Библиографическое описание:

Нигматуллина Л. И., Шайбакова Ю. А., Трифонова К. В. Изучение механизма действия как основа выбора эффективного реагента для флотации углей // Молодой ученый. — 2014. — №19. — С. 225-227.

Основной задачей угольной промышленности является получение технологического сырья в необходимых объемах и требуемого качества. Наиболее сложной и важной является задача, связанная с качеством добываемых углей, которое на протяжении многих лет изменялось в нежелательном направлении: увеличивалась зольность и влажность, уменьшалась теплота сгорания, на высоком уровне сохранялось содержание серы в углях. Данное обстоятельство обусловлено разработкой маломощных и глубоко залегающих пластов, что, наряду с широким применением способов механизированной добычи, привело к значительному повышению содержания в рядовом угле высокозольных мелких классов флотационной крупности.

В связи с этим, исследование флотационного процесса направлено на создание технологий обогащения углей, обеспечивающих максимальной извлечение горючей массы в концентрат при одновременном удалении минеральных включений с отходами флотации. Одним из наиболее рациональных и экономичных способов решения этой задачи является разработка реагентных режимов флотации углей, основанных на изучении влияния различных соединений на физико-химические и флотационные свойства углей.

В настоящее время на углеобогатительных фабриках страны в качестве реагентов — собирателей применяются, в основном, дешевые технические продукты или отходы нефтехимической промышленности, которые обладают низкой флотационной активностью и требуют значительного расхода для достижения удовлетворительных показателей обогащения. Совершенствование реагентных режимов флотации возможно, в частности, на основе использования высокоактивных собирателей, а также дополнительных реагентов — модификаторов угольной поверхности. Для этого необходимо, в первую очередь, установить механизм действия реагентов на процесс флотации углей.

Механизм действия аполярных реагентов выяснен еще недостаточно, а подбор их на практике ведется сугубо эмпирически. Флотационная активность этих реагентов может быть выявлена постановкой флотационных опытов с различными классами угля и расходами данного реагента.

Изучение влияния фракций газойля и нефти на гидрофобизацию поверхности угольных и породных частиц с последующим их извлечением методом флотации показал, что при одинаковой концентрации фракций с увеличением их температуры кипения до определенного момента увеличиваются и их собирательные свойства. Использование узких фракций аполярного реагента газойля, выкипающих в интервале 180–2600С, позволяет повысить селективность процесса флотации Кузнецких углей. При этом выход концентрата угля повышается в среднем на 0,9–2,5 % при снижении его зольности и увеличении зольности отходов [1].

Аполярные реагенты повышают эффективность флотации крупных и зернистых угольных шламов крупностью -0,5 мм за счет увеличения скорости прилипания и прочности закрепления частиц к пузырьку воздуха. При флотации тонких шламов действие аполярных реагентов заключается, в основном, в образовании в пульпе агрегатов за счет гидрофобной флокуляции. С уменьшением крупности флотируемых частиц нет необходимости увеличения прочности контакта, наоборот, должны применяться реагенты, которые способны к селективной адсорбции, обладают гетерополярным строением и обеспечивают за счет своего гидрофобного радикала уменьшение гидратированности поверхности.

В связи с этим перспективным направлением повышения эффективности флотации является совместное использование аполярных реагентов и полимерных флокулянтов при флотации тонких угольных шламов. При предварительной обработке флокулянтом происходит увеличение размера флокул, взаимодействующих с собирателем. В результате выход угольных частиц в концентрат увеличивается и увеличивается извлечение горючей массы в концентрат. Таким образом, полимерные флокулянты способствуют более полному извлечению угольных частиц. Однако, увеличение концентрации флокулянта приводит к ухудшению показателей флотации за счет образования флокул избыточного размера и гидрофилизации поверхности [2].

Также для флотации угля в качестве реагентов часто используют смеси спиртов С6 — С10 и углеводородов, в которых спирты обладают свойствами вспенивателя и собирателя. Для активации таких смесей применяют окиси олефинов.

Так, например, использование для флотации тонких угольных шламов в качестве вспенивателя продуктов модификации реагента ОПСБ, являющегося смесью бутиловых эфиров пропиленгликолей, а в качестве собирателя — газойля, позволяет добиться увеличения выхода концентрата и зольности отходов при уменьшении зольности концентрата. Содержащиеся в данном вспенивателе эфиры способны в воде и углеводородах образовывать циклические структуры с подвижным гидроксилом, которые могут участвовать как в донорном, так и акцепторном взаимодействии с активными центрами твердых частиц и воздушного пузырька [3].

Изучение действия реагента на основе ЛГКК (легкого газойля каталитического крекинга) и КОРС (кубового остатка ректификации стирола) на флотацию высокозольных углей свидетельствует о его эффективности по сравнению с традиционным дизельным топливом — выход концентрата в среднем выше на 10–13 %. 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 улучшение гидрофобизации угольных зерен [4].

При исследовании флотационной активности чистых химических соединений в сочетании со вспенивателем КОБС (кубовые остатки от производства бутиловых спиртов) установлено, что лучшие результаты у ароматических соединений с количеством атомов углерода С8 — С9 (этилбензол и изопропилбензол). Однако, селективность процесса при этом понижается. Так, зольность концентрата для этилбензола составила 8,12 %, в то время как при равном выходе в случае использования непредельных углеводородов (α-олефины С12) зольность концентрата составила 7 %, а в случае использования предельных (С11) 7,2 %. Из алифатических соединений лучшие флотационные свойства проявляют непредельные углеводороды. Применение олефинов длиной углеводородного радикала С11 — С12 позволило повысить выход концентрата на 2–2,5 % по сравнению с алканами. Таким образом, флотационная активность различных классов углеводородов увеличивается в ряду алканы < арены < алкены [5].

