Способ концентрирования и извлечения веществ из растворов

 

Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано для извлечения и концентрирования редких металлов флотацией из гидроминерального сырья и пластовых вод при подготовке нефти и воды на промыслах. Для осуществления способа извлечения веществ в ионной, коллоидной и молекулярной формах из водной фазы и газовых растворов в качестве флотоагента используют частицы с радиусом 1.0-1.6·10^-7 см. Частицы могут быть заряжены, скорость их введения изменяют электромагнитным полем. Такими частицами являются протоны и гидроксилы, образованные при униполярной обработке воды или электролитически заряженные пузырьки газа. Частицы могут быть закреплены на носителе в виде твердой, жидкой или газообразной поверхности. Носителем могут быть газовые включения или газовый стержень. При использовании газового стержня в обрабатываемый раствор вводят ионогенное поверхностно-активное вещество с противоположным зарядом относительно извлекаемого компонента, причем движение потока газа может быть однонаправленное или противоположное движению потока. Способ обеспечивает 100% -ное извлечение лития лантана, меди, никеля, серебра, золота, бериллия. 12 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к области флотации и может быть использовано для концентрирования и извлечения ценных веществ из жидких и газообразных растворов, включая промышленные технологические растворы и пластовые воды нефтяных и рудных месторождений.

Цель изобретения - повышение степени концентрирования и обеспечение извлечения веществ, находящихся в ионной, коллоидной и молекулярной формах не только из водной фазы, но и газовых растворов.

Указанная цель достигается тем, что в качестве флотоагента используют частицы с радиусом (1,0-1,6)х10^-7 см и менее или их вакансии, которые образуются при дискретной траектории полета частиц в растворе.

Концентрирование вещества достигается путем заряда частиц и мощного искривления межфазной поверхности при вводе флотоагента. При вводе заряженных частиц скорость их введения регулируют и изменяют электромагнитным внешним полем, электрическим или магнитным бегущим полем. Частицы могут быть нейтральными, поляризованными и заряженными магнитным или электрическим зарядом и быть самостоятельно движущимися или предварительно закрепляться на носителе в виде твердой, жидкой (жидкокристаллической) или газообразной поверхности.

В качестве заряженных частиц используют ионогенные поверхностно-активные вещества (ИПАВ), протоны и гидроксилы, образованные при униполярной обработке воды, магнитные частицы, например магнитный порошок γ - Fe₂O₃, ультрадисперсные магнито- и электроактивные частицы, электролитически заряженные пузырьки газа, газовые включения, газовые стержни. Заряд частиц выбирают противоположным заряду извлекаемых веществ. С целью селективного извлечения вещества в форме ионов, коллоидов и маскирования ионов-примесей в растворе в качестве флотоагента используют азот, аммиак или хлор, извлекая (или маскируя) ионы в комплексной форме в виде аммиакатов, хлоридных анионов, азидов тяжелых металлов. При вводе в раствор магнитных ультрадисперсных частиц вещество концентрируется вокруг них в силу малого радиуса, большой кривизны и магнитного заряда в двойном магнитном слое под влиянием поляризации, индукции и супермагнитных явлений. Аналогичное концентрирование вещества из раствора происходит вокруг электроактивных ультрадисперсных частиц и ультрадисперсных пузырьков газа в двойном электрическом, а в общем случае электромагнитном слое с проявлением суперэлектромагнитных явлений и структурного натяжения. Пузырьки газа, подверженные ультразвуковому дроблению и дисперсии при ультразвуковой обработке, кавитируют и достигают коллоидного размера при избыточном давлении с образованием внутри кавитирующих пузырьков ионизированных частиц и холодной плазмы. Вокруг таких ультрадисперсных пузырьков концентрируется вещество из раствора в силу большой кривизны, но такие нагруженные пузырьки не могут быть самостоятельно выделены из раствора. Поэтому для интенсификации флотации применено внешнее подвижное электромагнитное поле, магнитное или электрическое бегущее поле, или перемещаемые концентрично флотоколонки магниты (электромагниты), или их закрепляют на несущей межфазной поверхности: твердой, жидкой (жидкокристаллической) или газообразной. Извлечение вещества из раствора осуществляют как самими частицами, так и путем наложения внешнего электрического или магнитного поля и его перемещения. Если применены магнитные ультрадисперсные частицы, то используют магнитное бегущее поле для извлечения частиц, с нагруженным веществом из раствора. При использовании электроактивных ультрадисперсных частиц, для извлечения вещества из раствора применяют электрическое поле бегущее.

С целью предотвращения слипания, магнитной коагуляции и возможности флотации газовыми включениями или бегущим магнитным полем, магнитные частицы обрабатывают жидким алифатическим углеводородом в виде тонкой пленки. Помимо частиц неорганического происхождения в качестве флотоагента можно использовать частицы биоорганического происхождения: микроорганизмы, хлореллу, табачную пыль.

С целью интенсификации процесса за счет увеличения развертки межфазной поверхности, придания ей микрошереховатости и получения более развитой поверхности, частицы предварительно закрепляют на носителе. В качестве носителя используют газовые включения, пузырьки, газовый стержень или пучок газовых стержней, или вакансии частиц.

При использовании в качестве носителя газового стержня, в том числе и закрученного, в обрабатываемый раствор вводят ИПАВ, заряд которого противоположен заряду извлекаемого компонента, поддерживая движение газового стержня однонаправленным или противоположным движению раствора. При такой стержневой ионно-коллоидной флотации раствор стекает кольцевым потоком и в этом же направлении сверху вниз (или противоположном) движется стержневой газовый поток (газовый стержень). Ионогенное ПАВ вводится в раствор в верхней части флотоколонки, имеющей форму конфузора, а в нижней части имеется скос в форме диффузора. Ионогенная группа гидрофобных радикалов ИПАВ в силу поверхностных свойств уходит на межфазную поверхность газ - жидкость, ориентируясь частоколом в газовый стержень (газовый поток), а гидрофильная группа молекул ИПАВ ориентируется в раствор кольцевого сечения. Гидрофильные головки ионогенного ПАВ с малым радиусом кривизны дополнительно искривляют и раскрывают межфазную поверхность газового стержня двигающегося с заданной скоростью, увлекая за собой в силу сцепления в пограничном слое частокол гидрофобных радикалов с гидрофильными головками, вокруг которых вследствие большой кривизны и малого радиуса, а также заряда, концентрируются противоионы (противоколлоиды) и поляризуемые молекулы раствора в виде ионной атмосферы (шубы). Извлечение вещества из раствора осуществляют приповерхностным отрывом обогащенного погранслоя гидродинамическим или электромагнитным (электростатическим, магнитным) путем или тонким срезом в нижней части флотоколонки.

Ионная флотация осуществляется скоростным стержневым газовым потоком как во флотоколонке, так и непосредственно из пластовой воды, из всего объема водного раствора. Подвергая пластовую или рудничную (шахтную) воду униполярной электрообработке, можно обходиться и без введения флотореагентов: собирателей, пенообразователей и ионогенных ПАВ, избирательно заряжая межфазную поверхность. С этой целью раствор предварительно или в процессе ионной флотации подвергается униполярной электрообработке. Обрабатывая раствор в зоне катода и пропуская газ, например воздух, через проницаемую пористую диафрагму из глины или спеченного стекла фильтра Шотта, получают отрицательно заряженные ультрадисперсные пузырьки газа, которые вследствие кулоновского взаимодействия и большой кривизны притягивают в двойной электрический слой катионы раствора, извлекая их на свободную поверхность в виде противоионной атмосферы с потенциалом Ψ_o на межфазной поверхности и ζ - потенциалом вдали от нее, причем Ψ₀ > > ζ . И, наоборот, в растворе, подвергнутом униполярной обработке в зоне анода, пузырьки заряжаются положительно и извлекают простые и комплексные анионы. Сбор концентрированного вещества (коллигенда) может осуществляться либо в тонком слое экстрагента органического на свободной поверхности водного раствора, либо за счет электростатической сепарации над раствором, когда упругие пузырьки выпрыгивают над свободной поверхностью на высоту 5-50 см вместе с нагруженной противоионами оболочкой, которая под избыточным давлением пузырька разрывается, а заряженные микрокапельки электростатически притягиваются к поверхности электрода, расположенного над сво свободной поверхностью, и стекают в приемный сборник концентрата. Аналогично заряжается газовый стержень в процессе стержневой ионно-коллоидной флотации ионов и коллоидов из раствора.

Таким образом, в качестве заряженных частиц используют протоны и гидроксилы, образованные при униполярной обработке воды и электролитически заряженные пузырьки газа или газового стержня.

Предложенный способ не исключает и сочетания электролитически заряженных пузырьков газа и пучка газовых стержней с ионогенным ПАВ в водных растворах, подвергнутых униполярной электрообработке и электрохимической активации, когда в результате образования внутри раствора протонов и гидроксилов полнее диссоциируют молекулы ПАВ и увеличивается их сорбционная емкость по извлекаемому компоненту. Кроме того, гидрофильными головками ионогенного ПАВ дополнительно искривляется и заряжается межфазная поверхность пузырьков и газовых стержней в процессе ионной флотации и ионной сублации другой несущей поверхностью (твердой, жидкой, жидкокристаллической), в том числе гидрофобной. Это могут быть бесконечные ленты, с одной стороны которых наклеено углеродное волокно или пучок струн, частично погруженных в раствор, куда введено ионогенное ПАВ с зарядом, противоположным извлекаемому компоненту. Или ионогенное ПАВ закрепляется на магнитных ультрадисперсных частицах, концентрирует вещество и извлекается из раствора внешним магнитным полем или концентрично перемещаемым относительно флотоколонки электромагнитом с заданной скоростью. При этом, как и при стержневой ионно-коллоидной флотации газовым потоком или газовым стержнем, скорость флотации не лимитируется гидравлической крупностью пузырьков, то есть скоростью их всплывания, которая обычно не превышает 10-30 см/с, что является недостатком известной флотации пузырьковой.

Для извлечения и концентрирования нефти и нефтепродуктов из глубины раствора или сточной нефтепромысловой воды, или нефти, разлитой на поверхности открытого водоема, ультрадисперсные магнитные частицы покрывают тонкой пленкой полистирола и вводят внутрь раствора или на свободную поверхность воды. При этом нефть и нефтепродукты стягиваются к ультрадисперсным частицам и извлекаются из раствора или с поверхности воды магнитом или электромагнитом. Для извлечения и концентрирования нефти разлитой по поверхности магнит или электромагнит устанавливается на катамаранном судне. Так можно концентрировать и извлекать пролитую нефть с открытых водоемов, морях реках в Персидском заливе, а также при аварийных изливах. Тонкая пленка на ультрадисперсные магнитные частицы типа γ-Fe₂O₃ или магнетита наносится путем конденсации паров стирола и полистирола или путем смачивания и пропитки пылевого порошка магнитных частиц или ржавчины с стальных резервуаров, преобразованной в магнетит, 5-20% -ным раствором гранулированного полистирола в толуоле с последующим испарением толуола и получением защитной гидрофобной магнитопроницаемой и водонефтепроницаемой пленку, предохраняющей ультрадисперсные частицы от слипания и растворения и облегчающей их регенерацию и повторное использование.

Использование в качестве частиц ионогенного ПАВ катионактивного цетилпиридинийхлорида дало возможность одновременно осуществить осветление и обеззараживание высокомутной Аму-Дарьинской воды в районе г. Нукус, отобранной из канала Кызкыткен, с предварительным закреплением гидрофильных головок цетилпиридинийхлорида на пузырьках газа и газового стержня, что позволило процессы обеззараживания и осветления совместить в одном флотоаппарате и получить воду питьевого качества.

В качестве частиц биоорганического происхождения были использованы зеленые шарики хлореллы (Chlorella Vulgarius) в сочетании с частицами ионогенного ПАВ, в частном случае с катионактивными ПАВ-цетилпиридинийхлоридом или триалкилбензиламмонийбромидом с целью концентрирования золота и урана в анионных комплексах (Au(CN)^-₂ и UO₂(CO₃)^2-₃). Сначала в раствор вводилась суспензия хлореллы, а затем катионактивное ПАВ и пузырьки газа, после чего раствор подвергался ионно-коллоидной флотации в течение 3 мин. При этом извлечение золота и серебра полное. Извлечение золота производили из технологических растворов после операции цианирования пульпы и отделения кека фильтраций на Чадакской золотоизвлекательной фабрике, а извлечение урана осуществляли из пластовых и рудничных (шахтных) вод. Концентрирование золота и урана осуществлялось на микроскопических зеленых шариках хлореллы и частицах катионактивного ПАВ, а извлечение из раствора осуществляли пузырьковой ионно-коллоидной флотацией. При этом было установлено, что золото, серебро и уран извлекается в пенку вместе с зелеными шариками хлореллы, а раствор обеспечивался, обеззолочивается и безуравнивался. Затем пенный продукт вместе с хлореллой подсушивался и сжигался, а в золе концентрировались дополнительно золото, серебро и уран. Так содержание золота в зоне составило 84 мг/г, при исходном содержании золота в растворе 2, 2 мг/л. Исходную и конечную концентрацию металлов определяли атомно-абсорбционным методом, вводя пробу водной фазы в воздушно-ацетиленовое пламя атомно-абсорбционного спектрофотометра.

Таким образом, при ионно-коллоидной флотации достигали искривления межфазной поверхности пузырьков как микроскопическими шариками хлореллы, так и частицами ионогенного ПАВ в данном случае головками гидрофильной группы катионактивного ПАВ, используя гидрофобный углеводородный радикал для флотации, а заряженные гидрофильные головки ПАВ для концентрирования противоионов раствора в виде анионов и анионных комплексов.

Помимо указанных частиц, в качестве других частиц можно использовать нейтроны, элементарные частицы, электроны, идущие в раствор в виде пучка, а также космические частицы - лучи и лучи лазера.

