Оценка собирательных свойств аполярных реагентов в аппарате беспенной флотации

ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

УДК 622.648.24

А. Н. Батушкин, А. А.Байченко

ОЦЕНКА СОБИРАТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ АПОЛЯРНЫХ РЕАГЕНТОВ В АППАРАТЕ БЕСПЕННОЙ ФЛОТАЦИИ

Выявление параметров, характеризующих собирательные и пенообразующие свойства реагентов, необходимо как для оперативного контроля их качества и установления технических условий на реагенты, обоснованных с точки зрения их флото-активности, их и для развития теории их действия.

Решению этой задачи уделялось крайне мало внимания до появления некоторых работ [1], с целью выяснения факторов, определяющих флотоак-тивность реагентов. Эти работы, в частности, подтвердили известный из практики флотации вывод, введением во флотационные инертные чистые масла различных примесей, в том числе поверхностно активных, например, путем конструкции масел [2] можно значительно повысить их флотоактивность.

В связи с этим нужно было выяснить, определяется ли флотоактивность возможных реагентов, имеющих условно различный и довольно сложный состав, только наличием в них каких-то активных примесей определенного строения и состава или тем, что многие группы соединений с молекулами аполярного и гетерополярного строения обладают при определенном их мере практически одинаковой флотоактивностью.

Первоначально считалось, что влияние строения и размера молекул на флотоактивность вещества можно наиболее просто выяснить путем проведения флотационных опытов, которых в качестве собирателей и вспенивателей используются различные индивидуализированные вещества известного строения [1], входящие в состав применяющихся в практике реагентов. Проведением аналогичных опытов с гомологами этих индивидуализированных соединений и исследованием возможных проявлений их взаимодействия минеральными поверхностями и границей жидкость-газ предполагалось выяснить влияние реагентов и их фракций на флотационные свойства веществ.

При всей наглядности такого подхода представляется, однако, целесообразным использовать его не начальной, а на завершающей стадии исследования. Дело в том, что согласно имеющемся данным [2] даже в бензины, которые значительно лучше изучены и проще по своему составу, чем керосины и масла, может входить более 200 различных соединений с температурой кипения до 150о и числом углеродных атомов от С5 до С9. Керосины же и

масла, которые по своим собирательным и пенообразующим свойствам сильно превосходят бензины, выкипая при значительно более высоких температурах, содержат, очевидно; в молекулах входящих в них веществ большее число атомов углерода и потому могут быть еще более разнообразными по своему строению и составу. Это многообразие соединений входящих в состав керосинов и масел различных месторождений, снижает в какой-то мере убедительность результатов, полученных с индивидуализированными веществами, так как нет уверенности, что именно рассмотренные вещества определяют флотоактивность масляных реагентов. Кроме того, различные неизбежные примеси к использованным веществам [1], обладая неодинаковой флотоактивностью, могут своим присутствием играть роль не фона, а вносить искажения в выявляемую закономерность.

Кажется более плодотворным несколько иной и, возможно, не новый путь, при котором в какой-то мере используется опыт мировой практики флотации угля и других аполярных минералов, состоящих в разделении широко используемых реагентов масел, на пример газойля и нефти, на различные температурные фракции. После оценки их флотоактивности, которая, естественно, должна оказаться различной.

Определяя различные физические характеристики этих продуктов [2], можно составить представление о том, какие факторы, характеризующие реагент (вязкость, строение и размер молекул входящих в него веществ, наличие поверхностно активных примесей), определяют его флотационные свойства.

Для исследования собирательных свойств масляных реагентов использовался аппарат для бес-пенной флотации, принципиальная схема которого изображена на рис.1. Методика проведения флотационного опыта в этом аппарате сводиться к следующему [3].

В испытаниях реагенты предварительно диспергировались с питанием в беспенном аппарате флотации. Это позволило исключить расслоение эмульсии во время самого процесса флотации. Также изучены собирательные свойства исходных продуктов различного состава и технологии получения их фракции.

74

А. Н. Батушкин, А. А.Байченко

Рис. 1. Схема установки для беспенной флотации мелких частиц угля: 1 -магнитная мешалка; 2 -подача воздуха; 3 - капилляры; 4 - бак с водой; 5 -электрическая мешалка

Наиболее часто использованным аппаратом для изучения собирательных свойств реагентов, является аппарат беспенной флотации - трубка Галли-монда и ее разновидности модификаций [3]. В случае же водонерастворимых реагентов-масел, действующих в капельном виде [4] и широко применяемых в качестве собирателей при флотации угля, и других аполярных минералов, использование бес-пенных аппаратов возможно только при одновременном использовании дополнительных устройств для эмульсирования этих масел и агитации пульпы с полученной эмульсией [4] с целью исключения ее расслоения и механического инициирования встреч всех частиц, находящихся в суспензии с капельками реагента.

