CC BY
64
УДК 662.74:662.765
Петухов В. Н., Арсламбаева А. Ч., Ковбасюк Е.П.
ПОВЫШЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФЛОТАЦИИ УГЛЕЙ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ РЕАГЕНТОВ
Аннотация. Комплексное использование добываемых углей получило широкое развитие. Но 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 используемым реагентным режимом [1-3] В данной работе проводились исследования по улучшению качественных показателей продуктов флотации углей за счет разработки нового реагентного режима. В качестве исходных углей исследовались угольная мелочь ЦОФ «Беловская» крупностью менее 0,5 мм с зольностью от 18,6 до 20,3%.
Ключевые слова: зольность, сернистоть, реагент, флотация.
При флотации углей в качестве реагентов-собирателей были исследованы технические продукты нефтепереработки, такие как:
- легкий газойль каталитического крекинга (ЛГКК);
- «РСО», используемый на ЦОФ «Беловская»;
- «Флотэк 404» согласно ТУ№ 2452-006-624945732012;
- комплексный реагент, защищенный патентом РФ № 2333800.
В качестве реагентоввспенивателей применялись тенические продукты нефтехимии, такие как кубовые остатки производства бутилового спирта (КОБ С) и Экофол 440.
Групповой химический состав реагентов приведен в табл. 1.
Исследованием установлено, что применение реагентов, используемых на УОФ, приводит к значительным потерям органической массы с отходами флотации. Так, например, применение в качестве реа-гентасобирателя ЛГКК с реагентомвспенивателем кубовыми остатками производства бутиловых спиртов (КОБС) выход концентрата составил 68,2%, а извлечение горючей массы в концентрат (£ гм.) в количестве 78,7% при зольности отходов 45,4%. Применение комплексных реагентов позволило повысить показатели флотации угля. Использование комплексного реагента (патент РФ 2333800) повысило извлечение горючей массы в концентрат до 84.1% при одновременном повышении зольности отходов флотации до 51,5%.
Наиболее высокие показатели флотации угля получены с использованием комплексного реагента «Флотек». При равном расходе реагентов применение «Флотек» позволило повысить выход концентрата с 68,2 до 78,3%, зольность отходов с 45,4 до 60,8%, а коэффициент селективности повысился с 0,781 до 0,797 (табл.2).
Такие же закономерности прослеживаются в случае флотации исходного питания ЦОФ «Беловская». Применение комплексного реагента «Флотек» вместо
реагентасобирателя «РСО» позволяет значительно повысить флотируемость угля.
Таблица 1
Групповой химический состав реагентов
Реагент Групповой химический состав реагентов, % масс
Легкий газойль каталитического крекинга Непредельные углеводороды 5,2--18 Полициклические ароматические углеводороды 6-25 Моноциклические ароматические углеводороды 16-25 Бициклические ароматические углеводороды 30-41 Парафины и нафтены, не более 24-30
Комплексный реагент, защищенный патентом РФ № 2333800 Смесь реагентов, включающая прямогон-ную углеводородную фракцию керосина-абсорбента, легкий вакуумный газойль, атмосферный газойль, кубовые остатки ректификации бутиловых спиртов, продукт коксования углей - кубовые остатки ректификации сырого бензола и присадку для понижения температуры застывания. Присадка состоит из полимера этилена с виниловым эфиром, растворенным в высококи-пящих углеводородах
«РСО» Смесь углеводородов с температурой кипения 190-420 оС. Кинематическая вязкость 57 мм2/с при 2О оС
Флотек 404 Смесь алифатических спиртов, сложных и простых эфиров, углеводородов и присадок. Плотность 0,87-0,97
«Экофол 440» 2-этил-1-гексанол 18,3-18,6 Спирты нормального строения (С9-С12) 5,6-6,0 Спирты изостроения (С10-С13) 14,0-14,5 2-(децилокси) - этанол 28,0-28,3 Сложные эфиры жирных кислот (С10-С12) 2,2-2,5 Олефины изостроения (С11-С16) 32,8-33,0 Неидентифицированные соединения 0,3-0,5
Кубовые остатки производства бутиловых спиртов (КОБС) Спирты (С8) 5,40-5,52 Ацетали (С12) 33,5-35,1 Ацетали (си) 15,0-15,8 Сложные эфиры (С12) 4,9-5,0 Простые эфиры (С12-С16) 37,5-39,5 Смолы 0,6-1,16 Вода 0,1-0,16
© Петухов В. Н., Арсламбаева А. Ч., Ковбасюк Е.П., 2017
26--Теория и технология металлургического производства
Выход концентрата в случае применения «Флотек» увеличился на 11,1%,а зольность отходов - на 11,8% при снижении расхода «Флотек» в 2 раза. В случае роста расхода реагента «Флотек» до 2,2 кг/т получены более высокие показатели флотации по сравнению с использованием реагентасобирателя «РСО». Извлечение горючей массы в концентрат повышается с76,5 до 93,4%, а зольность отходов флотации - с 44,6 до 69,4%. Применение комплексного реагента (патент РФ 2333800)
позволило также повысить извлечение горючей массы в концентрат с 76,5 до 87,6%, при одновременном повышении зольности отходов флотации до 56,4 % по сравнению с использованием реагентасобирателя «РСО». Однако применение комплексного реагента «Флотек» предпочтительнее в связи с получением более высоких показателей флотации (см. табл.2) Высокая флотоактивность реагента «Флотек» обусловлена групповым химическим составом реагента.
