Научная статья на тему 'Гомогенизация растворов высокомолекулярных полимеров при флокуляции угольных дисперсий'

Гомогенизация растворов высокомолекулярных полимеров при флокуляции угольных дисперсий Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
197
59
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Гомогенизация растворов высокомолекулярных полимеров при флокуляции угольных дисперсий»

СЕМИНАР 3

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98" МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98

Г.Л. Евменова, к.т.н, А.А. Байченко, проф., д.т.н.,

КузГТУ КузГТУ

ГОМОГЕНИЗАЦИЯ РАСТВОРОВ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ПОЛИМЕРОВ ПРИ ФЛОКУЛЯЦИИ УГОЛЬНЫХ ДИСПЕРСИЙ

С каждым годом увеличивается содержание тонких классов в углях, подлежащих обогащению. Как показывает практика последних лет, очистка шламовых вод невозможна без применения фло-кулянтов. Для их эффективного воздействия необходимо готовить гомогенизированные водные растворы, поскольку это единственный способ изменить конформаци-онное состояние макромолекулы и придать ей форму, которая способствовала дестабилизации дисперсных систем.

К сожалению в промышленных условиях способы приготовления гомогенных растворов несовершенны, и поэтому значительное количество полимеров попадает в пульпу в виде геля и ассоциатов, что приводит к перерасходу дорогостоящих флокулянтов и понижению эффективности их действия при агрегации угольных дисперсий. Поэтому необходимо было подробно изучить процесс растворения высокомолекулярных полимеров в воде и создать научные предпосылки для разработки эффективной технологии приготовления гомогенных рабочих растворов флокулянтов так необходимых производству.

Процесс растворения высокомолекулярных полимеров состоит из трех этапов: смачивание дисперсных частиц флокулянта водой с образованием на поверхности частиц гидратного слоя; набухание -диффузное проникновение молекул воды в межмолекулярное пространство полимера с образованием геля; непосредственно растворение полимера в воде или переход макромолекул флокулянта в объем растворителя [1].

В нашей работе для изучения процесса растворения частиц по-

128

лимера в воде были исследованы различные флокулянты: неионный полиэтиленоксид (ПЭО) с молекулярной массой (ММ) 5,6-10б, анионные Магнафлоки 525 и 365, катионный Магнафлок 1440 (на основе полиакриламида, фирмы Allied Colloids).

Гомогенность растворов флокулян-тов оценивалась по изменению интенсивности рассеянного света при прохождении через раствор лазерного луча.

Обычно растворы высокомолекулярных полимеров обладают значительной неоднородностью, которая выражается наличием небольших областей с повышенной концентрацией и плотностью. Световой луч, попадая на границу "уплотненной" области преломляется и, изменяя направление, рассеивается. Чем больше областей неоднородности в единице объема раствора, тем чаще луч света сталкивается с границами повышенной плотности и тем сильнее он рассеивается. Если в луч не попадает ни одна неоднород-

ность и в этом случае рассеивание света минимально. Постепенно по мере набухания и диффузии вещества из областей повышенной концентрации неоднородностей в растворе будут становиться все меньше. Величина интенсивности рассеивания будет уменьшаться до определенного постоянного значе-

Рис. 1. Кинетика растворения флокулянтов:

1 - ПЭО; 2,3,4 - Магнафлоки различных марок.

Рис. 2. Схема установки для приготовления и подачи растворов флокулянтов в пульпу:

1 - узел загрузки сухого флокулянта; 2 - реактор приготовления концентрированного раствора; 3 - промежуточный реактор; 4 - импульсный дозатор; 5 - бачок стабилизации уровня; 6 - гидроэлеватор; 7 - бункер для сухого флокулянта; 8 - диспергатор

ГИАБ

ния. Это хорошо видно из приведенных на рис.1 кривых кинетики гомогенности водных растворов флокулянтов.

Полученные экспериментальные данные позволили для каждой марки изучаемых полимеров построить кривые растворения в воде, по которым можно судить, что для получения гомогенного раствора необходимо создавать им сугубо индивидуальный режим. Кроме того, результаты эксперимента позволили оценить наличие основных этапов процесса растворения и определить их продолжительность; установить, что практически каждый флокулянт имеет свои особенности протекания процесса растворения.

