CC BY
53
УДК 662.74:622.769.063:622.333
Петухов В.Н., Саблин А.В., Лавриненко А.А., Юнаш А.А.
ИССЛЕДОВАНИЕ ФЛОТИРУЕМОСТИ УГЛЕЙ С РАЗЛИЧНОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИЕЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ НОВОГО РЕАГЕНТА-СОБИРАТЕЛЯ
На коксование поступают угли после предварительного их обогащения до содержания мине -ральных веществ в концентратах в пределах 7-9%. При добыче каменных углей содержание тонких классов менее 0,5 мм непрерывно увеличивается и достигает 25-35% от рядового угля. Для обогаще-ния тонких классов углей наиболее эффективным методом обогащения является флотация, которая в связи с использованием дорогостоящих реагентов значительно увеличивает себестоимость концентратов. Применяемые флотационные реагенты являются, как правило, отходами нефтепереработки непостоянного группового химического соста-ва, что приводит не только к высокому их расходу, но и к значительным потерям органической массы угля с отходами флотации Особенно существенные потери органической массы углей наблюдаются в случае обогащения углей с высокой минерализацией органической массы.
Для повышения эффективности флотации углей в направлении повышения извлечения горю -чей массы в концентрат при одновременном снижении расхода реагентов-собирателей разрабатываются новые реагенгные режимы.
Известно использование новых реагентов-собирателей и комплексных реагентов, содержащих в групповом химическом составе а-олефины [1] или кремнийорганические кислородсодержащие соединения [2, 3]. Однако их незначительные ресурсы и дефицитность не позволяют использо-вать предлагаемые реагенты на углеобогатительных фабриках.
Нами были проведены изыскания новых эффективных реагентов-собирателей на основе исследования межмолекулярного взаимодействия углеводородов с угольной поверхностью.
Характер межмолекулярного взаимодействия углеводородов с угольной поверхностью можно оценить по времени удерживания реагентов на адсорбенте.
По величине времени удерживания химических соединений можно судить о прочности их закрепления на угольной поверхности, механизме адсорбции и, в конечном итоге, его можно косвенно ис -пользовать для поиска высокоэффективных реагентов-собирателей В работе [4] было установлено,
что по времени удерживания исследуемые классы углеводородов располагаются в повышающийся ряд: алканы < а-олефины < арены. Так, например, время удерживания на угле октана составило 24 с, нонана - 75 с, а зопропилбензола - 174,5 с.
Лучшей адсорбционной активностью обладают алкены (а-децен) и арены (изопропилбензол). Это подтверждается повышением величины АН с 23,5-27 до 30,5-38,4 кДж/моль, что объясняется наличием в их молекулах л-электронов кратных углерод-углеродных связей. Повышенная электронная плотность в молекулах углеводородов с кратными углерод-углеродным и связями способ -ствует более прочному взаимодействию их с поляр ными центрами угольной поверхности.
Это находится в хорошей корреляционной зависимости с их флотационной активностью. Наиболее высокие показатели по флотации угля получены в случае использования изопропилбен-зола. При равном расходе реагентов выход кон -ценграта составил для изопропилбензола 76,1%, а в случае использования нонана выход концентрата снизился до 68,7%. При использовании октана выход концентрата составил 62,1%, а при применении а-октена выход концентрата повы-сился до 71,5%.
Результаты исследования термодинамических параметров адсорбции чистых химических соединений и показатели флотации углей углеводородами позволили выбрать для исследования в лабораторных условиях новый реагент-собиратель -кубовый остаток производства изопропилбензола (КО ИПБ).
В групповом химическом составе КО ИПБ содержатся 90-98% алкилзамещенных бензольных углеводородов С9-С15 с изомерным строением алкильных заместителей и пределам и кипения от 180 до 320°С.
Для сравнения эффективности действия нового собирателя использовали технический продукт ТС-1, применяемый в качестве собирателя на углеобогатительной фабрике ОАО «Северсталь», содержащий в групповом химическом составе до 22% ароматических углеводородов. В качестве угольного шлама использовали исходное питание флотации, обогащаемое в условиях УОФ КХП «Север-
Исследованиефлотируемости углей с различной.
Петухов В.Н., СаблинА.В.,ЛавриненкоА.А., Юнаш А.А.
сталь», а также более высокоминерализованную угольную мелочь шахг Кузнецкого бассейна.
Исследованием установлено, что применение в качестве реагенга-собирателя КО ИПБ позволяет улучшить показатели процесса флотации углей по сравнению с ТС-1.
В случае флотации угля шахты «Первомайская» выход концентрата при равном расходе реагенгов-собирателей (1,5 кг/т шлама) повысился с 77,7 до 83,1%, а зольность отходов с 56,9 до
66,2% (табл. 1). Установлено, что применение КО ИПБ позволяет повысить извлечение горю -чей массы в концентрат с 90,8 до 95,2°% при одновременном снижении расхода собирателя на 10% по сравнению с использованием ТС-1.
Следует отметить, что зольность концентрата в случае применения в качестве собирателя КО ИПБ повышается на 0,8—1,4%, однако соответствует требованиям, предъявляемым к концентратам, поступающим на коксование.
