Файл: 123 В. И. Брагина, Н. И. Коннова, Л. П. Пехова, 2011.pdf

123
©
В.И. Брагина, Н.И. Коннова,
Л.П. Пехова, 2011
УДК 622.7
В.И. Брагина, Н.И. Коннова, Л.П. Пехова
О ВЛИЯНИИ КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКИХ
И СТРУКТУРНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ МИНЕРАЛОВ
НА ВЫБОР ФЛОТАЦИОННЫХ РЕАГЕНТОВ
Исследованы кристаллохимические и структурные особенности сидерита и ильменита
и их влияние на взаимодействие с реагентами. Минералы выделены из сидеритсодер-
жащих ильменитовых руд..
Ключевые слова: ильменит, сидерит, реагент, кристаллохимия, структура минерала,
руда, обогащение.
сследования проведены на ми- нералах сидеритсодержащих ильменитовых руд.
Промышленное значение ильменито- вых руд велико, однако технология си- деритсодержащих ильменитовых руд разработана слабо. Известны схемы флотационного обогащения таких руд с последующим обжигом и магнитной се- парацией. Для упрощения схем обога- щения, повышения производительности и снижения себестоимости обогащения необходимо разработать флотационное разделение ильменита и сидерита.
Насколько нам известно, данных по флотационному отделению ильменита от сидерита в литературе нет. Поэтому для изыскания эффективных реагентов существенный интерес представляет рассмотрение кристаллохимических и структурных особенностей этих мине- ралов.
При рассмотрении структур исследо- валось влияние взаиморасположение ионов в решетке на поверхностные свойства минерала и специфичность взаимодействия поверхностных ионов с водой и реагентами.
Химический состав ильменита и си- дерита приведен в табл. 1.
Учитывая структурные особенности минералов, рассмотрим наиболее веро- ятные плоскости раскола.
Сидерит - FeC0
3
. Тригональная сис- тема. Ромбоэдрический вид симметрии.
Структурный тип кальцита.
Структурная ячейка аr= 5.82 А
0
; аr=
47° 46'.
Морфологическая ячейка аr= 6.02
А
0
, аr= 103°05
И
Таблица 1
Химический состав монофракций ильменита
и сидерита
Элементы, оксиды, %
Минералы
V
2
O
5
Cr
2 0
3
Si0 2
CaO
MgO
МnО
Fe
Сидерит н/опр н/опр
5,6 2,9 2,5 8,1 36,6
Ильменит
0,249 0,73 0,88 0,30 0,69 0,62
-
Элементы, оксиды, %
Минералы
FeO
Fe
2 0
3
TiO
2
А1 2
0 3
Р nnn
Е
(сумма)
Сидерит
32,4 н/опр
0,66 5,1 0,03 42,4 99,66
Ильменит
25,1 17,8 53,0 0,98 н/обн н/опр
100,35

124
Сидерит характеризуется совершен- ной спайностью по ромбоэдру (1011).
На рис. 1 показана плоскость раска- лывания (1011), которая (ввидусовер- шенной спайности минерала именно в этом направлении), должна быть наибо- лее вероятной при разрушении сидери- та.
Анионы сидерита расположены в крайнем наружном слое; доступ к ка- тионам железа более затруднен, чем к анионам. Электростатические заряды на поверхности распределены весьма рав- номерно. Величина некомпенсирован- ных поверхностных зарядов невелика (одинаковая для всех катионов и анионов) и составляет + 1/3 и -1/3.
Из этих данных можно сделать вывод о потенциаль- ной возможности к адсорб- ции анионов из раствора (и в первую очередь ионов соби- рателя) катионами железа.
При этом следует учитывать доступность для ионов соби- рателя катионов железа.
Для того, чтобы оценить сидерит с этой точки зрения для каждой из вероятных плоскостей раскалывания было подсчитано возможное число доступных для кар- боксильных анионных соби- рателей катионов железа, приходящихся на площадь
1000 А
0
[1]. Установлено, что на плоскости рас- калывания площадью 1000
А
0
размещается в среднем 91 катион железа.
Ильменит – FeTiO
3
при- надлежит к классу окислов.
Сингония тригональная.
Ромбоэдрический вид сим- метрии. Размеры элементар- ной ячейки ао = 5.083; Со = 14.04. Спай- ность весьма несовершенная по ромбо- эдру (1011).
В структуре ильменита (рис.2) роль анионов выполняют ионы кислорода, причем их пространственное распо- ложение таково, что они образуют двух- слойную плотнейшую упаковку. Ионы титана и железа занимают часть пустот между кислородными ионами.
Поверхность ильменита отличается присутствием на одной и той же плоско- сти помимо зарядов +2/3 и -2/3
Рис.1. Поверхность сидерита при раскалывании по плос-
кости спайного ромбоэдра (1011)
Рис. 2. Поверхность ильменита при раскалывании: а - по
плоскости (1010); б - по плоскости (1120)