Высокая флотационная активность непредельных углеводородов объясняется их строением и характером внутримолекулярных связей. У олефинов и ароматических соединений кроме σ-связей, присущих предельным углеводородам присутствуют π-связи, которые локализуют электронную плотность на отдельных звеньях молекулы. Повышенная электронная плотность способствует более высокой энергии взаимодействия непредельных углеводородов с различными функциональными группами на поверхности угля.

Подтверждением этого является то, что при использовании нового технического продукта «углефлот», содержащего в своем составе 98 % непредельных углеводородов, происходит увеличение извлечения горючей массы в концентрат на 3,8–4,7 % по сравнению с традиционно используемым термогазойлем [5].

В настоящее время в процесс флотации все чаще вовлекаются реагенты модифицирующего действия. Наличием химических модификаторов в смеси реагентов можно интенсифицировать процесс флотации, причем не только за счет повышения извлечения горючей массы в концентрат, но и благодаря сокращению времени флотации.

Так, применение в качестве реагентов — модификаторов сложных эфиров линейного строения позволяет существенно повысить селективность флотации, особенно при наличии изомерии в структуре вещества. Изомерия в структуре сложных эфиров способствует увеличению специфической компоненты межмолекулярного взаимодействия их молекул с угольными частицами вследствие смещения электронной плотности +I-типа от метильных групп к углеродным атомам главной цепи. Данное обстоятельство создаёт возможность специфического закрепления энергетически активного водорода на отрицательных сорбционных центрах угольной поверхности. В то же время наличие радикалов в углеводородной цепи молекул приводит к уменьшению неспецифической компоненты взаимодействия при их адсорбции на поверхности углей [6, 7, 8].

Наряду с использованием в качестве реагентов — модификаторов органических соединений, целесообразно применение неорганических солей. В частности, изучение влияния сульфатов на физико-химические и флотационные свойства газовых углей показывает, что их применение позволяет не только улучшить качественно-количественные показатели флотации, но и повысить извлечение серы в отходы флотации. Данное обстоятельство вызвано повышением гидратированности поверхности пиритсодержащих примесей за счет образования водородных связей между координированными молекулами воды гидроксоаквакомплексов катионов исследуемых солей и молекулами воды жидкой фазы пульпы, что обеспечивает депрессию пиритсодержащих примесей углей при флотации [9, 10].

Проведенный анализ применяемых в настоящее время флотационных реагентов свидетельствует о том, что установление механизма действия реагентов на флотацию углей позволяет разработать новые селективные реагентные режимы.

 

Литература:

 

1.         Байченко А. А., Батушкин А. Н. Изучение собирательных свойств аполярных реагентов при флотации угольных шламов // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2006. — № 2. — С. 29–30.

2.         Иванов Г. В., Байченко А. А., Басарыгин В. И. Эффективность действия аполярных реагентов при флотации угля в присутствии флокулянтов // Горно-информационный аналитический бюллетень. — 2004. — № 12. — С. 290–293.

3.         Иванов Г. В., Мирошников А. М., Азарова Т. И., Ушакова Н. Н. Повышение эффективности процесса флотации тонких угольных шламов // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2010. — № 2. — С. 85–86.

4.         Гиззатов А. А., Ибрагимов А. А., Давлетгареев К. Ф., Рахимов М. Н. Разработка флотационных реагентов для процесса обогащения высокозольных углей // Башкирский химический журнал. — 2013. — т. 20. — № 4. — С. 86–89.

5.         Осина Н. Ю., Горохов А. В., Лахтин С. Н. Исследование влияния группового химического состава реагентов собирателей на эффективность флотации каменных углей // Горно-информационный аналитический бюллетень. — 2006. — № 2. — С. 393–396.

6.         Аглямова Э. Р., Савинчук Л. Г. Способ флотации угля // Патент России № 2165799. 2001. Бюл. № 12.

7.         Муллина Э. Р., Чупрова Л. В., Мишурина О. А. Исследование влияния химических соединений различного состава на процесс флотации газовых углей // Сборник научных трудов Sworld. — 2013. — Т. 12, № 3. — С. 4–8.

8.         Чупрова Л. В., Муллина Э. Р., Мишурина О. А. Влияние органических и неорганических соединений на флотацию углей низкой стадии метаморфизма // Современные проблемы науки и образования. — 2013. — № 4; URL: www.science-education.ru/110–9663 (дата обращения: 08.10.2014).

9.         Аглямова Э. Р. Повышение селективности флотации газовых углей с применением органических и неорганических соединений: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Магнитогорск.: 2002. — 155 с.

10.     Муллина Э. Р., Мишурина О. А., Чупрова Л. В. Изучение влияния неорганических солей на извлечение серосодержащих примесей при флотации углей низкой стадии метморфизма // Технические науки — от теории к практике. — 2013. — № 22. — С.64–69.

Основные термины (генерируются автоматически): флотации углей, флотации тонких, флотации тонких угольных, флотации угля, процесс флотации, флотации газовых углей, угольных шламов, аполярных реагентов, режимов флотации углей, реагентных режимов флотации, процесс флотации углей, процесса флотации, эффективность флотации, флотации Кузнецких углей, флотации каменных углей, флотации углей низкой, горючей массы в концентрат, тонких угольных шламов, флотации тонких шламов, обогащения углей.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос