Galena (Dansk)

Oxiderede Zn- og Pb-mineraler

Det er velkendt, at der er en forskel mellem svovlholdige og oxiderede mineraler med hensyn til deres separering ved flotation. Det er let at genvinde Zn fra sfalerit og Pb fra galena selv ved hjælp af xanthatopsamlere, men det er ikke det samme for Zn fra smithsonit (Zn CO3) og Pb fra cerussit (PbCO3).

Flotation af Zn og Pb oxiderede mineraler er vanskelige, fordi der ikke er kendte direktevirkende samlere, der er i stand til at producere enkelt metalkoncentrater. Behovet for nye specifikke samlere mærkes især i tilfælde af oxideret bly og zinkmineraler, fordi deres overflade – i modsætning til sulfidsortens overflade – ikke let gøres hydrofob af de almindeligt anvendte samlere for at opnå effektiv flotation. Desuden er opløseligheden af disse oxidmineraler høj. Følgelig interagerer samleren også med metalkationer, som er gået i opløsning, hvorved mængden af reagens, der kræves til flotation, i høj grad forøges. Det er derfor almindelig praksis at svovle sådanne mineraler før flotation for at forberede deres overflade til at modtage xanthater, som samlere generelt anvendes til koncentrering af sulfider. Generelt fungerer de kollektorer, der normalt anvendes i fordampningsanlæg, kun hvis malmen er blevet udsat for en foreløbig sulfideringsfase, som er ekstremt delikat og kritisk. Faktisk kræver sulfurisering omhyggelig dosering for at undgå at gøre mineraloverfladen inaktiv.

Således har klassiske samlere affinitet til givne mineralogiske klasser, mens chelaterende reagenser – når de kemisk adsorberes på mineraloverfladen – har specificitet over for givne kationer, uafhængigt af den mineralogiske form af det faste stof.

Denne fremgangsmåde har imidlertid også to hoved ulemper, for det første overdrevent forbrug (Marabini 1973, Marabini et al. 1983) og for det andet mangel på en alifatisk kæde hvilket gør mineraloverfladen hydrofob.

Faktisk er de chelaterende reagenser, der er kommercielt tilgængelige, næsten alle aromatiske molekyler uden en lang carbonhydridkæde; skønt den chelaterede mineralpartikel er temmelig hydrofob, er den således ikke tilstrækkelig aerofil til at sikre flotation. Undersøgelser af oxiderede mineraler (Usoni et al. 1971, Rinelli et al. 1973, Marabini 1975, Rinelli et al. 1976) blev udført, hvilket gjorde partikler hydrofobe ved at stille moderne tilgængelige langkædede organiske grupper (som brændselsolie eller olieagtig skummer) og chelateringsmidler.

På basis af de hidtidige punkter er det åbenlyst, at kendte chelaterende forbindelser danner en klasse af reagenser, der kan anvendes til flotation af metalliske malme, hvilket kunstigt tilvejebringer den lange kæde organisk del ved at indføre en neutral olie (brændselsolie). Men introduktionen af en ny flydende fase i flotationsmasse er skadelig for systemet som helhed og er ikke tilgængeligt i industriel skala.

Undersøgelser har derfor været orienteret mod syntese af nye organiske molekyler, der indeholder både selektive funktionelle aromatiske chelateringsgrupper og hydrofobe lange alkylkædedele. Dette gøres ved at modificere kendte chelaterende samlere.

Faktisk blev der udført meget forskning om design af selektive chelaterende samlere; dette resulterede i, at adskillige strukturer blev foreslået og syntetiseret til laboratorieundersøgelse af bly / zinkmalm inden udførelsen af pilotskala- og planteskalaforsøg.

