CC BY
51
ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
УДК 622.765.4:546.287.
В.Н. Петухов, Н.Ю.Осина, Г.В.Иванов, В.В.Кукушкин, А.А.Юнаш
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ФЛОТАЦИИ УГЛЕЙ ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
В современной технологии коксохимического производства качество и стоимость угольных концентратов во многом определяют качество и себестоимость металлургического кокса.
При обогащении угля основным методом для мелких классов является флотация, обеспечивающая получение концентратов необходимого качества.
Эффективность и селективность процесса флотации определяется применяемыми реагентами.
Основным направлением по совершенствованию реагентных режимов флотации углей является использование новых классов реагентов, менее токсичных, но более эффективных.
Это позволит не только снизить себестоимость концентратов, но и повысить их качество, при одновременном улучшении условий труда на углеобогатительных фабриках.
Исследования по совершенствованию реагентных режимов флотации углей показали целесообразность применения в качестве флотационных реагентов ацеталей и их кремниевых аналогов [1-3]. Они обладают высокой эффективностью и селективностью действия, а также менее токсичны, поскольку имеют более высокие предельно допустимые концентрации [4].
Исследование флотационной активности кремнийорга-нических соединений изучали при флотации коксующихся углей Кузнецкого бассейна с исходной зольностью 18,0% (легкая обогатимость) и с 18,7%
(трудная обогатимость).
Исследованием установлено, что введение гетероатома в кремнийорганические алифатические силаны приводит к снижению эффективности их действия при флотации угля.
Так, например, наличие бора или азота в молекуле силана при использовании их в качестве самостоятельных реагентов снижает извлечение горючей массы в концентрат при одновременном увеличении их расхода (рис.1).
Установлена низкая селективность действия силанов, имеющих в молекуле гетероатом. При равном выходе
(80,0%) зольность концентрата в случае использования метил-триизопропоксисилана составила 9,4%, в то время как применение в качестве самостоятельного реагента триизопропокси-силанбората и диметилтетра-этилсилазана приводит к увеличению зольности концентрата до 10,2% и 11,0% соответственно (рис.2).
Это объясняется наличием в молекуле силана атомов азота с повышенной электронной плотностью, что приводит к активной адсорбции диметилтетра-этилсилазана на минеральных компонентах и переводу их в концентрат.
Влияние гетероатомов в молекуле на эффективность действия химического соединения
0
1 « 1
<Ц 3*
2 ¡3
Рн 9
О ™
^ а
Расход реагента, кг/т
- 1-Октаметилтетраоксисилан
2-Метилтриизопропоксисилан
3-Триизопроксисиланборат
4-Диметилтетраэтилсилазан
Рис.1. Влияние гетероатомов в молекуле на эффективность действия химического соединения
Влияние гетероатомана селективность действия кремнийорганических соединений
ь
т
с
о
н
ь
л
о
Выход концентрата,%
• диметилтриизопропоксисилан •триизопропоксисиланборат метилтриизопропоксисилан
Рис.2. Влияние гетероатома на селективность действия кремнийорганических соединений
Установлена повышенная селективность действия крем-нийорганических силанов, особенно алифатического строения по сравнению с широкоприме-няемым реагентом вспенивате-лем кубовыми остатками бутиловых спиртов (КОБС).
Так, например, использование в качестве реагента вспени-вателя диметилдиизопропокси-силана позволяет не только повысить выход концентрата с 71,7 до 75,5%, но и одновременно снизить его зольность с 6,1 до 5,3% по сравнению с применением в качестве реагента вспенивателя КОБС.
Подобные закономерности получены и для других крем-нийорганических силанов и технического продукта нефтехимии - этилсиликата - 40.
(табл. 1).
