Galena (Italiano)

Minerali ossidati di Zn e Pb

È noto che esiste una differenza tra minerali solforati e ossidati per quanto riguarda la loro separazione per flottazione. È facile recuperare Zn dalla sfalerite e Pb dalla galena anche utilizzando collettori di xantato ma non è lo stesso per Zn dalla smithsonite (Zn CO3) e Pb dalla cerussite (PbCO3).

Flottazione di Zn e Pb minerali ossidati è difficile perché non sono noti collettori ad azione diretta in grado di produrre concentrati di metalli singoli. La necessità di nuovi collettori specifici è sentita particolarmente nel caso di minerali di piombo e zinco ossidati perché la loro superficie – a differenza di quella della varietà solfuro – non è facilmente idrofobica dai collettori generalmente utilizzati, per ottenere un galleggiamento efficiente. Inoltre, la solubilità di questi minerali ossidi è elevata. Di conseguenza il collettore interagisce anche con i cationi metallici che sono andati in soluzione, aumentando notevolmente la quantità di reagente necessaria per la flottazione. È quindi pratica comune solforare tali minerali prima della flottazione in modo da preparare la loro superficie a ricevere gli xantati, i collettori generalmente adottati per concentrare i solfuri. In genere i collettori normalmente utilizzati negli impianti di arricchimento agiscono solo se il minerale è stato sottoposto ad una fase preliminare di solfatazione estremamente delicata e critica. Infatti, la solforazione richiede un dosaggio accurato per evitare di rendere inerte la superficie del minerale.

Pertanto i collettori classici hanno unaffinità verso determinate classi mineralogiche, mentre i reagenti chelanti – quando adsorbiti chimicamente sulla superficie del minerale – hanno specificità verso determinate cationi, indipendentemente dalla forma mineralogica del solido.

Tuttavia questo approccio ha anche due principali svantaggi, in primo luogo, il consumo eccessivo (Marabini 1973, Marabini et al. 1983) e, in secondo luogo, la mancanza di una catena alifatica che rende la superficie del minerale idrofobica.

Infatti i reagenti chelanti disponibili in commercio sono quasi tutte molecole aromatiche prive di una lunga catena idrocarburica; così, sebbene la particella minerale chelata sia abbastanza idrofoba, non è sufficientemente aerofila per assicurare il galleggiamento. Studi sui minerali ossidati (Usoni et al.1971, Rinelli et al.1973, Marabini 1975, Rinelli et al.1976) sono stati eseguiti rendendo le particelle idrofobiche rendendo disponibili contemporanei gruppi organici a catena lunga (come olio combustibile o cappuccinatore oleoso) e agenti chelanti.

Sulla base dei punti fin qui esposti risulta evidente che i composti chelanti noti formano una classe di reagenti che possono essere utilizzati per la flottazione di minerali metallici, fornendo artificialmente la catena lunga porzione organica introducendo un olio neutro (olio combustibile). Ma lintroduzione di una nuova fase liquida nella polpa di flottazione è dannosa per il sistema nel suo complesso e non è disponibile su scala industriale.

Gli studi, quindi, si sono orientati verso la sintesi di nuove molecole organiche contenenti sia gruppi chelanti aromatici funzionali selettivi che porzioni di catena alchilica lunga idrofobica. Questo viene fatto modificando i collettori chelanti conosciuti.

In effetti, molte ricerche sono state eseguite sulla progettazione di collettori chelanti selettivi; ciò ha portato alla proposta e alla sintesi di numerose strutture per test su scala di laboratorio su minerali di piombo / zinco prima dellesecuzione di prove su scala pilota e su scala vegetale.

