CC BY
568
Суммарный выход концентрата, %
Влияние группового химического состава реагентов-вспенивателей на зольность флотоконцентратов
Использование концентрата с пониженной зольностью при коксовании позволит получать кокс,
удовлетворяющий требованиям доменного производства.
Практика работы доменных печей показывает, что снижение зольности кокса на 1,5% приводит к сокращению расхода кокса в доменной печи на 2-3% и к повышению производительности доменных печей на 1,5-2%.
Таким образом, исследованием установлено что, для получения концентратов с пониженной зольностью следует использовать в качестве реагентов-вспенивателей технические продукты нефтехимии, содержащие в групповом химическом составе крем-нийорганические соединения, что обеспечит получение концентратов, поступающих на коксование с пониженной зольностью.
Сведения об авторах
Лапина Татьяна Михайловна - студентка ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: Lapina@yndex.ru
Петухов Василий Николаевич - д-р техн. наук, проф., ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: Chief.petuhov2013@yndex.ru
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
DEVELOPMENT OF COAL FLOTATION REGIME BY VARIOUS CHEMICAL COMPOSITION BLOWING REAGENTS USE AND MOLECULE STRUCTURE
Lapina Tatyana Mihailovna - Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: Lapina@yndex.ru
Petukhov Vasily Nikolaevich - D. Sc. (Eng), Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: Chief.petuhov2013@yndex.ru
Abstracts. This article examines the effects of the operation of the reactants, foaming agents with different chemical composition and molecular structure on the development of coal flotation regime entering the coking. Set the highest selectivity of the flotation process using as reagent ETS-40 blowing agent that reduces the ash content at the outlet of 1.6% in contrast to the use of other reagents, blowing agents. The reduced ash content due to the use as reagents, industrial products of petrochemical blowing agent containing the group consisting of organosilicon compounds of the chemical.
Keywords: coal, coal flotation, collecting agents, foaming agents, organic silicon compounds, selectivity, efficiency, ash content.
♦ ♦ ♦
УДК 662.741.3.022:622.765 Петухов В.Н., Погуца С.С.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФЛОКУЛЯНТОВ РАЗЛИЧНОГО ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА И СТРОЕНИЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ СГУЩЕНИЯ УГОЛЬНЫХ ПУЛЬП
Аннотация. В работе рассмотрено действие анионных и катионных флокулянтов при осаждении угольных пульп. Установлена высокая эффективность анионных флокулянтов повышенной молекулярной массы. Установлено, что скорость осаждения угля определяется молекулярной массой, структурными особенностями молекул флокулянтов. Наиболее высокая скорость осаждения угля установлена для анионных флокулянтов Magnafloc.
Ключевые слова: уголь, флокулы, молекулярная масса, структура флокулянтов, анионные и катионные флокулянты, скорость осаждения угля.
Современные углеобогатительные предприятия постоянно сталкиваются с проблемой ухудшения качества перерабатываемого угля, и в связи с этим большое внимание уделяется селективному извлечению тонких шламов из оборотной воды. Это связано с тем, что глинистые вещества породы и тонкие шламы рядовых углей при неэффективном их выводе из водно-шламовой схемы фабрики приводят к накоплению в оборотной воде большого количества высокозольных шламовых частиц, которые, попадая в пенный продукт флотации, увеличивают зольность концентрата.
Решение этой проблемы во многом связано с правильным подбором флокулянтов и флотационных реагентов, которые обеспечивают высокую эффективность работы всей фабрики в условиях жестко замкнутой водно-шламовой схемы. Это относится как к предприятиям с обогащением до 0 мм, с процессом флотации, так и к фабрикам, не обогащающим шла-мы, но вынужденным обезвоживать их.
Флокулянты - вещества, вызывающие в жидких дисперсных системах флокуляцию - образование рыхлых хлопьевидных агрегатов (флокул) из мелких частиц дисперсной фазы.
Наибольшее практическое значение имеет фло-куляция в водной среде, вызванная высокомолярными флокулянтами - полиэлектролитами или неионоген-ными полимерами. При этом наиболее вероятна так называемая адсорбционная флокуляция - соединение частиц в результате адсорбции отдельных сегментов макромолекулярной цепи флокулянта на разных частицах. Возможны также и другие механизмы: взаимодействие между молекулами флокулянта, каждая из которых адсорбционно связана с одной частицей, неадсорбционная флокуляция, например вытеснитель-ная, протекающая по механизму гидрофобных взаимодействий.
Адсорбционная флокуляция происходит, как правило, при оптимальном соотношении концентраций флокулянта и частиц дисперсной фазы. На кинетику и полноту флокуляции, а также структуру и свойства флокул влияют, с одной стороны, молекулярная масса, степень ионизации, конформация макромолекул флокулянта, с другой - знак и плотность поверхностных зарядов, размер и форма коллоидных частиц, химический состав их поверхности. Наиболее эффективна флокуляция при степени адсорбционного заполнения поверхности частиц полимером около 0,5. Избыток флокулянта может не только ухудшить фло-куляцию, но вызвать обратный процесс - дефлокуля-цию, или пептизацию.
