CC BY
37
ПОДГОТОВКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ К МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМУ ПЕРЕДЕЛУ
УДК 662.74:662.765
Петухов В.Н., Батяев Я.С., Петухова О.И., Карсакова Л.С.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГРУППОВОГО ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА РЕАГЕНТОВ -ВСПЕНИВАТЕЛЕЙ НА ПОКАЗАТЕЛИ ФЛОТАЦИИ УГЛЕЙ
Аннотация. Эффективное применение углей различных технологических марок возможно только после их обогащения, так как повышенная зольность и сернистость снижают полезность углей, а в случае их использования при коксовании металлургический кокс не удовлетворяет требованиям доменного производства. Показатели продуктов обогащения угольной мелочи во многом определяются применяемым реагентным режимом. В данной работе проводились исследования по изучению влияния группового химического состава реагентов - вспенивателей на показатели флотации. В качестве исходного питания флотации исследовалась угольная мелочь ЦОФ «Беловская» с зольностью от 20,0 до 21,1%. Установлено, что для получения высоких показателей продуктов флотации углей в качестве реагента - вспенивателя необходимо использовать технический продукт нефтехимии «Экофол». Применение его позволяет повысить извлечение горючей массы в концентрат на 1,9-2,5% и снизить потери органической массы угля с отходами флотации.
Ключевые слова: флотация, эффективность, реагент, сернистость, извлечение горючей массы, зольность.
Эффективное использование углей различных марок, особенно для технологических целей, возможно только при их обогащении, так как повышенная зольность и сернистость значительно снижают полезность углей, а в случае применения углей в шихтах для коксования вообще делают их непригодными к использованию. Показатели обогащения угольной мелочи во многом определяются реагентным режимом [1-6]. В данной работе проводились исследования по улучшению качественных показателей продуктов флотации углей за счет разработки нового реагентно-го режима. В качестве исходных углей исследовалась угольная мелочь ЦОФ «Беловская» крупностью менее 0,5 мм с зольностью от 20,0% до 21,1%. В качестве реагентов - вспенивателей исследовались: КОБС - кубовый остаток от производства бутиловых спиртов. Эффективный поверхностно-активный реа-
гент для флотации углей. Компонентный состав, % масс:
Алифатические спирты - С8 60,1
Сложные эфиры 17,5
Кетоны 15,0
Альдегиды 7,4
Кэтгол - кубовые остатки ректификации 2-этилгексанола - содержит в своем групповом химическом составе смесь первичных спиртов алифатического и этиленового ряда и альдегиды изостроения.
Однородная жидкость от светло-коричневого до черного цвета, не содержащая механических примесей.
Основные физико-химические свойства:
Плотность при 20°С, г/см3, не менее 0,800
Содержание 2-этилгексанола, % вес, не более 15
Вязкость кинематическая при 50°С,
© Петухов В.Н., Батяев Я.С., Петухова О.И., Карсакова Л.С., 2018
ССТ не более 8
Температура застывания не выше, °С -30 Температура вспышки в открытом тигле,
не ниже, °С -65
В качестве реагентов-собирателей были использованы:
Газойль - смесь углеводородов различного строения, преимущественно С12—С35, и примесей (главным образом серо-, азот- и кислородсодержащих) с пределами выкипания 200—500 °С.
Вязкость кинематическая, мм2 /с ,при 20 0С 5,6 Цетановое число 49
Температура застывания, 0С -23
Плотность при 20 0С, кг/м3 915
Флотэк - флотационный реагент состоит из смеси алифатический спиртов, сложных и простых эфи-ров, углеводородов и присадок.
Температура кипения, 0С 160-370
Плотность при 20 0С, г/см3 0,87-0,97
Температура застывания, 0С -10 (-30 зимний) Вязкость кинематическая при 20 0С, мм2/с 7-12 Групповой химический состав «Экофол»,% масс.:
2-этилгексанол 18,3-18,6
спирты нормального строения 5,6-6,0
спирты изостроения С11-С20 14,0-14,5
2-(дицилокси)-этанол до 2-(тетрадицилокси) -этанол 28,0-28,3
сложные эфиры жирных кислот 2,2-2,5
олефины изостроения С10-Н20-С20Н40 8,0-33,0 неидентифицированные соединения 0,3-0,7 Исследованием флотации смеси технологических марок углей ЦОФ «Беловская» было установлено, что при использовании в качестве реагента-вспенивателя кубовых остатков бутиловых спиртов суммарный выход концентрата составил 79,2 % с зольностью 9,6%. При этом извлечение горючей массы в концентрат составляет 90,7%.