Sulla base di calcoli termodinamici per la selezione di collettori complessanti teoricamente selettivi verso un catione (Marabini et al. 1983), due classi di reagenti sono state proposte da Marabini et al. (Marabini et al. 1988 e 1989, Nowak et al. 1991) per la flottazione di Zn e Pb ossidati in un impianto pilota. Molto è stato scritto sul ruolo della catena alifatica nei collettori convenzionali (Casi 1968, Predali 1968, Somasundaran 1964) ma il lavoro riguarda nuovi reagenti di tipo chelato, dei tipi mercaptobenzotiazolo (MBT) e amminotiofenolo (ATP) aventi una miscela aromatica –Struttura alifatica. La parte aromatica contiene specifici gruppi chelanti funzionali selettivi nei confronti dello zinco o del piombo dei minerali ossidati (MBT è selettivo nei confronti del piombo e ATP dello zinco) mentre la parte alifatica è costituita da una catena idrocarburica che rende il complesso superficiale idrofobo.

Lazione collettrice di MBT è quindi attribuibile alla formazione di un film superficiale selettivamente chemisorbito sulla superficie minerale resa idrofoba dalla catena alifatica.

Infatti nel caso di idrofili ossidati minerali, la sola porzione aromatico-eterociclica dellMBT non è sufficiente a rendere la superficie sufficientemente idrofoba da garantire il galleggiamento. Quindi una catena alifatica deve essere introdotta nella struttura molecolare. La catena alifatica è necessaria per garantire una condizione idrofobica e quindi raccogliere energia per il reagente chelante aromatico (MBT o ATP).

È stato dimostrato che tre atomi di carbonio sono la lunghezza minima della catena necessaria per garantire la potenza di raccolta che migliora con la lunghezza della catena alifatica. Le prestazioni sono leggermente migliorate dalla presenza di un atomo di ossigeno etereo.

La formazione di una pellicola superficiale chemisorbita è sufficientemente stabile da giustificare lazione di raccolta. La selettività delle molecole contenenti ATP e diverse catene alifatiche è stata studiata mediante test di flottazione.

In questo caso il ruolo della catena alifatica e dellossigeno etereo è di importanza più decisiva che per MBT nel garantire la stabilità della fase adsorbita e quindi galleggiabilità. La selettività aumenta con il numero di atomi di carbonio nella catena.

In particolare, la presenza dellossigeno nella catena aumenta la selettività, mentre nei reagenti della classe MBT è efficace solo la lunghezza della catena. Questa differenza può essere spiegata dalla diversa struttura chimica dei due reagenti. Nel caso dellMBT, leffetto del sostituente alifatico è dovuto principalmente al suo effetto idrofobizzante, e quindi alla sua lunghezza che favorisce lattrazione reciproca delle catene dello strato adsorbito.

Al contrario, nel caso dellATP, leffetto del sostituente alifatico è dovuto non solo al suo effetto idrofobizzante, ma anche al suo effetto sulla reattività della testa polare aromatica della molecola. Infatti il gruppo funzionale chelante ATP ha una reattività più debole rispetto allMBT, e quindi è più sensibile alleffetto del sostituente sul suo unico anello benzenico (mentre lMBT ha due strutture aromatiche). Per questo motivo, nel caso dellATP è possibile osservare che la presenza dellossigeno nella catena aumenta notevolmente la selettività. Leffetto positivo del gruppo RO in posizione para rispetto allazoto dellATP può essere spiegato con leffetto di rilascio di elettroni dovuto alla risonanza dellossigeno con lanello benzenico, che aumenta la reattività con il gruppo azoto (Morrison 1973 ).

Nel caso dellATP, che forma un legame meno stabile con il catione minerale e che consiste in un singolo anello benzenico, leffetto coniugativo delletere ossigeno e leffetto iperconiugativo dei gruppi alchilici sono più evidente che per MBT. La selettività è migliorata dallinserimento di ossigeno nella catena e anche da un aumento della lunghezza della catena. Qui leffetto della catena alchilica sul gruppo funzionale aromatico è più marcato, permettendo la modulazione della selettività.

Questa ricerca basata sulla progettazione e sintesi di nuovi reagenti di flottazione apre nuove possibilità nel campo del Pb metallico e Zn recupero minerale mediante flottazione.