På basis af en termodynamisk beregning for udvælgelsen af kompleksdannende samlere teoretisk selektive over for en kation (Marabini et al. 1983), er to klasser af reagenser blevet foreslået af Marabini et al. (Marabini et al. 1988 og 1989, Nowak et al. 1991) til flotation af oxideret Zn og Pb i et pilotanlæg. Meget er skrevet om rollen som den alifatiske kæde i konventionelle samlere (Cases 1968, Predali 1968, Somasundaran 1964), men arbejdet vedrører nye reagenser af chelat-typen, af mercaptobenzothiazol (MBT) og aminothiophenol (ATP) -typer med blandet aromatisk –Alifatisk struktur. Den aromatiske del indeholder specifikke funktionelle chelateringsgrupper, der er selektive over for zink eller bly fra oxiderede mineraler (MBT er selektiv over for bly og ATP mod zink), mens den alifatiske del består af en carbonhydridkæde, der gør overfladekomplekset hydrofobt.

Opsamlingsvirkningen af MBT kan således tilskrives dannelsen af en overfladefilm, der selektivt kemiseres på mineraloverfladen, der er gjort hydrofob af den alifatiske kæde.

Faktisk i tilfælde af hydrofil oxideret mineraler, er den aromatiske-heterocykliske del af MBT alene ikke tilstrækkelig til at gøre overfladen tilstrækkelig hydrofob til at sikre flotation. Derfor skal der indføres en alifatisk kæde i molekylstrukturen. Den alifatiske kæde er nødvendig for at sikre en hydrofob tilstand og dermed samle kraft til det aromatiske chelaterende (MBT eller ATP) reagens.

Det er blevet demonstreret, at tre carbonatomer er den mindste kædelængde, der er nødvendig for at sikre opsamlingskraft der forbedres med alifatisk kædelængde. Ydeevnen forbedres lidt af tilstedeværelsen af et etheroxygenatom.

Dannelsen af en kemisorberet overfladefilm er tilstrækkelig stabil til at tage højde for opsamlingshandlingen. Selektiviteten af molekyler indeholdende ATP og forskellige alifatiske kæder er blevet undersøgt ved flotationstest.

I dette tilfælde er rollen som den alifatiske kæde og etheroxygen af mere afgørende betydning end for MBT for at sikre stabiliteten af den adsorberede fase og dermed flydbarhed. Selektiviteten øges med antallet af carbonatomer i kæden.

Især tilstedeværelsen af oxygen i kæden forbedrer selektiviteten, mens kun i MBT-klasse reagenser er kædelængde effektiv. Denne forskel kan forklares ved de forskellige kemiske strukturer i de to reagenser. I tilfælde af MBT skyldes effekten af den alifatiske substituent hovedsagelig dens hydrofobiserende virkning og dermed dens længde, der favoriserer gensidig tiltrækning af kæderne i det adsorberede lag.

I modsætning hertil i tilfældet af ATP skyldes effekten af den alifatiske substituent ikke kun dens hydrofobiserende virkning, men også dens virkning på reaktiviteten af det aromatiske polære hoved af molekylet. Faktisk har den ATP-chelaterende funktionelle gruppe en svagere reaktivitet i sammenligning med MBT og er derfor mere følsom over for virkningen af substituenten på dens unikke benzenring (mens MBT har to aromatiske strukturer). Af denne grund er det i tilfælde af ATP muligt at observere, at tilstedeværelsen af ilt i kæden i høj grad forbedrer selektiviteten. Den positive effekt af RO-gruppen i para-positionen over for nitrogenet i ATP kan forklares med den elektronfrigivende effekt på grund af iltresonans med benzenringen, hvilket øger reaktiviteten med nitrogengruppen (Morrison 1973

I tilfælde af ATP, der danner en mindre stabil binding med mineralkationen, og som består af en enkelt benzenring, er den konjugative virkning af etheroxygen og den hyperkonjugative virkning af alkylgrupperne mere tydeligt end for MBT. Selektiviteten forbedres ved at indsætte ilt i kæden og også ved en stigning i kædelængden. Her er virkningen af alkylkæden på den aromatiske funktionelle gruppe mere markant, hvilket muliggør modulering af selektivitet.

Denne forskning baseret på design og syntese af nye flotationsreagenser åbner nye muligheder inden for metallisk Pb og Zn mineralgenvinding ved flotation.