Способ концентрирования и извлечения веществ из растворов

Способ концентрирования и извлечения веществ из растворов

Реферат

 

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 1.0-1.610^-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 - 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 _o на межфазной поверхности и - потенциалом вдали от нее, причем ₀ > > . 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 -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 -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 и