Применение композиций поверхностно-активных веществ для извлечения кремнеземсодержащих компонентов

Исследование направлено на решение проблемы низкой эффективности флотационного извлечения кремнеземсодержащих компонентов (кварц, силикаты) из минерального сырья (гематитовые кварциты, борогипс), обусловленной неселективностью традиционных собирателей и высоким расходом реагентов. Цель работы – выявление особенностей модификации собирателей путем составления композиций на основе ацетатов первичных аминов с поверхностно-активными веществами различной природы. Предложена методика выбора модифицирующих компонентов и определения их содержания в собирательной смеси на основе соотношения адсорбционных центров неоднородной поверхности извлекаемой части питания флотации. Исследовано влияние поверхностно-активных веществ и их смесей на смачивание минеральных поверхностей кварца и гематита. Экспериментально показано преимущество предлагаемых композиций, по сравнению с исходными веществами, для извлечения кремнеземсодержащих компонентов, как кристаллических, так и аморфных, методом флотации. Для прямой флотации кварца в гематитовых кварцитах применение композиции на основе ацетатов первичных аминов и триэтаноловых солей жирных кислот позволило снизить содержание общего SiO2 в камерном продукте до 24,9% и повысить извлечение до 77,3%, сократив содержание железосодержащих примесей в пенном продукте. При обратной флотации кремнеземсодержащих компонентов из борогипса композиция на основе ацетатов первичных аминов и мыл талловых масел обеспечила получение концентрата с содержанием общего SiO2 61,8% (из них 50,9% аморфного) при снижении расхода реагента в 3 раза и степени извлечения 42,6%.

Городов А. И., Павленко В. И., Ястребинский Р. Н., Городов С. И., Шаповалов Н. А. Применение композиций поверхностно-активных веществ для извлечения кремнеземсодержащих компонентов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 4. – С. 120–135. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_4_0_120.

Исследование выполнено в рамках государственного задания Минобрнауки России № FZWN-2023-0004 с использованием оборудования на базе Центра высоких технологий БГТУ им. В. Г. Шухова.

Городов Андрей Иванович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: gorodov-andreyy@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-5530-3282,
Павленко Вячеслав Иванович¹ — д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: belpavlenko@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-3464-1880,
Ястребинский Роман Николаевич¹ — д-р техн. наук, директор химико-технологического института, e-mail: yrndo@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-6413-0002,
Городов Сергей Иванович¹ — аспирант, e-mail: serg5254325@rambler.ru, ORCID ID: 0000-0003-2570-7195,
Шаповалов Николай Афанасьевич¹ — д-р техн. наук, профессор, профессор, e-mail: shap.bstu@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0003-4624-3385, 
¹ Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова.

Городов А.И., e-mail: gorodov-andreyy@mail.ru.

1. Бортников Н. С., Волков А. В., Галямов А. Л., Викентьев И. В., Лаломов А. В., Мурашов К. Ю. Фундаментальные проблемы развития минерально-сырьевой базы высокотехнологичной промышленности и энергетики России // Геология рудных месторождений. — 2022. — Т. 64. — № 6. — С. 617—633. DOI: 10.31857/S0016777022060028. 

2. Шаповалов Н. А., Крайний А. А., Городов А. И., Макущенко И. С. Изучение влияния различных видов собирателей и депрессоров на флотацию железосодержащих минералов Михайловского месторождения // Фундаментальные исследования. — 2014. — № 9-2. — С. 318—323.

3. Khatkova A., Nikitina L., Pateyuk S. Use of borogypsum as secondary raw / 14th International Congress for Applied Mineralogy (ICAM2019) Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov, Belgorod, 2019, pp. 90—93. DOI: 10.1007/978-3-030-22974-0_20.

4. Fang J., Ge Y., Chen Z., Xing B., Bao S., Yong Q., Chi R., Yang S., Ni. B. J. Flotation purification of waste high-silica phosphogypsum // Journal of Environmental Management. 2022, vol. 320, article 115824. DOI: 10.1016/j.jenvman.2022.115824.

5. Семьянова Д. В. Реагенты-собиратели во флотационном процессе // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2024. — Т. 11. — № 1. — С. 30—36. DOI: 10.15372/FPVGN2024110105. 

6. Городов А. И., Шаповалов Н. А. Коллоидно-химическое воздействие смеси анионных и катионных поверхностно-активных веществ на минеральные частицы // Научно-технический вестник Поволжья. — 2018. — № 10. — С. 31—34.

7. Морозов В. В., Бармин И. С., Туголуков А. В., Поливанская В. В. Повышение эффективности флотации апатитсодержащих руд и складированных хвостов на основе регулирования агрегативной устойчивости шламов // Горный журнал. — 2019. — № 1. — С. 56—61. DOI: 10.17580/gzh.2019.01.12. 

8. Крайний А. А. Флотация отвальных хвостов мокрой магнитной сепарации неокисленных железистых кварцитов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. — 2013. — № 5. — С. 156—159.

