Собрание сочинений : Т. 7. Флотация. Реагенты-собиратели

УДК 622.765
ББК 33.4
 
А16

Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для 
взрослых» СанПиН 1.2.1253–03, утвержденным Главным государственным 
санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124–94). Санитарноэпидемиологическое заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты 
прав потребителей и благополучия человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.11

Экспертиза проведена Учебно-методическим объединением высших учебных заведений Российской Федерации по образованию в области горного дела (письмо 
№ 51-16/113 от 28 апреля 2011 г.)

Рецензенты: 

д-р техн. наук, проф. В.П. Мязин (зав. кафедрой «Обогащение полезных 
ископаемых и вторичного сырья» Забайкальского государственного университета);
д-р техн. наук, проф. И.И. Максимов (ЗАО «Механобр-инжиниринг»)

•

•

УДК 622.765
ББК 33.4

Абрамов А.А.
А16  
Собрание сочинений: Т. 7: Флотация. Реагенты-собиратели: Учебное пособие. — М.: Издательство «Горная 
книга», 2012. — 656 с.: ил. 
ISBN 978-5-98672-291-7 (в пер.)

Рассмотрены требования теории флотации к реагентам-собирателям и 
предложена новая гипотеза, обосновывающая необходимый состав адсорбционного слоя собирателя на поверхности флотируемого и депрессируемого 
минералов. Приведен анализ физико-химических свойств органических 
соединений, которые могут быть использованы в качестве собирателей, 
закономерностей их изменения в результате внутри- и межмолекулярных 
взаимодействий и показаны пути создания собирателей с заданными 
свойствами, сформулированы принципы конструирования селективных 
собирателей. Теоретически обоснованы методы совершенствования технологии применения собирателей, обеспечивающие оптимизацию их расхода, 
повышение селективности и интенсификацию процесса флотации.
А.А. Абрамов — д-р техн. наук, профессор кафедры «Обогащение полезных ископаемых» Московского государственного горного университета.
Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Обогащение 
полезных ископаемых» направления подготовки «Горное дело». Может 
быть использовано научными работниками, инженерами-обогатителями и 
специалистами в области автоматизации флотационных фабрик при совершенствовании, оптимизации и интенсификации технологических процессов 
флотационного обогащения минерального сырья.

© А.А. Абрамов, 2012
© Издательство «Горная книга», 2012
© Дизайн книги. 
 
Издательство «Горная книга», 2012

ISBN 978-5-98672-291-7

ПРЕДИСЛОВИЕ

С применением флотации в настоящее время перерабатывают 
сотни миллионов тонн в год различных типов горнорудного 
сырья. В соответствующие концентраты извлекается более 
100 минералов: практически все минералы цветных металлов, 
многие минералы редких металлов, горно-химического сырья 
и других типов руд (Абрамов, 2008, 2009а). Процесс флотации 
широко используется также для решения проблем разделения 
веществ в различных современных промышленных процессах 
(Myers and Drew, 1988; Rosen, 1984, 1987; Doyle et al., 1990). 
Повышение технико-экономических показателей флотации, 
комплексности использования минерального сырья и эффективность охраны окружающей среды в значительной степени 
зависят от ассортимента и селективности действия применяемых 
флотационных реагентов.
Синтез и применение новых флотационных реагентов направлены на замену токсичных реагентов на нетоксичные или 
менее токсичные; изыскание более селективно-действующих 
собирателей, пенообразователей, реагентов-модификаторов, а 
также реагентов, хорошо разрушающихся при химической или 
термической обработке.
Поиск и разработка новых более селективных реагентов-собирателей для совершенствования процесса флотации является 
одной из первоочередных задач при создании инновационных 
технологий флотационного разделения веществ и минералов. 
К настоящему моменту в качестве реагентов-собирателей 
предложены тысячи поверхностно-активных веществ (ПАВ), 
из которых лишь единицы подтвердили свою пригодность и 
нашли промышленное применение.

