«Невидимые» низкоразмерные структуры на межфазных границах минерал – водная фаза в переработке минерального сырья и природных процессах

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-17-00135

Название«Невидимые» низкоразмерные структуры на межфазных границах минерал – водная фаза в переработке минерального сырья и природных процессах

Руководитель Михлин Юрий Леонидович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" , Красноярский край

Конкурс №28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-303 - Фундаментальные проблемы обогащения минерального сырья

Ключевые слова минералы, сульфиды металлов, поверхность, гидрофобность, смачивание, окисление, флотация, выщелачивание, нанопузырьки, наночастицы, зондовая микроскопия, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

Код ГРНТИ53.37.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В проекте предлагается исследовать явления на межфазных границах твердое тело –водный раствор и твердое – жидкость - газ, имеющие фундаментальное и важное прикладное значение для физикохимии поверхности минералов и других материалов в переработке минерального сырья, материаловедении, многих природных и технологических процессах, но трудно обнаружимые («невидимые») традиционными методами. Речь идет, во-первых, о поверхностных газовых структурах ((моно)слоях, нано- и субмикронных пузырьках), образование которых при смачивании поверхности и аналогичных капиллярных процессах представляет, по-видимому, общее, но пока исследованное мало, и в основном на модельных объектах, и недооцененное явление. Мы впервые экспериментально установили, что при флотации – ключевом переделе обогащения рудного сырья - на поверхности сульфидных минералов нанопузырьки появляются после обработки собирателями, а также при контакте с более холодной водой. Следует ожидать, что в насыщенных воздухом пульпах поверхностные газовые структуры играют основную роль в закреплении гидрофобных частиц на пузырьках воздуха, что в новом свете представляет механизм флотации и пути ее развития. Проект предполагает изучение условий образования, свойств газовых нано- и субмикронных структур и роли во флотации на реальных сульфидных и оксидных материалах (минералах); будет изучено влияние состояния поверхности, широкого круга реагентов и условий на показатели извлечения и селективности флотационного обогащения. Особенностью реальной (окисленной) поверхности халькогенидов металлов является образование неравновесных нарушений стехиометрии и металлдефицитных слоев, природа и свойства которых, в т.ч. влияние на гидрофобность и флотацию, кинетику окисления и выщелачивания (т.н. «пассивация») остаются непонятыми. Недавно нам удалось установить, что приповерхностные области сульфидных фаз имеют «слоистую» структуру и состоят из сильно обогащенного серой поверхностного слоя, содержащего полисульфидные анионы, нижележащей зоны до десятков нм толщиной с дисульфидными группами, и дефектной области с относительно небольшими нарушениями стехиометрии до сотен нм глубиной. Это серьезно меняет представления о природе и свойствах поверхности и межфазных границ халькогенидных материалов в самых разных приложениях. В проекте предлагается изучить структуру, физические характеристики, роль слоев в химических реакциях; особое внимание будет уделено внешнему «полисульфидному» слою, который во многом определяет характер межфазной границы, но может существенно изменяться вне контакта с раствором. Ультрадисперсные фракции (шламы), в том числе нано- и субмикронные частицы, которые при обычном измельчении руд образуются, как нами показано, в количествах, превышающих количества флотореагентов, могут существенно изменять состав и морфологию поверхности минералов, а коллоидные частицы - переносить тяжелые металлы, серу и другие элементы в природных средах. Планируется изучить свойства высокодисперсных частиц и их влияние на гидрофобность, газовые наноструктуры, флотацию, выщелачивание, разработать способы контроля и управления их действием, включая получение и применение наноразмерных частиц как нового поколения коллекторов и модификаторов флотации, и, возможно, промоутеров выщелачивания. Для решения данных задач предполагается применить комплекс in situ методов исследования - крио-РФЭС быстро замороженных влажных материалов, атомно-силовую микроскопию и спектроскопию в воде, взаимодействия с пузырьком воздуха и измерения краевого угла, электрохимические методики (дзета-потенциал, импеданс, QCMB), динамическое рассеяние света и лазерную дифракцию, спектроскопические методы с разным разрешением по глубине (РФЭС, рентгеновская спектроскопия поглощения, спектроскопия характеристических потерь энергии электронов и других), измерения проводимости и магнитных свойств. Одной из целей работы будет дальнейшее развитие этих и разработка новых методов исследования реальных межфазных границ, газовых наноструктур, приповерхностных слоев твердой фазы.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Воробьев С.А., Сайкова С.В., Новикова С.А., Фетисова О.Ю., Жарков С.М., Крылов А.С., Лихацкий М.Н., Михлин Ю. Л. Colloidal and Immobilized Nanoparticles of Lead Xanthates ACS Omega, V.4, No.7. P.11472-11480 (год публикации - 2019)
10.1021/acsomega.9b00841