Ввод частиц осуществляют как снаружи так и изнутри раствора гидродинамическим, газодинамическим, электролитическим (электрохимическим), химическим путем и их комбинацией. Например, гидродинамическим ионным, протонным, гидроксильным, кластированным, молекулярным электронным пучком или газодинамическим пучком атомов, ионов, молекул, коллоидов, ультрадисперсных частиц, нейтронов и электролитически заряженных микропузырьков газа. Использование цепных и экзотермических реакций в сочетании с униполярной электрообработкой и активацией позволяет с помощью скиммерных отверстий, сопла Лаваля и фокусировки формировать пучки частиц, в том числе и ускоренных, достаточной интенсивности для пронизывания раствора. При вводе частиц в раствор энергия пучка частиц может достигать 2-20 кэВ, если ввод осуществляется внешним газодинамическим путем. Использование же униполярной электрообработки раствора и пластовой воды или газового раствора позволяет существенно упростить ввод частиц и дает возможность получить их непосредственно внутри самого раствора и воды в виде протонов, гидроксилов, ионов и электронов, вокруг которых, в силу высокой кривизны и заряда этих частиц, концентрируется ионная атмосфера (шуба противоионов раствора) с образованием сконцентрированного вещества в виде кластеров и ассоциацией гораздо большего диаметра, чем сами эти частицы, с последующим отделением концентрата вещества путем пропускания обработанного раствора через полупроницаемую мембрану или проницаемую диафрагму. В качестве проницаемой диафрагмы применен брезент или капиллярно-пористый никелид титана. Диафрагма из капиллярно-пористого никелида титана при необходимости может быть легко преобразована в ионообменную путем адсорбции на нее ионообменного материала или ионогенных ПАВ. Проницаемая по току и молекул растворителя (воды) диафрагма легко отделяет частицы с ионной атмосферой, кластеры и ассоциации и сконцентрированное вещество путем пропускания обработанного раствора через полупроницаемую мембрану или проницаемую диафрагму. Кроме того, диафрагма из никелида титана стерильна, обладает упругоэластичной пористостью. При пропускании через нее электротока она нагревается и увеличивает размер пор, а при охлаждении уменьшает, что позволяет управлять процессом фильтрации и ультрафильтрации и успешно проводить отделение концентрата, не загрязняя раствор при этом, регулируя пористость, качество раствора и производительность. Кроме того, такая пористая упруго-эластичная диафрагма может одновременно являться электродом-носителем в форме стержня или пористой ленты, например бесконечной, при стержневой или ленточной ионной сублации вещества из раствора, на которую в свою очередь могут быть нанесены частицы ионогенного ПАВ с зарядом, противоположным извлекаемым ионам, в том числе и комплексным (аммиакатам, хлоридам ценных металлов). Применяемый для селективной флотации газ аммиак или хлор, могут попутно вырабатываться при униполярной электрообработке азотсодержащих сточных вод или пластовых вод нефтяных месторождений. Заряженные частицы могут ускоряться для обеспечения заданной интенсивности путем воздействия на пучок частиц магнитного электромагнитного поля. Ускорение заряженных частиц может осуществляться периодическим в пространстве магнитным полем и переменным во времени электромагнитным полем, в частном случае электростатическим полем в направлении инжекции пучка. Плотность пучка заряженных частиц может усиливаться путем установки на его пути монокристаллической подложки с условием осевого или плоскостного каналирования атомов, ионов и электронов с целью дополнительного получения вторичных атомов, ионов и электронов, которая устанавливается перед обрабатываемым раствором. Монокристаллическая подложка устанавливается так, что ее кристаллографические оси совпадают с направлением пучка заряженных частиц или радиоактивных частиц. Основной пучок частиц выбивает из подложки вторичные частицы: ионы, атомы и электроны, которые внедряются в обрабатываемый раствор, являясь дополнительными центрами концентрирования вещества.

Пронизывая раствор частицами достаточной интенсивности и большими скоростями, шуба в виде противоионной атмосферы срывается и концентрирование вещества (ионов, молекул, коллоидов) из раствора происходит вокруг вакансий, где дискретно проходила частица или поток частиц. Такая "шуба" с повышенной концентрацией противоионов размывается не сразу Броуновским движением, а сохраняется некоторое время (обычно несколько минут). За это время проницаемой диафрагмой или гиперфильтрацией отделяют избыточную концентрацию в виде ионных оболочек ("шубы") от обедняемого раствора.

При умеренной интенсивности потока частиц и микропузырьков оболочка с повышенной концентрацией вещества выпрыгивает над свободной поверхностью раствора и разрывается, образуя микрокапельки повышенной концентрации ионов (вещества, коллигенда), а концентрат отделяют электростатической сепарацией.

Необходимый размер частиц и их ввод в раствор осуществляют, например, с помощью электрических проводников. Для этого проволочки-проводники погружают в жидкий или газообразный раствор и по ним пропускают импульсный ток, от которого проводники взрываются, образуя ультрадисперсные частицы в растворе (жидком, водном, газовом или даже органическом). Погружая проволочки-проводники в жидкий или газообразный азот и пропускают по ним импульсный ток, от которого проводники взрываются с образованием частиц заданного размера в виде частиц и ионов металла или азидов тяжелых металлов. Если проволочки серебряные или металлические и посеребренные, то выходят ультрадисперсные частицы азида серебра AgN₃ и других металлов. По другому варианту частицы получают разложением азидов тяжелых металлов под действием сфокусированного линзой солнечных лучей или лазерного луча. В результате излучения и повышения температуры азиды тяжелых металлов разлагаются с взрывом, образуя ультрадисперсные частицы металла заданного размера и газообразный азот. При этом данная технология позволяет как вводить эти частицы в раствор извне, так и получать их в глубине самого раствора жидкого или газового. А при необходимости и заряжать частицы электрическим или магнитным зарядом, например коронным разрядом или ионогенным ПАВ, электрическим или магнитным полем.

П р и м е р 1. Пластовая вода хлоркальциевого типа с минерализацией 96 г/л, содержащая 34 мг/л лития, подвергается униполярной электрообработке в зоне катода при плотности электродного тока 240 А/м² до щелочной реакции (рН 9-12) в катодной камере. Пропуская газ через проницаемую пористую керамическую диафрагму фильтра Шотта в раствор католита, пузырьки газа (воздуха) заряжают отрицательно за счет вводимых частиц гидроксилов, образованных при униполярной обработке воды. Вокруг гидроксильных групп, закрепленных на межфазной поверхности электролитически заряженных пузырьков, концентрируют катионы лития в виде ионной атмосферы, придавая пузырькам дополнительную шероховатость и более развернутую поверхность. Противоионная литиевая оболочка вместе с пузырьками вследствие Архимедовой подъемной силы выносится на свободную поверхность, где под действием избыточного давления внутри пузырька разрывается на микрокапельки и улавливаются над поверхностью электростатическим сепаратором, поляризуясь и притягиваясь к противоположно заряженному электроду, где конденсируются и сливаются в крупные капли, стекая в приемную емкость обогащенного раствора с 10-и кратным обогащением по литию. Вследствие высокой подвижности и малой гидратируемости литий извлекается в первую очередь. Извлечение лития за 3-ступени полное.

П р и м е р 2. Во флотоколонку заливается пластовая вода хлоркальциевого типа по примеру 1, которая помимо лития с концентрацией 34 мг/л, содержит примеси других компонентов (Са²⁺, Mg²⁺, Cl-), в подавляющем количестве. С целью селективной флотации лития применен газ азот в качестве флотоагента и носителя. Азот диспергировали в пластовую воду в виде газовых включений - рузырьков при прохождении азота через фильтр Шотта. В качестве частиц размером 1,6х10^-7 см и менее использовали катионактивное ПАВ -триалкилбензиламмонийхлорид, который в силу своих поверхностных свойств адсорбировался на пузырьках, ориентируясь головками гидрофильной группы в раствор, а гидрофобной в азот. В свою очередь азот, реагируя с литием, образует нитрид лития (Li₃N), который селективно извлекается из раствора ионно-коллоидной флотацией в присутствии триалкилбензиламмонийхлорида в количестве 100-200 мг/л. Извлечение лития 100% . Время ионноколлоидной флотации, необходимое для полного извлечения лития, составляет 10 мин. В процессе ионно-коллоидной флотации пузырьки выпрыгивают из раствора и лопаются, а нитрид лития улавливается над поверхностью электросепаратором, но может и сниматься с пенкой.