В связи с установлением высокой эффективности и селективности действия алифатических силанов, нами были проведены исследования по установлению влияния их молеку-
лярной массы и строения углеводородных радикалов в молекуле силанов. Установлено, что из исследованных нами алифатических силанов лучшие показатели при флотации углей могут быть получены при наличии в молекуле двух кислородных атомов, а в углеводородном радикале от восьми до десяти углеводородных групп. Повы-
шение количества кислородных атомов до, 3-х с одновременным увеличением количества углеводородных групп до 13 снижает эффективность действия реагента как при использовании его в качестве самостоятельного реагента, так и в качестве реагента вспенивателя. Так, например, использование диметил-диизопропоксисилана в качестве реагента вспенивателя с тракторным керосином (5:95) позволило повысить извлечение горючей массы в концентрат с 87.5% до 90,1% по сравнению с применением в качестве реагента вспенивателя метилтриизо-бутоксисилана. Лучшие показатели по флотации углей полу-
Влияние длины и строения углеводородного радикала молекулы реагентов на их флотационную активность
е
и
н
е
т
е
л
в
м
5
Расход реагента, кг\т
- диметилдиизобутоксисилан
- диметилдиизопропоксисилан
- диметилдипропоксисилан
- метилдипроксисилан
Рис. 3. Влияние длины и строения углеводородного радикала молекулы реагентов на их флотационную активность
Таблица 1
Результаты флотации угля при использовании различных реагентов вспенивателей
Реагентный режим Показатели ( и, и ц а т о л Зольность исходного питания, %
Собиратель Вспениватель Расход реагентов, % Выход концен- трата Золь- ность кон- цент- рата Золь- ность отхо- дов Из-влеч. горючей массы в конц.
со- бира- теля вспе- ни- вате- ля общий
Тракторный керосин Куб.ост. бутиловых спиртов 0,50 0,025 0,525 71,7 6,1 48,1 82,1 18,0
Т - 80 0,50 0,025 0,525 72,9 6,3 49,5 83,3
Этилсиликат- 40 0,50 0,025 0,525 72,8 5,5 51,6 83,3
Диметилдипро-поксисилан 0,50 0,025 0,525 74,2 5,5 53,9 85,5
Диметилдиизо -пропоксисилан 0,50 0,025 525 75,5 5,3 57,1 87,2
Метилтриизобу- токсисилан 0,50 0,025 0,525 75,0 5,7 54,9 86,2
чены при использовании сила-нов с изостроением углеводородного радикала и повышением количества углеводородных групп с 8 до 10 (рис.3).
Эти закономерности по изменению флотационной активности алифатических силанов объясняются изменением их гидрофобизационной и пенообразующей способностью.
В случае использования си-ланов в качестве реагентов вспенивателей увеличение количества углеводородных групп (более 10) снижает пенообразующую способность реагента.
Это является следствием
снижения флотируемости углей при использовании в качестве реагента вспенивателя метил-триизобутоксисилана. Таким образом, исследованием установлена высокая эффективность и селективность действия алифатических силанов, что позволяет рекомендо-вать их использование в качестве реагентов вспенивателей. Нами проведены исследования эффективности действия при флотации углей кремнийорганических эфиров в случае использования их в качестве самостоятельных реагентов. Установлено, что кремний-органические эфиры обладают
высокими флотационными свойствами, которые определяются их молекулярным весом и структурными особенностями.
Повышение количества углеводородных групп в молекуле эфиров с 8 до 12 выход флото-концентрата закономерно увеличивается с 67,2-72% до 77,482,1% (табл.2). При наличии в молекуле равного числа углеводородных групп, кремнийорга-нические эфиры алифатического строения имеют повышенную флотационную активность по сравнению с реагентами, имеющими в молекуле фениль-ный радикал. Применение 1,6-
Таблица 2
Влияние структурных особенностей и длины углеводородного радикала на флотоактивность кремнийорганических эфиров
Комплексный реагент Количество углеводородных групп в молекуле Расход реагента, кг/т Показатели флотации, %
Выход концен- трата Зольность концен- трата Зольность отходов флотации Извлечение горючей массы в концентрат
1,3-бис (триме- 8 0,26 67,2 5,6 40,0 76,3
тисилоксиэтан) 0,40 72,0 5,8 46,8 82,6
1,3-бис (триме- 10 0,26 70,2 5,2 44,5 80,0
тилсилоксибутан) 0,40 76,7 5,6 54,1 87,1
1,6-бис (триметилси- 12 0,26 77,4 5,7 56,3 88,4
локси) гексан 0,40 82,1 6,2 66,0 92,7
О-бис (триметил- 12 0,26 75,1 6,5 48,3 84,5
силокси) бензол 0,40 79,0 7,0 54,1 88,4
Тракторный керосин - 1,050 76,5 6,0 52,4 86,6
с Т-66 (99:5) 1,310 82,0 6,8 62,9 92,0
бис (триметилсилокси) гексана при флотации угля позволяет повысить извлечение горючей массы в концентрат с 84,588,4% до 88,4-92,7% по сравнению с использованием в качестве самостоятельного реагента 0-бис (триметилсилокси) бензола.