В последнее время широкое применение в практике обогатительных фабрик нашли новые высокомолекулярные синтетические флокулянты . Процесс
* Новак В.И., Долматов В.И. Селективная флокуляция угольного
флокуляции аналогичен коагуляции, но возникает вследствие адсорбции на поверхности частиц гетеро-полярных молекул флокулянта. В результате этого происходит укрупнение частиц, т.е. образование хлопьев, седиментирующих под действием силы тяжести. Процесс флокуляции используют как для осаждения угольной мелочи, отправляемой на флотационное обогащение, так и для угольных шламов.
Эффективность действия флокулянтов обуславливается их химическим составом, молекулярной массой, структурными особенностями, а также расходом. Однако общепринятые заключения по эффективности действия флокулянтов и механизма их действия при флотации углей различной стадии метаморфизма и минерализации органической массы углей, в сочетании с использованием различных флотационных реагентов, отсутствуют.
В зависимости от характера активных групп флокулянта при диссоциации в воде различают фло-кулянты - полиэлектролиты (ионогенные), которые, в свою очередь, подразделяются на анионные, катион-ные и катионно-анионные полиэлектролиты, и неионные (неионогенные) флокулянты. Молекулы неионного типа имеют форму длинных жестких цепей с большим количеством гидроксильных групп, которые адсорбируются на твердых частицах и прочно соединяются с ними за счет образования водородных связей. При этом формируются крупные агрегаты. Полимеры ионного типа (полиэлектролиты) являются значительно более эффективными флокулянтами, чем полимеры неионного типа.
Ионные флокулянты делятся на три группы:
1) анионные полиэлектролиты, которые при диссоциации образуют полимерный органический полианион и простой катион (№, К, ЫН4). Примером такого рода могут служить флокулянты Magnafloc, в частности М-10;
2) катионные полиэлектролиты, которые при диссоциации образуют органический поликатион и простой анион (С1, SO4. СН3СОО). Примером такого рода флокулянтов могут служить: Magnaf1oc М-380, ВПК-402, Технофлок-1597, КСП-202;
3) катионно-анионные - образующие при диссоциации поликатион и полианион.
Исследовано влияние эффективности осветления тугольных пульп при использовании флокулянтов различного элементного состава и строения.
Флокулянт Magnafloc М-10 - сополимер акри-ламида, анионный, молекулярная масса 18 млн, рабочий диапазон 5-11 рН.
шлама на ОФ «Распадская» // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2010. №5. С. 48-51.
- сн- сн-
I
с=о
-сн- сн-
с=о
Структурная формула анионного сополимера ак-риламида с акрилатом натрия.
сн - сн-
I
с=о.
1Ш„
-сн- сн-
' I
с=о
О Ыа
Структурная формула катионного сополимера акриламида с ^ N - диэтиламиноэтилметакрилатом (R1) или его четвертичной солью (Д2), где R1: -0-СН2-СН2-М(С2Н5)2 R2: -0-(СН2)К-(С2Нз)зВг-
- -СН: — СН
Е
5 Основной
а Основной
Основной
с=о I
Технофлок-ТЬ 1597 — синтетическийфлокулянт на основе полиамина.
Флокулянт Magnafloc М-1597 — синтетическийфлокулянт на основе полиамина. Он выпускается в виде 50% раствора, хорошо растворимого в воде. Флокулянт имеет максимальную катионную активность, низкую молекулярную массу менее 5 тыс. и основной механизм действия - изменение заряда поверхности. У флокулянта отсутствуют длинные молекулярные цепи.
Флокулянт Ма^аПос М-525 -сополимер акриламида, анионный, молекулярная масса 10 млн, ионная активность 45-50%.
Полиэлектролит ВПК-402 -синтетический органический высокомолекулярный катионный водорастворимый полимер линейно-циклической структуры, получаемый путем радикальной полимеризации мономера диметилдиаллиламмоний-хлорида. Молекулярная масса полимера составляет примерно 3*105.
КСП-202 - композиционный синтетический ка-тионный полимер с молекулярной массой - от 10 000 до 1 млн.
Флокулянт Magnafloc М-345 — сополимер ак-риламида, анионный, молекулярная масса 15 млн, ионная активность 40-45%.
Флокулянт Magnafloc М-380 - катионный сополимер акриламида, катионная активность 80%, молекулярная масса 14 млн.
При флокуляции угольных пульп в работе были исследованы вышеуказанные флокулянты при расходе 2 г/т, 4 г/т, 8 г/т, 10 г/т.
Установлено, что при расходефлокулянтов от 2 до 8 г/т наблюдалось закономерное увеличение скорости осаждения угольных пульп, чем без флокулянта (см. рисунок). При увеличении расхода флокулянта до 10 г/т эффективность флокуляции значительно снижается, так как большое количество молекул флоку-лянта, окружающего со всех сторон частицу угля, образует вокруг нее слой, который мешает слипанию с соседней частицей.