В промышленной практике флотации сульфидов, окисленных минералов тяжелых цветных металлов, самородных и 
благородных металлов широкое применение получили только 
ксантогенаты, диалкилдитиофосфаты и их производные и в 
меньшей степени — диалкилдитиокарбаматы и меркаптаны. Для 
селективного извлечения из руд свыше 40 минералов тяжелых 
цветных и благородных металлов, образованных 15 элементами, 
обладающими различными физико-химическими и флотационными свойствами, при флотации используется всего 5−6 типов 
сульфгидрильных собирателей. Имеющийся ассортимент сульфгидрильных собирателей не позволяет учесть всю специфику 
свойств указанных минералов.
Жирные кислоты и мыла доминируют в процессах флотации 
несульфидных минералов. Эти собиратели, как правило, неизбирательны, поскольку ими флотируются почти все минералы. 
Использование соответствующих модификаторов позволяет в 
некоторой степени улучшить их селективность и обеспечить 
разделение минералов. Амины используются при флотации 
силикатных и растворимых минералов. Использование других 
собирателей, таких как сульфаты и сульфонаты, фосфоновые и 
арсоновые кислоты, является весьма ограниченным.
Несколько новых реагентов из многочисленных комбинаций 
с тремя важнейшими донорными атомами (S, N и O) в основной группе связей, в том числе несколько комплексообразователей, были опробованы в качестве собирателей и полученные 
результаты активно обсуждались в многочисленных книгах и 
обзорных статьях (Somasundaran and Moudgil, 1988; Malhotra and 
Riggs, 1986; Jones and Oblatt, 1984; Mulukutla, 1944; Rosen, 1987). 
Однако перечень флотационных реагентов, используемых в промышленности, после этого практически не изменился. Только 
гидроксаматы и некоторые амфотерные поверхностно-активные 
вещества получили применение в ряде случаев (Абрамов и др., 
1991; Богданов и др., 1990).
Поиск и конструирование новых реагентов-собирателей базируются обычно на выборе функциональных групп и осуществляются или на основе имеющейся информации аналитической 
химии, или просто экспериментальным методом проб и ошибок. 

Функциональные группы, способные к специфическому взаимодействию с металлами, хорошо известны (Кульберг, 1950; 
Перин, 1967 и др.) и довольно подробно рассмотрены в ряде 
работ, посвященных флотационным реагентам (Ясюкевич, 1950; 
Сорокин и др., 1963; Глембоцкий, 1969; Рябой, 1969 и др.).
Выбор функциональных групп, основанный на координационной химии ионов металлов, имеет ряд недостатков, которые 
могут резко снизить предполагаемую селективность реагентасобирателя:
при флотации комплексообразование происходит на 
поверхности раздела минерал−вода, что существенно 
отличается от комплексообразования в объеме раствора, 
так как ионы или атомы на поверхности кристаллической 
решетки используют лишь часть их координационной 
сферы при образовании хелатных (внутрикомплексных) 
соединений;
доминирующую роль в реакции, протекающей на поверхности минерала, играют стерические эффекты. Такие 
свойства минерала, как структура и электрохимическая 
природа поверхности его кристалла, распределение поверхностного заряда и адсорбционных центров поверхности, 
могут существенно изменить термодинамическую вероятность комплексообразования, определяемую с позиций 
объемной термодинамики. В лучшем случае химические 
закономерности комплексообразования в объеме раствора 
могут дать лишь некоторые рекомендации по избирательности реагентов;
выбор функциональных групп, основанный на их специфичности к тому или иному иону металла, непригоден для 
флотационных систем, где катионы минералов, участвующие в реакции комплексообразования, одинаковы. Например, традиционный подход координационной химии 
не может помочь в выборе функциональных групп, необходимых для разделения таких минералов, содержащих 
один и тот же ион металла, как флюорит и кальцит, апатит 
и доломит. Поэтому проблемы обогащения фторсодержащих руд с разделением флюорита, кальцита и апатита 

•

•

•

и переработки фосфатных руд, содержащих карбонаты, 
в промышленном масштабе до сих пор не решены полностью (Hanna and Somasundaran, 1976; Finkelstein, 1989; 
Rao and Forssberg, 1992);
функциональные аналитические группы не являются 
строго избирательными. До сих пор используя только их 
специфичность к тому или иному иону металла, не удалось 
создать новый реагентный режим разделения полевого 
шпата и кварца без использования фторсодержащих модификаторов. Хотя полевые шпаты в отличие от кварца 
имеют на своей поверхности различные катионы, трудно 
найти функциональную группу, которая была бы специфичной для Аl, но не для Si.
Таким образом, ясно, что конструирование реагента не может 
быть основано только на специфичности взаимодействия его 
функциональной группы с ионами минеральной поверхности. 
Однако не только в этом заключается причина неудач в создании селективных реагентов-собирателей. Не учитываются 
обычно также требования теории минерализации к составу 
адсорбционного слоя собирателя на поверхности флотируемых 
и депрессируемых минералов, характер внутри- и межмолекулярных взаимодействий в молекуле собирателя, изменение 
состояния собирателя и поверхности разделяемых минералов 
при изменении рН и окислительно-восстановительного потенциала пульпы, соответствие электронных структур собирателя 
и адсорбционных центров поверхности минерала и ряда других 
свойств и параметров рассматриваемой системы.
Изучение механизма взаимодействия реагентов-собирателей 
с минералами началось и продолжается с момента появления 
флотации. Однако большинство используемых в настоящее 
время реагентов-собирателей было обнаружено экспериментальным методом проб и ошибок. Ни одна из имеющихся теорий 
во флотации в настоящее время не может дать ответа, какой 
должен быть характер функциональной группы и молекулярной 
структуры собирателя для получения требуемого разделения 
минералов.

