УДК 622.765 К.Т.Кошербаев, канд. техн. наук, проф., КазНТУ Д. К. Кайпбаев, канд. техн. наук, Казатомпром ОКИСЛЯЕМОСТЬ СУЛЬФИТ-ИОНА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗА И ЕГО СОЛЕЙ Жұмыста сульфидтің металды темір жəне оның тұздары əсерімен тотығуы келтірілген. Oxidability of sulfite-ion under influence of metallic iron and their salt. The article informs about the sulphur oxides action metallic iron and salts of iron. Ключевые слова: оxidation, sulfite- ion, airinq, concentration, sulfite natrium, electrons. Ранними исследованиями было установлено, что основным показателем депрессируемости сульфидов свинца, цинка и железа сульфитом натрия в присутствии железной поверхности, кальциевого соединения и аэрации является восстановление их поверхности и тем самым создание достаточного высокого отрицательного заряда. Одним из контрольных показателей этого процесса является окисление сульфит-иона, что легко осуществимо определением его остаточной концентрации. Процесс окисления сульфит-иона без кислорода не представляется возможным. Поэтому реакцию окисления можно написать в следующей простейшей форме: 1 SO32- + O2 ® e ® SO42 - . 2 Она может протекать в воде с растворенным в ней кислородом при атмосферном или повышенном давлении в результате аэрации. Однако исследование показало, что эта реакция идет очень слабо, т. е. окисление идет весьма незначительно. Исходя из этого, можно предположить, что в окислении его важную роль играют катионы железа, находящиеся непосредственно на поверхности или перешедшие в раствор, но не успевшие образовать нерастворимую гидроокись. Наиболее вероятным является то, что молекулы кислорода на железе переходят в атомарное состояние, которое и является основной причиной окисления сульфит-иона. Как бы то ни было, каталитическое действие железа не вызывает сомнений. Наша задача заключалась в том, чтобы выявить влияющие на этот процесс факторы. К ним первую очередь относятся рН среды, аэрируемость среды и концентрация сульфита натрия. На рис. 1 показана окисляемость сульфита натрия от рН среды и аэрируемость среды. Рис.1. Окисляемость сульфита натрия в зависимости от аэрируемости при различных рН среды: 1 – с аэрацией; 2 – без аэрации Окисляемость сульфита натрия в зависимости от его концентрации при различных значениях рН среды показана на рис. 2. Рис. 2. Окисляемость сульфита натрия металлическим железом при различных его концентрациях и рН среды: Концентрация Na2SO3 мг/л: 1 – 400; 2 – 300; 3 – 200 На рис. 2 видно, что аэрация, т. е. усиление растворимости кислорода в воде, является необходимым условием для достижения желаемых результатов. Общей закономерностью является то, что оптимальная окисляемость сульфит-иона происходит при рН=8,0. Казалось бы, что, чем кислее среда, тем выщелачиваемость железа больше и катионы железа достаточны для проявления каталитических свойств. Однако этого не происходит. Поэтому, видимо, основной причиной является то, что сернистая кислота, как кислота средней силы, при рН<8,0 в основном находится в форме HSO-3 ионов, которые обладают большой устойчивостью к окислению. То, что окисляемость снижается при рН>8,0, легко объяснимо: чем выше щелочность раствора, поверхность железа легко пассируется за счет образования окисной пленки. Общей закономерностью является то, что максимальное окисление при всех изученных концентрациях сульфит-иона происходит при рН≈8,0, лишь в диапазоне рН среды 6,0–7,5 окисляемости заметно отличаются: чем выше концентрация сульфит-иона, тем заметно наблюдается повышение устойчивости его к окислению. Таким образом, полностью подтверждены найденные ранее принципиальные моменты, а именно: 1) оптимальной щелочностью пульпы при обработке реагентами должна быть рН=8,0; 2) необходимым условием является аэрация пульпы. На практике обогащения полиметаллических руд применяемый отдельно сульфит натрия оказывает слабодепрессирующее действие. Поэтому он применяется во многих случаях совместно с солями тяжелых цветных металлов (железа, меди и цинка). Механизм депрессирующего действия этих сочетаний реагентов трактуется по разному. При