Год издания: 2018
Ключевые слова: минералы, сульфиды металлов, поверхность, гидрофобность, смачивание, окисление, флотация, выщелачивание, нанопузырьки, наночастицы, зондовая микроскопия, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
Аннотация: В проекте предлагается исследовать явления на межфазных границах твердое тело –водный раствор и твердое – жидкость - газ, имеющие фундаментальное и важное прикладное значение для физикохимии поверхности минералов и других материалов в переработке минерального сырья, материаловедении, многих природных и технологических процессах, ноПоказать полностьютрудно обнаружимые («невидимые») традиционными методами. Речь идет, во-первых, о поверхностных газовых структурах ((моно)слоях, нано- и субмикронных пузырьках), образование которых при смачивании поверхности и аналогичных капиллярных процессах представляет, по-видимому, общее, но пока исследованное мало, и в основном на модельных объектах, и недооцененное явление. Мы впервые экспериментально установили, что при флотации – ключевом переделе обогащения рудного сырья - на поверхности сульфидных минералов нанопузырьки появляются после обработки собирателями, а также при контакте с более холодной водой. Следует ожидать, что в насыщенных воздухом пульпах поверхностные газовые структуры играют основную роль в закреплении гидрофобных частиц на пузырьках воздуха, что в новом свете представляет механизм флотации и пути ее развития. Проект предполагает изучение условий образования, свойств газовых нано- и субмикронных структур и роли во флотации на реальных сульфидных и оксидных материалах (минералах); будет изучено влияние состояния поверхности, широкого круга реагентов и условий на показатели извлечения и селективности флотационного обогащения. ?Особенностью реальной (окисленной) поверхности халькогенидов металлов является образование неравновесных нарушений стехиометрии и металлдефицитных слоев, природа и свойства которых, в т.ч. влияние на гидрофобность и флотацию, кинетику окисления и выщелачивания (т.н. «пассивация») остаются непонятыми. Недавно нам удалось установить, что приповерхностные области сульфидных фаз имеют «слоистую» структуру и состоят из сильно обогащенного серой поверхностного слоя, содержащего полисульфидные анионы, нижележащей зоны до десятков нм толщиной с дисульфидными группами, и дефектной области с относительно небольшими нарушениями стехиометрии до сотен нм глубиной. Это серьезно меняет представления о природе и свойствах поверхности и межфазных границ халькогенидных материалов в самых разных приложениях. В проекте предлагается изучить структуру, физические характеристики, роль слоев в химических реакциях; особое внимание будет уделено внешнему «полисульфидному» слою, который во многом определяет характер межфазной границы, но может существенно изменяться вне контакта с раствором. ?Ультрадисперсные фракции (шламы), в том числе нано- и субмикронные частицы, которые при обычном измельчении руд образуются, как нами показано, в количествах, превышающих количества флотореагентов, могут существенно изменять состав и морфологию поверхности минералов, а коллоидные частицы - переносить тяжелые металлы, серу и другие элементы в природных средах. Планируется изучить свойства высокодисперсных частиц и их влияние на гидрофобность, газовые наноструктуры, флотацию, выщелачивание, разработать способы контроля и управления их действием, включая получение и применение наноразмерных частиц как нового поколения коллекторов и модификаторов флотации, и, возможно, промоутеров выщелачивания. ?Для решения данных задач предполагается применить комплекс in situ методов исследования - крио-РФЭС быстро замороженных влажных материалов, атомно-силовую микроскопию и спектроскопию в воде, взаимодействия с пузырьком воздуха и измерения краевого угла, электрохимические методики (дзета-потенциал, импеданс, QCMB), динамическое рассеяние света и лазерную дифракцию, спектроскопические методы с разным разрешением по глубине (РФЭС, рентгеновская спектроскопия поглощения, спектроскопия характеристических потерь энергии электронов и других), измерения проводимости и магнитных свойств. Одной из целей работы будет дальнейшее развитие этих и разработка новых методов исследования реальных межфазных границ, газовых наноструктур, приповерхностных слоев твердой фазы.