П р и м е р 3. В пластовой воде хлоркальциевого типа содержится 34 мг/л лития и 20 мг/л лантана. Для их разделения в качестве флотоагента использовали газ аммиак. Аммиак в виде пузырьков вводился в пластовую воду через фильтр Шотта и диспергировался в ней, затем в качестве частиц использовали анионактивное ПАВ-каприновую кислоту с дозировкой 150 мг/л. При флотации аммиаком образуются комплексные катионы аммиакаты лития в форме LiCl˙ 4NH₃, которые флотируют в первую очередь со степенью извлечения 99% , а затем достигается полное извлечение лантана. Съем лантана и лития осуществляется над поверхностью воды электросепарацией при разрыве пузырьков на микрокапельки. Под действием электрического (электростатического) поля микрокапельки индуктируются, поляризуются до диполей и наэлектризованные притягиваются к противоположно заряженной поверхности электрода. Пластины электродов располагаются над свободной поверхностью, куда устремляются выпрыгнувшие пузырьки с нагруженной компонентом оболочкой, а при разрыве ее - микрокапельки, где они конденсируются, укрупняются в крупные капли и сливаются в приемник концентpата. При этом кратность обогащения по литию составляет 16 и по лантану 20 раз. Возможно также отделение лантана и лития путем отделения пенки или вакуумотсоса микрокапелек в момент выпрыгивания пузырьков над свободной поверхностью и разрыва нагруженной противоионами оболочки. По сравнению с пенным концентрированием вакуумный отсос и электростатическая сепарация имеет то преимущество, что предотвращается повторное растворение пенки-сублата и переход ионов снова частично в раствор. Кроме того, нет нужды в подборе такого собирателя в виде ионогеннного ПАВ, которое с извлекаемым компонентом давало бы труднорастворимое соединение.

Следует заметить, что для коллективной ионной флотации лития, лантана, меди, никеля, серебра, бария, стронция, магния и кальция из пластовых вод и технологических растворов, находящихся в катионной форме, в качестве частиц ионогенного ПАВ можно использовать анионактивные ПАВ, например жирные карбоновые кислоты, в частности каприновую, лауриновую, пальмитиновую и стеариновую кислоты. Извлечение компонентов осуществляется в пенку-сублат с последующим ее отделением и регенерацией 5-10% раствором уксусной кислоты с получением ацетата металла в виде товарной продукции и отрегенерированной жирной карбоновой кислоты, возвращаемой снова в процесс ионной флотации. Регенерация же насыщенной компонентом жирной карбоновой кислоты, являющейся анионактивным ПАВ, легко осуществляется кислым анолитом, полученным при униполярной электрообработке пластовой воды в зоне анода. При этом затрат химических реагентов на регенерацию ионогенного ПАВ не требуется. Кроме того, часть металлов переводим в хлоридные анионные комплексы, не флотируемые анионным ПАВ, и тем самым повышаем селективность ионной и стержневой флотации с использованием частиц с радиусом 1,6 х 10^-7 см и менее. Концентрирование простых и комплексных анионов и их извлечение осуществляем при использовании в качестве частиц катионоактивного ПАВ, в том числе и в сочетании с униполярной электрообработкой, когда вследствие электрохимической активации и окисления на аноде повышаем зарядность извлекаемого иона, например сурьмы и церия по механизму Sb⁺³ - 2e -> Sb⁺⁵ и Ce⁺³ - е -> Се⁺⁴, что повышает флотоактивность иона.

Катионы тяжелых металлов Hg²⁺, Bi³⁺, Au⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, а также Pt, Be, Sb, Ti, Ge, Sn могут переводиться при униполярной обработке в зоне анода в анионную комплексную форму и маскироваться при флотации с применением анионактивных ПАВ других катионов или селективно извлекаться при ионной флотации с применением катионактивных ПАВ. Так ртуть и сурьма переводятся в анионные комплексы HgCl₄^2- и SbCl₄^2- и флотируют с применением в качестве частиц бриллиантового зеленого, обладающего свойствами катионактивного ПАВ. При этом извлечение ртути и сурьмы из пластовых вод хлоркальциевого и хлорнатриевого типа соответственно составляет 96 и 99% , а в сочетании с униполярной обработкой воды достигается полное их извлечение.

П р и м е р 4. Пластовая вода хлоркальциевого типа одного из месторождений Средней Азии, содержащая, мг/л: бериллий 5; германий 3,8; литий 60; алюминий 28, стронций 376, и г/л: кальций 7; магний 0,68; натрий + калий 29.7; бикарбонат 0,27 с общей минерализацией 98,2 и рН 6, подвергается сначала униполярной обработке в зоне анода до значений рН 1-2, затем ионной флотации в присутствии в качестве частиц ионогенного ПАВ - катионактивного триалкилбензиламмонийхлорида, катионактивная группа гидрофильной головки которого не превышает радиуса 1,6 х 10^-7 см. В качестве флотоагента использовали хлор, который вырабатывался в процессе униполярной электрообработке пластовой воды в зоне анода и диспергировался через фильтр Шотта в раствор флотоколонки по замкнутому циклу. При контактировании хлор-газа с водой в процессе пузырьковой ионной флотации бериллий из катионной формы переводили в анионный комплекс BeCl₄^2-, катионную форму германия превращали в анионный комплекс GeCl₆^2-, которые флотировали в присутствии катионактивного ПАВ триалкилбензиламмонийхлорида и улавливали над свободной поверхностью при разрыве оболочек пузырьков электросепарацией в виде заряженных и поляризованных микрокапелек. По другому варианту концентрат снимали в виде пенки, если продукт электростатического взаимодействия ионогенного ПАВ и компонента труднорастврим. При этом остальные мешающие ионы, находящиеся в превалирующем количестве в катионной форме, остаются в растворе. Степень извлечения из раствора бериллия и германия соответственно составила 99 и 96% .

П р и м е р 5. Условия опыта как в примере 6, только ионогенное ПАВ не вводится, а в качестве частиц с радиусом менее 1,6 х10^-7 см в раствор вводят протоны, которые образуют внутри раствора при униполярной обработке в зоне анода. При пропускании через раствор анолита пузырьков воздуха посредством пористого фильтра Шотта пузырьки заряжают положительно. Положительно заряженные пузырьки из глубины раствора притягивают в соответствии с законом Кулона и вследствие малого радиуса кривизны протонов, расположенных на межфазной поверхности пузырьков, анионные комплексы бериллия и германия, извлекая их на поверхность раствора или в тонкий слой экстрагента органического нерастворимого в воде, или электростатической сепарацией в глубине раствора или над ним в момент выпрыгивания пузырька из раствора и его разрыва на мелкие капельки нагруженной противоионами оболочки. В противном случае, если не принять мер по улавливанию, пузырек, выходя на свободную поверхность, лопается, а извлеченные ионы и коллоиды снова уходят в раствор. Поэтому, сразу после выхода нагруженного пузырька на свободную поверхность, производится вакуум-отсос или улавливание электростатическим полем. В общем случае производят электромагнитное или магнитное улавливание, если капельки, ионы, молекулы, коллоиды и атомы обладают магнитным зарядом (моментом). В противном случае в раствор или пластовую воду вводят ультрадисперсные магнитные частицы размером (1,6-1,0)х10^-7 см, вокруг которых в силу большой кривизны, структурного натяжения и супермагнитных явлений концентрируются ценные вещества из раствора, которые извлекают на поверхность бегущим магнитным полем. В качестве магнитных частиц используют коллоидно-дисперсный порошок магнитных частиц γ -Fe₂O₃. В указанных случаях достигается полное удаление германия и бериллия из раствора при кратности концентрирования германия 62 и бериллия 73 раза. Аналогичные результаты получают при использовании электроактивных частиц заданного размера.

