مواد شیمیایی مورد استفاده در فلوتاسیون

در مقاله "شرح فرآیند فلوتاسیون" در خصوص فرآیند فلوتاسیون مقدمه‌ای مختصر ارائه دادیم. در این مقاله که در ادامه مقاله شرح فرآیند فلوتاسیون آمده است، در خصوص مواد شیمیایی مورد استفاده در فلوتاسیون به طور مفصل توضیحاتی را ارائه خواهیم داد.

کلکتورها

کلکتورها عموما مواد آلی غیرمتقارن با یک گروه قطبی باردار و یک گروه غیرقطبی بدون بار می‌باشند. گروه غیرقطبی یک زنجیر هیدروکربنی به شکل روغن است. در اوایل سال 1920 فلوتاسیون روغنی با تولید مواد شیمیایی آلی مانند گزنتات‌ها و دی تیوفسفات‌ها کنار گذاشته شد. روغن به شکل نفت یا گازوئیل، هنوز به عنوان کلکتور در صنایع زغال سنگ بکار می‌رود. فرآیند آبران کردن کلکتور را می‌توان با گرفتن یک صفحه شیشه‌ای تمیز و قرار دادن چند قطره آب روی سطح آن نشان داد. چون شیشه آب‌دوست می‌باشد، آب روی سطح پخش می‌شود.

کلکتورهای مورد استفاده در فلوتاسیون، از یک زنجیر هیدروکربن غیرقطبی(آلی) و یک گروه قطبی(غیرآلی) تشکیل شده‌اند. گروه قطبی، بخشی از مولکول کلکتور می‌باشد که بسهولت یونیزه شده و قابلیت جذب بر روی سطح کانی را دارد. حال آنکه زنجیره هیدروکربنی در اساس غیریونیزه است و باعث آب‌ران شدن سطح می‌گردد. گروه قطبی همچنین به گونه‌ای ساخته می‌شود تا مخصوص جذب کانی‌های معینی باشد. در یک سطح مشترک هوا-آب، زنجیر هیدروکربن کلکتور به داخل فاز هوا با زاویه 90 درجه نسبت به سطح مشترک چسبیده؛ در حالی که گروه قطبی آب‌دوست در فاز آب باقیمانده است. اگر یک سطح کانی مناسب وجود داشته باشد و گروه قطبی به سطح جامد جذب شود، یک دسته از یون‌های شناور کلکتور روی سطح کانی جذب خواهند شد و یک فیلم نازک روغنی روی سطح کانی تشکیل می‌دهند؛ بنابراین سطح را از طریق جذب سطحی و نه از طریق آغشته کردن فیزیکی، آب‌ران خواهند نمود. اگر در این حال، یک سطح مشترک هوا، به شکل یک حباب فراهم شود، زنجیر هیدروکربن به داخل فاز هوا توسعه یافته و اگر استحکام پیوند بین گروه قطبی و سطح کانی به اندازه کافی قوی باشد، ذره از طریق نیروی شناوری (نیروی ارشمیدس) توسط حباب هوا بالا آورده خواهد شد. کلکتورها ممکن است غیریونی (روغن‌های هیدروکربن) یا یونی باشند. کلکتورهای یونیزه، یا کاتیونی (آمین‌ها) هستند و یا آنیونی (اسیدهای چرب با ترکیبات سولفیدریل مانند گزنتات‌ها یا دی تیوفسفات‌ها).

کف‌سازها

کف‌سازها موادی فعال در سطح هستند که معمولا شامل ترکیبات غیرمتقارن آلی مانند الکل‌ها و یا اترها می‌باشند. به علت طبیعت غیرمتقارن، کف‌ساز در سطح مشترک هوا – آب جذب سطحی می‌شود و در نتیجه، کشش سطحی آب را کاهش می‌دهد. این کار باعث می‌شود که حباب‌های کوچکتری تشکیل شود و مهم‌تر از آن باعث می‌شود کف، زمانی که به سطح پالپ می‌رسد، پایدار گردد. اگر حباب‌ها وقتی به سطح هوا – آب می‌رسند، بترکند،کانی‌هایی که به وسیله آنها حمل می‌شوند به داخل پالپ سقوط کرده، یک تفاله در سطح پالپ تشکیل می‌شود. نقش عمده کف‌سازها پایدارکردن کف تشکیل شده در سطح برای مدت کافی (برای کنسانتره که از سطح سلول فلوتاسیون جمع‌آوری می‌گردد) می‌باشد. بلافاصله پس از برداشت از سلول، کف باید شکسته شود تا اجازه دهد ذرات کانی برای فرآوری بیشتر مجددا به صورت پالپ درآیند. غلظت بهینه کف‌ساز، مقداری نیست که مینیمم کشش سطحی را تامین کند، بلکه در ناحیه‌ای است که کشش سطحی، قادر به تغییر سریع با غلظت باشد و این ناحیه‌ای است که کف بیشترین پایداری را دارد.

اگر غلظت کف‌ساز، بیش از حد باشد، کف ناپایدار خواهد بود. در این حالت حباب‌های بسیار کوچکی تشکیل می‌شود که در رسیدن به سطح پالپ می‌ترکند. کف‌سازهایی که عموما بکار می‌روند شامل مواد شیمیایی طبیعی؛ مانند روغن کاج، اسید کرزیلیک و مواد شیمیایی مصنوعی، مانند متیل‌ایزوبوتیل‌کربونیل یا (MIBC) و پلی‌گلیکول‌اتر می‌باشند.

تنظیم‌کننده‌ها

این دسته از واکنش‌گرها تمام مواد شیمیایی را پوشش می‌دهند که وظیفه اساسی آنها نه جمع‌کنندگی و نه ایجاد کف می‌باشد. این گروه را می‌توان به بازداشت‌کننده‌ها، فعال‌کننده‌ها و تنظیم‌کننده‌های pH تقسیم کرد.

بازداشت‌کننده‌ها

یک بازداشت‌کننده، ماده‌ای شیمیایی است که مانع جذب سطحی یک کلکتور به یک ذره کانی شده، از فلوتاسیون آن جلوگیری می‌کند.

فعال‌کننده‌ها

یک فعال‌کننده باعث آماده‌سازی سطح کانی به منظور افزایش جذب سطحی کلکتور می‌گردد. کانی‌های اصلی که با کلکتورها بخوبی فلوته نمی‌شوند، نیازمند فعال‌سازی سطح می‌باشند. استفاده اصلی این مواد شیمیایی در فلوتاسیون تفریقی یک کانسنگ مختلط می‌باشد؛ یعنی تفکیک متوالی دو یا چند کانی با ارزش از یکدیگر از طریق فلوتاسیون؛ برای مثال: جداسازی هر یک از سولفیدهای مس، سرب، روی و آهن از یک کانسنگ، یک فلوتاسیون انتخابی می‌باشد و فلوتاسیون سولفیدهای ترکیب شده به عنوان فلوتاسیون تجمعی نامیده می‌شود.

تنظیم‌کننده‌های pH

تنظیم‌کننده‌های pH، باعث تنظیم pH پالپ به منظور ارائه عملکرد مطلوب برای یک واکنشگر معین می‌باشند. معمولا از آهک، سود، خاکستر سودا، شیر  آهک و اسید سولفوریک، برای کنترل pH استفاده می‌شود.