Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия

С. А. Кондратьев, заведующий лабораторией обогащения полезных ископаемых и технологической экологии, докт. тех. наук, эл. почта: kondr@misd.ru
Т. Г. Гаврилова, младший научный сотрудник лаборатории обогащения полезных ископаемых и технологической экологии, эл. почта: gavrilova.t.g@mail.ru

Рассмотрены вопросы повышения извлечения и селективности извлечения полезного компонента во флотации. Показано влияние разных форм сорбции ионогенного собирателя на показатели процесса пенной флотации. Раскрыта связь извлечения целевого минерала с качеством флотационного концентрата. Дано объяснение различию в селективно-собирательных свойствах коротко- и длинноцепочечных оксигидрильных собирателей, а также короткоцепочечных сульфгидрильных: дитиофосфатов, ксантогенатов и дитиокарбаматов. В рамках механизмов работы химически и физически сорбированных собирателей в элементарном акте флотации дано трактование повышению избирательности выделения целевого минерала при сокращении их расхода. Показано, что выбор собирателя для флотации минералов с повышенной или пониженной гидрофобностью зависит от смещения баланса сил химической или физической форм сорбции собирателя или его производных форм, действующих при формировании флотационного комплекса. Баланс смещается в сторону увеличения силы физической формы сорбции для минералов с повышенной гидрофобностью. Для минералов с пониженной гидрофобностью потребуются собиратели с большей энергией химической связи с минералом. На основании механизма работы физически сорбируемого собирателя предложен метод повышения качества флотационного концентрата сочетанием собирателей: ионогенного и неионогенного или ионогенных (анионных и катионных). Показано, что требуемый баланс сил определится физико-химическими свойствами собирателей, входящих в композицию, поверхностной активностью по отношению к границе раздела газ – жидкость и реакционной способностью, характеризуемой константой равновесия обратимых процессов. Приведены практические рекомендации для выбора флотационного реагента-собирателя или сочетаний собирателей, которые входят в композицию.

Работа выполнена в рамках проекта НИР (номер гос. регистрации 121051900145-1).

1. Urbina R. H. Recent developments and advances in formulations and applications of chemical reagents used in froth flotation. Mineral Processing & Extractive Metall. Rev. 2003. Vol. 24. pp. 139–182.
2. Fuerstenau D. W., Hanson J. S. The electrochemical and flotation behavior of chalcocite and mixed oxide / sulfide copper minerals. International Journal of Mineral Processing. 1991. Vol. 33. pp. 33–47.
3. Pradip. Scientific and technological challenges in mineral processing. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 1992. Vol. 10. pp. 121–137.