Таблица 2
Результаты флотации угольной мелочи с использованием различных композиционных реагентов
Реагентный режим Показатели флотации
Собиратель (расход) Вспениватель (расход, кг/т) Продукты флотации Выход,% Зольность,% £ г.м. % £ м.ч. % д
ЛГКК (1,2кг/т) КОБС (0,2) Исходный 68,2 6,1 78,7 77,6 0,781
Отходы 31,8 45,4
Исходный 100,0 18,6
Флотек 404 (0,62кг/т) Концентрат 72,3 6,2 83,3 75,9 0,795
Отходы 27,7 51,0
Флотек 404 (1,2кг/т) - Концентрат 78,3 6,9 89,6 70,9 0,797
Отходы 21,7 60,8
Реагент-патент РФ2333800 (1,2кг/т) Концентрат 73,3 6,6 84,1 74,0 0,789
Отходы 26,7 51,5
Исходный 100,0 18,6
£ г.м.- извлечение горючей массы в концентрат; £м.ч.- извлечение минеральной части в отходы; Ц- коэффициент селективности
Таблица 3
Результаты флотации угольной мелочи с использованием различных композиционных реагентов
Реагентный режим Показатели флотации
Собиратель (расход,кг/т) Вспениватель (расход, кг/т) Продукты флотации Выход, % Зольность, % £ , г.м. % £, м.ч. % д
РСО (2,6) Экафол (0,17) Концентрат 66,2 7,9 76,5 74,3 0,754
Отходы 33.8 44,6
Исходный 100,0 20,3
Флотэк 404 (1,2) - Концентрат 77,3 9,7 87,6 63,1 0,743
Отходы 22,7 56,4
Флотэк 404 (2,2) - Концентрат 82,8 10,1 93,4 59,1 0,743
Отходы 17,2 69,4
Реагент, патент РФ 2333800(1,2) Концентрат 68,3 8.5 78,4 71,4 0,748
Отходы 31,7 45,7
Реагент, патент РФ 2333800 (2,2) - Концентрат 77,3 9,7 87,6 63,1 0,743
Отоды 22,7 56,4
Исходный 100,0 20,3
Процесс флотации зависит от свойств флотируемого материала, среды (эффект поля), химического строения и энергетического состояния молекул фло-тореагентов и образующихся комплексов. Взаимодействие при флотации углей с молекулами воды и фло-тореагентов как всякий сорбционный процесс протекает на молекулярном уровне и сопровождается изменениями в составе и свойствах взаимодействующих компонентов. Для выявления механизма взаимодействия необходимо знать природу и состояние реакционных центров угля и реагентов, энергию системы и валентные электронные переходы на всем протяжении процесса.
