Анализ динамики результатов флотации при разных реагентных режимах

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Анализ динамики результатов флотации при разных реагентных режимах

Серафимова Л. И., доцент, к.т.н., ГОУ ВПО «ДонНТУ»,

Волкова А. А., студентка группы ОПИ-15 ГОУ ВПО «ДонНТУ».

Для улучшения флотационных свойств угольных частиц применяют поверхностно-активные вещества (флотореагенты): собиратели и пенообразователи. Собиратели адсорбируются на поверхности угольных частиц и повышают их гидрофобность, т. е. улучшают сродство угольных частиц с воздушными пузырьками. Пенообразователи повышают устойчивость пены, тем самым предотвращая ее разрушение и выпадение угольных частиц из пенного слоя обратно в пульпу. При низкой зольности выходных шламов (не более 18...20%) и легкой обогатимости рекомендуется простая, так называемая прямая схема. При флотации шламов более тяжелой обогатимости и большей их зольности применяют различные схемы с перечищенням концентрата. Наибольшее распространение схема с перечищенням концентрата последних камер в машине основной флотации. Иногда при особо высокозольных шламах применяют схемы с перечищенням всего концентрата основной флотации. Перечищення концентрата может осуществляться либо в отдельной флотационной машине, или в отдельных камерах машины основной флотации. Перечищення в отдельных машинах или камерах целесообразнее, так как для этой операции требуется режим, отличный от режима основной флотации. В большинстве случаев в качестве собирателя при флотации углей в странах СНГ используются аполярные реагенты: керосин, дизельное топливо, легкий газойль и др. В качестве пенообразователей - гетерополярные: КОБС (кубовые остатки производства бутилового спирта), КЭТГОЛ и др.

Предварительная серия экспериментов была поставлена с широко применяемыми реагентами - керосином, соляровым маслом (дизельное топливо) и Т-80 (Оксаль). Результаты опытов представлены в табл. 1 и 2.

Таблица 1 - Результаты флотации шламов марки Г ЦОФ «Комсомольская», %

Таблица 2 - Результаты дробной флотации шламов марки Г, %

Сравнение результатов экспериментов представлено на рис. 1.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Как следует из данных, даже в лабораторных условиях не удалось получить высокозольных отходов флотации. Скорость перехода в пенный слой угольных частиц для данных серий экспериментов представлена на рис. 2.

Из данных рис. 1 следует, что наибольшая скорость флотации соответствует съему первого концентрата, когда в пенный слой переходят наиболее легкофлотируемые и низкозольные частицы. Из примененных реагентов дизельное топливо обеспечивает максимальное значение скорости флотации порядка 32 усл. ед. (%/с) при его расходе 1300 г/т и расходе вспенивателя Т-80 120 г/т. При этом достигается выход концентрата в количестве 54% с зольностью около 15% и зольность отходов полрядка 63%.

Разница во флотационной активности керосина и дизтоплива может быть объяснена, исходя из физико-химической характеристики реагентов, которая приведена в табл. 1.3. Анализ данных таблицы показывает, что вещественный состав керосина и дизтоплива колеблется в широких пределах и в целом эти пределы являются довольно близкими: оба реагента содержат парафиновые, ароматические, нафтеновые и другие соединения. В работе [3] отмечается, что дизельное топливо содержит также ряд ненасыщенных соединений, а осветительный керосин не содержит непредельных соединений [23]. Фракционный состав собирателей показан на рис. 1.3 (по данным работ [30, 31, 29]).

Таблица 3 - Физико-химическая характеристика реагентов по данным ТУ

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Из графиков следует, что дизтопливо содержит больше углеводородов, кипящих при более высоких температурах, по сравнению с керосином. Это свидетельствует о том, что в составе этого реагента выше содержание соединений с бульшим молекулярным весом, но с худшей растворимостью. К таким же выводам приходит и автор работы [21]. В работе [6] указывается, что при флотации углей марки Г, имеющих высокую пористость поверхности, молекулы реагента с бульшим молекулярным весом труднее проникают в поры, увеличивая время флотации, но, блокируя устья пор, снижают расход реагентов. При этом молекулы с большим углеводородным радикалом оказывают более сильное гидрофобизирующее действие на поверхность угля.

Выполненный анализ и результаты флотационных экспериментов позволяют прийти к решению об изменении реагентного режима в следующем направлении. В качестве собирателя необходимо использовать смесь керосина и дизтоплива, в качестве вспенивателя - масло ПОД. В работах [23, 21, 2] указывается, что в составе смесей реагенты сохраняют свои индивидуальные свойства. Кроме того, для шламов марки Г более активными являются фракции с температурой кипения более 250оС в отличие от марок углей средней степени метаморфизма, и флотация идет тем хуже, чем больше в смеси низкоактивных фракций. По данным рис. 4.10 в составе керосина фракций с температурой кипения менее 250оС порядка 60%, а в составе дизтоплива - только 18-20%. По данным табл. 1.3 показатель преломления для дизтоплива выше, чем у керосина, что свидетельствует о большем содержании ароматических соединений, которые более флотационно активны.

