CC BY
62
УДК 541.182.65: 622.7
Г. Л. Евменова
РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЦЕНКИ ЭЛЕКТРОПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ УГОЛЬНЫХ ДИСПЕРСИЙ
например, отрицательный заряд, то положительные ионы будут притягиваться к ней, с образованием слоя из положительных ионов - противоионов (слой Штерна). К этому слою будет прилегать диффузный слой противоионов. При движении час-
электрокинетическим потен-
циалом или дзета-потенциалом (^-потенциалом), который и определяет знак заряда поверхности частиц. Величина дзета-потенциала частицы определяет ее способность к коагуляции и флокуляции и во многих случа-
Таблица
Изменение электрокинетического потенциала поверхности угольных частиц в зависимости от продолжительности их нахождения в воде
Время контакта, ч 0 24 48 72 96
Значение дзета-потенциала, мВ 32,3 38,7 45,2 50,0 52,4
В современных условиях интенсивного роста производительных сил остро стоит проблема снижения техногенной нагрузки на окружающую среду. Это касается и угольных обогатительных фабрик, применяющих мокрые методы обогащения, одной из основных проблем которых в настоящее время является очистка воды от мелких угольных и глинистых частиц. При этом возникают значительные трудности, т. к. на границе раздела «жидкость -твердое тело» происходит диссоциация ионов в раствор или их притяжение из водной среды в свободные связи кристаллической решетки с образованием двойного электрического слоя (ДЭС). При перекрытии ДЭС частиц электростатические силы отталкивания препятствуют их сближению и образованию агрегатов, и тем самым способствуют агрегативной устойчивости дисперсной системы.
Если поверхность имеет,
тицы в жидкости противоионы слоя Штерна будут перемещаться вместе с ними, в то время как противоионы диффузного слоя будут от них отставать. Происходит разрыв двойного электрического слоя по плоскости скольжения. В результате дисперсная среда и дисперсная фаза оказываются противоположно заряженными. Потенциал, возникающий на плоскости скольжения при отрыве части диффузного слоя, называется
ях является основным критерием протекания этих процессов. Меняя концентрацию ионов в растворе, можно изменить или нейтрализовать заряд поверхности, а, следовательно, изменить значение электрокинетического потенциала и устойчивость дисперсных систем. Появляется возможность управления этой устойчивостью.
В настоящее время на УОФ Кузбасса для интенсификации технологических процессов уг-
2 3 4
Расход флокулянта, мг/л
Рис. 1. Влияние флокулянтов на процесс седиментации угольных частиц: а -единовременная подача; б - дробная подача (1 -Магнафлок 1440;2 -Праестол
650ВС; 3 -ВПК -402)
Рис. 2. Влияние флокулянтов на значение электрокинетического потенциала угольных частиц: а - единовременная подача; б - дробная подача (1 -Магнафлок 1440; 2 -Праестол 650ВС; 3 -ВПК -402)
а
52
Г. Л. Евменова
леобогащения применяются различные флокулянты, расходы которых по рекомендации производителей часто бывают завышенными, что и приводит к накоплению полимеров в оборотной воде и отрицательному их воздействию на процесс обогащения.
Поэтому исследование влияния Ç-потенциала дисперсных частиц на устойчивость суспензий позволит создать теоретические предпосылки для разработки технологии очистки шламовых вод с получением чистой оборотной воды при существенном снижении расходов флокулянтов по сравнению с рекомендациями фирм-
изготовителей.
Целью данной работы являлось изучение электроповерх-ностных свойств минеральных суспензий и определение значения электрокинетического потенциала частиц, необходимых для управления устойчивостью дисперсных систем при сгущении угольных и породных шла-мов ЦОФ «Беловская».
В качестве объектов исследований в работе использовались отдельные фракции угольного концентрата отсадочных машинах.
