Красноярские ученые впервые исследовали поведение наночастиц ксантогената свинца во время обогащения руды методом пенной флотации. Выяснилось, что эффективность процесса зависит от соотношения калийной соли и нитрата свинца. Результаты работы, которая опубликована в журнале ACS Omega, помогут повысить продуктивность извлечения полезных ископаемых из труднообогатимых руд.
Переработка металлических руд – сложный и трудоемкий процесс. Иногда содержание нужного элемента в породе не превышает одного процента. Добыть ценные соединения помогают различные методы обогащения полезных ископаемых, один из которых – пенная флотация. Суть этой технологии в следующем. Когда через смесь измельченной руды с водой пропускают сжатый воздух, он образует крошеные пузырьки. При определенных условиях частицы минерала прилипают к ним и всплывают на поверхность в виде пены. К примеру, при добыче свинца к пузырькам прилипает сульфид свинца. Образующаяся пена на три четверти будет состоять из полезного соединения.
С истощением запасов полезных ископаемых в разработку попадает все больше труднообогатимых руд. Перед учеными стоит задача повысить продуктивность их извлечения, переработки и обогащения. В частности, чтобы сделать пенную флотацию более эффективной, в ней задействуют ксантогенаты – производные угольной кислоты, растворимые соли. В растворе такие соли образуют с металлами наночастицы нового нерастворимого вещества. Наночастицы повышают способность минерала прилипать к пузырькам воздуха и усиливают образование обогащенной пены.
Красноярские ученые определили, при каких условиях пенная флотация наилучшим образом подходит для обогащения руды с присутствием свинца. Оказалось, что это во многом зависит от соотношения нитрата свинца и калиевой соли. В процессе флотации, при добавлении к калийной соли нитрата свинца, происходит обменная реакция – свинец и калий меняются местами. В результате, из соли и свинца образуются наночастицы нового нерастворимого соединения. При этом, если свинец находится в избытке, в растворе образуются мелкие наночастицы диаметром около пятидесяти нанометров. При соотношении реагирующих веществ 2 к 1 образующиеся частицы немного крупнее, но все еще устойчивые. Когда свинца становится меньше, а калиевой соли больше, то при определенной кислотности среды наночастицы распадаются. Дело в том, что при равном соотношении реагентов в пене образуется нестабильное соединение моноксантогенат свинца, которое теряет массу уже при температуре 70 градусов Цельсия. При других соотношениях реагентов формируется ксантогенат свинца, который начинает распадаться лишь при температуре 120-130 градусов Цельсия.
«Нас заинтересовало образование наночастиц ксантогената свинца во время пенной флотации, поскольку ранее этот процесс целенаправленно никто не исследовал. Мы посмотрели, почему и как они образуются, как взаимодействуют с кислотными и щелочными растворами. Зная свойства частиц и условия образования, можно применять их под конкретные нужды, к примеру, использовать не только в процессе флотации, но и для создания композитных материалов», – рассказал Сергей Воробьев, кандидат химических наук, научный сотрудник Института химии и химической технологии Красноярского научного центра СО РАН.
Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда.