Поверхностные силы структурного происхождения в процессах флотации микродисперсий золота

Для увеличения содержания извлекаемого металла в операции основной флотации используют наиболее флотационно-активную часть руды – выделенный из нее черновой концентрат. При таком смешении полезный эффект от увеличения содержания извлекаемого металла дополняется эффектом гидрофобных взаимодействий между гидрофобными минералами рудного питания и минералами чернового концентрата (минералами-носителями). Результатом гидрофобных взаимодействий является притяжение гидрофобных частиц, причина которого связана со скольжением жидкости вдоль гидрофобной поверхности и изменением энергетического состояния воды в их граничных слоях. Для обратного процесса – удаления частиц друг от друга – потребуется совершить работу по переносу в точку контакта частиц молекул воды из объема. Поэтому частицы ведут себя так, как будто между ними существуют силы притяжения (отрицательное расклинивающее давление) с радиусом действия, равным толщине граничного слоя жидкости. Рост по абсолютной величине сил гидрофобного прилипания использован для выполнения процесса флотации в условиях нагрева смачивающей пленки. Тепловой поток в смачивающую пленку можно «доставить» со стороны жидкой фазы путем нагрева всей флотационной системы (что требует больших энергозатрат) либо со стороны газовой фазы, заполнив пузырек теплоносителем (энергосберегающий подход). Во втором случае подаваемый при флотации для аэрации пульпы воздух смешивают с паром. На примере флотации золотосодержащих руд доказана эффективность новых технологических решений.

Евдокимов С. И., Герасименко Т. Е., Кондратьев Ю. И. Поверхностные силы структурного происхождения в процессах флотации микродисперсий золота // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 5-1. – С. 17–35. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_51_0_17.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (соглашение № 23-27-00093).

Евдокимов Сергей Иванович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: eva-ser@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-2960-4786,
Герасименко Татьяна Евгеньевна¹ — канд. техн. наук, начальник отдела интеллектуальной собственности, e-mail: gerasimenko_74@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-7048-4379,
Кондратьев Юрий Иванович¹ — д-р техн. наук, профессор,
¹ Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет).

Герасименко Т.Е., e-mail: gerasimenko_74@mail.ru.

1. Nikolov A., Lee J., Wasan D. DLVO surface forces in liquid films and statistical mechanics of colloidal oscillatory structural forces in dispersion stability // Advances in Colloid and Interface Science. 2023, vol. 313, article 102847. DOI: 10.1016/j.cis.2023.102847.

2. Zie L., Wang J., Lu Q., Hu W., Zeng H. Surface interaction mechanisms in mineral flotation: Fundamentals, measurements, and perspectives // Advances in Colloid and Interface Science. 2021, vol. 295, article 102491. DOI: 10.1016/j.cis.2021.102491.

3. Misra R. P., De Souza J. P., Blankschten D., Bazant M. Z. Theory of surface forces in multivalent electrolytes // Langmuir. 2019, vol. 35, no. 35, pp. 11550—11565. DOI: 10.1021/ acs.langmuir.9b01110.

4. Mohamad H. S., Neuber S., Helm C. A. Surface forces of asymmetrically grown polyelectrolyte multillayers: Searching for the charges // Langmuir. 2019, vol. 35, no. 48, pp. 15491— 15499. DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b01787.

5. Adibnia V., Mirbagheri M., Latreille P. L., Banquy X., De Crescenzo G., Rochefort D. Interfacial forces across ionic liquid solutions: Effects of ion concentration and water domains // Langmuir. 2019, vol. 3, no. 48, pp. 15585—15591. DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b02011.

6. Guo H., Kovscek A. R. Investigation of the effects of ions on short—range non—DLVO forces at the calcite/brine interface and implications for low salinity oil—recovery processes // Journal of Colloid and Interface Science. 2019, vol. 552, pp. 295—311. DOI: 10.1016/j.jcis. 2019.05.049.

7. Bal V. Stability characteristics of nanoparticles in a laminar linear shear flow in the presence of DLVO and non—DLVO forces // Langmuir. 2019, vol. 35, no. 34, pp. 11175—11187. DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b01886.