4. Nagaraj D. R., Day A., Gorken A. Nonsulfide minerals flotation: an overview. Advances in Flotation Technology. eds. B. K. Parekh, J. D. Miller ; SME, 1999. pp. 245–256.
5. Abramov A. A. The role of collector sorption forms in the elementary act of flotation. Fiziko-tekhnicheskie problemy razrabotki poleznykh iskopaemykh. 2005. No. 1. pp. 96–108.
6. Wills B. A., Napier-Munn T. Mineral processing technology. An introduction to the practical aspects of ore treatment and mineral. 7^th ed. Amsterdam : Elsevier Science & Technology Books, 2006. 408 p.
7. Lynch A. J., Johnson N. W., Manlapig E. V., Thorne C. G. Mineral and coal flotation circuits-their simulation and control. Amsterdam : Elsevier, 1981. 291 p.
8. Kondratiev S. A. The collective force and selectivity of the flotation reagent. Fiziko-tekhnicheskie problemy razrabotki poleznykh iskopaemykh. 2021. No. 3. pp. 133–147.
9. Sutherland K. L., Wark I. W. Principles of flotation. Melbourne, Australia : Austr. Inst. Min. Metall., 1955. 489 p.
10. Klassen V. I., Tikhonov S. A. The effect of sodium oleate on the flotation properties of the surface of air bubbles. Tsvetnye Metally. 1960. No. 10. pp. 4–8.
11. Wark E., Wark I. Influence of micelle formation on flotation. Nature. 1939. Vol. 143. pp. 856.
12. Mielczarski J. A., Cases J. M., Bouquet E., Barres O., Delon J. F. Nature and structure of adsorption layer on apatite contacted with oleate solution. 1. Adsorption and Fourier transform infrared reflection studies. Langmuir. 1993. Vol. 9. pp. 2370–2382.
13. Theander K., Pugh R. J. The influence of pH and temperature on the equilibrium and dynamic surface tension of aqueous solutions of sodium oleate. Journal of Colloid and Interface Science. 2001. Vol. 239. pp. 209–216.
14. Taguta J., O’Connor C. T., McFadzean B. The effect of the alkyl chain length and ligand type of thiol collectors on the heat of adsorption and floatability of sulphide minerals. Minerals Engineering. 2017. Vol. 110. pp. 145–152.
15. Polkin S. I. Enrichment of ores and placers of rare and precious metals. – 2^nd ed., revised and add. M. : Nedra, 1987. 428 p.
16. Pugh R., Stenius P. Solution chemistry studies and flotation behaviour of apatite, calcite and fluorite minerals with sodium oleate collector. International Journal of Mineral Processing. 1985. Vol. 15. pp. 193–218.
17. Somasundaran P. The role of ionomolecular surfactant complexes in Flotation. International Journal of Mineral Processing. 1976. Vol. 3. pp. 35–40.
18. Yu F., Wang Y., Zhang L., Zhu G. Role of oleic acid ionic-molecular complexes in the flotation of spodumene. Minerals Engineering. 2015. Vol. 71. pp. 7–12.
19. Zhou F., Yan C., Wang H., Sun Q. et al. Flotation behavior of four C18 hydroxamic acids as collectors of rhodochrosite. Minerals Engineering. 2015. Vol. 78. pp. 15–20.
20. Bagci E., Ekmekci Z., Bradshaw D. Adsorption behaviour of xanthate and dithiophosphinate from their mixtures on chalcopyrite. Minerals Engineering. 2007. Vol. 20. pp. 1047–1053.
21. Bradshaw D. J. Synergistic effects between thiol collectors used in the flotation of pyrite : Ph. D. thesis. University of Cape Town, 1997.
22. Nagaraj D. R. Reagents in Mineral Technology. N. Y. : Marcel Dekker Inc., 1988. pp. 257–334.
23. McFadzean B., Castelyn D. G., O’Connor C. T. The effect of mixed thiol collectors on the flotation of galena. Minerals Engineering. 2012. Vol. 36–38. pp. 211–218.
24. Hangone G., Bradshaw D., Ekmekci Z. Flotation of a copper sulphide ore from Okiep using thiol collectors and their mixtures. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2005. Vol. 105. pp. 199–206.
25 Kondratiev S. A. Approaches to the selection of flotation reagents-collectors. Fiziko-tekhnicheskie problemy razrabotki poleznykh iskopaemykh. 2022. No. 5. pp. 109–124.
26. Chanturia V. A., Vigdergauz V. E. Electrochemistry of sulfides. Theory and practice of flotation, Moscow, St. Petersburg, 1993. 206 p.
27. Rao S. R., Finch J. A. Base metal oxide flotation using long chain xanthates. Int. J. Miner. Process. 2003. Vol. 69. pp. 251–258.
28. Allison S. A., Goold L. A., Nicol M. J., Granville A. A Determination various solution, products of the products of reaction between sulfide minerals and aqueous xanthate and a correlation of the with electrode rest potentials. Metallurgical Transactions. 1972. Vol. 3. pp. 2613–2618.
29. Pritzker M. D., Yoon R. H. Thermodynamic calculations on sulfide flotation systems: I. Galena-ethyl xanthate system in the absence of metastable species. Int. Journal of Mineral Processing. 1984. Vol. 12. pp. 95–125.
30. Lippinen J. O., Basilio C. I., Yoon R. H. In-situ FTIR study of ethyl xanthate adsorption on sulfide minerals under conditions of controlled potential. Int. Journal of Mineral Processing. 1989. Vol. 26. pp. 259–274.
31. Cases J. M., De Donato P. FTIR analysis of sulphide mineral surfaces before and after collection: galena. International Journal of Mineral Processing. 1991. Vol. 33. pp. 49–65.