Использование дополнительных устройств, однако, нежелательно как с точки зрения усложнения методики исследования, так и вследствие возможных и неподдающихся учету потерь реагента, например, за счет его размазывания по стенкам этих устройств. Если учесть, что навески минералов, подвергаемых исследованию в беспенных аппаратах, исчисляются граммами, а расход реагента миллиграммами, то станет очевидным, что даже небольшие по абсолютной величине потери реагента в этих вспомогательных устройствах и операциях могут привести к значительному и не всегда одинаковому уменьшению дозы реагента, поданного на флотацию.

Аппаратом для исследования собирательных свойств нерастворимых в воде аполярных реагентов является конструкция, созданная в КузГТУ [3]. В процессе проработки методики установлено, что незначительные изменения скорости вращения мешалки приводят к ошибке в результатах. Поэтому питание электродвигателя мешалки осуществлялось от стабилизатора, а скорость вращения контролировалась электронным тахометром.

В данной работе принята следующая методика опыта. В прибор (рис.1) заливается 350 см3 чистой воды и засыпается 10 г в исследуемого угля. В течение пяти минут пульпа при малой скорости перемешивается, для того чтобы смочить засыпанные

частицы и удалить воздух с поверхности. После этого подается определенное количество эмульсии реагента кг/т, и в течение одной минуты осуществляется перемешивание реагента (фракции) с пульпой. В конструкции аппарата не предусмотрены такие условия как диспергирования аполярных реагентов. Диспергирование реагентов осуществлялось в беспенном аппарате, что позволило проводить опыты флотации с различными собирателями при одинаковой дисперсности капелек эмульсии диаметром 3-6 мкм. Конструкция аппарата беспен-ной флотации обеспечивает равномерное распределение эмульсии по всему объему пульпы. Подача воздуха обеспечивается с помощью переливного устройства и сосуда, из которого вода вытесняет воздух. Наличие на выходе воздуха капилляра обеспечивает поступление воздуха в строго постоянном количестве 50 см3 в минуту. По окончании времени агитации пульпы в аппарат подается воздух. В отводной трубке осуществляется контакт частиц, движущихся вверх, с пузырьками воздуха, выдуваемых через капилляр. Минерализованные пузырьки воздуха движутся вверх в турбулентном потоке, мелкими шариками по отводной трубке и далее по наклонной трубке попадают в приемник концентрата (время флотации - 5 минут).

На рис.2. отобраны наиболее точные данные результатов беспенной флотации с различным расходом, проведенные на смеси фракций. Исходные материалы предоставила ЦОФ «Березовская» это проба Ш/У. «Сибирская» содержащий класс (0-

0,5); зольность Ла = 28,9; выход 8 = 0,3. уголь марки КСН;

Влияние различных фракций на выход концентрата представлено на графике, где приведены полученные результаты с продуктами вакуумной ректификации газойля при различном его расходе от

1.5-3.0 кг/т.

Как видно из рис.2, самыми высокими собирательными свойствами обладают фракции с различным расходом реагента, в температурных пределах 180-2800С, это легко- и среднекипящие фракции №

Расход реагента, кг/т.

-О— Фракция №5 —4ракцич№б —Д— ФрасцияЫ??

— Фракция №8 —А,— Зракцт № 8 и 3 —х— Газойль

Рис. 2. Результаты работы беспенной флотации мелких частиц угля

5 и № 6.

В практике флотации угольной мелочи получили применение в качестве реагентов-собирателей в основном керосины, газойль и др. В зависимости от исходного сырья и условия переработки они имеют разнообразный состав и представляют собой сложную смесь органических веществ [5-7]. Разнообразие их состава затрудняет изучение действие керосина и газойля при флотации угля. При этом трудно установить, какие составные части керосина, газойля являются наиболее флотоактивными и чем необходимо руководствоваться при подборе реагентов для данных условий.

Обычно при характеристике продуктов перегонки газойля и сырой нефти приводиться в первую очередь температурой выкипания и содержания отдельных фракций в продукте [8-10; 11-14]. По-

этому интересно было выяснить, какова флотоак-тивность отдельных температурных фракций газойля и нефти, так как соотношение фракций в газойле могло быть определяющим при установлении его флотоактивности.[15;16].

