Академия наук республики Узбекистан институт общей и неорганической химии
Автореферат
диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук
Синтез, исследование и применение импортозамещающих вспенивателей для флотационного обогащения медно-молибденовых руд
Бухоров Шухрат Буриевич
Ташкент - 2011
Работа выполнена в Институте общей и неорганической химии Академии Наук Республики Узбекистан.
Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Хамраев Сайфулла Садуллаевич
Официальные оппоненты: доктор химических наук Гуро Виталий Павлович кандидат химических наук, доцент Ниязова Мавлюда Мухитдиновна
Ведущая организация: Национальный Университет Узбекистана имени М.Улугбека
1. Общая характеристика работы
Актуальность работы. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) как низко-(НМ), так и высокомолекулярного (ВМ) характера находят широчаю-щее применение в различных областях практики. Одной из важной области применения их является горно-металлургическая отрасль, где они широко используются в качестве флотореагентов - собирателей, вспенивателей и регуляторов в процессах флотационного обогащения минерального сырья. Минимально возможные расходы реагентов обеспечивают наименьшие их затраты на переработку минерального сырья и лучшие результаты флотации.
В условиях независимости Республики перед её горно-металлургической отраслью встает целый ряд новых проблем. К ним относятся необходимость увеличения производства цветных и благородных металлов, улучшение усло-вий охраны окружающей среды, локализация производства на местном сырье и задачи поисков источников импортозамещения по наиболее важным для производственной практики материалам, в том числе дорогостоящим флото-реагентам. Последние в настоящее время в больших количествах завозятся из-за рубежа, поэтому замена их на продукты местного производства обеспе-чит импортозамещение, и соответственно позволит сократить валютные затраты на импорт и рационально использовать местные сырьевые ресурсы, в том числе сырье вторичного происхождения.
В связи с вышеуказанным, исследования в области получения импорто-замещающих флотореагентов - пенообразователей, изучение комплекса их химических и физико-химических свойств, изыскание областей их эффектив-ного применения, особенно в практике флотационного обогащения сульфидных руд, являются актуальными.
Степень изученности проблемы. В Узбекистане в последнее время получены флотореагенты на основе местного сырья, отходов производства. Так, на основе кубовых остатков дистилляции бензойной кислоты и сивушных масел или этаноламидсодержащих отходов получены (Аминов С.Н.) препараты, представляющие собой моноалкиловый эфир сульфобензойной кислоты (Р-3) и этаноламид моноалкилового эфира сульфобензойной кислоты (Р-4). Они широко изучены и рекомендованы (Хайдаров А.А.) в качестве пенообразователей при обогащении золото- и медьсодержащих руд. Разработаны и рекомендованы (Ахмедов У.К. совместно с Средаз- НИИ ПроЦвет Мет) новые составы для флотации несульфидных руд, которые позволили упростить технологическую схему по сравнению с известной, сократить число перечисток в цикле её доводки до одной. Синтезированные производные алкилфосфоновых и янтарных кислот, триэтаноламмониевая соль алкиларилсульфокислот (Аминов С.Н., Махкамов Р.Р.) оказались эффективными при флотации сурьмяных и сульфидных руд.
Из изложенного явствует, что разнообразные пути получения пенообразователей на основе рассматриваемых в данной работе сырьевых ресурсов и отходов местного химического производства, комплексное коллоидно-химическое исследование их и изыскание применения для флотационного обогащения медно-молибденовых руд проводятся впервые.
Связь работы с тематическими планами НИР. Работа выполнена в соответствии с планами НИР ГНТП-6 «Разработка новых методов прогноза, поиска, разведки, добычи и глубокой переработки минерально-сырьевых ресурсов» по теме П-6.2.7. «Решение проблем импортозамещения в произ-водстве цветных металлов путем создания новых реагентов и огнеупорных материалов» (2003-2005 гг.), а также гранта АН РУз ФА-А5-Т067 «Разработка эффективной технологии глубокого извлечения цветных, редких и благородных металлов из промпродуктов и техногенных отходов».
Цель исследования: получение, изучение свойств и применение импортозамещающих пенообразователей для флотационного обогащения медно-молибденовых руд.
В соответствии с данной целью, определены следующие задачи исследования:
- Подбор сырья, отходов местных химических производств для получения пенообразователей, изучение их состава и комплекса физико-химических свойств.
- Получение пенообразователей на основе индивидуальных веществ, отходов местных химических производств, установление оптимальных параметров процесса их синтеза: соотношения взаимодействующих агентов, продолжительности реакции, температуры реакции и др.
- Изучение физико-химических свойств полученных продуктов, их функ-циионального состава, растворимости в воде и других растворителях.
- Изучение водных растворов пенообразователей в зависимости их концентрации: поверхностного натяжения, пенообразующей способности и др.
- Установление основных технологических показателей полученных с помощью пенообразователей пен: кратности, устойчивости, объемов, дисперсности и др.
- Изучение влияния рН среды и температуры на основные характеристики пен.
- Изучение эффективности применения разработанных пенообразова-телей при флотационном обогащении медно-молибденовых руд.
- Определение экономической целесообразности применения в практике разработанных пенообразователей и выдача рекомендаций об их импортозамещающих возможностях.
Объекты и предмет исследования. Объектами исследования служили: кротоновый альдегид (КА), этиловый (ЭС) и изоамиловый спирты (ИС), кротоновая фракция (КФ) - отход производства уксусного альдегида, кубовый остаток после очистки этилового спирта - ректификата - сивушные масла (СМ), а также первичная эфироальдегидная фракция (ЭАФ) производства ЭС, медно-молибденовые руды месторождений Кальмакыр, Сары-Чеку, катализаторы и др. Предметом исследований является разработка импортозамещающих пенообразователей, их характеристика и изучение возможности их эффективного применения для флотационного обогащения медно-молибденовых руд.