Для технологических процессов обогащения представлял значительный интерес степень изменения электроповерхност-ных свойств поверхности минеральных частиц при длительном контакте их с водой или растворами флокулянтов, что возможно установить, например, за счет измерений электро-кинетического потенциала дисперсных систем.
Электрофоретическую подвижность частиц измеряли методом микроэлектрофореза в плоской горизонтальной кварцевой ячейке. По результатам измерений по формуле Смолу-ховского рассчитывали Ç-по-тенциал [і].
В микроэлектрофоретиче-ских измерениях использовали тонкодисперсную фракцию частиц со средним размером час-
тиц і-2 мкм, полученную путем отмучивания исследуемых угольных и породных суспензий. Высокомолекулярными флокулянтами служили катионоактивные полиэлектролиты Магнафлок і440, Праестол 650ВС, ВПК-402.
Результаты исследований представлены в таблице, из которой видно, что во всех случаях при увеличении продолжительности контакта частиц с водой отрицательные значения Ç— потенциала возрастали и достигали -52,4 мВ. Чем выше значения отрицательного Ç— потенциала, тем больше электростатические силы отталкивания, а поэтому необходимо сокращать время пребывания частиц в воде.
Известно, что при значительном содержании в суспензии тонкодисперсных минеральных частиц (менее 50 мкм) наиболее эффективно действующими флокулянтами являются катионные [2]. Поэтому мы при изучении действия фло-кулянтов на изменение элек-трокинетического потенциала частиц ограничились действием только катионных полимеров, которые обладают особым механизмом действия - нейтрализации заряда твердой поверхности и снижения электрокинети-ческого потенциала с последующим «мостичным» объединением частиц в агрегаты.
Ранее проведенные исследования показывают, что применение флокулянтов при дробной подаче интенсифицируют агрегацию частиц при меньших расходах полимера [2-4]. В нашей работе это заключение было проверено на угольной суспензиях. На рис. і представлены результаты действия флокулянтов Мі440, П650ВС и ВПК-402 при их единовременной и дробной подачах на устойчивость суспензий. Сравнение этих кривых показывает, что при всех прочих равных условиях процесс седиментации при дробной подаче идет более интенсивно, чем при единовре-
менной подаче. Это связанно с тем, что мелкие агрегаты образовавшиеся после первоначального добавления полимера, дополнительно флокулируются макромолекулами внесенными со второй добавкой.
Полученные вторичные флокулы по размерам превосходят первичные и оседают с большей скоростью, что позволяет значительно снизить расход флокулянта.
Это хорошо видно на рис. 2, где представлены зависимости влияния катионных флокулян-тов на значения Ç-потенциала угольных частиц при действии Мі440 и П650ВС. По кривым видно, что при единовременной подаче Мі440 и П650ВС выход к изоэлектрическим точкам наблюдался в области концентрации 2,і-2,3 мг/л в то время как при дробном способе подачи полимеров эти значения составляли і,0 мг/л у Мі440 и і,3 мг/л у П650ВС.
Повышение концентраций всех выше перечисленных фло-кулянтов приводило к снижению отрицательного значения Ç
- потенциала с выходом к изо-электрическим точкам и дальнейшей перезарядке поверхности частиц. По этим данным можно легко подобрать минимальный расход флокулянта для получения удовлетворительных технологических показателей.
Таким образом, в результате исследований показано, что длительное пребывание минеральных частиц в воде приводит к увеличению электрокинетиче-ского потенциала тонкодисперсных частиц, повышению устойчивости дисперсий и времени их осаждения. Применение флокулянтов позволяет снизить Z — потенциал минеральных частиц до значений, благоприятствующих агрегации частиц, увеличить скорость их осаждения и получить более чистый слив при осветлении технических вод.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Байченко А. А., Байченко Ал. А., Дудкина Л. М., Митина Н. С. Использование измерений дзета-потенциала для изучения гидратированности частиц дисперсных систем // Интенсификация процессов ОПИ: Сб. науч. тр. / Институт горного дела. — Новосибирск, !9S2. — С. 29-34.
