CC BY
154
УДК 66.095.21.097 : 665.656.2
А. А. Гиззатов (асп.)1, А. А. Ибрагимов (асс.)2, К. Ф. Давлетгареев (магистрант)1, М. Н. Рахимов (д.т.н., проф., зав. каф.)2
Разработка флотационных реагентов для процесса обогащения высокозольных углей
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 1 кафедра технологии нефти и газа, 2кафедра нефтехимии и химической технологии 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 2420754, e-mail: petrol1988@list.ru
A. A. Gizzatov, A. A. Ibragimov, K. F. Davletgareev, M. N. Rakhimov
Development of flotation reagents for the enrichment process of the high-ash coal
Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov, 450062, Ufa, Russia; ph. (347) 2420754, e-mail: petrol1988@list.ru
Разработан эффективный флотационный реагент для обогащения высокозольной угольной мелочи на примере Воркутинского месторождения. Установлено, что смесь на основе легкого газойля каталитического крекинга и кубового остатка ректификации стирола, с содержанием последнего в пределах 10—30 % об. характеризуются более высокой эффективностью флотации, по сравнению с типовым реагентом-собирателем — ДТ. Значение выхода флотоконцентрата в среднем выше на 10—13 % мас., а показатель извлечения горючей массы находится на достаточном высоком уровне 75—80 % мас., несмотря на высокую зольность исходного угля 37.6 % мас.
Ключевые слова: высокозольная угольная мелочь; кубовый остаток ректификации стирола; легкий газойль каталитического крекинга; реагент-собиратель; реагентный режим; флотация.
It is developed efficient flotation reagent for the enrichment of high-ash coal by the example of the Vorkuta deposit. It is established that the mixture based of the light gas oil of the catalytic cracking and distillation bottoms of styrene, the latter containing between 10—30 % vol. characterized by a high efficiency flotation, compared with a typical reagent, the collector — diesel. The output value flotation concentrate is higher on average by 10—13 % wt., and the rate of extraction of combustible mass is at a high level of 75—80 % by weight. despite on the high original coal ash by 37.6% wt.
Key words: bottoms distillation of styrene; collector reagent; flotation; light gas oil of the catalytic cracking; high-ash coal fines; reagent regime.
Дефицит углей высокой коксуемости, которые применяются в цветной и черной металлургии, производстве искусственных абразивных материалов и в химической промышленности, приводит к увеличению объемов добычи труднообогатимых углей, запасы которых составляют практически половину мировых запасов угля. В этой связи, развитие процесса обогащения углей представляется как основное направление развития производственного потенциала угольных бассейнов 1.
Одним из определяющих факторов, обеспечивающих полноту извлечения органической массы угля при пенной флотации и себестоимость концентрата, является состав флото-
Дата поступления 15.11.13
реагента (собиратель и вспениватель), а также их доступность на рынке и приемлемая стоимость.
Для получения концентратов, удовлетворяющих высоким требованиям коксохимической промышленности, при флотации трудно-обогатимой высокозольной угольной мелочи обычными флотореагентами, необходимо увеличивать расходы реагентов, или, в некоторых случаях, заменять их более эффективными.
В связи с отсутствием, в настоящее время на рынке флотореагентов эффективных собирателей, в качестве последних часто используют реактивное или дизельное топлива (РТ, ДТ), которые отличаются недостаточно высокой флотационной активностью 2. Рыночная стоимость данных продуктов достаточно высокая,
так как в их ценообразование включены дополнительные акцизы и налоги на топлива. Применение малоэффективных реагентов не способствует увеличению доли каменных углей в топливно-энергетическом балансе страны.
В этой связи актуальной задачей является разработка флотореагентов на основе недорогих и доступных полупродуктов нефтепереработки и побочных продуктов нефтехимии.
Целью работы является поиск эффективного состава флотореагента на основе продуктов ОАО «Газпромнефтехим-Салават» для интенсификации процесса обогащения трудно-обогатимой и высокозольной угольной мелочи углеобогатительной фабрики «Воркута уголь».
4. Зольность отходов флотации (Аотх.а) по ниже описанным формулам:
А ^ = (т 3 — т \ )/(ш 2 — т 1) ,
где т1 — масса прокаленной лодочки, г;
т-2 — масса лодочки с навеской топлива, г; тз — масса лодочки с остатком после прокаливания, г.
Е гм = Як-(100 - А /)/(100 - А ис/),
где А исх° — зольность исходного угля, % мас.
