Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. Теоретически изучены особенности адсорбции пленочной воды на поверхности пирита (100). Была смоделирована суперячейка слэба пирита размером 10 × 10 Å с позициями атомов железа на поверхности (100). На поверхности пирита были построены адсорбированные прерывистые слои из изолированных молекул воды и иона гидроксония. Были произведены расчеты взаимодействия молекул воды и иона гидроксония как между собой, так и с поверхностью пирита. После добавления иона гидроксония отмечено, что минимальное расстояние от первого слоя молекул воды до пирита увеличилось. Расстояние Fe-O увеличивается с 2,145 Å до 3,245 Å. Отмечено изменение ориентации молекул воды. Также в ходе расчета молекулярной динамики в пленочной воде выявлен перенос протона молекулами воды от поверхности пирита в верхние слои воды, что влияет на водородные связи в них. Получена информация об особенностях распределения водородных связях между молекулами воды при добавлении иона гидроксония. Количество водородных связей между молекулами воды уменьшилось почти в 2 раза в близи поверхности. Из-за переноса протона в верхние слои воды его воздействие снизило количество водородных связей между молекулами воды и в верхних слоях. Теоретически выявлено, что электрохимическая активация воды создает режим, при котором возможны возникновения условий создания более ослабленной водородной связи между пиритом и молекулами воды. Это, в свою очередь, приводит к ослаблению адсорбции пленочной воды на поверхности минерала. 2. С целью адаптации прямого способа исследования взаимодействия пузырьков с частицами в условиях, подобных флотации в активированных растворах католита (насыщенном ионами гидроксония) были проведены исследования влияния активных растворов на систему вода-газ-твердое. Было проведено исследование по закреплению частиц пирита на поверхности пузырька в среде католита, соды и дионизированной воды. При использовании соды в качестве среды в сравнении с экспериментами на деионизированной воде, наблюдается незначительный рост минеральной нагрузки пузырька пиритом во всех случаях из-за увеличения рН до 8,3. В среде католита, имеющего незначительно больший рН 9, происходит значительный прирост минеральной нагрузки на пузырьке воздуха за счет более слабой связи молекул воды с поверхностью пирита и более легкого разрыва пленки воды на поверхности кристаллов. Для тонкого класса -40+20 мкм наблюдается рост минеральной нагрузки на 30-32% в среде католита. На классе крупности -50+40 мкм в случае серии без собирателя увеличение нагрузки в среде католита составило 2%. С использованием собирателя увеличение нагрузки составило 12%. 3. Для анализа влияния активированных растворов католита и анолита на угол смачивания поверхности пирита из кристаллов пирита были выпилены кубики размером 6*6 мм. На полученных кристаллах были проведены модельные исследования по изменению условий закрепления газовых пузырьков (углов смачивания) в различных растворах для приготовления пульпы. Углы смачивания определялись методом прямого измерения. Установлено, что порционное добавление анолита к католиту положительно влияет на процессы, происходящие на разделе твердое-газ-жидкость. В растворе католита, а также при добавлении к католиту 5 – 10% анолита происходит лучшее окисление ксантогената на поверхности минерала. При этом поверхность пирита вероятно не окисляется, о чем говорит увеличение угла смачивания, сохраняя гидрофобность, за счет чего улучшается сцепление пузырька воздуха с поверхностью. В данных растворах происходи увеличение угла смачивания с 53 до 57 градусов. Однако добавка к католиту 20% анолита уже приводит к усиленному окислению поверхности минерала, что снижает угол смачивания. Однако даже при добавлении 20% анолита, угол смачивания остается на уровне стандартного раствора (53 градуса). 4. Для исследования адсорбции и окисления собирателя ксантогената калия на поверхности пирита в активированных растворах католита или анолита, используемых при приготовлении пульпы, материал пирита был измельчен до класса крупности -0,1+0,071 мм. Далее материал помещался в исследуемые растворы (католит, анолит или смесь католита с анолитом), добавлялся ксантогенат калия, и пульпа агитировалась. После декантации раствора определялись остаточная концентрация ксантогената в растворе и количество образовавшегося диксантогенида на минерале. Анализ сорбции собирателя показал, что, не смотря на минимальный расход ксантогената в среде католита с добавлением 10% анолита (3*10-7 моль/л), обеспечиваются условия для максимального образования диксантогенида на поверхности навески пирита (10,5*10-6 мкмоль). При данном соотношении католита и анолита происходит максимально продуктивное окисление ксантогената. При добавлении 20% анолита наблюдается минимальное образование диксантогенида при большем расходе ксантогената из раствора. Что можно объяснить разложением ксантогената или уже диксантогенида активными формами кислорода, добавляемых с анолитом. Электрохимическая активация растворов и активные формы кислорода и водорода благоприятно влияют на химические процессы для образования флотационного комплекса. 5. Для подтверждения теории о возможном удержании микропузырьков водорода и кислорода в объеме продуктов электролиза воды (католите и анолите) благоприятно влияющие на закрепление газового пузырька на поверхности минерала и тем самым ускоряющие акт флотации, было проведено исследование по выделению и коалисценции газовых пузырьков с помощью ультразвука. После получения продуктов электролиза в католит и анолит был помещен образец пирита и проведено воздействие ультразвуком в течение 5 секунд для выделения микропузырьков. В процессе обработки ультразвуком в католите и анолите на поверхности пирита выделились уже видимые пузырьки газов. Для сравнения процедуру провели в растворе гидрокарбоната натрия без электролизной обработки. При равных условиях в растворе гидрокарбоната на поверхности пирита видимые пузырьки не выделились. Состав пузырьков определялся косвенным методом Винклера. Определялось количество растворенного кислорода в исходных растворах и после их обработки. Выявлено что в процессе электрохимической обработки в растворах католита и анолита сохраняются невидимые микро- и нанопузырьки электролизного водорода и кислорода. Публикации: Прохоров К.В. Влияние электроактивированных растворов на процессы, протекающие на поверхности пирита//Горный журнал. 2024. № 6. С. 99-104. DOI: 10.17580/gzh.2024.06.16