При использовании в качестве реагента - вспени-
вателя 2-этилгексанола выход концентрата снижается и составляет 73,0%, с зольностью 8,7%, при извлечении горючей массы в концентрат 84,5%. При этом зольность концентрата снижается на 0,9%. В случае использования в качестве реагента - вспенивателя «Экофола» получено наиболее высокое извлечение горючей массы в концентрат - 91,8% при суммарном выходе концентрата 80,2% и его зольность 9,7%. Зольность отходов составляет 67,3%. Использование в качестве реагента - вспенивателя «Кэтгола» привело к снижению показателей флотации угля. Выход концентрата снижается на 4,8% по сравнению с исполь-
зованием в качестве реагента - вспенивателя «Эко-фол». Зольность отходов снижается с 67,3 до 56,0%. Это указывает на значительные потери органической массы угля с отходами флотации. Таким образом, исследования флотируемости угольной мелочи с использованием в качестве реагентов-вспенивателей технических продуктов нефтепереработки показали, что лучшие показатели по выходу концентрата получены в случае использования «Экофол». Выход концентрата повышается на 0,4-4,8% по сравнению с использованием в качестве реагента вспенивателя «КОБС», «2-метилгексанола» и «Кэтгола» (Табл.1).
Таблица 1
Показатели флотации смеси углей технологических марок ЦОФ «Беловская» при использовании различных реагентов - вспенивателей
Реагентный режим Показатели флотации
Собиратель Вспе-ниватель Расход реагентов, кг/т Продукты флотации Вы- ход,% Зольность Ла,% Извлечение горючей массы в концентрат, %
Собиратель Вспе-нива-тель Общий
Газойль КОБС 2,16 0,2 2,36 Концентрат 79,2 9,6 90,7
Отходы 20,8 64,9
2-этил-гекса-нол 2,16 0,2 2,36 Концентрат 73,0 8,7 84,5
Отходы 27,0 54,6
Экофол 2,16 0,2 2,36 Концентрат 80,2 9,7 91,8
Отходы 19,8 67,3
Кэтгол 2,16 0,2 2,36 Концентрат 75,4 9,2 87,0
Отходы 24,6 56,0
Исходный 100 21,1
Повышение флотационной активности реагент-ного режима с использованием в качестве реагента-вспенивателя «Экофол», по-видимому, объясняется не только повышением его пенообразующей способности по сравнению с «КОБС» и «Кэтголом», но также наличием в реагенте до 33% олефинов с изострое-нием углеводородных радикалов. Данные соединения имеют высокую адсорбционную способность на
угольной поверхности за счет наличия п-электронов кратных углерод-углеродных связей [7-10]. Это обуславливает повышение гидрофобизации угольной поверхности и высокую флотируемость угольных частиц.
В связи с установлением наиболее высоких показателей флотации смеси технологических марок углей с использованием в качестве реагентов - вспенивате-
лей «Экофол» и «Кэтгол» нами при исследовании влияния группового химического состава реагентов -собирателей на флотируемость угольной мелочи ЦОФ «Беловская» применялись вышеуказанные реагенты -вспениватели. Установлено, что показатели флотации угля зависят как от применяемого реагента - собирателя, так и от используемого реагента - вспенивателя.
При использовании в качестве реагента - собирателя «Газойль» получены наиболее высокие показатели флотации по сравнению с реагентом - собирателем «Флотек». Извлечение горючей массы в концентрат повышается на 1,9-2,5% в зависимости от используемого реагента - вспенивателя при одновременном увеличении расхода реагента - собирателя «Флотек» с 2,5 до 3,0 кг/т. Это объясняется групповым химическим составом собирателей. В реагенте - собирателе «Газойль» содержатся углеводороды различных классов, что обеспечивает синергизм адсорбционной активности отдельных классов углеводородов на энер-
гетически неоднородной угольной поверхности. Это обуславливает повышенную адсорбцию и гидрофоби-зацию поверхности угольных частиц и, при прочих равных условиях процесса флотации, более высокие показатели флотации.[11-14]. Однако применение вспенивателя «Экофол» позволяет получать более высокие показатели флотации углей по сравнению с использованием вспенивателя «Кэтгола» не зависимо от использованного реагента - собирателя. При равном расходе реагента - собирателя «Газойля» (2,5 кг/т) применение «Экофол» в количестве (0,3 кг/т) позволило повысить извлечение горючей массы в концентрат на 2,2% при зольности концентрата 7,9% по сравнению с применением в качестве реагента вспе-нивателем «Кэтгол». Зольность отходов в случае применения «Экофола» повышается с 66,1 до 69,0%, что указывает на снижение потерь органической массы углей с отходами флотации (Табл. 2).