9. Митрофанова Г. В., Поспелова Ю. П., Сединин Д. Ф. Оценка обогатимости тонкозернистых хвостов переработки магнетит-апатитовой руды Ковдорского месторождения // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2023. — № 5. — С. 123—131. DOI: 10.15372/FTPRPI20230513.

10. Уразова Ю. В., Тиунов М. Ю., Федотов Е. Н., Чикин А. Ю. Изучение механизма взаимодействия жирнокислотных собирателей с поверхностью кальцийсодержащих вольфрамовых минералов // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2024. — № 1. — С. 74—83. DOI: 10.21440/0536-1028-2024-1-74-83.

11. Городов А. И., Шаповалов Н. А., Полуэктова В. А., Могутова А. А. Исследование сорбционных свойств композиционного собирателя на поверхности различных минералов // Вестник Технологического университета. — 2021. — Т. 24. — № 11. — С. 19—24.

12. Зо Т. Х., Колесников В. А., Конькова Т. В., Хейн Т. А., Колесников А. В. Извлечение гидроксида алюминия из водных хлоридных растворов в присутствии солей жесткости и поверхностно-активных веществ различной природы // Журнал прикладной химии. — 2021. — Т. 94. — № 9. — С. 1138—1144. DOI: 10.31857/S0044461821090036.

13. Vidyadhar A., Rao K. H. Adsorption mechanism of mixed cationic/anionic collectors in feldspar-quartz flotation system // Journal of Colloid and Interface Science. 2007, vol. 306, no. 2, pp. 195—204. DOI: 10.1016/j.jcis.2006.10.047.

14. He Y.-H., Sun Q., Xing H., Wu Y., Xiao J.-X. Cationic — anionic fluorinated surfactant mixtures based on short fluorocarbon chains as potential aqueous film-forming foam // Journal of Dispersion Science and Technology. 2018, vol. 40, no. 3, pp. 1—13. DOI: 10.1080/01932691.2018.1468262.

15. Zhang R., Xing Y., Xia Y., Guo F., Ding S., Tan J., Che T., Meng F., Gui X. Synergistic adsorption mechanism of anionic and cationic surfactant mixtures on low-rank coal flotation // ACS Omega. 2020, vol. 5, pp. 20630—20637. DOI: 10.1021/acsomega.0c02948.

16. Wang Y., Zhu G., Yu F., Lu D., Wang L., Zhao Y., Zheng H. Improving spodumene flotation using a mixed cationic and anionic collector // Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2018, no. 54, no. 2, pp. 567—577. DOI: 10.5277/ppmp1861.

17. Shojaeimehr T., Schwarze M., Tupinamba Lima M., Schomäcker R. Correlation of performance data of silica particle flotations and foaming properties of cationic and nonionic surfactants for the development of selection criteria for flotation auxiliaries // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2022, vol. 649, article 129159. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2022.129159.

18. Muhoza E., Zhang W., Hassan Amini S. Systematic investigation on bastnaesite flotation in the presence of dissolved calcium ions using organic acids as chelating agents // Minerals Engineering. 2024, vol. 218, article 108977. DOI: 10.1016/j.mineng.2024.108977.

19. Zeng L., Ding K., Zhang X., Zhou Y., Han H. New insights into the influence of mineral surface transformation on the flotation behavior of anhydrite/apatite // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2024, vol. 685, article 133215. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2024.133215.

20. Park J., Pasaogullari U., Bonville L. Wettability measurements of irregular shapes with Wilhelmy plate method // Applied Surface Science. 2018, vol. 427, no. B, pp. 273—280. DOI: 10.1016/j.apsusc.2017.08.186.

21. Park J., Ulsh M., Mauger S. A. Solvent absorption rate of perfluorosulphonic acid membranes towards understanding direct coating processes // International Journal of Hydrogen Energy. 2021, vol. 46, no. 59, pp. 30239—30245. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.06.168.

22. Součková M., Klomfar J., Pátek J. Temperature dependence of the surface tension and 0.1 MPa density for 1-Cn-3-methylimidazolium tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate with n = 2, 4, and 6 // The Journal of Chemical Thermodynamics. 2012, vol. 48, pp. 267—275. DOI: 10.1016/j.jct.2011.12.033. 

23. Городов А. И., Шаповалов Н. А. Исследование смеси анионных и катионных поверхностно-активных веществ в качестве собирателя для флотационного обогащения нефелина // Бутлеровские сообщения. — 2018. — Т. 55. — № 9. — С. 48—57.

24. Герасименко Т. Е., Рубаева И. О., Максимов Р. Н., Васильев В. В. Особенности взаимодействия полидисперсных частиц в процессах флотации микродисперсий золота // Устойчивое развитие горных территорий. — 2023. — Т. 15. — № 1. — С. 97—113. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-1-97-113.

25. Хатькова A. H., Никитина Л. Г., Патеюк С. А., Черкасов В. Г. Борогипс: минеральный состав, технологии переработки // Вестник геонаук. — 2020. — № 3(303). — C. 22—27. DOI: 10.19110/geov.2020.3.3.