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Теоретически изучены особенности диффузии протонов из активированной воды с образованием молекулярного водорода. Во время симуляции молекулярной динамики ион гидроксония в кластере молекул воды по цепи водородных связей отдает протон молекуле воды на границе вода-водород. В свою очередь эта молекула, ставшая ионом гидроксония восстанавливается до радикала водорода и воды. Радикалы водорода впоследствии образуют молекулу газообразного водорода в газовой фазе. Данные теоретические данные подтверждаются натурными исследованиями, показывающими что средний заряд воздушных и водородных пузырьков не сильно отличаются (-2,867 и -2,613 мВ для водорода и воздуха соответственно). Также отмечено, что пропускание водородных и воздушных пузырьков не изменяют рН среды (рН находится в диапазоне 8,2-8,3), но при этом изменяют окислительно-восстановительный потенциал. Воздушные пузырьки снижают потенциал Eh с +270 до +130. Водородные пузырьки снижают Eh с +270 до -293. В случае с электролизными пузырьками средний заряд электролизных пузырьков значительно ниже -0,94 мВ. После остановки барботажа воздушных пузырьков потенциал плавно снижается до потенциала покоя. При электролизе же наблюдается иная картина. После остановки электролиза наблюдается скачок потенциала перед его снижением до состояния покоя. Данную особенность можно объяснить тем, что электролизные пузырьки находятся в постоянной реакции с раствором и заряженными частицами в нем. После остановки электролиза происходит остановка генерации газообразного водорода, электроны не расходуются на нейтрализацию протонов на границе с пузырьками и потенциал между электродами увеличивается. При замере окислительно-восстановительного потенциала также наблюдается кратковременное изменение Eh в сторону увеличения восстановительного потенциала. Во время электролиза Eh -485 мВ, во время выхода основных пузырьков Eh снижается до -493 мВ, после выхода всех пузырьков Eh возвращается до значения -487 мВ. Для подтверждения влияния активированных растворов на частицы пирита в исследовании проведено изучение динамики поверхностных зарядов частиц пирита в активированных и не активированных растворах. Было установлено, что пирит в активированных растворах католита также меняет поверхностные свойства за счет протекания на поверхности реакции гидратированных электронов с противоионами (ионами гидроксония) и образования на частицах мельчайших пузырьков водорода. При этом поверхностный заряд пирита в католите при рН 10,15 отличается от заряда пирита в обычном растворе с рН 10,15 (3,64 мВ и -0,11 мВ соответственно). Данное отличие еще раз подтверждает активизацию поверхности. Данный механизм способствует разрыву пленочной воды на частице и ускоряет закрепление частицы с пузырьком в процессе флотации. Для обоснования совместного влияния католита и анолита были проведены исследования в колонне с получением сначала католита, а потом при смене полярности электродов с получением анолита в туже ячейку. Это привело к моментальному повышению потенциала и ускорению «осветления» эмульсии католита с микропузырьками водорода. Потенциал выше значения потенциала электролизных пузырьков водорода держался дольше, чем «скачок» в католите. При этом снижение потенциала до состояния покоя происходило в одно время. Объяснением этому может быть то, что в католите на разделе фаз жидкость-водород адсорбированы гидроксид ионы, над которыми кластеризованы гидратированные электроны. Добавление анолита в систему с большой концентрацией протонов приводит к реакции на пузырьках между гидроксид ионами и протонами. В ходе этой реакции кластеризованые гидратированные электроны «высвобождаются» и в систему поступают дополнительные заряженные частицы, что и улавливалось электродами. В данном случае это процесс более длительный, чем образование газообразного водорода в католите, что и отмечается на графике. После реакции потенциал системы снижается, как и в случае только с католитом. Исследование по флотации пирит-золотосодержащей руды с использованием католита и смеси католита и анолита показало увеличение извлечения золота. Ведение процесса флотации в среде католита (относительно стандартной флотации при рН 8,2) увеличивает извлечение золота на 14,2 %. Добавка порции анолита в католит в процессе флотации приводит к дополнительному увеличению флотационного извлечения золота на 0,4 – 11 %. Комбинированный способ флотации с использованием продуктов электролиза повышает извлечение ценных компонентов сразу с двух сторон. С одной стороны, электролизные пузырьки обладают меньшим размером и способны захватывать частицы полезных компонентов на порядок меньше, извлекая их в концентрат. С другой стороны, католит воздействует на поверхность частиц и участвуют во взаимодействии на границе газ-жидкость-твердое. Воздействие ультразвуковой обработки оценивалось в другой серии исследований, но с тем же материалом. Выявлено, что значительный прирост извлечения благородных металлов (на 16,4 % по сравнению с обработкой раствора) происходит при ультразвуковой обработке флотационной пульпы, приготовленной на растворе католита. Таким образом, ультразвук оказывает большее воздействие непосредственно на минеральные частицы, чем на активированные растворы.