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

С. А. Кондратьев, заведующий лабораторией обогащения полезных ископаемых и технологической экологии, докт. техн. наук, эл. почта: kondr@misd.ru

На основе механизма работы физически сорбируемого собирателя объясняется положение профиля области флотации в координатах lgC – pH. Показаны причины ограничения области флотации при низкой и повышенной концентрациях собирателя. Обоснованы условия достижения высокой флотируемости олеатом натрия в нейтральной и слабощелочной области рН и додециламином в щелочной области рН. Установлено влияние рН флотационной системы и гидролиза соли собирателя на понижение поверхностного натяжения раствора и увеличение извлечения полезного компонента в концентрат. Предложено новое понимание работы физически сорбируемого собирателя в элементарном акте гамма-флотации. Показано, что контактный угол смачивания не является фактором, характеризующим флотируемость целевого компонента. Работа, выполняемая физически закрепившимся на минерале и десорбировавшим на границу раздела газ – жидкость собирателем, является основным фактором, определяющим флотируемость требуемого компонента. Установлены условия достижения селективного разделения минералов. Показано, что закрепление физически сорбируемого собирателя является дополнительным и необходимым условием  высокогоизвлечения целевого минерала. Избирательность разделения минералов определится разностью критических поверхностных натяжений флотационного раствора и селективным закреплением физически сорбируемого собирателя на целевом минерале. Селективность закрепления физически сорбируемого собирателя на целевых минералах цветных и редкоземельных руд оценивается с применением сравнительного анализа энергий взаимодействия реагента на разделяемых минералах во флотационном растворе. Исследование открывает путь к разработке инновационных технологий, направленных на повышение селективности разделения минералов, что имеет первостепенное значение для получения критически важного сырья.

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

1. Kondratyev S. A., Gavrilova T. G. The role of physical sorption in increasing the extraction and selectivity of the useful component in foam flotation. Tsvetnye Metally. 2025. No. 8. pp. 13–21.
2. Abramov A. A. Flotation methods of enrichment. 3rd edition. Moscow : MGGU, 2008, pp. 670.
3. Abramov A. A. The role of collector sorption forms in the elementary act of flotation. Fiziko-tekhnicheskie problem razrabotki poleznykh iskopaemykh. 2005. No. 1. pp. 96–108.
4. Bogdanov O. S., Vainshenker I. A., Podnek A. K. et al. On the hydrophilicity of the mineral surface and the forms of fortification of collectors. Obogashchenie Rud. 1969. No. 4. pp. 23–28.
5. Sutherland K. L., Wark I. W. Principles of flotation. Melbourne : Austr. Inst. Min. Metall., 1955. 489 p.
6. 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.
7. Wark E., Wark I. Influence of micelle formation on flotation. Nature. 1939. Vol. 143. pp. 856.
8. Rossi E.E., de Arrieta C., Ciribeni V., Ferretti R. J. Depression areas in flotation graphs produced by the adsorption of a second layer in froth flotation. Minerals & metallurgical processing. 1991. Vol. 8. pp. 7–15.
9. Rogers J., Sutherland K.L. Activation of minerals and adsorption of collectors. Trans. AIME. 1946. Vol. 169. pp. 317–333.
10. Bleier A., Goddard E. D., Kulkarni R. D. Adsorption and critical flotation conditions. J. Colloid Interface Sci. 1977. Vol. 59. pp. 490–504.
11. Somasundaran P. The relationship between adsorption at different interfaces and flotation behavior. Transactions AIME. 1968. Vol. 241. pp. 105–108.
12. Somasundaran P., Fuerstenau D. W. On the incipient flotation condition. Transactions AIME. 1968. Vol. 241. pp. 102–104.
13. Finch J. A., Smith G. W. Dynamic surface tension of alkaline dodecylamine solutions. Journal of Colloid and Interface Science. 1973. Vol. 45, No. 1. pp. 81–91.
14. Finch J. A., Smith G. W. Bubble-solid attachment as a function of bubble surface tension. Canadian Metallurgical Quarterly. 1975. Vol. 14, Iss. 1. pp. 47–51.
15. O’Brien R. N., Feher A. I., Leja J. Spreading of monolayers at the airwater interface. II. Spreading speeds for alcohols, acids, esters, sulphonates, amines, quaternary ammonium ions, and some binary mixtures. J. Colloid Interface Sci. 1976. Vol. 56, No. 3. pp. 474–482.
16. O’Brien R. N., Feher A. I., and Leja J. Interferometric and hydrodynamic flow profiles produced in water by a spreading monolayer. J. Colloid Interface Sci. 1975. Vol. 51, No. 3. pp. 366–372.
17. 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. I. Adsorption and fourier transform infrared reflection studies. Langmuir. 1993. Vol. 9. pp. 2370–2382.
18. Kondratiev S. A. The collective strength and selectivity of the flotation reagent. Fiziko-tekhnicheskie problem razrabotki poleznykh iskopaemykh. 2021. No. 3. pp. 133–147.
19. Kondratiev S. A. Approaches to the selection of flotation reagentscollectors. Fiziko-tekhnicheskie problem razrabotki poleznykh iskopaemykh. 2022. No. 5. pp. 109–124.
20. Kondratiev S. A., Tsitsilina D. M. Selectivity of flotation extraction of a calcium-containing useful component by precipitation of an oxyhydryl collector. Fiziko-tekhnicheskie problem razrabotki poleznykh iskopaemykh. 2023. No. 2. pp. 112–122.
21. Polkin S. I. Enrichment of ores and placers of rare and precious metals. Moscow : Nedra, 1987. 428 p.
22. Castro F. H., Borrego A. G. Modification of surface tension in aqueous solutions of sodium oleate according to temperature and pH in the flotation bath. Journal of Colloid and Interface Science. 1995. Vol. 173. pp. 8–15.
23. Powney J. The properties of detergent solution. Part I. The influence of hydrogen ion concentration on the surface tension of soap solution. Transactions of the Faraday Society. 1935. Vol. 31. pp. 1510–1521.