125
зарядов +1/3 и -1/3, а также отри- цательного заряда -1. Несущие отрица- тельный заряд ионы кислорода также располагаются ближе к поверхности, частично перекрывая положительно за- ряженные катионы железа и титана.
Каждая поверхность стремится к уменьшению своей свободной энергии, что при наличии некомпенсированных зарядов будет выражаться, прежде все- го, в их нейтрализации. А в кристалли- ческих структурах такая нейтрализация может быть осуществлена, например, следующими путями:
1) заменой части катионов наружно- го слоя равными по размерам, но иначе заряженными (в зависимости от струк- туры более высоко- или низко- ва- лентными) катионами;
2) перераспределением усилий ва- лентных связей в наружном слое, воз- можным, например, при незначительных изменениях в относительном располо- жении ионов и искажении их координационных сфер;
3) заменой части анионов наружного слоя толщиной в один атом равными по раз- мерам, но более низкова- лентными анионами [2].
Можно с уверенностью сказать, что часть катионов
Ti в поверхностном слое ильменита замещена катио- нами Fe
+2
и Fe
+3
, что ведет к полной нейтрализации или к уменьшению величины по- ложительного неком- пенсированного заряда.
Согласно Н.В. Белову [3] на поверхности кристаллов, составленных из окислов, происходит естественная и необходимая замена значи- тельной части двухвалент- ных ионов кислорода 0 2
-2
на имеющие равные объемы, но однова- лентные ионы ОН
-1
или F
-1
. Это пони- жение одинаково справедливо как для поверхности растущих кристаллов, так и для поверхностей раздела, возникающих при механическом воздействии, напри- мер, при разломе. Следует отметить, что ионы ОН
-1
и F
-1
односторонние, т.е. лег- ко поляризующиеся ионы, с большей частью своего заряда на внутренней стороне слоя, и это обстоятельство спо- собствует образованию электрически нейтральной поверхности.
Поэтому при сопоставлении кри- сталлохимических особенностей срав- ниваемых минералов необходимо учи- тывать ионные радиусы их катионов и анионов. Так у ильменита, радиусы и объемы кислородных анионов которого близки к объему гидроксильного анио- на, может происходить замещение двух- валентного кислорода этого минерала гидроксилом; ввиду весьма значитель-
Рис. 3. Влияние олеиновой кислоты на флотируемость
минералов: 1 - ильменит; 2 - сидерит

126
ных размеров карбонатного аниона у сидерита, его замещение на гидроксил весьма маловероятно.
Таким образом, ильменит будет иметь повышенную способность к обра- зованию плотного и равномерно распре- деленного адсорбционного слоя собира- теля по сравнению с сидеритом, т.е. при прочих равных условиях ильменит дол- жен флотироваться карбоксильными со- бирателями полнее и легче, чем сидерит.
Для проверки этого вывода проведены флотационные опыты на монофракциях сидерита и ильменита (рис. 3).
С увеличением расхода карбоксиль- ного собирателя олеиновой кислоты из- влечение ильменита растет значительно быстрее, чем сидерита и при расходе
800 мг/л достигает практически 100 % , а сидерита только 36 %.
Таким образом, установлена прямая зависимость между кристаллохимиче- скими, структурными особенностями минералов и выбором флотационных реагентов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Глембоцкий В.А., Бехтле Г.А. Флотация железных руд. М.: "Недра", 1964.
2. Миловский А.В., Кононов О.В. Минера- логия. Учебник. М.: МГУ, 1982.
3. Егоров-Тисменко Ю.K., Литвинская Г.Н.,
Загальская Ю.Г. Кристаллография. М.: МГУ,
1992.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Брагина Вера Ивановна – профессор, кандидат технических наук,
Коннова Наталья Ивановна – доцент, кандидат технических наук, Kni757@mail.ru
Пехова Любовь Петровна – доцент,
Сибирский Федеральный Университет.
Кроме отдельных выпусков-приложений ГИАБ имеет и другие прило-
жения: препринты, выпуски «Библиотека горного инженера», депони-
рованные статьи. Входят ли они в перечень ВАК и засчитывают ли их
при защите диссертаций?
Все перечисленные публикации и некоторые другие не являются прило- жениями, а заявлены издательством «Горная книга» и редколлегией ГИАБа отдельными статьями ГИАБа, распространяются вместе с журналом, доступ- ны для любого читателя и пользуются теми же правами, что и статьи, опуб- ликованные в ГИАБе. В перечень ВАК они входят как специальные выпуски ГИАБ. Депозитарий
ГИАБа работает с разрешения Минпечати РФ, и каждая статья считается открытой публикацией.
Полное библиографическое описание депонированных статей публикуется в ГИАБе, в результате чего они становится доступными для всех читателей журнала. Если этого недостаточно, то вопро- сы зачета депонированных статей следует согласовывать с учеными секретарями диссертацион- ных советов.