В разделе 3 данной работы в ходе имитационных экспериментов было показано, что с увеличением вязкостного сопротивления поверхности фаз время существования флотационного комплекса достаточно длительное даже при критическом эксцентриситете столкновения угольной частицы и воздушного пузырька за счет снижения тангенциальной скорости движения частицы по поверхности пузырька. Соответственно, из данных табл. 3 видно, что вязкость дизтоплива и масла ПОД выше по сравнению с вязкостью керосина. Следовательно, применение этих реагентов будет сказываться положительно на длительности существования образовавшегося флотационного комплекса. А более низкая вязкость керосина будет компенсировать отрицательное влияние масла ПОД на образование вязкой пены на поверхности флотомашины, т.к. по данным работы [31] пеногасящее действие аполярного собирателя усиливается с уменьшением его вязкости.

Исследованиями, проводившимися ранее, было показано положительное влияние применения аполярных масел в виде эмульсий и дробной подачи реагентов на процесс флотации. Использование керосина, состоящего из более легкокипящих углеводородов, в составе смеси будет способствовать лучшему эмульгированию углеводородов дизтоплива, имеющих более высокую температуру кипения.

Таким образом, необходимо провести экспериментальные исследования реагентных режимов флотации с применением смеси керосина и дизтоплива в соотношении 1:1 с разными расходами смеси и методами подачи реагентов в процесс.

Приятые расходы смеси реагентов-собирателей и пенообразователя масла ПОД, способы подачи их в процесс показаны в табл. 4. Во всех экспериментах выполнялся дробный съем пенного продукта, опыты дублировались и определялись средние данные из трех опытов.

флотация реагентный режим

Таблица 4 - Реагентные режимы и их коды в ходе экспериментов (оформить правильно)

* 50% смеси собирателей контактировало с пульпой перед началом флотации, остальные 50% подавались после съема второго концентрата;

** 75% вспенивателя подавалось за 20с до подачи собирателя, остальные 25% добавлялись после съема второго концентрата.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Результаты экспериментов представлены в графической форме для удобства сравнения на рис. 4.

Полученные в сериях 1-3 результаты позволяют сделать следующие выводы.

В первой серии экспериментов при низких расходах смеси собирателей и вспенивателя масло ПОД и разовой подаче реагентов без предварительного эмульгирования (режим 1) выход концентрата с зольностью 13,68% составил 54,1% при зольности отходов 63,23%, что свидетельствует о потерях горючей массы с отходами. При повышении расхода реагентов все показатели увеличиваются - выход и зольность концентрата, зольность отходов (режимы 2 и 3). Повышение расхода реагентов в принятых пределах способствует подъему выхода концентрата от 54 до 61...66% и зольности отходов на 8...11% при росте зольности концентрата на 0,5-4%, что вполне согласуется с изложенными выше теоретическими подходами.

При дробной подаче реагентов в процесс при тех же расходах (режимы 4-6) зольность и выход концентрата изменяются примерно в тех же пределах при значительном повышении зольности отходов - до 75,24%. Таким образом, в зависимости от требований потребителя по золе концентрата (на коксование или энергетику), можно в производственных условиях или получать концентрат с несколько большим выходом и зольностью или экономить реагенты.

В серии 2 использовалось эмульгирование реагентов в водной среде перед подачей в процесс в течение 1 мин., для чего была применена мешалка с высоким числом оборотов. Результаты флотации свидетельствуют о том, что эмульгирование обеспечивает получение большего количества концентрата по сравнению с режимом без эмульгирования при некотором снижении его зольности. Дробная подача эмульсии не оказывает существенного влияния на выход концентрата, однако при этом достигнута максимальная зольность отходов - 76,39% при повышении зольности концентрата на 0,7%.

В серии 3 длительность эмульгирования была увеличена до 10 мин. Анализ показателей флотации позволил прийти к заключению о снижении всех параметров продуктов. Зольность концентрата повысилась до 17...19% за счет его озоления частицами сростков при практически мало изменившемся выходе. При низком расходе собирателя (режим 6-1) выход концентрата меньше, чем в случае разовой подачи реагентов без эмульгирования (режим 2). Дробная подача тонкодисперсной эмульсии не способствовала повышению технологических показателей. Зольность отходов получена на уровне 72...75%.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Для анализа причин ухудшения результатов флотации при длительном эмульгировании смеси реагентов на основании данных, приведенных в работе [12], нами построены кумулятивные кривые гранулометрического состава эмульсии керосина, представленные на рис. 5.

