند هیدروژنی بین یون هیدرژن جذب شده و کمپلکس هیدروکسی می تواند به شکل زیر رخ دهد.÷با توجه به پیوند هیدرژنی کمپلکس های هیدروکسی کاتیون های دو ظرفیتی ، استفاده از کوارتز بعنوان یک کانی هدف، پیوند هیدروژنی بین یون هیدرژن جذب شده و کمپلکس هیدروکسی می تواند به شکل زیر رخ دهد.

مکانیزم سوم پیشنهادی شامل هسته زائی و رشد رسوب هیدروکسید در سطح است. چنین فرض می شود که بعد از تشکیل رسوب ، سطح جامد مشخصات الکتروسینتیکی هیدروکسید فلزی را همانطور که در شکل زیر نشان داده شده ، کسب می کند. هر یک از این مکانیزمها به دنبال جذب سطحی منجر به بار بیشتری در لایه استرن می شود.

جذب شیمیایی کلکتورهای با وزن مولکولی بالا روی اکسیدها و سیلیکاتها تحت هر شرایطی اتفاق می افتد که یونهای فلزی موجود در کانی به کمپلکس های هیدروکس هیدرولیز شوند. وقتی پیرولوزیت با اولئات فلوته می شود ، دو نقطه ماکزیمم در منحنی فلوتاسیون آن وجود دارد.

با مراجعه به شکل پایین که توزیع یون منگانو را در pH های مختلف نشان می دهد می توان مشاهده نمود. همانطور که میتوان دید معکوس شدن پتانسیل زتا و انجام فلوتاسیون در ناحیه ای از Ph اتفاق می افتد که مقدار MnIH+ ماکزیمم باشد.


پیرولوزیت اکسید منگانیک(منگنز 3 ظرفیتی) است، و یون کمپلکس هیدروکسی منگانو (منگنز دو ظرفیتی) فقط بعد از احیاء منگانیک بوسیله واکنش با آب می تواند تشکیل شود. عملاً انحلال پیرولوزیت بوسیله افزودن دی اکسید گوگرد به سیستم افزایش می یابد.

فلوتاسیون مشاهده شده در 4=PH احتمالاً ناشی از جذب فیزیکی ترکیبی از اولئات است. متاسفانه ، پیرولوزیت در ناحیه مادون قرمز نسبت به نور کدر است و شناسایی ترکیبات حاضر در روی سطح امکانپذیر نیست.

کولکارنی (kulkarni) و سوماسونداران (Somasundaran) برای فلوتاسیون هماتیت با اولئات نشان دادند که جذب سطحی کلکتور در فصل مشترک هوا – آب و در نتیجه کاهش کشش سطحی نیز ممکن است در فلوتاسیون ماکزیمم آن در این pH دخیل باشند. به نظر می رسد که کشش سطحی دینامیک در چنین سیستم هایی مربوط به تشکیل صابون اسیدی باشد . یک توضیح تئوریکی برای کاهش کشش سطحی ارائه شده است.

کمپلکس های هیدروکسی کروم نیز بطور آشکار در فلوتاسیون کرومیت نقش ندارند. ناحیه ای از pH که کمپلکس CrOH++ به میزان فراوان وجود دارد همان محدوده ای است که در آن ناحیه بازداشت صورت می گیرد.

فلوتاسیون اوژیت در 3=pH احتمالاً میتواند ناشی از جذب فیزیکی ترکیبات اولئات باشد.
از آنجا که نقطه بار صفر این کانی 7/2=pH است ، فلوتاسیون این کانی خیلی محدودتر از فلوتاسیون کرومیت و پیرولوزیت تحت همان شرایط است. نقطه بار صفر برای کرومیت و پیرولوزیت به ترتیب برابر 7=pH و 4/7=pH است.

چند لایه ای های هیدروکسامات کوپریک به وضوح روی سطح قابل دیدن هستند. در مرحله آماده سازی قبل از فلوتاسیون رنگ کریزوکولا از آبی سبز به سبز پررنگ تغییر می کند. جذب سطحی چند لایه ای های هیدروکسامات کوپریک که نزدیک یا روی سطح تشکیل شده می تواند از طریق اجتماع زنجیر هیدروکربوری بر روی هیدروکساماتی که قبلاً بصورت شیمیایی جذب شده رخ دهد.

بریلیوم در ناحیه ای از pH که پک (Peck) و وادسوت (Wadsworth) فلوتاسیون آنرا نشان داند (208) به کمپلکس های هیدروکسی هیدرولیز می شود. جذب شیمیایی اولئات بوسیله اسپکتروسکوپی مادون قرمز اثبات شده است.

از آنجا که حلالیت کوارتز خیلی محدود است ، و با توجه به اینکه تنها کاتیون موجود در کانی ، سیلسیم می باشد ، لذا فلوتاسیون آنیونی ان فقط بعد از افزودن یونهای فلزی به سیستم و ی ا موجود بودن آنها در سیستم pH ی که واکنش هیدرولیز کمپلکس های هیدروکسی رخ می دهد انجام می گیرد. فعال سازی کوارتز را می توان با بیشتر کلکتورهای آنیونی ، از جمله گزنتات با شرایطی مشخص با موافقت انجام داد.
ناحیه ای از pH که فلوتاسیون در حضور تعدادی از نمکهای فلزی در آن محقق می شود در جدول زیر آمده است. بازیابی فلوتاسیون در این محدوده بیشتر از 90 درصد است. نواحی فلوتاسیون کوارتز مشابه آنچه که در جدول زیر آمده بوسله کرابر (Kraber) و بوپل (Bopple) ارائه شده است.


در سیستم هایی که رسوب کلکتور- فلز رخ می دهد ، در مقدار ثابت کلکتور ، افزایش مقدار یون فلزی به میزان ده برابر ، حد پائین pH فلوتاسیون را بمیزان یک واحد کاهش می دهد.
یر عکس، با مقدار یون فلزی ، افزایش میزان کلکتور تا رسیدن به یک حد بحرانی ، pH فلوتاسیون را کاهش می دهد ، که در آن حد pH بالاتری برای فلوتاسیون نیاز است. همانگونه که این حقایق نشان می دهد، پدیده هایی که در این سیستم ها اتفاق می افتد پیچیده است.

فلوتاسیون کامل کوارتز با اسیدهای چرب دارای رنجیر کوتاه تر مانند اسید نونانوئیک قبل از رسوب نمک کلسیم انجام می شود ، اما غلظت بالایی از کلکتور مورد نیاز است . احتمالاً بنظر می رسد که در این غلظت ها باید میسل ها در فصل مشتک آنها تشکیل شود.