24. 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.
25. Laskowski J. S. A new approach to classification of flotation collectors. Canadian Metallurgical Quarterly. 2010. Vol. 49, Iss. 4. pp. 397–404.
26. Zhai J., He H., Chen P., Song L. et al. Flotation behaviours of ilmenite and associated solution chemistry properties using saturated fatty acids as the collector. Separations. 2025. Vol. 191. pp. 12.
27. Fa K., Jiang T., Nalaskowski J., Miller J. D. Interaction forces between a calcium dioleate sphere and calcite/fluorite surfaces and their significance in flotation. Langmuir. 2003. Vol. 19, Iss. 25. pp. 10523–10530.
28. Avdokhin V. M., Gubin S. L. Reverse cationic flotation of fine iron ore concentrates. GIAB. 2006. No. 24. pp. 324–331.
29. Bogdanov O. S., Mikhailova N. S. Investigation of the interaction of a cationic collector with quartz iron minerals. Issledovanie deistviya flotatsionnykh reagentov. Trudy instituta Mekhanobr. 1965. Iss. 135. pp. 139–156.
30. Takeda S., Usui S. Adsorption of dodecylammonium ion on quartz in relation to its flotation. Colloids and Surfaces. 1987. Vol. 23, Iss. 1-2. pp. 15–28.
31. Yoon R.-H., Yordan J. L. Induction time measurements for the quart zamine flotation system. Journal of colloid and Interface Science. 1991. Vol. 141, No. 2. pp. 374–383.
32. Stechernesser H., Geidel Th., Weber K. Expansion of three-phase contact line after rupture of thin non-symmetrical liquid films I. Relationship between rate of expansion and radius of three-phase contact. Colloid & Polymer Sci. 1980. Vol. 258. pp. 109–110.
33. Hornsby D. T., Leja J. Critical surface tension and the selective separation of inherently hydrophobic solids. Colloids and Surfaces. 1980. Vol. 1. pp. 425–429.
34. Yarar B., Kaoma J. Estimation of the critical surface tension of wetting hydrophobic solids by flotation. Colloids and Surfaces. 1984. Vol. 11, Iss. 3-4. pp. 429–436.
35. Kelebek S., Smith G. W. Selective flotation of inherently hydrophobic Minerals by controlling the air/solution interfacial Tension. International Journal of Mineral Processing. 1985. Vol. 14. pp. 275–289.
36. Kelebek S., Finch J. A., Yörük S., Smith G. W. Wettability and floatability of galena-xanthate system as a function of solution surface tension. Colloids Surf. 1986. Vol. 20. pp. 89–100.
37. Kelebek S., Smith G. W., Finch J. A., Yörük S. Critical surface tension of wetting and flotation separation of hydrophobic solids. Separation Science and Technology. 1987. Vol. 22, Iss. 6. pp. 1527–1546.
38. Kramer A., Gaulocher S., Martins M., Leal Filho L. S. Surface tension measurement for optimization of flotation control. Procedia Engineering. 2012. Vol. 46. pp. 111–118.
39. Martins M., Leal Filho L. S., Parekh B. K. Surface tension of flotation solution and its influence on the selectivity of the separation between apatite and gangue minerals. Minerals & metallurgical processing. 2009. Vol. 26, No. 2. pp. 79–84.
40. Van Oss C. J. Acid-base interfacial interactions in aqueous media. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 1993. Vol. 78. pp. 1–49.