Таблица 2
Показатели флотации углей при различных реагентных режимах
Реагентный режим Продукты флотации Выход, % Зольность Ad,% Извлечение горючей массы в концентрат, %
Собиратель Вспени-ватель Расход реагентов, кг/т
Собиратель Вспени-ватель Общий
Газойль Экофол 2,5 0,3 2,8 Концентрат 80,2 7,9 92,3
Отходы 19,8 69,0
Кэтгол 2,5 0,3 2,8 Концентрат 78,8 7,6 90,1
Отходы 21,2 66,1
Флотек Экофол 3,0 0,3 3,3 Концетрат 77,6 6,8 90,4
Отходы 22,4 65,7
Кэтгол 3,0 0,3 3,3 Концентрат 75,0 6,5 87,6
Отходы 25,0 60,5
Исходный 100,0 20,0
Подобные закономерности флотационной активности реагентов - вспенивателей различного группового химического состава установлены в случае применения в качестве реагента собирателя «Флотек». При равном общем расходе реагентов в количестве 3,3 кг/т выход концентрата повышается на 2,6%, при его зольности 6,8% и зольности отходов 65,7%, по сравнению с применением в качестве реагента вспе-нивателя «Кэтгол» (см. табл. 2).
Исследованием установлено, что для получения наиболее высоких показателей в процессе флотации следует использовать в качестве реагента - собирателя технологический продукт нефтепереработки «Газойль», а в качестве реагента - собирателя - технический продукт нефтепереработки «Экофол». Применение «Газойля» и реагента - вспенивателя «Экофол» позволяет повысить выход концентрата на 2,6% при его зольности 7,9% по сравнению с использованием реагента - собирателя «Флотек». Зольность отходов флотации в случае применения «Газойля» повышает-
ся с 65,7 до 69,0%. При этом расход реагента - собирателя «Газойль» снижается на 20%.
Заключение
Исследованием установлено, что наиболее высокая эффективность флотации угля при использовании в качестве реагента - вспенивателя технического продукта нефтехимии «Экофол». Применение его при флотации смеси технологических марок углей позволило повысить выход концентрата на 2,6-4,8% по сравнению с использованием других реагентов -вспенивателей. Из исследованных реагентов - собирателей наиболее высокие показатели флотации получены в случае применения технического продукта нефтехимии «Газойля». Применение «Газойля» и реагента - вспенивателя «Экофол» позволяет повысить выход концентрата на 2,6% при его зольности 7,9% по сравнению с использованием реагента собирателя «Флотек», зольность отходов флотации в случае применения «Газойля» повышается с 65,7 до 69,0%. Повышенная флотационная активность реагента - собирателя «Газойля» объясняется адсорбцией непредельных и ароматических углеводородов на угольной поверхности, обуславливающих высокую гидрофобиза-цию поверхности угольных частиц и, при прочих равных условиях, повышение извлечения горючей массы углей в концентрат.
Список литературы
1. Кубак Д.А. Рациональное использование природных ресурсов путем разработки высокоэффективных реагентных режимов при флотации углей //Проблемы недропользования: материалы V Всероссийской молодежной научно-практической конференции, 8-11 февраля 2011 г. Екатеринбург, 2011.
2. Петухов В.Н. Основы теории и практика применения флотационных реагентов при обогащении углей для коксования. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2016. 453 с.
3. Петухов В.Н., Юнаш А.А. Разработка новых реагентных режимов флотации углей // Кокс и химия. 1998. № 3. С. 5-8.
4. Сирченко А.С., Петухов В.Н. Снижение загрязнения окружающей среды при флотации каменных углей путем разработки новых реа-гентных режимов // Проблемы повышения экологической безопасности производственно-технических комплексов промышленных регионов: сб. науч. трудов. Магнитогорск: МГТУ, 2004. С. 135-138.
5. Петухов В.Н., Кубак Д.А., Семенов Д.Г. Исследование влияния группового химического со-
става комплексных реагентов на эффективность флотации углей//Вестник МГТУ. №1. 2014. С.
6. Некоторые возможные области применения кремниевых аналогов циклических ацеталей/ Гальченко Е.П., Петухов В.Н., Мусавиров Р.С. и др.// Журнал прикладной химии. 1990. № 11. С. 2527-2532.
