Способ изготовления вспенивающего вещества с высокой температурой вспышки - RU2683097C2

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к способу производства вспенивающих веществ с высокой температурой вспышки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Пенная флотация – повсеместно применяемый процесс физического отделения минералов от руды. В процессе пенной флотации руда дробится и влажно измельчается, чтобы получить пульпу. Пульпа затем аэрируется до получения пены на поверхности. Вспенивающее вещество добавляется в смесь, чтобы способствовать отделению ценных компонентов от нежелательных частей на последующих этапах флотации. Основная функция вспенивателя – создать скопление воздушных пузырьков, которые остаются в достаточной степени стабильными для гидрофобных минеральных частиц, чтобы быть ими захваченными. Гидрофобные материалы поднимаются на поверхность пузырьками, которые заставляют их плавать на поверхности.

Пена, удерживающая гидрофобные материалы, собирается и далее перерабатывается для получения желаемых продуктов. Та часть руды, которая не переносится с пеной, в дальнейшем обычно не перерабатывается для извлечения из нее ценных минеральных компонентов.

В то время как большое количество соединений обладают свойствами пенообразователя или вспенивателя, наиболее широко применяемые в операциях промышленной пенной флотации являются моногидроксилированные соединения, такие как спирты, сосновые масла, крезолы и алкиловые эфиры полипропиленгликоля, а также дигидроксилаты, такие как полипропиленгликоли. Другие эффективные вспениватели, используемые в промышленности являются алкиловые эфиры полипропиленгликоля, особенно метиловый эфир и полипропиленгликоли. Как раскрыто в патенте US 06/923,523 и в Surface chemistry of Froth flotation by S.R.Rao.

В целом, метил изобутил карбинол (МИБК) наиболее широко применяемый вспениватель. Однако существует экологическая озабоченность в отношении низкой температуры вспышки МИБК и высокой интенсивности испарения, которая образует неприятный запах в тёплом климате. Как указывается в Froth flotation – A century of innovation.

Таким образом, существует потребность в альтернативном способе производства вспенивающих веществ, имеющих высокую температуру вспышки.

Сущность изобретения

Данное изобретение раскрывает способ изготовления вспенивающего вещества, имеющего высокую температуру вспышки, путём обработки альдегида спиртом в присутствии кислого катализатора при повышенной температуре и далее добавления углекислой соли для нейтрализации кислого катализатора для получения вспенивающего вещества и полимера.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном варианте осуществления настоящего изобретения способ изготовления вспенивающего вещества с высокой температурой вспышки содержит:

обработку альдегида спиртом в присутствии кислого катализатора при повышенной температуре для образования смеси; и

добавление углекислой соли к смеси для нейтрализации кислого катализатора для получения вспенивающего вещества и полимера.

Температура реакции поддерживается в пределах 75°–80°С. Вещества, участвующие в реакции, нагреваются в течение 3–4 часов после добавления углекислой соли.

Не вступивший в реакцию спирт, который присутствует в смеси после реакции, отгоняется и, если требуется, возвращается на этап обработки альдегида спиртом в присутствии кислого катализатора. Низкокипящие примеси, присутствующие в смеси, также удаляются дистилляцией.

Углекислая соль, добавленная для нейтрализации кислого катализатора, образует соль с кислым катализатором и может быть легко удалена.

Смесь, содержащая неочищенное вспенивающее вещество, отгоняется фракционной перегонкой для получения чистого вспенивающего вещества с высокой температурой вспышки. Температура вспышки вспенивающего вещества, полученного с помощью способа данного изобретения, составляет свыше 60°С.

В варианте осуществления данного изобретения способ изготовления вспенивающего вещества с высокой температурой вспышки содержит обработку альдегида и спирта в присутствии кислого катализатора при повышенной температуре в пределах 75°–80°С. Углекислая соль добавляется в смесь для нейтрализации кислого катализатора для получения смеси вспенивающего вещества и полимера.

В одном варианте осуществления данного изобретения способ изготовления вспенивающего вещества с высокой температурой вспышки содержит:

обработку альдегида спиртом в присутствии кислого катализатора для образования смеси;

нагрев смеси при повышенной температуре;

добавление углекислой соли для нейтрализации кислого катализатора для получения смеси вспенивающего вещества и полимера;

возвращение не вступившего в реакцию спирта и повторное использование его на первом этапе обработки альдегида спиртом; и

отгонку смеси вспенивающего вещества и полимера фракционной перегонкой для получения чистого вспенивающего вещества.

Не вступивший в реакцию спирт возвращается дистилляцией.

Температура поддерживается в пределах 75°–80°С. После добавления углекислой соли реакция осуществляется в течение 3–4 часов.

Альдегид, используемый в способе, предпочтительно является сопряжённым α-β-ненасыщенным альдегидом. Атом углерода в альдегиде варьируется от С₄до С₁₀. Примеры включают в себя, но не ограничиваются, кротоновый альдегид, 2-этилгексенал, 2-этилкротоновый альдегид, 2,4-гексадиенал, 2,4,6-октатринал или их смесь. Альдегид предпочтительно является кротоновым альдегидом.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения используется смесь альдегида, имеющего атомы углерода С₄–С₁₀.