П р и м е р 6. Условия опыта те же, что и в примере 5, то есть в обедняемый раствор, содержащий бериллий и германий, вводятся в качестве частиц протоны, полученные внутри раствора при униполярной обработке пластовой воды в зоне анода. Вокруг протонов (Н⁺) как частицах малого радиуса (менее 1,6х10^-7 см) и большой кривизны и положительного заряда, концентрируются галиды металлов BeCl₄^2- и GeCl₆^2-, образуя вокруг них более крупную оболочку сконцентрированного вещества, что дает возможность выводить и отделять их от раствора, играя на подвижности и крупности таких ассоциатов. С целью повышения степени концентрирования и обеспечения извлечения веществ в ионной форме, в данном случае анионной, сконцентрированное вещество отделяют путем пропускания униполярно обработанного раствора через полупроницаемую мембрану или проницаемую диафрагму, собирая по одну стороны мембраны или пористой диафрагмы крупные ассоциаты ионов и пропуская через поры молекулы воды и мешающие ионы. Для этого анолит подвергается гиперфильтрации без фазовых превращений растворенных веществ. Раствор пропускают через полупроницаемую мембрану из целофана, брезента или асбестовую диафрагму (с опорной основой - каркасом) и что еще лучше через капиллярно-пористую диафрагму из никелида титана под давлением, превышающем осмотическое. С противоположной стороны мембраны или диафрагмы отводится обедненный фильтрат, а укрупленные оболочки вокруг протонов с концентратом комплексных анионов бериллия и германия скапливаются в объеме раствора перед мембранной или диафрагмой. Извлечение германия и бериллия составляет 99 и 96% соответственно при давлении подаваемого раствора перед полупроницаемой мембранной или проницаемой диафрагмой 6 МПа и производительности полупроницаемой целофановой мембраны 250 л/сут через 1 м² и капиллярно-пористой никелидотитановой диафрагмы 1250 л/сутки через 1 м². Полное извлечение бериллия и германия достигается при гиперфильтрации газожидкостной смеси раствора из коллоидно-дисперсных пузырьков, полученных при совместной униполярной обработке воды и ультразвуковом воздействии, например, ультразвукового диспергатора УЗДНТ-2Т, создающего электрические колебания с частотой 44 кГц. Образующиеся при этом пузырьки настолько мелкие, что практически обладают нулевой скоростью всплывания. В этом случае комплексные анионы концентрируются не только вокруг протонов Н⁺ как заряженных частиц, но и вокруг электролитически заряженных пузырьков газа. Отделяя оболочки протонов и микропузырьков с концентратом от раствора гиперфильтрацией, получаем также обогащенные по ценным компонентам растворы перед полупроницаемой мембраной, в том числе и ионообменной, или диафрагмой.

И наоборот, подвергая раствор или пластовую воду униполярной электрообработке в зоне катода, получают частицы в виде гидроксила ОН^- и отрицательно заряженные микропузырьки при пропускании газа через керамический пористый фильтр в том числе. Вокруг этих частиц (гидроксила и электролитически заряженных пузырьков, в том числе подвергнутых ультразвуковой дисперсии) вследствие большой кривизны и заряда концентрируется вещество из раствора, в данном случае катионы, извлечение которых осуществляют гиперфильтрацией или внешним электромагнитным полем, магнитным или электрическим бегущим полем или перемещаемыми снаружи флотоколонки электростатическими или магнитными полями, например подвижными электромагнитами и магнитами. При этом способ допускает и сочетание с вводом частиц ионогенного ПАВ, униполярной электрообработки и электромагнитного извлечения из раствора ценного компонента. При этом благодаря заряду электролитических пузырьков происходит его усиление и усиление электрического поверхностного потенциала межфазной поверхности. Так введение ионогенного ПАВ, например катионоактивного в униполярнообработанную воду или раствор в зоне анода, позволяет полнее диссоциировать молекуле ПАВ, раскрывая ионообменные группы для захвата противоионов и коллоидов из раствора, повышать емкость сорбционную самого катионактивного ПАВ. И, наоборот, вводя частицы ионогенного ПАВ, например, анионоактивного в воду, подвергнутую или подвергаемую униполярной электрообработке в зоне катода, дополнительно увеличивают сорбционную емкость АПАВ и, следовательно, повышают степень концентрирования и извлечения веществ из раствора.

При этом следует заметить, что униполярной электрообработке могут подвергаться не только водные, органические или в общем жидкие растворы, но и газовые, например, влажный или частично умышленно ионизированный газ, при этом ионы и частицы электрохимически активируются и очистка газовых растворов от ценных компонентов и вредных примесей имнтенсифицируется. При этом униполярная обработка газа, сопровождающая его активацией, осуществляется следующим образом. Замкнутый объем газа разделяют токопроницаемой перегородкой диафрагмой, в том числе и смоченной, а в образовавшиеся отсеки погружают электроды, в том числе пористые и волокнистые, например, из углеводородного волокна или графита или платинированной стали. Раствор газа подвергают затравочной ионизации, например вспышкой света, излучением, изотопом, разрядом, или вводят тонко распыленную жидкость. После частичной ионизации в электродные камеры подают от источника постоянного тока, например высоковольтного, напряжение, получая отрицательно заряженные частицы и аэрозоли в анодной камере, и положительно заряженные частицы и аэрозоли в катодной камере. То есть ионизируют газ, разделяя его на положительно и отрицательно заряженный. Удержание ионизированного газа в камерах может осуществляться с помощью магнитных ловушек, а при необходимости возможен и отсос ионизированного газа в виде холодной плазмы.

П р и м е р 7. В пластовую воду, содержащую лития 60 мг/л и стронция 376 мг/л, вводят тонкоизмельченные на коллоидной мельнице ферромагнитные частицы, полученные после магнитной сепарации тонкого помола огарков висмутомышьякового производства. Собрали три фракции магнитных частиц: I фракция диаметром 3х10^-3 см, 2 фракция диаметром 3х10^-6 см и 3 фракция диаметром 3х10^-7 см. В три пробы, содержащие по 1 л пластовой воды, ввели магнитные частицы соответственно 1-й, 2-й и 3-й фракции в количестве каждая по 10 г/л. Затем пробы тщательно взболтали в цилиндрах высотой по 500 мм в течение 30 мин и оставили на отстой; 1-я проба осветлилась за 15 мин, вол 2-й и 3-й пробе взвесь не отстоялась и за неделю. Спустя неделю из 1-й пробы 1-го цилиндра отобран чистый слив на содержание лития и стронция, остаточное содержание которых соответственно составило 57 и 368 мг/л со степенью извлечения из раствора 5,0 и 2,1% . Отделение магнитных частиц после недельного контакта частиц с раствором во 2-м цилиндре 2-й пробы произведено концентричным магнитом с напряженностью магнитного поля 1500 Э, перемещаемым вдоль стеклянного цилиндра со скоростью 10 м/ч. Для отделения магнитных частиц в 3 цилиндре 3-й пробы потребовалось напряженность магнитного поля 15000 Э. В осветленных пробах 2 и 3 определено остаточное содержание лития и стронция, которое соответственно составило: по литию - 49,2 и 0,7 мг/л и по стронцию 344 и 27 мг/л, что по степени извлечения из раствора соответственно составляет по литию 18,0 и 98,8% и по стронцию 8,5 и 92,8% . Следовательно, введение в раствор частиц с радиусом кривизны 1,5 х 10^-7 см позволяет добиться мощного концентрирования вещества (ионов) сильно искривленной межфазной поверхностью частиц.

П р и м е р 8. Во флотоколонку залили 1 л пластовой воды с содержанием Li⁺60, Sr²⁺ 376 мг/л, затем ввели в воду фракцию магнитных частиц диаметром 3х10^-3 см в количестве 10 г в расчете на 1 л раствора (воды), предварительно обработав поверхность частиц керосином. После чего в раствор (воду) дополнительно ввели частицы ионогенного ПАВ, а именно каприновую кислоту, представляющую собой анионактивное ПАВ, в количестве 200 мг/л. В силу своих поверхностно-активных свойств анион-активное ПАВ уходит на межфазную поверхность магнитных частиц, дополнительно ее искривляя гидрофильными головками, несущими отрицательный заряд, и ориентированными в раствор (воду), а гидрофобным цепочечным радикалом в аполярную пленку керосина на магнитных частицах. Развернутая дополнительно межфазная поверхность магнитных частиц создает отрицательный заряд и поверхностный потенциал, который электростатически притягивает катионы из раствора, в частности стронций в форме Sr²⁺, удерживая катионы эти в оболочке вокруг заряженных частиц с радиусом головок каприновой кислоты порядка 2,08х10^-8 см, что меньше 1,6х10^-7 см. Отрицательно заряженные головки анион-активного ПАВ в стехиометрическом количестве сорбируют из раствора катионы стронция. Извлечение стронция вместе с частицами магнитными и АПАВ осуществляют бегущим магнитным полем или путем перемещения концентрично расположенного вокруг флотоколонки магнита (электромагнита) с напряженностью 2500 Э. Сорбированный стронций извлекают магнитным подвижным полем за пределы свободной поверхности раствора (пластовой воды). Магнитные частицы разгружают в бункер. Насыщенная ионами стронция и лития Li⁺ каприновая кислота регенерируется кислым раствором анолита или 1-10% раствором уксусной кислоты, или соляной кислоты и возвращается в процесс. При этом степень извлечения стронция и лития из раствора с аполярной пленкой на магнитных частицах, предотвращающая их слипание, составляет по 100% , а без нее по стронцию 97 и по литию 98% .

П р и м е р 9. Водный раствор, содержащий 82 мг/л ВеCl₄^2-, двигающийся плоским потоком (каналом), пронизывается потоком частиц протонов, приторможенных магнитным (электромагнитным) полем до скоростей на выходе из раствора 20 м/ч с отколонением заряженных частиц в растворе и улавливанием нагруженных протонов комплексными анионами бериллия электромагнитным полем (электрическим, магнитным) как в глубине раствора, так и над раствором. При этом остаточное содержание бериллия составляет 0,5 мг/л и степень извлечения 99,4% .

Для извлечения бериллия в катионной форме используют поток пучка электронов. Источником электронов служит эмиттер, например вольфрамовая нить, которая при нагреве электротоком до температуры 2900^оС. в результате термоэмиссии испускает свободные электроны, ускоряемые электростатическим полем. Электростатическое поле создают между фокусирующим электродом и анодом. Между катодом и фокусирующим электродом приложено отрицательное напряжение (напряжение смещения), величина которого плавно меняется. Катод располагается внутри фокусирующего электрода, благодаря чему достигается хорошее управление пучком электронов. Сам фокусирующий электрод выполняют в форме цилиндра Венельта. При средних оптимальных напряжениях смещения электроны, уходящие с катода, дают параллельный пучок. Интенсивность потока можно регулировать конденсорами, а его плотность установкой экрана из фольги, например монокристаллической, непосредственно перед раствором. Фольгу устанавливают и ориентируют по отношению к пучку электронов с выполнением условия осевого или плоскостного каналирования электронов. При этом выбитые электронным пучком из фольги вторичные электроны и ионы повышают интенсивность пучка уже комплексного в виде частиц ионов и электронов, что обеспечивает проникновение их на заданную глубину раствора, вглубь раствора и даже пронизывания его при больших интенсивностях, с образованием внутри раствора (жидкого или газообразного) вакансий, вокруг которых конденсируется и концентрируется вещество, что достигается фокусировкой и ускорением пучка заряженных частиц периодическим в пространстве магнитостатическим полем и переменным во времени электромагнитным полем. Ввод таких частиц в раствор осуществляют при значениях энергии направленного движения ионов, протонов и электронов в диапазоне 2х102 - 20х10+ эВ. Следует заметить, что помимо указанных частиц можно использовать нейроны и -облучение раствора, то есть радиоактивные частицы жестких и мягких лучей, в том числе космических и лазерных. При взаимодействии частиц высокой проникающей способности с противоионами раствора вокруг них концентрируется вещество, которое выносится либо самим потоком этих частиц за пределы раствора или на его поверхность, либо частицы закрепляются на подвижном носителе в виде твердой, жидкой, жидкокристаллической или газовой межфазной поверхности.

П р и м е р 10. Высокомутная Аму-Дарьинская вода, отобранная из канала Кызкыткен под г. Нукусом в паводок и содержащая в пробе 8569 мг/л взвешенных коллоидно-дисперсных частиц по цвету напоминающая какао, вследствие отрицательного заряда тонких глинистых частиц трудно осветляется (даже в течение недели сохраняется мутность), была подвергнута униполярной электрообработке в зоне анода. Анолит обработали ионно-коллоидной флотацией пузырьковой, при диспергировании газа (воздуха) в раствор через пористое спеченное стекло фильтра Шотта N 4. Пузырьки газа в кислом растворе анолита заряжаются положительно, поскольку отклоняются от поверхности, заряженной положительно, электростатически притягивают отрицательно заряженные частицы тонкой коллоидно-дисперсной взвеси, вынося ее на свободную поверхность, где пузырьки лопаются, заряд нейтрализуется, частицы коагулируют. Прекращая подачу пузырьков и подвергая раствор отстаиванию, получаем чистый слив без затрат коагулянта и флокулянта. Время отстоя 30 мин. Прозрачность осветленного раствора 300 мм по шрифту Снеллена. Если требуется нейтрализовать раствор, его подвергают униполярной обработке в зоне контакта, что достигается переполюсовкой.

П р и м е р 11. Условия опыта, что и в примере 10, только подачу газа не прекращают, а в раствор вводят катионактивное ПАВ - цетилпиридинийхлорид с концентрацией 200 мг/л. Гидрофильные головки катионактивного ПАВ закрепляются на межфазной поверхности пузырьков, ориентируясь отрицательным зарядом в глубь раствора, а гидрофобным радикалом в газовую фазу пузырька. Вследствие чего поверхность пузырька дополнительно искривляется, приобретает развеpнутую более поверхность и одновременно заряжается, что обеспечивает мощное концентрирование вещества, а именно коллоидных частиц глины вокруг пузырька размером 0,05 см при газонасыщенности раствора 1,18. При этом одновременно с пузырьковой ионно-коллоидной флотацией произошло обеззараживание воды. Конечный коли-индекс отфлотированной воды 2 при исходном 2700 и размере коллоидных частиц глины в исходной воде в пределах 0,0008 - 0,000008 мм. За время ионно-коллоидной флотации 3 мин, прозрачность отфлотированной воды 300 мм по шрифту Снеллена. Размер головки КПАВ по изотерме адсорбции равен 2,72х10^-8 см.