При проведении исследований по флокуляции угольной мелочи с использованием различных фло-кулянтов было установлено, что наилучшей флокули-рующей способностью обладает флокулянт Magnafloc М-10.
Скорость осаждения флокул в случае применения анионного флокулянта Magnafloc М-10 выше, по сравнению с другими флокулянтами и составляет в зависимости от расхода от 0,77 до 1,27 см/мин (см. таблицу). Это, возможно, объясняется величиной адсорбции на угольной поверхности флокулянтов, поскольку выбранные флокулянты имеют различную молекулярную массу и различные характеристики иона в сополимерах акриламида.
Л
-М-10 -ВПК-402
1597 ■КСП-202 М-345 М-380
Основной Основной Основной Основной Основной Основной Время осаждения, мин Зависимость высоты осветленного слоя от времени процесса флокуляции угля
Исседованием установлено, что анионныефлоку-лянты более эффективны по сравнению с катионны-ми. Это объясняется тем, что анионные флокулянты наиболее эффективны для обработки положительно заряженных дисперсий. Катионные флокулянты наиболее эффективны для обработки отрицательно заряженных дисперсий. Уголь является электроположительным, что и обеспечивает повышенную адсорбцию анионныхфлокулянтов на поверхности угля и его активную флокуляцию (см. таблицу).
Использованиеанионного флокулянта ВПК-402 обеспечивает пониженную скорость осаждения угля по сравнению с Magnaf1oc М-10, что объясняется пониженной его молекулярной массой (см. таблицу) Такие же закономерности получены при использовании катионного флокулянта КСП-202 по сравнению с анионным флокулянтом Magnaf1oc М-10. Увеличение молекулярной массы Magnaf1oc М-10 обуславливает возможностью больших макромолекул связывать большее число частиц в крупные хлопья посредством полимерных мостиков между частицами.
Выводы
В работе изучено влияние синтетических флоку-лянтов Magnaf1oc М-10, М-380, Технофлок-TL1597, ВПК-402, КСП-202 на скорость осаждения угольных зерен. Установлено, что для повышения скорости осаждения угольных зерен необходимо использовать анионный флокулянт Magnaf1oc М-10, который обеспечивает наиболее высокую скорость осаждения по сравнению с другими типами флокулянтов. Это объясняется наиболее высокой его молекулярной массой, чтообуславливает возможностью больших макромолекул связывать большее число частиц в крупные хлопья посредством полимерных мостиков между частицами.
Исседованием установлено, что анионныефлоку-лянты более эффективны по сравнению с катионны-ми. Это объясняется тем, что анионные флокулянты наиболее эффективны для обработки положительно заряженных дисперсий. Катионные флокулянты наиболее эффективны для обработки отрицательно заряженных дисперсий. Уголь является электроположительным, что и обеспечивает повышенную адсорбцию анионных флокулянтов на поверхности угля и его активную флокуляцию.
Скорость осаждения угля (см/мин) при различной концентрации, строении и молекулярной массе флокулянта
Флокулянт Тип Молекулярная масса Скорость осаждения, см/мин, при расходе флокулянта
2 г/т 4 г /т 8 г/т 10 г/т
М-10 Анионный 18 млн 0,77 0,87 1,33 1,27
Технофлок-TL1597 Катионный 5000 0,37 0,33 0,4 0,33
М-525 Анионный 10 млн 0,5 0,5 0,53 0,43
ВПК-402 Катионный 300 000 0,43 0,6 0,7 0,67
КСП-202 Катионый от 10000 до 1 млн 0,67 0,73 0,67 0,5
М-345 Анионный 15 млн 0,53 0,6 0,77 0,67
М-380 Катионный 14 млн 0,57 0,6 0,67 1,06
Сведения об авторах
Петухов Василий Николаевич - д-р техн. наук, проф., ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: chief.petuhov2013@yandex.ru
Погуца Светлана Сергеевна - студентка, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: anya-poguca@yandex.ru
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
INFLUENCE RESEARCH FLOKULYANTOV OF VARIOUS ELEMENT STRUCTURE AND THE STRUCTURE ON EFFICIENCY OF THE CONDENSATION OF COAL PULPS
Petukhov Vasiliy Nikolaevich - D.Sc. (Eng.), Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: chief.petuhov2013@yandex.ru
Pogutsa Svetlana Sergeevna - Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: anya-poguca@yandex.ru
Abstracts. In work action of anion and cationic flokulyant at sedimentation of coal pulps is considered. High efficiency of anion flokulyant of the increased molecular weight is established. It is established that the speed of sedimentation of coal is defined by the molecular weight, structural features of molecules of flokulyant. The highest speed of sedimentation of coal is established for anion flokulyant of Magnafloc.
Keywords: coal, flokula, molecularmass,structure of flokulyant, anion and cationic flokulyanta, coal sedimentation speed.
♦ ♦ ♦