Выводы

Использование аппарата для беспенной флотации позволило исследовать собирательные свойства газойля, нефти и их температурных фракций при флотации угля и установить, что в качестве одного из параметров, характеризующих флотоактивность газойля, может быть использовано содержание в газойле наиболее флотоактивной фракции.

Проведение флотационных опытов в беспен-ном аппарате при явном избытке газойля подтвердило, что прочность закрепления частиц угля на пузырьках воздуха в этом случае не снижается.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Власова Н.С., Классен В.И. , Плаксин И.Н. О принципах подбора реагентов для флотационного обогащения труднообогатимых углей // Изд. АН СССР, 1960.

2. Байченко А.А,Мелик-Гайказян. В.И., Ворончихина В.В. К установлению параметров, характеризующих флотоактивность реагентов-масел «Кокс и химия» - 1962. - № 8. - с. 13 - 16.

3. Байченко А.А, Мелик-Гайказян В.И., Ворончихина В.В. Аппарат для беспенной флотации масляными реагентами // Известия вузов <Горный журнал>, 1962, №7.

4. БайченкоА.А, Батушкин А.Н. Влияние фракционного состава термогазойля и нефти на процесс флотации угольных шламов // Вестн. Куз ГТУ - 2004. - № 6.2. - с. 37 - 39.

5. Кукушкин В.В. Поиск эффективных реагентов для флотации угля - направление снижения загрязнения водоемов органическими реагентами /Экология промышленных регионов на рубеже XXI века: Сб.науч.тр. - Магнитогорск. МГТУ, 1999.-С.99-104.

6. Совершенствование реагентного режима флотации углей с целью повышения эффективности процесса и снижения зольности флотоконцентрата / Кукушкин В.В., Петухов В.Н., Осина НЛО и др. //Теория и технология металлургического производства; Межрег.сб.науч тр. / Под ред. В.М. Колокольцева Вып. З. -Магнитогорск: МГТУ, 2003. - С.90-95.

7. Совершенствование технологии флотации углей за счет использования кремнийоргаиических соединений / Петухов В.Н, Осипа Н.Ю., Кукушкин В.В. и др. // Вестн. Куз ГТУ. - Кемерово, 2003.- №5 - С.79-82.

8. Байченко А.А., Иванов Г.В., Бочарова Е.М. / Влияние электролитов на флотацию углей // Вестн. Куз ГТУ , № 4 1999, с. 66-71.

9. Байченко А.А, Иванов Г.В., Бочарова Е.М., Бауэр Л.Н., Мин Р.С. Влияние электролитов на силу отрыва частицы от пузырька воздуха при флотации // Материалы науч.-техн. конф. 19-20 ноября 1999. - Кемерово: Кузбассвуз издат, 1999. С. 93 - 100.

10. ЕрёминИ.В., Арцер А.С., Броновец Т.М. Петрология и химикотехнологические параметры углей Кузбасса // 2002.

11. Кукушкин В.В. /Исследование влияния структурных особенностей кремнийорганических соединений на их флотационную активность //Вопросы прикладной химии: Сб. науч. тр.- Магнитогорск, 1999, - С.76-81.

12.Петухов В.Н., Кукушкин В.В. Изыскание новых реагентов-модификаторов и разработка технологии их использования при флотации угля // Обогащение, переработка и комплексное использование минерального сырья: Материалы научно-технической конференции.- Кемерово, 1999.- С.83-87.

13. Петухов В.Н, Кукушкин В.В. Флотация труднообогатимых углей с использованием реагентов-модификаторов //Кокс и химия. 1999, №9.-С.9-12.

14. Савинчук Л.Г., Кукушкин В.В., Аглямова Э.Р. Исследование адсорбции флотационных реагентов на поверхности углей по данным газохромотографическпх измерений // II конгресс обогатителей стран СНГ: Сб. тез. докл. - М: МИСИС, 1999.-С.74-76.

15. БайченкоА.А, Батушкин А.Н. Усовершенствование технологии диспергирования аполярных реагентов перед подачей их во флотационный процесс // Вестн. Куз ГТУ. 2004. № 5. - C. 56 - 58.

16. БайченкоА.А, Батушкин А.Н. Влияние аполярного реагента на прочность закрепления частиц на пузырьке воздуха при флотации // Вестн. Куз ГТУ. 2005. № 4.1. - C. 60 - 62.

Авторы статьи:

Батушкин Байченко

Артем Николаевич Арнольд Алексеевич

- аспирант каф. обогащения полезных - докт. техн. наук, проф. каф. обога-

ископаемых щения полезных ископаемых