Селективная очистка шламовых вод углеобогащения

УДК 622.648.24

А. А. Байченко А. В. Кардашов СЕЛЕКТИВНАЯ ОЧИСТКА ШЛАМОВЫХ ВОД УГЛЕОБОГАЩЕНИЯ

В связи с ликвидацией гидроотвалов и необходимостью переработки шламов, находящихся в них, возникает необходимость удаления из оборотных вод микрочастиц. Одним из способов решения указанных проблем является обогащение угольно-глинистых дисперсий методом селективной флокуляции.

Селективная флокуляция может быть достигнута различными путями за счет избирательной адсорбции флокулянта на поверхности отдельно взятых частиц; предотвращения адсорбции реагента на поверхности других частиц.

При проведении процесса селективной флокуляции в суспензию, как правило, одновременно с флокулянтом (или до его введения) добавляются также диспергаторы - вещества, стабилизирующие частицы не-агрегируемых компонентов и способствующие их сохранению в дисперсном состоянии. В качестве диспергатора обычно применяют реагенты, адсорбция которых приводит к возрастанию отрицательного электроки-нетического потенциала поверхности твердых частиц. Такими регентами являются сульфид натрия, жидкое стекло, едкий натр, из полимерных стабилизаторов соли карбоксилме-тилцеллюлозы, гумат натрия,

полиметакрилат.

Необходимым условием селективной флокуляции является подбор подходящего флокулянта, а также хорошее кондиционирование пульпы [1,2]. Для достижения эффективного разделения минеральных частиц, помол должен быть хорошо разбавлен водой, а все частицы отходов приведены к одинаковому знаку заряда (это осуществляется за счет применения диспергаторов или регулирования рН среды). Полученная суспензия должна быть достаточно седиментационно устойчивой, чтобы отделить образующиеся в результате селективной флокуляции агрегаты от остальных частиц, в противном случае возникает гетерокоагуляция.

Флокулянт необходимо подавать в виде разбавленного раствора. Разбавление и подачу таких растворов можно осуществлять при помощи предложенного нами конструкции гидроэлеватора [3]. Степень разбавления реагента и интенсивность перемешивания зависят от химической природы, концентрации и степени измельчения твердой фазы и других факторов. После введения флокулянта интенсивность перемешивания убавляется до минимума и пульпа «кондиционируется» таким образом, что-

бы флокулы начали осаждаться. На этой стадии флокулы увеличиваются в размерах, а механически захваченные частицы имеют возможность освободиться от основной массы сфлокулированной компоненты. При слабом перемешивании рыхлые флокулы распадаются и вновь формируются, что способствует получению однородных по составу агрегатов.

При проведении процесса селективной флокуляции необходимо иметь в виду, что формирование крупных и плотных флокул нежелательно. В этом случае трудно обеспечить отделение от них захваченных, вкрапленных примесей. Степень селективности будет падать так же и при высоких плотностях пульпы. Часто к улучшению разделения приводит промывка флокул восходящим потоком свежей воды [4]. Такой же эффект достигается повторным диспергированием и флокуляцией суспензии при дополнительном введении небольших количеств реагента: подобные чередования циклов повторяются один два раза [1].

Как известно, добавка жидкого стекла изменяет свойства угольно-глинистых дисперсий [5], повышает степень гидрати-рованности поверхности и влияет тем самым на эффективность флокуляционного разде-

Таблица 1 Таблица 2

Гранулометрический состав угольного шлама Минеральный состав оборотной воды ЦОФ «Абашевская»

Классы, мм Выход, % Зольность, % Наименование показателей Оборотная вода

0,5-1 4,2 15,5 Водородный показатель, рН 7,97

0,25-0,5 11,1 21,2 Общая минерализация, мг/л 458,9

0,2-0,25 21,4 19,1 Содержание ионов, мг/л:

0,16-0,2 2,7 23,3 №+ + К+ 168,2

0,05-0,16 30,1 26,2 Са2+ 14,5

0-0,05 30,5 24,9 А ад 3 8,2

Итого 100 23,2 С1- 34,7

8042- 81,7

НСО3- 151,6

Таблица 3 Таблица 4

Гранулометрический состав угольноглинистого шлама Характе ристика образцов флокулянтов

Марка флокулянта Ионная активность Молекулярная масса, 106

Классы, мкм Выход,% Зольность,% ВПК-402 слабая катионная 0,4

500-160 37,4 20,6 Праестол 611ВС слабая катионная 6

160-50 32,5 30,4 Праестол 561ВС сильная катионная 6

50-0 30,1 59,2 Праестол 852ВС средняя катионная 9

Итого 100 35, 4 Праестол 690ВС очень сильная катионная 6

Магнафлок 1440 сильная катионная 1

ления минералов. Влияние жидкого стекла на электрокинети-ческий потенциал частиц угля и породы, а также величину адсорбции праестола рассматривается в статье [6]. Авторы отмечают, что для осуществления селективной флокуляции, протекающей в условиях неустано-вившегося равновесия адсорбции полимера на частицах, достаточно иметь различие в скорости адсорбции макромолекул на поверхности различных разделяемых минералов.