Эти данные необходимы при разработке и промышленной реализации технологии получения гомогенизированных растворов высокомолекулярных флокулянтов на обогатительных фабриках.

На рис.2 приведена схема автоматизированной установки для рас-ворения флокулянтов, спроектированной, изготовленной и смонтированной на одной из углеобогатительных фабрик Кузбасса для реализации в промышленных условиях разработанной технологии приготовления водных растворов полимерных флокулянтов, которая обеспечивает получение гомогенных растворов, точную дозировку и направленную подачу в технологический процесс.

Как и на типовой установке [2], раствор полимеров готовят в две стадии: концентрированный и рабочий. В нашем случае предусмотрены конструктивные элементы и технологические приемы для предотвращения слипания частиц при загрузке и образования труднорастворимых сгустков в реакторе с перемешивающим устройством. Продолжительность основных процессов (смачивание -гелеобразование - набухание -гомогенный раствор) и время ра-

боты перемешивающего устройства для каждого флокулянта задается на основании полученных экспериментальных данных. При смешении флокулянта с водой в реакторе происходит приготовление концентрированного раствора флокулянта, который перепускается в дополнительный реактор и затем подается через дозатор в разбавитель-гидроэлеватор, где происходит мгновенное приготовление рабочего раствора и подача его в технологический процесс. Установка работает в автоматическом режиме, но возможно и ручное управление. Предлагаемая технология растворения позволяет готовить гомогенные и поэтому эффективно действующие растворы различных флокулянтов по специально разработанным для каждого из них режимным картам.

Эффективность предложенной технологии растворения, дозирования и подачи флокулянтов в суспензию была подтверждена промышленными испытаниями на ряде углеобогатительных фабриках Кузбасса для интенсификации процесса фильтрования флотационного концентрата, в котором содержится большое количество тонкодисперсных угольных частиц, препятствующих его эффективному обезвоживанию на вакуум-фильтрах. Экспериментально было установлено, что производительность вакуум-фильтров увеличивалась на З0-40%, влажность осадка снизилась на 3-4%, что объясняется значительным уменьшением сопротивления осадка и содержанием твердого в фильтрате [3]. Необходимо отметить, что удельное сопротивление осадка является наиболее полной характеристикой процесса фильтрования, т.к. оно тесно связано с изменением структуры осадка на фильтрующей сетке [4]. В результате агрегирования частиц в суспензии с помощью флокулянтов увеличивалась пористость осадка,

повышалась скорость фильтрования и снижались потери угольных частиц с фильтратом.

Одной из особенностей предлагаемой технологии фильтрования флотоконцентрата с помощью флокулянтов была обратная связь между качественными показателями готового продукта и оптимальным расходом флокулянта. Это достигалось за счет применения автоматической системы регулирования расхода флокулянта в зависимости от влажности отфильтрованного осадка. При изменении влажности осадка автоматически менялась дозировка рабочего раствора флокулянта в сторону ее увеличения или уменьшения, что позволяло вести технологический процесс фильтрования в оптимальном режиме.

Применение гомогенизированных растворов флокулянтов позволило интенсифицировать процесс фильтрования и сократить расходы дорогостоящих полимеров в 3-5 раз, что обеспечило значительную экономию средств для их приобретения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тагер А.А. Физикохимия полимеров.- 3-е изд., перераб., М.: Химия, - 1978. 544с.

2. Справочник по обогащению углей // Под редакцией Благова И.С., Коткина А.М., Зарубина Л.С.- М.: Недра, 1984. 614 с.

3. Евменова Г.Л., Байченко А.А. Применение полимерных флокулянтов для интенсификации фильтрования угольного флотоконцентрата // Химия и химическая технология: Сборник докладов научных трудов / Кузбасский государственный технический университет. Кемеро-во,1995.С.74-78.

4. Байченко А.А, Байченко Ал.А., Козяк А.Г. Использование полиокси-этилена для интенсификации фильтрования угольных шламов // Уголь.-1975.- № 11. С.65-67.

© Г.Л. Евменова, А.А. Байченко

129

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.