При сближении двух реакционных центров в процессе флотации они воздействуют друг на друга своими молекулярными электростатическими полями - МЭСП [4]. Известно, что в непосредственной близости от угольной поверхности под влиянием некомпенсированных поверхностных сил диполи воды образуют ориентированные гидратные слои, обладающие особыми свойствами, которые отличаются от свойств воды в ее объеме. Взаимодействие флотореа-гента с угольной поверхностью приводит к внедрению солидофильной группы и особенно углеводородных цепей радикала в гидратную оболочку угля. При этом ориентированность слоев нарушается, связь между диполями воды ослабевает и снижается гидрати-руемость поверхности угля, что и определяет гидро-фобизационный эффект флотореагента. Реагенты, способные составить конкуренцию молекуле воды и образующие водородную связь, будут гидрофобизи-ровать поверхность угольной частицы, приводя к разрыхлению гидратного слоя. Высокая флотоактивность комплексного реагента «Флотек» объясняется групповым химическим составом реагентов. Комплексный реагент «Флотек» содержит смесь алифатических спиртов, сложных и простых эфиров, которые могут взаимодействовать с функциональными группами органической массы угля с образованием межмолекулярных комплексов по типу водородных связей [5,6]. Это обеспечивает повышенную адсорбцию химических соединений, входящих в реагент «Флотек», повышение гидрофобности угольных частиц и их эффективную флотируемость.
Заключение
Таким образом, исследованием установлено, что для повышения технико-экономических показателей флотации углей необходимо использовать комплекс-
Сведения об авторах
ные реагенты, содержащие в групповом химическом составе в основном полярные химические соединения типа алифатических спиртов, сложных и простых эфиров с добавкой углеводородов. Применение комплексных реагентов позволяет повысить показатели флотации угля. Наиболее высокие показатели флотации угля получены с использованием комплексного реагента «Флотек 440». При равном расходе реагентов применение «Флотек 440» позволило повысить выход концентрата с 66,2-68,2- до 78,3-82,8%, зольность отходов с 44,6-45,4 до 60,8-69,4%, показатель коэффициента селективности с 0,781 до 0,797.
Список литературы
1. Кубак Д.А., Петухов В.Н., Семенов Д.Г. Исследование группового химического состава комплексных реагентов на эффективность флотации углей// Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2013№4.С.5-9.
2. V.N.Petukhov and D.F.Kubak. Effective Foaming Agents for Coal Flotation A Quantum-Chemical Approach//Coke and Chemistry, 2016, vol.59, no.2, pp.54-60.
3. Петухов В.Н., Гунина Е.В. Исследование флотационной активности реагентов-собирателей при флотации углей различной стадии метаморфизма//Теория и технология металлургического производства. 2015. Вып.1(16). С 11-14.
4. Свечникова Н.Ю. Исследование влияния химического состава аполярных реагентов на флотируемость углей // Теория и технология металлургического производства. 2004. Вып.4. С 71-73.
5. Petukhov V.N., Kubak D. Assessment of the Flotation Aktiviti of Reagents in Terms of the Hydrogen Bond Energy in Molecular Complexes with Active Sites of the Coal Surface //Coke and Chemistry, 2014, vol.57, no.7, pp.298-304. ISSN 1068-364X.
6. Петухов В.Н. Основы теории и практика применения флотационных реагентов при обогащении углей для коксования: монография. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. Гос. Техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2016. 453 с.
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
Арсламбаева Алия Чингисовна - студент ФБГОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова», Магнитогорск, Россия.
Ковбасюк Елена Павловна - студент ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова», Магнитогорск, Россия.
28
Теория и технология металлургического производства
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
INCREASE OF COAL FLOTATION INDICATORS FOR THE ACCOUNT OF INTEGRATED REAGENTS
Petukhov Vasily Nicholaevich - D.Sc. (Eng.),Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia.
Arslambaeva Aliy Chingisovna - Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia.
Kovbasyuk Elena Pavlovna - Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia.
Abstract. The integrated use of extracted coal has been widely developed. But efficient use of coals of various grades, especially for technological purposes, is possible only in their enrichment, as increased ash content and sulfur content significantly reduces the usefulness of coals, and in the case of coal charge for coking in General make them unsuitable for use. Indicators of enrichment of fine coal are largely determined reagent regime used [1-3] In this work, studies were conducted to improve the quality of the products of flotation of coal through the development of a new reagent regime. As the source of the coals studied coal fines TSOF "Belovsky" of size less than 0.5 mm with an ash content between 18.6 to 20.3%.
Keywords: Ash content, semistate, reagent flotation.
Ссылка на статью:
Петухов В. Н., Арсламбаева А. Ч., Ковбасюк Е.П. Повышение показателей флотации углей за счет применения комплексных реагентов // Теория и технология металлургического производства. 2017. №3(22). С. 26-29.
Petukhov V. N., Arslambaeva A. С., Kovbasyuk E. P. // Teoria i tehnologia metallurgiceskogo proizvodstva. [ The theory and process engineering of metallurgical production]. 2017, vol. 22, no. 3, pp. 26-29.