Целью настоящей работы является исследование закономерностей и механизма селективной флокуляции глинистых и угольно-глинистых суспензий и разработка на этой основе эффективной технологии регенерации шламовых вод углеобогащения.

В качестве материала для исследования были использована объединенная проба 1-2 угольно-глинистых шламов

гидроотвала ЦОФ «Абашев-ская», обогащающей угли марок К и Ж, а также рядовой угольный шлам марки К с зольностью 23,2 % гранулометрический состав указан в табл. 1. Солевой состав оборотной воды ЦОФ «Абашевская», изученный ранее [7] представлен в табл. 2, а ситовый состав объединенной пробы 1-2 в табл. 3.

При значительном содержании в воде тонкодисперсных минеральных частиц (менее 50 мкм) наиболее эффективными являются катионные флокулян-ты. Поэтому в нашей работе было изучено применение катионных флокулянтов, которые обладают особым механизмом действия - нейтрализации заря-

да твердой поверхности и снижения электрокинетического потенциала с последующим «мостичным» объединением

частиц в агрегаты [8]. Для флокуляции угольных частиц использовались 0,1 % -ные растворы полимеров: ВПК-402 (г. Стерлитамак), магнафлок (фирма Сиба) М1440, праестолы (ЗАО Компания «Москва-

Штокхаузен-Пермь) П 852ВС, П 690ВС, П 561ВС П 611ВС [9], характеристика которых представлена в табл. 4.

Ионный состав воды оказывает существенное влияние на очистку воды от тонких частиц с помощью флокулянтов. С одной стороны, соли как коагулянты повышают результативность действия полимерных флокулянтов (этому способствуют сульфаты и хлориды двухвалентных металлов). А с другой, присутствие гидрокарбонатов натрия, калия приводит к пептизации твердой фазы [10]. Рассматривая ионный состав воды ЦОФ «Абашевская» можно отметить, что содержание стабилизирующих ионов (№+ , К+ , НС03-) значительно превосходит содержание коагулирующих ионов (Са2+ , Mg2+ , 8042-). Это обуславливает низкую коагуляционную способность исследуемых суспензий. Общее содержание солей колеблется в пределах 400-700 мг/л и зависит от времени года и минералогического состава поступающих углей. Минерализация воды на углеобогатительной фабрике происходит при контакте с углями, породой и пиритом.

Глинистые минералы, содержащиеся в угле, благодаря своим структурным особенно-

стям легко разрушаются в воде на мельчайшие частицы, которые окружены толстыми гид-ратными оболочками и образуют устойчивую коллоидную систему. Дисперсионная среда с низкой концентрацией солей повышает размокаемость породы, а наличие значительного количества ионов натрия способствует пептизации частиц до тонкодисперсного состояния.

Анализ гранулометрического состава угольно-глинистых шламов и ионного состава оборотной воды ЦОФ «Абашев-ская» показывает необходимость дестабилизации дисперсионной среды с применением флокулянтов. В этой связи необходимо было исследовать процессы пептизации и седиментации шламов, выявить наиболее эффективные полимеры для этих процессов и определить оптимальные концентрации этих флокулянтов.

Для возникновения селективного агрегата из малозольных частиц необходимо обеспечить избирательную агрегацию угольных частиц и стабилизацию глинистых дисперсий. В этой связи особое внимание необходимо уделять таким свойствам водорастворимых полимеров, как адсорбция их на разделе фаз, механизм их действия при различной стабилизации исследуемой суспензии. Это достигается благодаря добавкам флокулянтов, а также стабилизатора, предотвращающего агрегирование разнородных частиц. В качестве диспер-гатора пустой породы применялось жидкое стекло в диапазоне концентраций 10-60 мг/л.

Содержание твердого в при-

Таблица 5

Результаты селективной флокуляции дисперсии гидроотвала ЦОФ «Абашевская»________________

Оптимальная концентрация жидкого стекла, мг/л Наименование флокулянта, Концентрация флокулянта, мг/л Выход от операции, % Зольность, %

осадок слив осадок слив

10-15 П 852ВС 0,5 63,1 36,9 19,3 62,9

25 1 69,1 30,9 21,9 65,6

15 П 690ВС 0,5 68,8 31,2 22,1 64,7

20 1 69,1 30,9 23,2 62,7

25 П 561ВС 0,5 65,3 34,7 21,4 61,7

10-15 М 1440 0,5 63,6 36,4 19,1 63,8

10-15 ВПК-402 0,5 63,8 37,2 20,2 60,5

15 П 611ВС 0,5 69,2 30,8 22,1 65,3

0 - 0 55,3 44,7 33,6 37,6

готовленных дисперсиях составляет 40 г/л, что соответствует промышленной концентрации в отходах флотации.