Таблица 1
Показатели флотации углей с использованием различных реагентов-собирателей
Реагентныйрежим Показатели флотации Исходный продукт
Собиратель Вспе- нива- тель Расход реагентов,кг/т Продукты флотации Выход, % Золь- ность, % Извлечение горючей массы Извлечение минеральной массы Коэффициент селективности
соби- рателя вспе- нива- теля общий
ТС-1 КОБС 1,5 0,04 1,54 Концентрат 77,7 6,2 88,3 27,5 0,8 Угольная мелочь разреза «Перво- маискии»
Отходы 22,3 56,9 11,7 72,5
2 0,04 2,04 Концентрат 80,4 6,8 90,8 31,2 0,79
Отходы 19,6 6,4 9,2 68,8
Кубовый остаток производства изопропил-бензола КОБС 1,5 0,04 1,04 Концентрат 83,1 7,6 93,1 36,1 0,771
Отходы 16,9 66,2 6,9 63,9
1,8 0,04 1,54 Концентрат 85,6 8,2 95,2 40,1 0,755
Отходы 14,4 72,8 4,8 59,9
Исходный 100 17,5 100 100
Таблица 2
Результаты флотации угля с различной зольностью
Реагентныйрежим Показатели флотации
Степень Расход реагентов, кг/т Выход концен- трата, % Извлече- Извлече- Коэффи- циент селектив- ности
минера- лизации угля Соби- ратель Вспениватель соби- рателя вспе- нива- теля общий Продукты флотации Зольность концентрата, % ние горючей массы в концентрат , % нием ине-ральной массы в отходы
Низкая Кубовыйос -таток производства бутилового спирта Концентрат 85,8 6,4
ТС-1 2,25 2,31 Отходы 14,2 56,4 92,8 59,3 0,742
0,06 Исходный 100,0 13,5
Концентрат 89,5 6,8
КО ИПБ 1,80 1,86 Отходы 10,9 70,6 96,4 57,0 0,741
Исходный 100,0 13,5
Средняя Кубовыйос -таток производства бутилового спирта Концентрат 75,9 8,9
ТС-1 2,25 2,31 Отходы 24,1 62,0 88,3 68,8 0,779
0,06 Исходный 100,0 21,7
Концентрат 80,2 9,4
КО ИПБ 1,80 1,86 Отходы 19,8 71,5 92,8 65,2 0,778
Исходный 100,0 21,7
Высокая Кубовыйос -таток производства бутилового спирта Концентрат 59,2 11,9
ТС-1 2,25 2,31 Отходы 40,8 64,8 78,4 78,9 0,786
0,06 Исходный 100,0 33,5
Концентрат 64,5 12,8
КО ИПБ 1,80 1,86 Отходы 35,5 71,1 84,6 75,3 0,798
Исходный 100,0 33,5
суммарный выход, %
—*—ТС 1
—■— ки и
О 60 120 180 240 300 360
время флотации,с
Кинетика флотации угольной мелочи при использовании различных собирателей
Исследования, проведенные с использованием углей Кузнецкого бас -сейна с зольностью от 21,5 до 33,5%, а также исходного шлама УОФ КХП ОАО «Северсталь», подтвердили закономерности, полученные при обогащении угольной мелочи шахты «Первомайская». Применение в качестве собирателя КО ИПБ позволило улучшить показатели флотации углей
Выход концентрата повышается на 3,7-5,3% при одновременном сниже-нии расхода КО ИПБ на 25%. При этом наиболее высокие показатели получены для высокозольных углей. Извлечение горючей массы в концентрат при флотации низкозольного питания УОФ КХП ОАО «Северсталь»
(13,5%) повысилось на 3,6%, в то вре-мя как в случае флотации высокозольного продукта (Ай=33,5%) применение в качестве собирателя КО ИПБ вместо ТС-1 позволило увеличить извлечение горючей массы в концентрат на 6,2%, а коэффициент селективности процесса флотации повысился с 0,786 до 0,798 (табл. 2).
Результаты исследования позволили установить более высокую скорость флотации углей при использовании в качестве реагента-собирателя КО ИПБ. При равном времени флотации суммарный выход концентрата увеличивается на 5,0-7,1%. (см. рисунок).
Повышенная эффективность действия реа-генга-собирателя КО ИПБ объясняется наличием в реагенте ароматических соединений, имеющих повышенную величину адсорбции на угольной поверхности по сравнению с алканами и нафте-нами, составляющими основную массу химиче-
ских соединений реагента-собирателя ТС-1. Кроме того, ароматические углеводороды, входящие в состав КО ИПБ, имеют углеводородные радикалы замещения изомерного строения [-(С3Н7)П]. При адсорбции ароматических углеводородов с изомерным строением радикалов замещения значительно повышается гвдрофоби-зация угольной поверхности вследствие «разрыхления » гидратных слоев вблизи поверхности угля, что обеспечивает повышение краевого угла смачивания и прочности контакта «частица-пузырек » [3].
Таким образом, исследованный новый реагент-собиратель КО ИПБ обеспечивает повышение флотируемостиуглейс различной минерализацией и рекомендуется для промышленных испытаний на углеобогатительных фабриках.
Библиографический список
1. Исследование и разработка нового реагентного режима флотации углей на основе термодинамических параметров адсорбции углеводородов на угольной поверхности / Петухов В.Н., Осина Н.Ю., Юнаш А.А и др. // Баш. хим. журнал. 2007. Т. 14. № 3. С. 69-71.
2. Кукушкин В.В. Совершенствование технологии флотации труднообогатимых углей путем разработки новых реагентных режимов: Дис. ... канд. техн. наук. Магнитогорск, 2003. 167 с.
3. Совершенствование технологии флотации углей за счет использования кремнийорганических соединений / Петухов В.Н., Осина Н.Ю., Кукушкин В.В. и др. // ВестникКузбас. гос. техн. ун-та. Кемерово, 2003. № 5. С. 78-81.
4. Разработка нового реагентного режима флотации углей на основе результатов изучения термодинамических парамет-ров адсорбции углеводородов на угольной поверхности / Петухов В.Н., Осина Н.Ю., Юнаш А.А, Саблин А.В. // Кокс и химия. 2007. № 9. С. 6-9.