изучении их исследователи уделяли недостаточное внимание на окисляемость сульфитиона. Поэтому представляло определенный интерес получение сравнительных данных по окисляемости сульфит-иона под воздействием разновалентных железных солей в зависимости от различных условий как рН среды, концентраций их и аэрируемости. На рис. 3 показаны результаты окисляемости сульфита натрия при различных рН среды в безаэрационном и аэрационном режимах. Как видно на рис. 3, здесь также наблюдается закономерности по окислению сульфит-иона характерные для железа, а именно: окисляемость максимальна при рН=8 и аэрация раствора улучшает окисляемость. Рис. 3. Окисляемость сульфита натрия под действием железного купороса (210 мг/л) в зависимости от рН среды: 1 – с аэрацией; 2 – без аэрацией Существенное различие во влиянии железного купороса по сравнению с железом получено при изучении окисляемости в зависимости от его концентраций (рис. 4). Как видно, эффективное окисление сульфит-иона имеет место при концентрации катионов железа при рН=8, в десятки раз превышающей концентрации выщелачиваемого железа, достаточного для полного окисления, что означает существенное отличие в механизме действия катионов железа в обоих случаях. Кроме того, при рН, равном 6,0 и 10,0, некоторое улучшение окисляемости происходит при малых концентрациях железа. Рис. 4. Окисляемость сульфита натрия в зависимости от концентрации Fe2+ в различных рН среды В связи с этим изучалась флотируемость галенита при рН=8 и различных концентрациях катионов железа (рис. 5). Как видно, полная депрессия происходит также при концентрации катионов железа, многократно превышающей концентрации выщелачиваемого железа. Рис. 5. Флотируемость галенита в зависимости от концентрации Fe2+ при рН=8,0 Аналогичные опыты проводились также с хлорным железом (FeCl3 ·6H2O). Результаты опытов по окисляемости показаны на рисунке 6. Рис. 6. Окисляемость сульфита натрия хлорным железом (Fe3+) Концентрация Fe3+, гион/л: 1-0,2· 10-2; 2-1,0· 10-2 ; 3-2,0 ·10-2 ;4-8,0 ·10-2 ;5-12 ·10-2 ; 6-16 ·10-2 Здесь, как видно, окисляемость происходит совершенно по-другому. Во-первых, заметное окисление сульфит-иона наблюдается при рН=6. При дальнейшем повышении щелочности окисляемость постепенно снижается. Окисляемость существенно изменяется (повышается) с увеличением концентрации катионов железа. Таким образом, действие трехвалентной соли железа подчиняется другим закономерностям. В этой связи было интересным изучение влияние ее на флотационные свойства минерала. На рис. 7 показаны результаты опытов по флотируемости галенита при трех значениях рН среды (6,0; 8,0 и 10,0). Рис. 7. Флотируемость галенита в зависимости от концентрации катионов 11-валентного железа Как видно, лучшая депрессируемость минерала наблюдается при рН=6 при концентрации катиона железа 12·10-2 г.ион/л. Такая депрессия при рН=8 наблюдается при концентрации 16·10-2 г.ион/л. При рН=10 удовлетворительная депрессия вообще не происходит. Совершенно очевидно, что при применении хлорного железа о каталитическом окислении сульфит-иона говорить не приходится. Депрессия минерала, что также очевидно, присходит за счет налипания на поверхности коллоидной гидроокиси, активность который тем выше, чем ниже рН пульпы. Депрессия коллоидами – общеизвестное явление. При этом коллоиды налипают (при достаточной концентрации) на все минералы. Таким образом, в закономерностях окисления сульфит-иона за счет выщелоченного железа и железного купороса имеются некоторые схожести, однако требуемая концентрация катионов железного купороса многократно превышает концентрации выщелоченного железа. Поэтому эти два варианты не сравнимы. Трехвалентные соли железа в щелочной среде в сочетании с сульфитом натрия не применимы из-за вышеуказанных причин. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Кошербаев К..Т. К механизму действия металлического железа в процессе флотации //Вестн. КазНТУ. 2004. № 6. 2. Кошербаев К.Т. Металлическое железо – модификатор флотации //Вестн. КазНТУ. 2005. № 5. Статья рекомендована д-ром техн. наук, проф. Алыбаевым Ж.А. 24.03. 2008 г.