7. Петухов В.Н., Свечникова Н.Ю. (Осина Н.Ю.). Повышение эффективности процесса флотации угля с использованием нового реагента-собирателя // Материалы 64-й научно-технической конференции по итогам научно -исследовательских работ за 2004-2005 г: сб. докл. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. Т.1. С.111-113.
8. Петухов В.Н., Свечникова Н.Ю. Исследование и разработка нового реагентного режима флотации углей на основе изучения термодинамических параметров адсорбции углеводородов на угольной поверхности // VI Конгресс обогатителей стран СНГ: материалы конгресса, T.I. М.: Альтекс, 2007. С.149-150.
9. Разработка нового реагентного режима флотации углей на основе результатов изучения термодинамических параметров адсорбции углеводородов на угольной поверхности/ Петухов
B.Н., Свечникова Н.Ю., Юнаш А.А., Саблин
A.В.// Кокс и химия. 2007. №9. С.6-9.
10. Петухов В.Н., Кубак Д.А. Разработка реагент-ного режима флотации угольных шламов на основе изучения флотационной активности чистых химических соединений // Сб. тезисов VIII Конгресса обогатителей стран СНГ. 2011.
C.23-25.
11. Петухов В.Н., Свечникова Н.Ю., Кубак Д.А. Основы квантово—химического моделирования взаимодействия флотационных реагентов с угольной повехностью. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова. 2014. 183 с.
12. Саблин А.В. Исследование и разработка нового реагентного режима флотации углей на основе термодинамических параметров адсорбции углеводородов на угольной поверхности /В.Н. Петухов, Н.Ю. Осина, А.А. Юнаш, А.В. Саблин // Башкирский химический журнал. 2007. №3. Т.14. С.69-71.
13. Исследование флотируемости углей различной минерализации органической массы с использованием нового реагента-собирателя / Петухов
B.Н., Саблин А.В., Лавриненко А.А., Юнаш А.А.// Вестник Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова. 2008. № 2. С. 31-33.
14. Свечникова Н.Ю. Обоснование выбора собирателей из группы алкенов изомерного строения для интенсификации флотации угля: автореф. дис. канд. техн. наук. М., 2008. 21 с.
Сведения об авторах
Петухов Василий Николаевич - д-р техн. наук, проф. ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Магнитогорск, Россия. E-mail: chief. petuhov2013@ yandex.ru
Батяев Ярослав Сергеевич - магистрант Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. Магнитогорск, Россия.
Петухова Ольга Игоревна - канд. техн. наук, доцент Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. Магнитогорск, Россия.
Карсакова Людмила Сергеевна - магистрант Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И.Носова. Магнитогорск, Россия.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF GROUP CHEMICAL COMPOSITION OF FOAMING REAGENTS ON THE INDICATORS OF COAL FLOTATION
Petukhov Vasily Nicholaevich - D.Sc (Eng.), Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia.
Batyaev Yaroslav Sergeyevich - Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia.
Petukhova Olga Igorevna - Ph. D. (Eng.), Associate Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia.
Karsakova Lyudmila Sergeyevna - Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia.
Abstracts. Effective use of various technological grade coals is possible only after their enrichment, as increased ash and sulfur content reduce the usefulness of coal, and in the case of their applying in coking, metallurgical coke does not meet the requirements of blast furnace production. Indicators products of enrichment coal fines are largely determined by the used reagent mode. In the frame of this work study the effect of the group chemical composition of the blowing agents on the flotation indicators was conducted. As a feedstock of flotation, the coal fines of the CEF "Be-lovskaya " with an ash content of 20.0 to 21.1% were investigated. It has been established that technical product of pe-tro chemistry "Ekofol" can be used as a reagent of the foaming agent to obtain high indices of coal flotation products. Such usage makes it possible to increase the extraction of combustible mass into the concentrate by 1.9-2.5% and reduce the loss of coal organic mass with flotation waste.
Keywords: flotation, efficiency, sulfur content, extraction of combustible material, ash content.
Ссылка на статью:
Петухов В.Н., Батяев Я.С., Петухова О.И., Карсакова Л.С. Исследование влияния группового химического состава реагентов вспенивате-лей на показатели флотации углей // Теория и технология металлургического производства. 2018. №1(24). С. 9-13.
Petukhov V.N., Batyaev Y.S., Petukhova O.I., Karsakova L.S. Investigation of the influence of group chemical composition of foaming reagents on the indicators of coal flotation. Teoria i tehnologia metallurgiceskogo proizvodstva. [The theory and process engineering of metallurgical production]. 2018, vol. 24, no. 1, pp. 9-13.