а d = (100.А ^ — В А
отх ^ 1 исх ^ к к '* ^ отх.
Материалы и методы исследования
При исследованиях использовали высокозольную угольную мелочь «Воркутинского» месторождения, с содержанием золы — 37.6% мас. В качестве компонентов собирателя - дизельное топливо летнее (ДТЛ), легкий газойль каталитического крекинга (ЛГКК), кубовый остаток ректификации стирола (КОРС), а в качестве реагента-вспенивателя — кубовый остаток ректификации бутиловых спиртов (КОРБС). Физико-химические характеристики вышеуказанных продуктов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Физико-химические характеристики реагентов
Наименование продукта V20 tвcп, оС ^заст, оС ~ 20 Р4
ЛГКК 2.11 93 -8 0.798
ДТл 2.20 57 -10 0.807
КОРС 1.10 70 -30 0.934
КОРБС 5.10 65 -60 0.851
где Вотх — выход отходов флотации, % мас.
Результаты и их обсуждение
В качестве альтернативы дизельному топливу при разработке реагента -собирателя была исследована композиция на основе легкого газойля каталитического крекинга (ЛГКК) и кубового остатка ректификации стирола (КОРС). Известно, что КОРС, образующийся как побочный продукт процесса получения стирола, содержит в своем составе полисти-рольную фракцию и тяжелую смолу. Ресурсы данной фракции на типовых производствах этилбензола нефтехимической индустрии составляют порядка 15—30 тыс. т/год, и в настоящее время она не находит квалифицированного применения 5.
В ходе исследований готовили модельные смеси на основе ЛГКК и КОРСа (% объемных) и исследовали их эффективность в процессе флотации. Результаты исследований приведены на рис. 1—3.
Исследования проводили на лабораторной флотационной машине Р-136-24, по методике, приведенной в работе 3. Выделенный сухой концентрат прокаливали в муфельной печи для определения зольности согласно стандартной методике 4.
С целью определения эффективности процесса флотации были рассчитаны основные технологические показатели:
1. Выход флотоконцентрата (Вк)
2. Зольность флотоконцентрата (А^)
3. Извлечение горючей массы в концентрат (Е г.м.)
Рис. 1. Значения выхода флотоконцентрата и извлечения горючей массы в процессе флотации угля в зависимости от содержания КОРСа в ЛГКК
■Зольность 1 конц. —й— Зольность 2 конц. Зольность ост.
О --1-1-----1--
о ю зо зо до 50 йо то яо оо юо Содержание КОРС в ЛГКК, % об.
Рис. 2. Значения зольностей флотоконцентратов и остатка в процессе флотации угля в зависимости от содержания КОРСа в ЛГКК
35 80 —И зпл.мин.части п хвосты.% масс —Коэфф.э4>-ти |
С 75 § 1 70 , С 65 60
10 20 30 40 50 60 70 80 -10 100 Содержание К'ОРС в ЛГКК, % об.
Рис. 3. Коэффициент эффективности и извлечение минеральной части в хвосты в процессе флотации угля в зависимости от содержания КОРСа в ЛГКК
Как следует из полученных данных, наибольший выход концентрата наблюдается при концентрации КОРС в ЛГКК в пределах 10 и 30 % об., при этом выход полезной массы составляет 58 и 54 % мас. соответственно. Несмотря на то, что значения выхода и извлечения горючей массы, характеризуются незначительным экстремумом в области концентраций КОРСа в смеси 50% об., в целом же наблюдается тенденция снижения выхода данных показателей с увеличением содержания добавки в ЛГКК (рис. 1). Необходимо отметить, что зольности извлеченных концентратов при использовании собирателя с содержанием 30% об. КОРСа, обладают минимальными значениями 9.4 и 12.2 % мас. и напротив, зольность остатка максимальна и составляет 65% мас. (рис. 2).
В целом же низкие выходы концентратов на уровне (60—80 % мас.) объясняются высокой зольностью исходного угля (37.6% мас.).
В табл. 2 приведены сопоставительные данные показателей флотации угольной мелочи на ДТ и предлагаемом флотореагенте на основе ЛГКК и КОРС.
