Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2020
Ключевые слова: минералы, сульфиды металлов, поверхность, гидрофобность, смачивание, окисление, флотация, выщелачивание, нанопузырьки, наночастицы, зондовая микроскопия, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
Аннотация: Проведено сравнительное изучение взаимодействия всплывающего пузырька воздуха и основных сульфидных минералов и модельных поверхностей (ВОПГ, Au, диоксид кремния) до и после обработки н-бутиловым ксантогенатом различных концентраций с помощью скоростной видеосъемки. Обработка собирателем приводит к уменьшению времени прорыва плёнкиПоказать полностьюи закреплению пузырька воздуха от сотен мс до порядка 1 мс, в зависимости от природы материала. Оптимальная концентрация концентрация ксантогената обычно около 0.1 мМ, а при большей концентрации скорость снижается, хотя гидрофобность поверхности и скорость дренажа (осушения поверхности и закрепления пузырька) продолжают расти. Обработка эмульсией диксантогена приводит к росту гидрофобности и существенному сокращению времени прорыва плёнки воды даже на гидрофильном диоксиде кремния, в случае галенита, пирита и золота - с прилипанием пузырька в момент первого касания поверхности. Диксантоген обычно повышает и скорость осушения, и статическую гидрофобность поверхности. В целом, скорости разрыва пленки воды, осушения поверхности и стационарная гидрофобность взаимосвязаны, хотя и не полностью коррелируют; поведение сульфидных минералов более сложное, чем инертных подложек, что, видимо, объясняется возможными химическими взаимодействиями, например, окислением. ?Выполнены исследования влияния разности температур подложки и водной фазы как безреагентного метода создания поверхностных газовых нанопузырьков. На примере пирита показано, что наибольший эффект наблюдается при нагревании минерала до 40 оС и температуре воды около 0. В этом случае время разрыва пленки воды снижается почти в 10 раз, а скорость дренажа увеличивается менее чем в два раза. Еще слабее разность температур влияла на стационарные краевые углы. Аналогичные, но слабее выраженные эффекты наблюдались и при других температурах. При постоянной температуре холодной воды скорость прилипания пузырька проходит через максимум при температуре пирита около 40 оС. Результаты позволяют сделать вывод, что поверхностные нанопузырьки, генерированные температурной разницей, как и, вероятно, спонтанно создающиеся в условиях флотации, оказывают наибольшее влияние на скорость разрыва смачивающей пленки. Они также увеличивают скорость «осушения» поверхности в ходе закрепления пузырька воздуха и статическую гидрофобность, но в существенно меньшей степени. Эффекты снижаются или становятся обратными при высокой температуре пирита, видимо, из-за его окисления. ?Высказано предположение, что нанопузырьки и гидрофильные частицы, включая продукты окисления сульфидов, образуют квазиобъемные структуры типа пены на поверхности. Попытки непосредственно обнаружить следы «нанопены» на примере коллоидов серпентина в ex situ АСМ экспериментах были пока недостаточно успешными, хотя и позволили решить некоторые методические вопросы. ?Проведено сравнительное изучение действия коллоидных наночастиц сульфида меди (4-8 нм) как активатора флотации сфалерита. Золи наночастиц и раствора CuSO4 той же концентрации при флотации мономинеральной фракции сфалерита и цинкового сульфидного концентрата имели близкую эффективность. Извлечение сфалерита в пенный продукт при использовании наночастиц было ниже при малом времени активации и флотации и увеличивалось с ростом продолжительности процессов, что, видимо, объясняется медленным высвобождением и реакцией ионов меди со сфалеритом. Измерение дзета-потенциала и РФЭС анализ поверхности показали, что активация наночастицами приводит к окислению и гидрофобизации сфалерита, меньшему (более медленному), чем ионами меди. Более высокое извлечение сфалерита при больших временах активации обусловлено, видимо, тем что создаваемый наночастицами микрорельеф ускоряет разрыв смачивающей пленки жидкости и закреплению минерала на воздушном пузырьке, как это видно из скоростной видеосъемки.?Метод электрохимического кварцевого микробаланса (EQCM) был использован для исследования межфазных процессов на сульфиде цинка - адсорбции и реакций с реагентами, включая изучение механизма осаждение пленки ZnS, образования поверхностных нанопузырей при смене растворителя и температурной разнице, взаимодействия ZnS с ионами меди, пузырьком воздуха и т.д. Гидрофильно/гидрофобные свойства и кинетика прикрепления пузырька к пленке ZnS, в т.ч. активированного медью, и пластине шлифованного минерала несколько отличались. Так, разрыв пленки воды на активированном сульфиде был медленнее, чем на минерале. При этом видео падающей капли показывает, что амплитуда колебаний капли возрастает после активации, вероятно, из-за снижения шероховатости поверхности. Возможно, определенную роль играет отсутствие примеси железа, которое, как известно, легко переходит в поверхностную оксигидроксидную фазу.?Исследованы методом криогенной рентгенофотоэлектронной спектроскопии (крио-РФЭС) поверхности и межфазные границы пирита и пирротина в воде и выщелачивающих растворах соляной кислоты, сульфата и хлорида железа (+3). В контакте с водой на поверхности сульфидов найдена высокая концентрация центров железа, нетипичных для объема этих минералов (например, Fe(+3) и низкоспиновое Fe (+2) на пирротине), которые не фиксируются другими методами. Определен состав серусодержащих (полисульфидных) продуктов на реальных поверхностях в реакциях выщелачивания; показано, вещества в межфазном слое раствора представляют собой в основном гидратированные продукты растворения сульфидов, а не реагенты. Был сделан вывод, что фаза элементной серы дает незначительный вклад даже в спектры пирротина при криогенных температурах, а основным серусодержащим продуктом являются поверхностные структуры полисульфидного типа. Измерены спектры резонансного неупругого рентгеновского рассеяния (RIXS) сульфидных минералов меди и железа, которые позволяют предполагать важную роль отрицательной хаббардовской энергия центров меди, в том числе как фактора стабилизации серуизбыточных структур. Измерены и проанализированы спектры Cu K- и Fe K–краев рентгеновского поглощения (XANES/EXAFS), и мессбауэровские спектры и магнитные характеристики при криогенных температурах валлериита, основного минерала медистых Норильских руд. При 4.2 К в сульфидных монослоях минерала возникают внутренние магнитные поля, дающие серию Зеемановских секстетов в мёссбауэровских спектрах, однако перехода в антиферромагнитное состояние, как в халькопирите и борните, не происходит. Эти результаты представляют валлериит как прототип нового семейства двумерных материалов и композитов, а также важны для понимания механизма образования и свойств минерала.