П р и м е р 12. Высокомутная вода по примеру 11 подвергается униполярной электрообработке в зоне катода до рН 9-10. При этом наблюдается инверсия заряда глинистых частиц, которые меняют заряд на противоположный, т. е, из отрицательного становятся положительным. Пропуская газ (воздух) через пористый керамический фильтр Шотта, пузырьки в щелочной среде католита заряжаются отрицательно и также коагулируют коллоидно-дисперсную глину с получением чистого слива после прекращения подачи газа и отстаивания. Время отстоя до полного осветления 25 мин. Для ускорения процесса вводят анионакитивное ПАВ - каприновую кислоту (или спиртовой раствор пальмитиновой кислоты) в католит и подвергают его коллоидной флотации пузырьковой. Степень извлечения коллоидных частиц при этом составляет 99,9% за 2,5 мин.

П р и м е р 13; Раствор, содержащий 44 мг/л лантана в форме катиона (La³⁺), подвергается стержневой ионной флотации газовым потоком в виде газового стержня (воздушного). Толщина водного раствора, стекающего кольцевым сечением, равна 1,5 мм, диаметр газового стержня 15 мм. Движение потока раствора и газового потока в виде газового стержня однонаправленное, сверху вниз. Отклонение потока в нижней части флотоколонки выполнено под углом 60^о с расширением в виде диффузора. В верхнюю часть флотоколонки в форме конфузора вводится ионогенное ПАВ - анионактивная каприновая кислота, в количестве, обеспечивающем монослойное покрытие газового стержня ионогенным ПАВ. Гидрофобный углеводородный радикал цепочкой частокола обращен в газовый подвижный стержень, а именно в газовый поток, полярные же заряженные отрицательно головки ионогенного ПАВ (каприновой кислоты анионактивной) обращены в жидкую фазу раствора.

Таким образом, цилиндрическая межфазная поверхность газового стержня (или пучков газовых стержней) дополнительно искривляется и увеличивается путем введения в качестве частиц - ионогенного ПАВ, размером менее 1,6х10^-7 см. Фактический размер головки порядка 2,08х10^-8см, а длина углеводородного радикала, сшитого с газовым стержнем (газовым потоком), 20х10^-8 см. Малый радиус головки ИПАВ дает большую кривизну (I/R) и мощное концентрирование вещества в виде трехзарядных катионов лантана. Снаружи газового стержня электростатически "прилипает" повышенная концентрация противоионов лантана, которая в виде оболочки увлекается газовым стержнем и выводится из раствора, например гидродинамическим отрывом погранслоя, обогащенного противоионами, или электростатическим (электрическим) полем выдергиваются, как репки вместе с оболочками концентрата, или приповерхностный обогащенный слой срезается тонким лучом лазера, путем подсечки потока, например плоского, или срезаются тонким лезвием. В нижней части флотоколонки на участке отклонения диффузора радикалы отрываются вместе с головкой и оболочками сконцентрированного вещества вокруг них. При больших скоростях газового потока (стеpжня) возможен отрыв вместе с обогащенным пограничным слоем. Сила отрыва регулируется скоростью потока или напряженностью электрического поля (электростатического), а в общем электромагнитного. Поскольку сила отрыва связана с поверхностным натяжением по периметру, который характеризует диаметр, то для каждого атома, иона, молекулы существует специфическая сила выдергивания (отрыва), благодаря чему обеспечивается селективность извлечения. Полное извлечение лантана стержневой ионной флотацией достигается при рН 8,5-9,0 в течение 2 мин. В то же время как при обычной ионной флотации не достигается полного извлечения даже при обычном времени флотации 20 мин.

П р и м е р 14. Золотосодержащий раствор после цианирования пульпы и отделения кека на вакуум-фильтрах осветляется и обескислороживается до 0,19 мг/л О₂. Осветленный цианистый раствор с содержанием золота 2,2 мг/л при рН 10 подвергается ионной флотации с добавлением частиц радиусом (1,0-1,6)х10^-7 см из расчета 2 г/л. В качестве частиц использован тонкодисперсный активированный уголь марки КАД-йодный и частицы катионактивного ПАВ - триалкилбензиламмонийбромида. Извлечение золота произведено пузырьковой ионной флотацией в тонкий слой ароматического углеводорода (бензола или толуола) с использованием в качестве флотоагента газообразного азота или воздуха. При этом частицы угля и пузырьки дополнительно искривлялись головками ИПАВ и флотация золота вместе с пылевой фракцией угля осуществлялась ионно-коллоидной флотоэкстракцией в слой ароматического углеводорода, плавающего на свободной поверхности раствора. При этом раствор обесцвечивался, а флотоэкстрагент принял темный цвет, характерный для частиц угля. Затем экстрагент отделялся от раствора простым сливом и подвергался регенерации путем термической отгонки (или вакуум-отгонки) ароматического растворителя, а пылевая фракция угля подвергалась сжиганию с получением обогащенной по золоту золы или сам уголь подвергался регенерации с повторным его использованием вместе с ароматическим углеводородом. При этом обеззолочивание технологического раствора с использованием в качестве флотоагента азота полное, а с использованием воздуха извлечение золота из раствора 99% . Прямое же извлечение золота из технологического осветленного цианистого раствора с использованием только частиц ионогенного ПАВ (триалкилбензиламонийбромида или хлорида) пузырьковой ионной флотацией при использовании в качестве флотоагента воздуха составляет 98% . Расход ИПАВ с 1,2 избытком от стехиометрии.

П р и м е р 15. Технологический осветленный цианистый раствор подвергается униполярной электрообработке в зоне катода и анода. При этом емкость ИПАВ (триалкилбензиламмонийхлорида) по золоту из католита 3,5 мг/г, а из анолита после 5-минутной ионной флотации 5,5 мг/г, что по-видимому объясняется более полным раскрытием ионогенных катионактивных групп в электролитически подкисленных растворах, а также подвижностью ионов и дополнительным искривлением поверхности гидроксилами и протонами. Емкость же ИПАВ по золоту в растворах без униполярной обработки не превышает 3,0 мг/г.

П р и м е р 16. Шахтная вода с содеpжанием урана 0,06 мг/л находящегося в анионной карбонатной форме подвергается ионно-коллоидной флотации путем ввода в качестве частиц - зеленых шариков хлореллы Вульгариус и частиц катионактивного ПАВ - цетилпиридинийхлорида. Расход зеленой хлореллы 2 г/л (в расчете на сухую массу) и цетилпиридинийхлорида - 200 мг/л. Извлечение урана вместе с хлореллой в пенку составляет 99,9% . При этом на частицах хлореллы сорбируется уран в форме UO₂(СО₃)^2- и извлекается ионно-коллоидной флотацией при рН 9,5. Аналогично из пластовых вод, где есть уран.

П р и м е р 17. Раствор, содержащий цезий 20 мг/л, подвергается ионно-коллоидной флотации с вводом частиц ферроцианида, а еще лучше когда эти частицы вводятся в раствор химическим путем, например при взаимодействии в растворе солей железа и желтой кровяной соли с образованием ферроцианидов в форме берлинской лазури. Размер частиц берлинской лазури имеет радиус (1,0-1,6)х10^-7 см. благодаря чему искривляется межфазная поверхность и происходит концентрирование вокруг этих частиц катиона цезия, дальнейшее извлечение цезия осуществлено ионно-коллоидной флотацией в присутствии частиц ИПАВ (катионактивного цетилпиридинийхлорида) в количестве 150 мг/л и частиц ферроцианида (берлинской лазури) 2 г/л. В течение 10 мин ионно-коллоидной флотации извлечение цезия полное из раствора.