Таблица 2 Показатели процесса флотации угля
Флотореагент ДТ 30 % КОРС + +70 % ЛГКК
Выход, % мас. 46.0 54
Извлечение горючей массы, % мас. 63.5 78
Зольность 1 концентрата, % мас. 13.2 9.4
Зольность 2 концентрата, % мас. 15.0 12.2
Коэффициент эффективности 68.7 77.5
Как следует из табл. 2, предлагаемый флотореагент на основе ЛГКК и КОРС характеризуется более высокой по сравнению с ДТ эффективностью в процессе обогащения высокозольного угля. Высокая эффективность предложенного состава связана с особенностями его химического состава. Ввиду высокого содержания аллилзамещенных ароматических структур, а также наличия в составе КОРСа конденсированных ароматических соединений, обладающих повышенной энергией адсорбции на угольной поверхности за счет р-электронов кратных углерод-углеродных связей, происходит, на наш взгляд, улучшение гидрофобизации угольных зерен, что также подтверждается косвенно, расчетным методом, коэффициентом эффективности (рис. 3).
КОРС, не содержащий ЛГКК характеризуется минимальной эффективностью: выход флотоконцентрата составляет 32% мас., и извлечение горючей массы при этом находится на уровне 46—47 % мас. Это явление вероятнее всего обусловлено тем, что в данной фракции отсутствуют парафиновые углеводороды, то есть углеводороды, обладающие более аполяр-ными свойствами, наличие которых в составе реагента необходимо для адсорбции их на соответствующих неполярных центрах угольной поверхности. При компаундировании компонентов в соотношении 30% об. КОРС и 70% об. ЛГКК, реагент состоит из углеводородов различного класса, структуры, характеризуется широким диапазоном полярностей, и как следствие более равномерно адсорбируется на поверхности, что в целом повышает гидрофоб-ность органической массы угля 6.
Таким образом, в ходе исследований показано, что флотореагент предлагаемого состава, характеризуется более высокой эффектив-
ностью флотации, по сравнению с типовым реагентом-собирателем — ДТ. Значение выхода флотоконцентрата в среднем выше на 10—13 % мас., а показатель извлечения горючей массы находится на достаточном высоком уровне — 75—80 % мас., Несомненным преимуществом
Литература
1. Голицын М. В. Коксующиеся угли России и мира.— М.: Недра, 1996.— 239 с.
2. Сыскова К. И. Коксохимическое производство.— М.: Высшая школа, 1990.— 115 с.
3. Миключев Ю. А., Гиззатов А. А., Рахимов М. Н., Баулин О. А. // Нефтегазовое дело.— 2011.— Т.9, №2.— С.66.
4. Глембоцкий В. А. Основы физико-химических флотационных процессов.— М.: Недра, 1980.— 220 с.
5. Гиззатов А. А., Чекмарев И. А. Рациональное и эффективное использование продуктов нефтехимии и нефтепереработки при флотации углей // Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения: Труды 10-й Международной научно-технической конференции. — Воркута, 2012.— С.11.
6. Сирченко А. С. Разработка реагентных режимов флотации каменноугольной мелочи на основе использования водорастворимых сополимеров: Дисс.... канд. техн. наук.— Москва, 2008.— 153 с.
предлагаемого технического решения является то, что наряду с улучшением технико-экономических показателей процесса обогащения угольной мелочи, появляется возможность рационального использования побочных продуктов нефтехимических производств.
References
1. Golitsyn M. V. Koksuiushchiesia ugli Rossii i mira [Coking coals of Russia and World].-Moscow: Nedra Publ., 1996.- 239 s.
2. Syskova K. I. Koksokhimicheskoe proizvodstvo [Coke production].- Moscow: Vysshaia shkola Publ., 1990.- 115 c.
3. Mikliuchev Iu. A., Gizzatov A. A., Rakhimov M. N., Baulin O. A. Neftegazovoe delo.- 2011.-T.9, №2.- S.66.
4. Glembotskii V. A. Osnovy fiziko-khimicheskikh flotatsionnykh protsessov [Fundamentals of physical and chemical processes of flotation].-Moscow: Nedra Publ., 1980.- 220 c.
5. Gizzatov A. A., Chekmarev I. A. [Rational and efficient use of petrochemicals and refining in coal flotation]. Osvoenie mineral'nykh resursov Sever a: problemy i resheniia: Trudy 10-i Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi kon-ferentsii [Proc. 10th Int. Conf. «Development of mineral resources in the North: Problems and Solutions»]. Vorkuta, 2012.- P.11.
6. Sirchenko A. S. Razrabotka reagentnykh rezhimov flotatsii kamennougol'noi melochi na osnove ispol' zovaniia vodorastvorimykh sopolimerov [Development of flotation reagent modes coal fines based on the use of water-soluble copolymers]: Diss.... kand. tekhn. nauk.-Moscow, 2008.153 p.