Из графиков видно, что при увеличении времени эмульгирования средний размер капель эмульсии снижается от 8,5 до 1,8 мкм, т.е. почти в четыре раза. При этом следует вспомнить о такой особенности газовых углей, как высокая пористость поверхности. По-видимому, при увеличении дисперсности эмульсии происходит более значительное поглощение реагентов-собирателей внутренней поверхностью пор, что непродуктивно увеличивает их расход или при том же расходе не приводит к улучшению показателей флотации.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Для исследования кинетики процесса была определена скорость перехода в пену дробно снимаемых концентратов при разных режимах, представленная на рис. 6 - 8, на которых пунктиром обозначены режимы с дробной подачей реагентов в процесс.

Из зависимости для скорости перехода в пенный слой следует, что наибольшая скорость флотации имеет место при дробной подаче смеси реагентов при расходе 1300 г/т и вспенивателя масла ПОД 250 г/т (режим 6).

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Приведенные данные позволяют заключить, что максимальная скорость перехода в пену угольных частиц наблюдается в случае эмульгирования смеси реагентов в течение 1 мин. при дробной подаче эмульсии (режим 6-1). При этом отмечено, что при дробной подаче скорость флотации после съема первых двух концентратов снижается (точка, соответствующая 3 мин. на рис. 6-8). Затем после подачи второй порции реагентов этот параметр несколько повышается, и в пену переходят (доизвлекаются) более зольные угольные частицы, формируя третий концентрат. При пониженных расходах реагентов (режимы 4, 4-1, 4-10) незначительное повышение скорости перехода в пену наблюдается уже после съема третьего концентрата.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Динамика изменения зольности дробных концентратов показана на рис. 9-11.

Из графиков следует, что наиболее низкозольные концентраты могут быть получены при низких расходах реагентов, но при этом растут потери горючей массы с отходами.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Вывод

Анализ данных позволяет заключить, что режим 6-1 является наиболее эффективным, т.к. обеспечивает высокий выход концентрата при зольности концентрата 17% в количестве 66% и высокозольные отходы - 76,23%.

Список литературы

1. Саранчук, В.И. Флотирование углей реагентами из продуктов коксохимии [Текст] / В.И. Саранчук, И.А. Аровин, Л.Я. Галушко. - Донецк: «Східний видавничий дім». - 2006. - 192 с.

2. Изыскание путей совершенствования технологии флотационного обогащения: Отчет по гостеме №Г-16-67 [Текст]. Рук. Ельяшевич М.Г. -1968. - 135 с.

3. Теоретические исследования и совершенствование технологии обогащения мелких углей, антрацита и графита: Отчет по гостеме №Г-59-75 [Текст]. Рук. Ельяшевич М.Г. - 1980. - 146 с.

4. Саранчук, В.И. Надмолекулярная организация, структура и свойства угля [Текст] / В.И. Саранчук, А.Г. Айруни, К.Е. Ковалев. - Киев: Наукова думка, 1988. - 192 с.

5. Петрология углей СССР [Текст] / Под ред Волковой И.Б. - Ленинград: Недра, 1986. - 248 с.

6. Еремин, И.В. Петрография и физические свойства углей [Текст] / И.В. Еремин, В.В. Лебедев, Д.А. Цикарев. - М.: Недра, 1980. - 264 с.

7. Братичак, М.М. Хімія та технологія переробки вугілля: Підручник [Текст] / М.М. Братичак, С.В. Пиш'єв, М.І. Рудкевич. - Львів: Бескид Біт, 2006. - 272

8. Русьянова, Н.Д. Углехимия [Текст] / Н.Д. Русьянова. - М: Наука, 2000. - 316 с.

9. Мелик-Гайказян, В.И. Исследование механизма упрочнения контакта между пузырьком и угольной частицей аполярным реагентом [Текст] / В.И. Мелик-Гайказян, А.А. Байченко // ДАН СССР, 1961. - т. 136. - №6. - С. 96-112.

10. Moudgil, B.M. Vakarelski Influence of Nanoscale Roughness on Flotation [Text] / B.M. Moudgil, S.C. Brown, I.U. Vakarelski // Min. Engineering. - Vol. 10? 2000. - pp. 647-653.

11. Рожнова, Е.Е. Флотируемость петрографических компонентов малометаморфизованных углей [Текст] / Е.Е. Рожнова // Труды ин-та УкрНИИ-Углеобогащение, т. II, - М, 1963. - С. 148-161.

12. Самойлов, А.И. О взаимодействии аполярных реагентов-собирателей с самородной серой [Текст] / А.И. Самойлов // Обогащение полезных ископаемых. - Киев: Техніка. 1981. - Вып. 28. - С. 64-66.

Размещено на Allbest.ru