П р и м е р 18. Пластовая вода, содержащая лютеций в количестве 0,032 мг/л, подвергается ионно-коллоидной флотации путем ввода частиц радиусом (1,0-1,6)х10^-7 см. В качестве частиц использована пылевая фракция табака в виде водного экстракта темно-коричневого цвета, в количестве 2,0 г/л. После 10 минут ионно-коллоидной флотации в присутствии частиц цетилпиридинийхлорида (или триалкилбензиламмоний хлорида, или фторида) в роли катионактивного ПАВ извлечение лютеция из раствора полное.

П р и м е р 19. Пластовая вода нефтяного месторождения содержит ртуть, сурьму и висмут в количествах соответственно 0,08; 0,06 и 0,03, а также мышьяк 0,01; никель 10; медь 12; свинец 0,8 мг/л, железо 40; молибден 12, ванадий 14 мг/л подвергается коллективной ионно-коллоидной флотации с введением частиц радиусом (1,0-1,6)х10^-7 см, образованных химическим путем при флотации воздухом с примесью сероводорода 2 об; % или сероводородным нефтяным газом с содержанием сероводорода 2 - 10 об. % , или воздухом из пластовой сероводородсодержащей воды с концентрацией сероводорода 8-800 мг/л. Извлечение ценных металлов в форме сульфидов осуществляется в пенку флотоконценрата с дополнительным введением ионогенного ПАВ в стехиометрическом количестве или с небольшим избытком в 1,2 раза против стехиометрии. В качестве частиц ионогенного ПАВ использованы жирные амины или жирные карбоновые кислоты и их водорастворимые соли (К, Na, NН₄). При использовании в качестве частиц катионактивного ПАВ (солянокислого лауриламина или лаурата калия) флотоизвлечение ртути, сурьмы, висмута, мышьяка, никеля, меди, свинца, молибдена, железа и ванадия соответственно составляет, % : 97; 94; 99; 98; 93; 96; 99; 95; 98 и 4. Причем избыточные количества кальция и магния остаются в растворе вместе с хлоридами.

П р и м е р 20. Газовое облако в виде выброса содержит вредные и ценные вещества, среди них ртуть, углерод, селен, кадмий, свинец, йод, золото, серебро, сера, азот, концентрации которых в 100 раз превышают предельно-допустимые концентрации в воздухе рабочих помещений.

С целью очистки газового выброса в облако выстреливается снаряд - ракета, начиненная частицами магнитного порошка γ-Fe₂O₃ с размером частиц по радиусу (1,0-1,6)х10^-7 см. Выстрел осуществляется в хрупком снаряде, начиненном магнитными частицами, который взрывается в облаке. На частицах магнитных концентрируется вещество в силу малого радиуса частиц и большой кривизны и магнитного заряда частиц. Затем частицы, с адсорбированными и конденсированными вокруг них вредными и ценными веществами, улавливаются магнитом, установленным на летательном аппарате (дирижабле, самолете, вертолете) или подвешенном на нем при прочесывании облака и отводятся в безопасное место, где магнит или электромагнит разгружается. Таким образом, происходит очистка газового выброса, в том числе и радиоактивного и концентрирование ценных веществ. При этом обогащение частиц вредными и ценными веществами составляет по ртути - 200 раз, по углероду - 2150 раз, по селену - 550 раз, по кадмию - 300 раз, свинцу - 280 раз, йоду - 350 раз, по золоту в 120 раз, по серебру - 150 раз, по сере - 240 раз и по азоту в 1500 раз.

Таким образом, введение в газовый раствор частиц указанного диаметра позволяет одновременно производить их очистку и извлечение ценных компонентов. В качестве других частиц могут быть использованы азиды тяжелых металлов и иодиды, например азиды свинца и иодиды свинца. Этот способ может быть применен для очистки и извлечения ценных веществ в газоаппаратах и трубах, например путем установки на их пути металлических проволочек, взрываемых при пропуске по ним импульсного электротока или проволочки размещаются в стеклянной оболочке, в виде ампулы, заполненной жидким или газообразным азотом. При пропускании по ним импульсного электротока проволочки взрываются в среде азота, образуя ультрадисперсные частицы азиды тяжелых металлов (серебра, свинца и других, при этом проволочки могут быть из другого металла и посеребренные), а концы проволочек выходят за пределы ампулы, по типу электролампочек, заполненных азотом.

Следует заметить, что такое извлечение ценных веществ, например золота и серебра, может осуществляться из выбросов промвентиляции от дробильных отделений золотоизвлекательных фабрик, отделений сушки золотосодержащих шламов и флотоконцентратов и выбросов пирометаллургии, где в основном теряются летучие формы золота и серебра, да и других ценных металлов, например висмута, германия. Утилизация их из газовых выбросов предложенным способом позволяет вернуть народному хозяйству ценные и редкие элементы и одновременно свести до минимума опасность заражения газового облака, дрейфующего по розе ветров, после аварийных выбросов, в том числе и радиоактивных, не допуская их выпадения в виде опасных осадков в населенных пунктах. (56) Авторское свидетельство СССР N 458337, кл. В 01 D 1/02, 1964.

Формула изобретения

1. СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВЕЩЕСТВ ИЗ РАСТВОРОВ , включающий введение флотоагента и осуществление пpоцесса флотации, отличающийся тем, что, с целью повышения степени концентpиpования и обеспечения извлечения веществ в ионной, коллоидной и молекуляpной фоpмах не только из водной фазы, но и из газовых pаствоpов, в качестве флотоагента используют частицы с pадиусом /1,0 - 1,6/ · 10^-7 см.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вводят заpяженные частицы.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что скоpость введения частиц изменяют электpомагнитным полем, 4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве заpяженных частиц используют пpотоны и гидpоксилы, обpазованные пpи униполяpной обpаботке воды.

5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве заpяженных частиц используют электpолитически заpяженные пузыpьки газа.

6. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что частицы пpедваpительно закpепляют на носителе в виде твеpдой, жидкой или газообpазной повеpхности.

7. Способ по пп. 1, 2, 6, отличающийся тем, что в качестве носителя используют газовые включения или газовый стеpжень.

8. Способ по пп. 1, 2, 7, отличающийся тем, что пpи использовании в качестве носителя газового стеpжня в обpабатываемый pаствоp вводят ионогенное повеpхностно-активное вещество с пpотивоположным заpядом относительно извлекаемого компонента, пpичем движение газового потока может быть однонапpавленное или пpотивоположное движению pаствоpа.

9. Способ по пп. 1, 2, 8, отличающийся тем, что в качестве заpяженных частиц используют ионогенные повеpхностно-активные вещества.

10. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве заpяженных частиц используют магнитные частицы, обpаботанные жидким алифатическим углеводоpодом, а извлечение из pаствоpа ведут наложением внешнего электpомагнитного поля.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве флотоагента используют азот, аммиак или хлоp.

12. Способ по пп. 1, 4, 9, отличающийся тем, что, с целью одновpеменного осветления и обеззаpаживания высокомутных вод, в качестве повеpхностно-активного вещества используют цетилпиpидиний хлоpид.

13. Способ по пп. 1, 2, 4, отличающийся тем, что сконцентpиpованные вещества отделяют пpопусканием обpаботанного pаствоpа чеpез полупpоницаемую мембpану или пpоницаемую диафpагму.