Методы исследования. Синтез пенообразователей осуществлен реакцией конденсирования, а изучение свойств реагентов и их водных растворов - методами физической и коллоидной химии, ИК - спекроскопии ПМР, тонкослойной хроматографии, химического анализа и др.
Основные положения, выносимые на защиту:
- Закономерности и механизм реакции получения пенообразователей на основе кротоновой и эфиро-альдегидной фракций, а также сивушных масел, кинетические закономерности образования пен, генерированных с помощью синтезированных ПАВ, исследование устойчивости пен, их дисперсности, кратности, влияния различных факторов на процесс пенообразования.
- Изучение состава и комплекса физико-химических свойств полученных пенообразователей, коллоидно-химических свойств их водных растворов (вязкость, поверхностное натяжение, пенообразующая способность и др.).
- Установление оптимальных условий (мольное соотношение реагирующих веществ, температура, рН, продолжительность реакции взаимодействия агентов и др.) синтеза пенообразователей с максимальным их выходом и способностью к пенообразованию.
- Установление эффективности действия пенообразователей в процессе флотационного обогащения медно-молибденовых руд и возможности импортозамещения путем их применения.
Научная новизна. Путем каталитических реакций конденсации при различных соотношениях массовых долей и продолжительности их взаимодействия в условиях термообработки впервые синтезированы продукты взаимодействия индивидуальных веществ (кротоновый альдегид и изоамиловый спирт), а также отходов местного химического производства (кротоновая и эфиро-альдегидная фракции, сивушные масла). Показано, что они являются ярко выраженными поверхностно-активными веществами и с изменением их поверхностной активности кореллируют изменения их пенообразующей способности, свойств (кратность, устойчивость, дисперсность) генерируемых ими пен в растворах, эффективност действия на процесс флотации при обогащении руд, содержащих медь, молибден, золото и серебро. Установлены состав функциональных групп и физико-химические характеристики полученных ПАВ, кинетические закономерности генерации пен в их растворах, влияние различных факторов (рН среды, температура, условия получения ПАВ и др.) на их пенообразующую способность.
Найдено, что у синтезированных ПАВ - пенообразователей значения критических концентраций мицеллообразования (ККМ) находятся в пределах 3,4-27 мкмоль/л. При переходе от одного вида ПАВ к другому в соответствие с ростом его поверхностной активности, а также в пределах одной разновидности ПАВ, полученных при возрастании массовых долей взаимодействующих компонентов и продолжительности времени их контакта, величина ККМ возрастает.
На основании спектроскопических и других исследований, а также зависимостей выхода продуктов реакции от соотношения мольных долей взаимодействующих компонентов исходного сырья установлены механизм и кинетические закономерности процесса синтеза.
Найдены оптимальные условия, при которых синтезируются ПАВ с наилучшими физико-химическими свойствами. Отмечено, что полученные ПАВ имеют неионогенный характер, хорошо растворяются в воде, позволяют получить устойчивые пены с дисперсностью в пределах - 0,6-1,2 мм-1, подтвержденной расчетными данными, полученными на основе капиллярного давления в пенных каналах Плато-Гиббса.
Научная и практическая значимость результатов исследования. Научная значимость работы связана с тем, что в результате выполненных исследований показана возможность получения новых пенообразователей на основе местных сырьевых ресурсов, их применения с достаточной эффективностью при флотационном обогащении сульфидных руд.
Практическая значимость работы определяется тем, что за счет разработанных пенообразователей на основе отходов местных химических производств можно обеспечить импортозамещение по флотореагентам, экономию валютных средств и улучшение экологической обстановки.
Реализация результатов. Отработка всех стадий и способов получения предлагаемых вспенивателей, а также наличие объемов использованных в работе отходов местного химического производства служат основанием для налаживания производства импортозамещающих пенообразователей и обеспечения ими потребностей горно-металлургической отросли республики.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены на: Республиканской межвузовской научно-технической конференции молодых ученных «Нанокомпозиционные материалы» (Ташкент, 2009), Международной научно-практической конференции «Современные проблемы инновационных технологий в образовании и науке» (Шымкент, 2009), 5ой- Республиканской научно-практической конференции Ферганского политехнического института «Нетрадиционные химические технологии и экологические проблемы» (Фергана, 2009), Республиканской научно-практической конференции «Приоритетные направления развития, модернизации и обновления промышленного производства» (Ташкент, 2010), Республиканской научно-технической конференции «Композиционные материалы на основе техногенных отходов и местного сырья: состав, свойства и применение» (Ташкент, 2010), Научной конференции «Коллоиды и поверхности» (Алмата, 2010), 3ей - Республиканской научно-практической конференции «Актуальные проблемы аналитической химии» (Термез, 2010), V международной конференции «Стратегия развития науки в XXI веке» (Ташкент, 2011), Международной научно-технической конференции «Новые композиционные материалы на основе местных и вторичных сырьевых материалов» (Ташкент, 2011), Республиканской научно-практической конференции «Актуальные задачи развития химической науки, технологии образования в Республике Каракалпакстан», (Нукус, 2011).
Работа доложена и обсуждена на научном семинаре Специализирован-ного совета Д 015.13.01 при Институте общей и неорганической химии АН РУз, 2011г.
Опубликованность результатов. По материалам диссертации опубликованы в соавторстве 8 статей и 10 тезисов докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, заключения, списка использованной литературы, состоя-щего из 132 наименований и приложения. Диссертационная работа изложена на 142 страницах машинописного текста, включает 35 рисунков и 25 таблиц.