При этом установлено, что использование кремнийор-ганических эфиров намного эффективнее применения тракторного керосина с Т-66. Расход тракторного керосина с Т-66 выше в 3-4 раза, а показатели флотации ниже по сравнению с кремнийорганическими эфирами, имеющими в молекуле 1112 углеводородных групп (табл.2).
Высокая флотационная активность кремнийорганических эфиров объясняется их элементным составом и строением молекул.
В молекулах кремнийорга-нических эфиров имеет место локализация электронной плотности на атомах кислорода. Вследствие этого реагенты могут специфически взаимодействовать с сорбционно-активными центрами угольной поверхности, несущих положительный заряд (протонизированные ато-
мы водорода фенольных, карбоксильных групп в макромолекуле органической массы углей) по схеме:
Н+5
/
(СН 3)381-О-5 -Я- О -5- 81 (СН3)3 ,
\
Н+5
где Я - алкильный радикал В молекулах кремнийорга-нических ацеталей имеются также и углеводородные радикалы, которые могут взаимодействовать с аполярными центрами угольной поверхности за счет межмолекулярных сил Вандер-Ваальса. Поэтому при адсорбции на угольной поверхности молекулы кремнийорга-нических эфиров проявляют одновременно как специфические (Н-связь, и т.п.), так и универсальные неспецифические межмолекулярные силы взаимодействия с положительными и аполярными участками угольной поверхности. Это определяет их высокую адсорбцию на угольной поверхности. При этом кремнийорганические соединения являются хорошими гидрофобизаторами, при их адсорбции на угольной поверхности. Следует отметить, что на-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
личие в кремнийорганических ацеталей и эфиров кислородных атомов придает им высокую поверхностную активность. Высокая поляризация молекул, вызванная электронно-
акцепторными свойствами кислородных атомов, обуславливает их хорошие пенообразующие свойства при адсорбции кремнийорганических ацеталей на границе "жидкость-газ".
Высокие гидрофобизацион-ные свойства кремнийорганиче-ских ацеталей и их хорошие пенообразующие свойства предопределяют использование
продуктов, содержащих их в групповом составе, в качестве самостоятельных реагентов при флотации угля. Таким образом, исследованием установлено, что использование технических
продуктов нефтехимии, содержащих кремнийорганические ацетали или эфиры, позволит повысить технико-экономические показатели процесса флотации угля.
Подобные продукты имеются в наличии и их можно рекомендовать для промышленного использования.
1. Кукушкин В.В. Исследования влияния структурных особенностей кремнийорганических соединений на их флотационную активность // Вопросы прикладной химии: сб. науч. тр.-Магнитогорск: МГТУ, 1999-с.76-81.
2. Кремниевые аналоги циклических ацеталей-реагенты для флотации углей. В.Н. Петухов, Е. П. Не-догрей, Р.С. Мусовиров и др. // Химия твёрдого топлива, 1989. №6-с.124-130.
3. Петухов В.Н., Кантор Е.А. Использование циклических ацеталей и их кремниевых аналогов в процессах флотации // Новые реактивы на основе ацеталей, ортоэфиров, их аналогов и производных. М.: ИРЕА, 1986. С.185-189.
4. Пряников В.И. Техника безопасности в химической промышленности. М.: Химия, 1989.-с.312.
□ Авторы статьи:
Петухов Василий Николаевич
- докт. техн. наук, проф. МгТу (г Магнитогорск)
Осина Наталья Юрьевна
- ассистент МГТУ (г Магнитогорск)
Иванов Геннадий Викторович
- канд. техн. наук, доц. каф. обогащения полезных ископаемых
Кукушкин Василий Васильевич
- директор ХДСК, ОАО ММК(г Магнитогорск)
Юнаш Анатолий Адольфович
- зам директора ЗАО ”РМК” ОАО ММК (г Магнитогорск)
82 В.Н. Петухов, Н.Ю.Осина, Г.В.Иванов, В.В.Кукушкин, А.А.Юнаш