•

Результаты анализа имеющихся теоретических и экспериментальных разработок в этой области показывают, что такой ответ 
может быть получен только при учете комплекса теоретически 
обоснованных требований к свойствам как собирателя, так и 
флотируемого и депрессируемого минерала. Для разработки 
научных основ изыскания и конструирования эффективных 
реагентов-собирателей к настоящему времени имеются все 
необходимые условия:
теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены требования теории минерализации к составу адсорбционного слоя собирателя на поверхности флотируемого и 
депрессируемого минералов, предложена новая гипотеза, 
обосновывающая функции и роль форм сорбции собирателя при флотации (Абрамов, 2008, 2010);
установлены механизмы влияния различных атомов и 
групп атомов на внутримолекулярное взаимодействие 
полярных и аполярных групп в молекулах, их способность 
растворяться в воде, диссоциировать и взаимодействовать 
с катионами металлов;
установлены причины, механизмы и закономерности 
межмолекулярных взаимодействий ионогенных и неионогенных гетерополярных и аполярных органических 
соединений, их влияние на работу когезии, адгезии и 
результаты флотации;
теоретически обоснованы связь природы и структуры реагентов с их физико-химическими свойствами и методы 
регулирования как внутримолекулярных, так и межмолекулярных взаимодействий в органических молекулах;
в технической литературе накоплен значительный объем 
информации по влиянию аналитических свойств функциональных групп органических соединений, их строения и структуры радикалов на флотируемость отдельных 
минералов.
В результате проведенных исследований предложены различные идеи о путях и способах подбора новых реагентов 
собирателей и расширении их ассортимента как за счет соединений с новыми функциональными группами (Горловский, 

•

•

•

•

•

1956; Горловский и др., 1966; Бехтле и др., 1958; Кирхберг, 
1959; Сорокин, 1965; Сорокин и др., 1963; Лившиц и Китаев, 
1969; Лившиц и др., 1968; Глембоцкий, 1969; Рябой, 1969; 
Глембоцкий и др., 1967; Сорокин и Глембоцкий, 1968; Light et 
al., 1962), так и за счет создания собирателей с определенной 
структурой углеводородного радикала (Сорокин и др., 1965; 
Гребнев и Стефановская, 1967; Сорокин, 1965, 1972, 1973, 1976; 
Ласкорин и др, 1971).
Сделана попытка оценить влияние связи внутримолекулярного взаимодействия в молекуле реагента-собирателя с эффективностью его действия при флотации (Каковский, 1983; Сорокин, 
1977, 1978; Рябой, 1983а, 1983б и др.) и рассмотрены основные 
пути регулирования эффективности действия оксигидрильных 
собирателей за счет введения в молекулу электроноактивных 
заместителей атомов водорода и углерода, влияние расположения таких заместителей в молекуле по отношению к функциональной группе: орто- и параположения у ароматических 
соединений, α- и β-положения для алифатических соединений 
(Сорокин, 1977, 1978; Рябой, 1983а, 1983б и др.).
В результате критической оценки методов выбора реагентов 
в биоминерализации установлено, что современные представления о молекулярных взаимодействиях органических молекул 
с неорганической поверхностью минералов в процессах регулирования направления роста кристаллов свидетельствуют о 
возможности использования кристаллической структуры минерала для обоснованного выбора или синтеза селективного для 
его флотации реагента (Ротобыльская и др., 1975, 1976; Mann, 
1988, 1993; и др.).
Цель настоящего учебного пособия — обобщить имеющиеся 
результаты теоретических и экспериментальных исследований и в результате их критического анализа сформулировать 
обоснованные принципы конструирования селективных реагентов-собирателей, а также рассмотреть возможные методы 
совершенствования технологии их применения с целью повышения эффективности флотации и ее интенсификации с учетом 
требований охраны окружающей среды.

Основой создания учебного пособия послужили результаты 
более 300 работ отечественных и более 150 работ зарубежных 
ученых. Особую благодарность автор выражает профессору 
М.М. Сорокину, дискуссионное обсуждение с которым многих 
проблем, связанных с конструированием и использованием реагентов-собирателей, способствовало более четкой формулировке 
выводов при оценке рассматриваемых материалов. Следует 
отметить, что главы IV и V являются по сути дела результатом 
совместного с ним творчества.
Автор выражает также глубокую благодарность лауреату 
Государственной премии СССР, профессору, д-ру техн. наук 
И.И. Максимову, заслуженному деятелю науки и техники 
РСФСР, профессору, д-ру техн. наук В.А. Бочарову, заслуженному деятелю науки и техники РСФСР, заслуженному 
работнику высшей школы РФ, профессору, д-ру техн. наук 
В.П. Мязину и коллективам кафедр «Обогащение полезных 
ископаемых» Московского государственного горного университета, Национального исследовательского технологического 
университета «МИСиС», Забайкальского государственного 
университета, сотрудникам института «Механобр» за ценные 
советы, критические замечания и указания, которые помогли 
улучшить настоящее издание.

Часть I

ТРЕБОВАНИЯ К РЕАГЕНТАМ-СОБИРАТЕЛЯМ 
И МЕХАНИЗМ ИЗМЕНЕНИЯ 
ИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