32. Nowak P. Xanthate adsorption at PbS surfaces: molecular model and thermodynamic description. Colloids and surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 1993. Vol. 76. pp. 65–72.
33. Kondratiev S. A., Moshkin N. P., Konovalov I. A. Assessment of the collecting capacity of xanthogenate forms easily desorbed from the mineral surface. Fiziko-tekhnicheskie problemy razrabotki poleznykh iskopaemykh. 2015. No. 4. pp. 164–173.
34. Kondratiev S. A., Konovalov I. A. Influence of the physical form of collector sorption on galena flotation by xanthogenate in the presence of Pb²⁺ ions. Fiziko-tekhnicheskie problemy pererabotki poleznykh iskopaemykh. 2023. No. 4. pp. 119–129.
35. Rashchi F., Sui C., Finch J. A. Sphalerite activation and surface Pb ion concentration. Int. J. Miner. Process. 2002. Vol. 67. pp. 43–58.
36. Basilio C. I., Kartio I. J., Yoon R.-H. Lead activation of sphalerite during galena flotation. Miner. Eng. 1996. Vol. 9, No. 8. pp. 869–879.
37. Wang X., Forssberg E., Bolin N. J. The aqueous and surface chemistry of activation in the flotation of sulphide minerals — A Review. Part II: A Surface precipitation model. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 1989. Vol. 4. pp. 167–199.
38. Houot R., Ravenau P. Activation of sphalerite flotation in the presence of lead ions. International Journal of Mineral Processing. 1992. Vol. 35. pp. 253–271.
39. Goryachev E. B., Shekhirev D. V., Zhao Hai Yaa, Naing Lin U. Assessment of the flotation activity of thiol collectors based on the analysis of kinetic curves of pyrite flotation. Fiziko-tekhnicheskie problemy pererabotki poleznykh iskopaemykh. 2024. No. 6. pp. 168–174.
40. Pienaar D. The synergistic interaction between dithiophosphate and frothers at the air-water and mineral-water interface pyrite : Ph. D. thesis. Faculty of Engineering and built environment University of Cape Town, 2021. 179 p.
41. Kloppers L., Maree W., Oyekola O., and Hangone G. Froth flotation of Merensky Reef platimum bearing ore using mixtures of SIBX with a dithiophosphate and a dithiocarbamate. Miner. Eng. 2016. Vol. 87. pp. 54–58.
42. Manono M. S., Matibidi K., Corin K. C., Thubakgale C. K. et al. Specific ion effects on the behavior of mixtures of sodium iso-butyl xanthate and sodium diethyl dithiophosphate during the flotation of a Cu – Ni – PGM ore: effects of CaCl2 and NaCl. Environmental sciences proceedings. 2021. Vol. 6. DOI: 10.3390/iecms2021-10632
43. Von Rybinski W. and Schwuger M. J. Adsorption of surfactant mixtures in froth flotation. Langmuir, 1986, Vol. 2, Iss. 5. pp. 639–643.
44. Bai Y., Xu M., Wen W., Zhu S. et al. Synergistic mechanism of dodecylamine/octanol mixtures enhancing lepidolite flotation from the self-aggregation behaviors at the air/liquid interface. Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2023. Vol. 59, Iss. 6. 176510.
45. Wiertel-Pochopien A., Batys P., Zawala J., Kowalczuk P. B. Synergistic effect of binary surfactant mixtures in two-phase and three-phase systems. The Journal of Physical Chemistry B. 2021. Vol. 125, Iss. 15. pp. 3855–3866.
46. Zou S., Wang S., Ma X., Zhong H. Underlying synergistic collection mechanism of an emerging mixed reagent scheme in chalcopyrite flotation. Journal of Molecular Liquids. 2022. Vol. 364. pp. 119948.
47. Kondratiev S. A., Semyanova D. V. Development of a method for selecting a combination of collectors to obtain a synergetic effect in flotation. Fizikotekhnicheskie problemy pererabotki poleznykh iskopaemykh. 2024. No. 6. pp. 148–159.
48. Tian J., Xu L., Deng W., Jiang H. et al. Adsorption mechanism of new mixed anionic/cationic collectors in a spodumene-feldspar flotation system. Chemical Engineering Science. 2017. Vol. 164. pp. 99–107.
49. Gao Z., Bai D., Sun W., Cao X., Hu Y. Selective flotation of scheelite from calcite and fluorite using a collector mixture. Minerals Engineering. 2015. Vol. 72. pp. 23–26.
50. Alexandrova L., Hanumantha Rao K., Forsberg K. S. E., Grigorov L., Pugh R. J. The influence of mixed cationic–anionic surfactants on the threephase contact parameters in silica–solution systems. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2011. Vol. 373. pp. 145–151.
51. Karimian A., Rezaei B., Masoumi A. The effect of mixed collectors in the rougher flotation of subgun copper. Life Sci. J. 2013. Vol. 10. pp. 268–272.
52. Lotter N. O., Bradshaw D. J. The formulation and use of mixed collectors in sulphide flotation. Miner. Eng. 2010. Vol. 23. pp. 945–951.
53. Plaksin I. N., Zaitseva S. P. Scientific reports of A. A. Skochinsky Institute of Mining, USSR Academy of Sciences, Moscow, 1960, No. 6, pp. 15–20.
54. Konovalov I. A., Kondratiev S. A. Flotation activity of xanthogenic acid salts. Fiziko-tekhnicheskie problemy pererabotki poleznykh iskopaemykh. 2020. No. 1. pp. 114–123.
55. Abramov A. A. Requirements to the choice and designing of selective reagents-collectors. Part 1. Theoretical principles for the choice of selective reagents-collectors. Tsvetnye Metally. 2012. No. 4. pp. 17–20.