2. Евменова Г. Л., Яковенко О. В., Байченко А. А. Применение катионных флокулянтов при очистке вод гидродобычи // Энергетического безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности: Тр. междунар. науч.- практ. конф. і2-і5 сентября 2000. - Кемерово, 2000. - с. 94-95.
3. Евменова Г. Л., Байченко А. А., Яковенко О. В. Очистка технологических вод углеобогатительных предприятий Кузбасса с помощью катионных флокулянтов. Перспективные технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Сб. науч. тр. VIII науч.-практ. конф. і3 июня 200і, Новокузнецк.
— 200і. — С. 249-250.
4. Евменова Г. Л., . Байченко А. А. Переработка угольных шламов мокрых пылеуловителей // Тр. междунар. науч.-практ. конф. !S-2! сентября 200і. — Кемерово, 200і. — С. і42-і43.
□ Автор статьи:
Евменова Галина Львовна -канд. техн. наук, доц. каф. обогащения полезных ископаемых
УДК 504.06:541.18:622.3
Г.Л. Евменова
КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФЛОКУЛЯНТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ШЛАМОВЫХ ВОД УГЛЕОБОГАЩЕНИЯ
Несмотря на широкое применение в настоящее время флокулянтов в производстве для интенсификации многих процессов и, в частности очистки сточных вод шахт и обогатительных фабрик, этот вопрос не решается в полной мере из-за низкой эффективности агрегации тонкодисперсных частиц и малой скорости их седиментации. Как правило, в промышленных условиях не учитываются физико-химические характеристики дисперсных систем и влияния на их устойчивость концентрации флокулянтов в пульпе. Между тем гранулометрический состав минеральных частиц и плотность пульпы оказывает существенное влияние на адсорбцию полимеров на твердой поверхности, а значит и на величину агрегатов, скорость их седиментации и степень очистки техногенных вод.
Поэтому при создании научных основ эффективной технологии очистки сточных вод необходимо было установить основные факторы, влияющие не только на агрегацию минеральных частиц, но и на высокую степень осветления загрязненных вод, например за счет комплексного применения полимерных флокулянтов.
В данной работе представлены результаты исследований по изучению влияния плотности суспензий и крупности частиц на флокуляцию угольных шламов с помощью анионных и катионных флокулянтов различной молекулярной массы (ММ).
В наших исследованиях в качестве модельных
систем использовались образцы малозольных концентратов (Аd=6,8%) отсадочных машин, что исключало влияние глинистых составляющих угля на процесс флокуляции угольных частиц. Угольный концентрат крупностью 0,5-і3 мм измельчался до частиц размером менее 0,5 мм и рассеивался на классы: 0,25-0,5 мм; 0,і-0,25 мм; 0,05- 0,і мм и менее 0,05 мм. Угольные суспензии готовились с различным содержанием твердого і00 г/л; 30 г/л; і 5 г/л. В опытах использовались как анионные М 365, М 525, так и катионный М і440 флокулянты типа Магнафлок на основе полиакриламида швейцарской фирмы «CIBA».
На рис. іа,б, в представлены зависимости влияния концентрации флокулянтов на скорость седиментации частиц различной крупности при содержании твердого в суспензии і00 г/л. По полученным кривым видно, что при добавлении анионных флокулянтов М 365 и 525 скорость седиментации частиц размером 0,25-0,5 мм изменялась незначительно и практически не отличалась от значений без внесения флокулянта (0,52 см/с). Что касается чистоты слива, то осветленный слой при этом оставался мутным и мало изменялся при различных концентрациях флокулянтов. При добавлении катионного М і440 (рис. ів) скорость седиментации частиц возрастала от 0,52 до 0,9S см/с и при концентрации флокулянта 6 мг/л достигала постоянной величины с получением прозрачного слива.
Наиболее резкие изменения скорости седи-