В варианте осуществления настоящего изобретения используется смесь альдегида, имеющего атомы углерода С₄–С₈.

Спирт, используемый в способе, является алифатическим спиртом, имеющим атомы углерода С₃–С₁₀. Примеры включают в себя, но не ограничиваются, метиловый спирт, этиловый спирт, пропиловый спирт, бутиловый спирт, гексанол, октанол или их смесь. Используемый спирт предпочтительно является этиловым спиртом.

Молярное соотношение альдегида и спирта, используемых для реакции, находится в пределах от 1:6 до 1:20, предпочтительно 1:10.

Кислый катализатор, используемый в способе, включает в себя, но не ограничивается этим, соляную кислоту, серную кислоту, пара-толуолсульфоновую кислоту, суперкислоту, катионообменную смолу, такую как Индион-130, или их смесь. Кислый катализатор предпочтительно является пара-толуолсульфоновой кислотой.

Углекислая соль, используемая в способе, является углекислым натрием, карбонатом кальция, карбонатом магния или их смесью.

В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения способ изготовления 1,1,3-триэтоксибутана с высокой температурой вспышки содержит:

обработку кротонового альдегида этиловым спиртом в присутствии пара-толуолсульфоновой кислоты для образования смеси;

нагрев смеси при температуре 75°–80°С;

добавление углекислого натрия для нейтрализации пара-толуолсульфоновой кислоты для получения неочищенных 1,1,3-триэтоксибутана и полимера; и

дистилляция смеси 1,1,3-триэтоксибутана и полимера фракционной перегонкой для получения чистого 1,1,3-триэтоксибутана.

Способ настоящего изобретения повышает выход и высокую температуру вспышки вспенивателя. Вспенивающие вещества, полученные по способу настоящего изобретения, имеют высокую температуру вспышки выше 60°С, что намного облегчает операции с такими вспенивающими веществами. Основной недостаток вспенивающих веществ с низкой температурой вспышки состоит в их транспортировке и хранении. Вспенивающие вещества, имеющие температуру вспышки ниже 60°С, считаются опасными грузами для воздушных, морских и автотранспортных перевозок, которые требуют специального обращения и осторожности. С точки зрения конечного пользователя хранение материала с низкой температурой вспышки всегда рискованно в том, что касается условий эксплуатации и пожароопасности.

Высокая температура нагрева, выбранная в настоящем способе, создает продукт и полимер. Присутствие полимера приводит к повышению температуры вспышки продукта. До возвращения не участвовавшего в реакции спирта, катализатор нейтрализуется с помощью углекислой соли, образуя соль, которая легко отделяется фильтрацией. Неочищенный продукт, имеющий низкокипящие примеси, которые влияют на температуру вспышки, удаляются фракционной перегонкой при пониженном давлении, что приводит к дальнейшему повышению температуры вспышки. Чистота конечного вспенивающего вещества с высокой температурой вспышки составляет 92–95%. Селективность продукта на использованном альдегиде составляет 83%. Высокая температура вспышки способствует эффективной флотации при большом диапазоне рабочих температур. Не участвовавший в реакции спирт возвращается на повторное использование, и это позволяет избежать потери не участвовавшего в реакции спирта.

Примеры

Следующие примеры иллюстрируют изобретение, но не ограничивают его.

Пример 1

Способ изготовления 1,1,1-триэтоксибутана

70 г кротонового альдегида, 920 г этилового спирта помещали в круглодонную колбу, которая была прикреплена к обратному холодильнику. 10 г пара-толуолсульфоновой кислоты добавляли в круглодонную колбу, и содержимое нагревали при температуре 78°С в течение 7 часов. После нагревания реакционная масса охлаждалась и подвергалась нейтрализации путём добавления 4 г углекислого натрия при комнатной температуре для получения 1,1,3-триэтоксибутана и полимера. Реакционная масса дистиллировалась при атмосферном давлении для восстановления этилового спирта и удаления низкокипящих примесей. Восстановленный этиловый спирт возвращали в круглодонную колбу, содержащую кротоновый альдегид, этиловый спирт и пара-толуолсульфоновую кислоту. Полученный оставшийся продукт составлял 165 г 1,1,3-триэтоксибутана. Температура вспышки 1,1,3-триэтоксибутана составляла 64°С.

1,1,1-триэтоксибутан с температурой вспышки 64°С испытывали при стандартных условиях на предмет его вспенивающих свойств.

Свинцово-цинковая руда

Свинцово-цинковая руда измельчалась до размеров менее 100 мкм и использовалась во всех флотационных испытаниях. Флотационные испытания проводились в субаэрационной флотационной машине Денвер D-12 с ёмкостью камеры 2 л. Флотационные испытания проводились при тех же условиях с использованием изопропилового ксантогената натрия (SIPX) в качестве реагента-собирателя, сульфата меди в качестве активатора при варьировании вспенивателя (17,5 г/т 1,1,1триэтоксибутана и 30 г/т МИБК (метилизобутилкарбинол)). Интенсивность перемешивания, уровень пульпы, pH, дозировка реагентов и концентрация твердой фазы рконтролировались в ходе экспериментов. Содержание и коэффициент извлечения, полученные с помощью триэтоксибутана, лучше в случае цинка по сравнению с МИБК. Аналогичная тенденция наблюдается и в отношении свинца, за исключением содержания.