Опыты проводятся в стеклянных цилиндрах емкостью 500 мл, к суспензии добавляется растворенное в воде жидкое стекло и перемешивается мешалкой в течение 1 часа при 50 оборотах в минуту, затем добавляется флокулянт. Перемешивание с флокулянтом ведется 20 секунд. После оседания осадка отделяется осветленная жидкость. Осадок фильтруется, высушивается, взвешивается и

определяется его зольность.

Адсорбция полимеров на породе, как правило, меньше, чем на угле [6], особенно в об-

ласти небольших равновесных концентраций. Поэтому в смеси угля со стабилизированной породой при малых добавках флокулянта следует ожидать преимущественной его адсорбции на угольных частицах. Это подтверждено результатами исследований процесса селективной флокуляции суспензии гидроотвала ЦОФ «Абашевская» (см. табл. 5) При подаче флокулян-тов селективность разделения

минеральных частиц увеличивается. При зольности исходных шламов гидроотвала 35,4 % был получен осадок с Аа =19-23 % и твердых частиц слива более 60 %.

Схожие результаты были получены в отношении концен-тратных осадков при исследовании селективного разделения рядового шлама марки К с зольностью 23,2 % (см. рисунок), где все флокулянты имели расход 0,5 мг/л при колебании зольности отходов в пределах 27-43 %.

Таким образом, данные флокулянты и жидкое стекло могут быть применены для селективного разделения угольноглинистых суспензий. В этом случае можно получать из отходов флотации с Аа = 35,4 % угольный осадок с зольностью 19-23 %, а из угольного шлама концентрат с Аа = 17-25 %.

На основе комплекса адсорбционных исследований установлена возможность разделения угольно-глинистых суспензий методом селективной флокуляции с помощью флоку-лянтов, разработана оптимальная технология селективной флокуляции минеральных частиц.

жидкое стекло, мг/л

Зависимость зольности осадка от содержания жидкого стекла: 1 - жидкое стекло, 2 - П 561 ВС, 3 - П 852ВС, 4 - П 690ВС, 5 -ВПК-402, 6 - М1440

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Kitchener J. A. Flocculation in Mineral Processing // In book: Scientific Basis of Flocculation. Ed. Kenneth Ives. — Sijthoff and Noordhoff, The Netherlands. 1978. P. 283-328.

2. Yarar B., Kitchener J. A. Selective Flocculation of Minerals. 1. Basic Principles. 2. Experimental Inves-

tigation of Quartz, Calcite and Calena // Trans. Instn. Min. Metall. 1970. 79. P. 23-33.

3. Байченко А. А. , Кардашов А. В. Усовершенствование технологии обезвоживания тонкодисперсных угольных шламов на ЦОФ «Березовская» // Вестн. КузГТУ. 2004. № 5. С. 53-56.

4. Friend J. P. , Kitchener J. A. Cleaning a selectively flocculated mineral slurry // Trans. Instn. Min. Met-

all (С), 1973. 82. P. 235-236.

5. Баран А. А. , Митина Н. С. , Байченко А. А. Флокуляция и флотация тонких угольных шламов при совместном применении аполярных реагентов и полимеров // Химия и технология воды. 1988. Т. 10. № 5. С. 405-409.

6. Байченко А. А. , Байченко Ал. А. Селективная флокуляция энергетических углей после гидродобычи // Горный журнал. 1991. № 7. С. 111-114.

7. Отчет № 26-90 по теме «Разработка методов управления устойчивостью угольно-глинистых суспензий различного солесодержания и интенсивных технологий углеобогащения, открывающих пути решения природоохранных и ресурсосберегающих проблем» // Научные труды КузПИ. Кемерово. 1990. 36 с.

8. Байченко А. А. , Байченко Ал. А. , Мельтинисов М. А. Исследование электроповерхностных свойств угольных частиц. // ФТРПИ.1985. № 2. С. 90-93.

9. Байченко А. А. , Евменова Г. Л. , Яковенко О. В. Исследование эффективности действия новых образцов высокомолекулярного полимера / Обогащение, переработка и комплексное использование минерального сырья // Материалы научно-технической конференции, Кемерово, 19-20 ноября 1999 г.- Кемерово: Кузбассвузиздат. 1999. С. 46-51.

10. Бабенко В. А. Химический состав воды и его влияние на эффективность осветления. // В сб.: Обогащение и использование углей, вып. 9. - М. 1976. С. 125-134.

Авторы статьи:

Байченко Арнольд Алексеевич

- докт. техн. наук, проф. каф. обогащения полезных ископаемых

Кардашов Андрей Вячеславович

- аспирант каф. обогащения полезных ископаемых