8. Hu P., Liang L. The role hydrophobic interaction in the heterocoagulation between coal and quartz particles // Minerals Engineering. 2020, vol. 154, no. 1, article 106421. DOI: 10.1016/j. mineng.2020.106421.

9. Long Q., Wang H., Jiang F., Tan W., Xu Z. Enhancing flotation separation of fine copper oxide from silica by microbubble assisted hydrophobic aggregation // Minerals Engineering. 2022, vol. 189, no. 1, article 107863. DOI: 10.1016/j.mineng.2022.107863.

10. Smith A. M., Borkovec M., Trefalt G. Forces between solid surfaces in aqueous electrolyte solutions // Advances in Colloid and Interface Science. 2020, vol. 275, article 102078. DOI: 10.1016/j.cis.2019.102078.

11. Пчелин В. А. О моделировании гидрофобных взаимодействий // Коллоидный журнал. — 1972. — Т. 34. — № 5. — С. 783—787.

12. Jadhav A. J., Barigou M. Bulk nanobubbles or not nanobubbles // Langmuir. 2020, vol. 36, no. 7, pp. 1699—1708. DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b03532.

13. Schubert H. Nanobubbles, hydrophobic effect, heterocoagulation and hydrodynamics in flotation // International Journal of Mineral Processing. 2005, vol. 78, no. 1, pp. 11—21. DOI: 10.1016/j.minpro.2005.07.002.

14. Nguyen A. V., Nalaskowski J., Miller J. D., Butt H.-J. Attraction between hydrophobic surface studied by atomic microscopy // International Journal of Mineral Processing. 2003, vol. 72, no. 1—4, pp. 215—225. DOI: 10.1016/S0301-7516(03)00100-5.

15. Nizkaya T. V., Dubov A. L., Mourran A., Vinogradova O. I. Probing effective slippage on superhydrophobic stripes by atomic force microscopy // Soft Matter. 2016, vol. 12, pp. 6910— 6917. DOI: 10.1039/C6SM01074A.

16. Zhou J., Asmolov E. S., Schmid F., Vinogradova O. I. Effective slippage on superhydrophobic trapezoidal grooves // Journal of Chemical Physics. 2013, vol. 139, no. 17, pp. 174708— 174715. DOI: 10.1063/1.4827867.

17. Агеев А. И., Осипов А. Н. Макрои микрогидродинамика вязкой жидкости вблизи супергидрофобной поверхности // Коллоидный журнал. — 2022. — Т. 84. — № 4. — C. 380—395. DOI: 10.31857/S0023291222040024.

18. Iwasaki Y., Seyama M., Inoue S., Hayashi K., Matsuura N., Koizumi H. Direct measurement of near-wall molecular transport rate in a microchannel and its dependence on diffusivity // Langmuir. 2021, vol. 37, no. 29, pp. 8687—8695. DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c00561.

19. Босиков И. И., Клюев Р. В., Хетагуров В. Н. Анализ и комплексная оценка газодинамических процессов на угольных шахтах с помощью методов теории вероятности и математической статистики // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 3. — С. 461—467. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-3-461-467.

20. Петров Ю. С., Соколов А. А., Раус Е. В. Математическая модель оценки техногенного ущерба от функционирования горных предприятий // Устойчивое развитие горных территорий. — 2019. — Т. 11. — № 4. — С. 554—560. DOI: 10.21177/1998-4502-2019-114-554-559.

21. Баловцев С. В., Скопинцева О. В., Куликова Е. Ю. Иерархическая структура аэрологических рисков в угольных шахтах // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 2. — С. 276—285. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-2-276-285.

22. Li Z., Yoon R.-H. AFM force measurements between gold and silver surface treated in ethyl xanthate solutions: Effect of applied potentials // Minerals Engineering. 2012, vol. 36–38, no. 2–3, pp. 126—131. DOI: 10.1016/j.mineng.2012.03.013.

23. Liu J., Cui X., Xie L., Huang J., Zeng H. Probing effects of molecular-level heterogeneity of surface hydrophobicity on hydrophobic interactions in air/water/solid systems // Journal of Colloid and Interface Science. 2019, vol. 557, pp. 438—449. DOI: 10.1016/j.jcis.2019.09.034.

24. Pan L., Jung S., Yoon R.-H. A fundamental study on the role of collector in the kinetics of bubble—particle interaction // International Journal of Mineral Processing. 2012, vol. 106—109, pp. 37—41. DOI: 10.1016/j.minpro.2012.02.001.

25. Щекин А. К., Гостева Л. А., Лебедева Т. С., Татьяненко Д. В. Единый подход к расклинивающему давлению в жидких и паровых прослойках в рамках метода функционал плотности // Коллоидный журнал. — 2021. — Т. 83. — № 2. — С. 235—241.

26. Чураев Н. В. Поверхностные силы и физикохимия поверхностных явлений // Успехи химии. — 2004. — Т. 73. — № 1. — С. 26—38.

27. Бойнович Л. Б. Дальнодействующие поверхностные силы и их роль в развитии нанотехнологии // Успехи химии. — 2007. — Т. 76. — № 5. — С. 510—528. DOI: 10.1070/ RC2007v076n05ABEH003692.

28. Лу Шоу-Цзы О роли гидрофобного взаимодействия во флотации и флокуляции // Коллоидный журнал. — 1990. — Т. 52. — № 1. — С. 858—864.

29. Евдокимов С. И., Герасименко Т. Е. Определение рационального расхода пара при флотации апатит-нефелиновых руд паровоздушной смесью // Записки Горного института. — 2022. — Т. 256. — С. 567—578. DOI: 10.31897/PMI.2022.62.

30. Евдокимов С. И., Герасименко Т. Е. Использование шлихового золота в качестве минералов—носителей при флотации золотосодержащих руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 2. — С. 139—151. DOI: 10.25018/0236-14932020-20-139-151.

31. Евдокимов С. И., Герасименко Т. Е. Свойства смачивающих пленок воды в процессах флотации // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 6. — С. 142—152. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-6-0-142-152.

32. Евдокимов С. И., Герасименко Т. Е. Разработка режима флотации золотосодержащих руд смесью воздуха с водяным паром // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2021. — № 2. — С. 162—167. DOI: 10.15372/FTPRPI20210217.

33. Петров С. В. О зависимости флотационного извлечения платиноидов от содержания металлов в руде // Обогащение руд. — 2015. — № 5. — С. 14—18. DOI: 10.17580/ or.2015.05.03.

34. Туртыгина Н. А. Возможность применения в технологической схеме внутрирудничной предконцентрации руды бункера щелевого типа // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 8. — С. 82—92. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_8_0_82.

35. Клюев Р. В., Босиков И. И., Майер А. В., Гаврина О. А. Комплексный анализ применения эффективных технологий для повышения устойчивого развития природно-технической системы // Устойчивое развитие горных территорий. — 2020. — № 2. — С. 283—290. DOI: 10.21177/1998-4502-2020-12-2-283-290.

36. Чебан А. Ю., Секисов А. Г., Хрунина Н. П., Васянович Ю. А. Технологии комбинированной выемки руд при разработке месторождений кристаллосырья // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 7. — С. 55—67. DOI: 10.25018/ 0236_1493_2022_7_0_55.

37. Галачиева С. В., Соколов А. А., Соколова О. А., Махошева С. А. Система оценки устойчивого развития региональных народнохозяйственных комплексов горных территорий // Устойчивое развитие горных территорий. — 2018. — Т. 10. — № 3 (37). — С. 329—335. DOI: 10.21177/1998-4502-2018-10-3-329-335.

38. Барский Л. А., Козин В. З. Системный анализ в обогащении полезных ископаемых. — М.: Недра, 1978. — 486 с.

39. Guo F., He Q., Xing Y., Zhang Y., Ding S., Xu M., Gui X. Vertical adhesion force between particle and different positions on bubble surface // Minerals Engineering. 2021, vol. 164, no. 23, article 106807. DOI: 10.1016/j.mineng.2021.106807.

40. Ong Q. K., Sokolov I. Attachment of nanoparticles to the AFM tips for direct measurements of interaction between a single nanoparticle and surface // Journal of Colloid and Interface Science. 2007, vol. 310, no. 2, pp. 385—390.

41. Евдокимов С. И., Паньшин А. М., Солоденко А. А. Минералургия. В 2-х т. Т. 2. Успехи флотации. — Владикавказ: ООО НПКП «МАВР», 2010. — 992 с.