Уголь

Уголь измельчался до размеров менее 0,5 мм и использовался во всех флотационных испытаниях. Флотационные исследования проводились в обычной субаэрационной флотационной машине Денвер D-12. Приблизительно 400 г руды смешивались с 600 мл воды, и реагент (триэтоксибутан или дизельное топливо) добавлялся и обрабатывался в течение 5 минут. Воздух выпускался, и осуществлялась флотация. При флотационных исследованиях поддерживалась скорость вращения камеры 150 об/мин., процент твердой фазы – 10%. Все флотационные продукты высушивались и анализировались на содержание золы. Выход чистого угля принимался как параметр для оценки эффективности флотации.

Пример 2

Способ изготовления 1,1 диметокси, 2,4-гексадиена

96 г 2,4 гексадиенала помещали в круглодонную колбу объёмом 2 л. Одновременно 7 г соляной кислоты растворяли в 160 г метанола. Смесь соляной кислоты и метилового спирта добавляли в 2,4 гексадиенал. Массу медленно нагревали при температуре 70°С в течение 9 часов. По истечении 9 часов массу охлаждали и подвергали нейтрализации добавлением 6 г углекислого натрия при помешивании. Массу медленно нагревали при 70° для восстановления метилового спирта при атмосферном давлении с помощью стеклянной колонны высотой 1 м, имеющей конденсатор с циркуляцией охлажденной воды, чтобы избежать потери метилового спирта, для получения 1,1 диметокси, 2,4-гексадиена и полимера. После восстановления метилового спирта массу охлаждали и фильтровали, чтобы удалить хлористый натрий и получить 1,1 диметокси, 2,4-гексадиена. Было получено 106 г 1,1 диметокси, 2,4-гексадиена. Температура вспышки 1,1 диметокси, 2,4-гексадиена составляла 68°С.

Пример 3

Способ изготовления 1,1 диэтокси, 2,4,6 октатриена

122 г 2,4,6 октатринала помещали в круглодонную колбу объёмом 1,0 л с обратным холодильником. Одновременно 5 г пара-толуолсульфоновой кислоты растворяли в 920 г этилового спирта. Смесь этилового спирта и пара-толуолсульфоновой кислоты добавляли к 2,4,6 октатриналу. Массу медленно нагревали при 80°С в течение 9 часов. После реакции массу охлаждали и подвергали нейтрализации добавлением 8 г углекислого натрия при помешивании. Массу медленно нагревали при 78°С для возврата этилового спирта при атмосферном давлении с помощью стеклянной колонны высотой 1 м, имеющей конденсатор с циркуляцией охлажденной воды, чтобы избежать потери этилового спирта и получить 1,1 диэтокси, 2,4,6 октатриена и полимера. После возвращения этилового спирта массу охлаждали и фильтровали, чтобы удалить хлористый натрий пара-толуолсульфоновой кислоты и получить 1,1 диэтокси, 2,4,6 октатриен. Было получено 150 г 1,1 диэтокси, 2,4,6 октатриена. Температура вспышки 1,1 диэтокси, 2,4,6 октатриена составляла 70°С.

Пример 4

Способ изготовления 1,1,1 триэтоксибутана с низкой температурой вспышки

70 г кротонового альдегида, 920 г этилового спирта помещали в круглодонную колбу, прикрепленную к обратном холодильнику. 10 г пара-толуолсульфоновой кислоты добавляли в круглодонную колбу, и содержимое нагревали при температуре 60°С в течение 5 часов. После нагревания реакционную массу охлаждали и подвергали нейтрализации добавлением 4 г углекислого натрия при комнатной температуре. Реакционная масса дистиллировалась в условиях вакуума для частичного возврата этилового спирта. Частично возвращённый этиловый спирт вместе с не вступившим в реакцию кротоновым альдегидом возвращали в круглодонную колбу, содержащую кротоновый альдегид, этиловый спирт и пара-толуолсульфоновую кислоту. Оставшийся полученный продукт – 130 г 1,1,1 триэтоксибутана, имеющего температуру вспышки 48°С.

Таким образом, как видно из сравнения примеров 1 и примера 4, поддержание низкой температуры реакции привело к получению 1,1,1 триэтоксибутана, имеющего низкую температуру вспышки 48°С, с которым трудно совершать погрузочно-разгрузочные операции.

Реферат

Настоящее изобретение раскрывает способ изготовления вспенивающего вещества с высокой температурой вспышки. Получают вспенивающее вещество с высокой температурой вспышки путем обработки альдегида спиртом в присутствии кислого катализатора при температуре от 75-80°С для образования смеси. Далее осуществляют добавление углекислой соли для нейтрализации кислого катализатора. Получают вспенивающее вещество и полимер. Изобретение позволяет получить вспенивающее вещество с температурой вспышки выше 60°С. 9 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 пр.

Формула