2. Наслузов В.А., Шор А.М.,Романченко А.С., Томашевич Е.В., Михлин Ю.Л. DFT+U and Low-Temperature XPS Studies of Fe-Depleted Chalcopyrite (CuFeS2) Surfaces: A Focus on Polysulfide Species The Journal of Physical Chemistry C, V.123, No. 34. P. 21031-21041 (год публикации - 2019)
10.1021/acs.jpcc.9b06127

3. Михлин Ю.Л., Карачаров А.А., Воробьев С.А., Романченко А.С., Лихацкий М.Н., Анциферова С.А., Маркосян С.М. Towards understanding the role of surface gas nanostructures: Effect of a temperature difference pretreatment on wetting and flotation of sulfide minerals and Pb-Zn ore Nanomaterials (год публикации - 2019)

4. Михлин Ю.Л., Лихацкий М.Н., Щербанюк А.М., Анциферова С.А., Маркосян С.М. Изучение влияния поверхностных газовых наноструктур на смачивание сульфидных минералов и флотацию (на примере Горевской Pb-Zn руды) ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЭФФЕКТИВНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ В 21 ВЕКЕ (ПЛАКСИНСКИЕ ЧТЕНИЯ -2019). Изд-во Репроцентр А1, Иркутск, С. 144-147 (год публикации - 2019)

5. Михлин Ю.Л. X-ray photoelectron spectroscopy in mineral processing studies Applied Sciences, 15, 10, 2020, 5138 (год публикации - 2020)
10.3390/app10155138

6. Михлин Ю.Л., Лихацкий М.Н., Баюков О.А., Князев Ю.В., Великанов Д.А., Томашевич Е.В., Романченко А.С., Воробьев С.А., Волочаев М.В., Жарков С.М., Мейра Д.М. Valleriite, Natural Two-Dimensional Composite: X ray Absorption, Photoelectron and Mössbauer Spectroscopy and Magnetic Characterization The Journal of Physical Chemistry C (год публикации - 2021)

7. Михлин Ю.Л. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия как метод изучения поверхности и реакций сульфидов металлов Методы исследования состава и структуры функциональных материалов (МИССФМ-3). III Всероссийская конференция (1-4 сентября, 2020 г., Новосибирск): Сборник тезисов докладов / Институт катализа СО РАН, Новосибирск, с.22-23 (год публикации - 2020)

8. Михлин Ю.Л., Романченко А.С., Томашевич Е.В. Surface and interface analysis of iron sulfides in aqueous media using X-ray photoelectron spectroscopy of fast-frozen dispersions Applied Surface Science (год публикации - 2021)

9. Михлин Ю.Л., Карачаров А.А., Воробьев С.А., Романченко А.С., Лихацкий М.Н., Анциферова С.А., Маркосян С.М. Towards understanding the role of surface gas nanostructures: Effect of temperature difference pretreatment on wetting and flotation of sulfide minerals and Pb-Zn ore Nanomaterials, 10, 7, 1362 (год публикации - 2020)
10.3390/nano10071362

10. Воробьев С.А., Бурдакова Е.А., Сарычева А.А., Волочаев М.Н., Карачаров А.А., Лихацкий М.Н., Михлин Ю.Л. Изучение действия наночастиц сульфида меди как активатора флотации сфалерита Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых (год публикации - 2021)

11. Криницын Д.О., Романченко А.С., Воробьев С.А., Лихацкий М.Н., Карачаров А.А., Крылов А.С., Волочаев М.Н., Михлин Ю.Л. Получение пленок сульфида цинка на поверхности золота как сенсора электрохимического кварцевого микробаланса Электрохимия (год публикации - 2021)

Публикации

5. Михлин Ю.Л. X-ray photoelectron spectroscopy in mineral processing studies Applied Sciences, 15, 10, 2020, 5138 (год публикации - 2020)
10.3390/app10155138

Публикации

5. Михлин Ю.Л. X-ray photoelectron spectroscopy in mineral processing studies Applied Sciences, 15, 10, 2020, 5138 (год публикации - 2020)
10.3390/app10155138