Гомогенизация растворов высокомолекулярных полимеров при флокуляции угольных дисперсий

СЕМИНАР 3

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98" МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98

Г.Л. Евменова, к.т.н, А.А. Байченко, проф., д.т.н.,

КузГТУ КузГТУ

ГОМОГЕНИЗАЦИЯ РАСТВОРОВ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ПОЛИМЕРОВ ПРИ ФЛОКУЛЯЦИИ УГОЛЬНЫХ ДИСПЕРСИЙ

С каждым годом увеличивается содержание тонких классов в углях, подлежащих обогащению. Как показывает практика последних лет, очистка шламовых вод невозможна без применения фло-кулянтов. Для их эффективного воздействия необходимо готовить гомогенизированные водные растворы, поскольку это единственный способ изменить конформаци-онное состояние макромолекулы и придать ей форму, которая способствовала дестабилизации дисперсных систем.

К сожалению в промышленных условиях способы приготовления гомогенных растворов несовершенны, и поэтому значительное количество полимеров попадает в пульпу в виде геля и ассоциатов, что приводит к перерасходу дорогостоящих флокулянтов и понижению эффективности их действия при агрегации угольных дисперсий. Поэтому необходимо было подробно изучить процесс растворения высокомолекулярных полимеров в воде и создать научные предпосылки для разработки эффективной технологии приготовления гомогенных рабочих растворов флокулянтов так необходимых производству.

Процесс растворения высокомолекулярных полимеров состоит из трех этапов: смачивание дисперсных частиц флокулянта водой с образованием на поверхности частиц гидратного слоя; набухание -диффузное проникновение молекул воды в межмолекулярное пространство полимера с образованием геля; непосредственно растворение полимера в воде или переход макромолекул флокулянта в объем растворителя [1].

В нашей работе для изучения процесса растворения частиц по-

128

лимера в воде были исследованы различные флокулянты: неионный полиэтиленоксид (ПЭО) с молекулярной массой (ММ) 5,6-10б, анионные Магнафлоки 525 и 365, катионный Магнафлок 1440 (на основе полиакриламида, фирмы Allied Colloids).

Гомогенность растворов флокулян-тов оценивалась по изменению интенсивности рассеянного света при прохождении через раствор лазерного луча.

Обычно растворы высокомолекулярных полимеров обладают значительной неоднородностью, которая выражается наличием небольших областей с повышенной концентрацией и плотностью. Световой луч, попадая на границу "уплотненной" области преломляется и, изменяя направление, рассеивается. Чем больше областей неоднородности в единице объема раствора, тем чаще луч света сталкивается с границами повышенной плотности и тем сильнее он рассеивается. Если в луч не попадает ни одна неоднород-

ность и в этом случае рассеивание света минимально. Постепенно по мере набухания и диффузии вещества из областей повышенной концентрации неоднородностей в растворе будут становиться все меньше. Величина интенсивности рассеивания будет уменьшаться до определенного постоянного значе-

Рис. 1. Кинетика растворения флокулянтов:

1 - ПЭО; 2,3,4 - Магнафлоки различных марок.

Рис. 2. Схема установки для приготовления и подачи растворов флокулянтов в пульпу:

1 - узел загрузки сухого флокулянта; 2 - реактор приготовления концентрированного раствора; 3 - промежуточный реактор; 4 - импульсный дозатор; 5 - бачок стабилизации уровня; 6 - гидроэлеватор; 7 - бункер для сухого флокулянта; 8 - диспергатор

ГИАБ

ния. Это хорошо видно из приведенных на рис.1 кривых кинетики гомогенности водных растворов флокулянтов.

Полученные экспериментальные данные позволили для каждой марки изучаемых полимеров построить кривые растворения в воде, по которым можно судить, что для получения гомогенного раствора необходимо создавать им сугубо индивидуальный режим. Кроме того, результаты эксперимента позволили оценить наличие основных этапов процесса растворения и определить их продолжительность; установить, что практически каждый флокулянт имеет свои особенности протекания процесса растворения.

Эти данные необходимы при разработке и промышленной реализации технологии получения гомогенизированных растворов высокомолекулярных флокулянтов на обогатительных фабриках.

На рис.2 приведена схема автоматизированной установки для рас-ворения флокулянтов, спроектированной, изготовленной и смонтированной на одной из углеобогатительных фабрик Кузбасса для реализации в промышленных условиях разработанной технологии приготовления водных растворов полимерных флокулянтов, которая обеспечивает получение гомогенных растворов, точную дозировку и направленную подачу в технологический процесс.

Как и на типовой установке [2], раствор полимеров готовят в две стадии: концентрированный и рабочий. В нашем случае предусмотрены конструктивные элементы и технологические приемы для предотвращения слипания частиц при загрузке и образования труднорастворимых сгустков в реакторе с перемешивающим устройством. Продолжительность основных процессов (смачивание -гелеобразование - набухание -гомогенный раствор) и время ра-

боты перемешивающего устройства для каждого флокулянта задается на основании полученных экспериментальных данных. При смешении флокулянта с водой в реакторе происходит приготовление концентрированного раствора флокулянта, который перепускается в дополнительный реактор и затем подается через дозатор в разбавитель-гидроэлеватор, где происходит мгновенное приготовление рабочего раствора и подача его в технологический процесс. Установка работает в автоматическом режиме, но возможно и ручное управление. Предлагаемая технология растворения позволяет готовить гомогенные и поэтому эффективно действующие растворы различных флокулянтов по специально разработанным для каждого из них режимным картам.

Эффективность предложенной технологии растворения, дозирования и подачи флокулянтов в суспензию была подтверждена промышленными испытаниями на ряде углеобогатительных фабриках Кузбасса для интенсификации процесса фильтрования флотационного концентрата, в котором содержится большое количество тонкодисперсных угольных частиц, препятствующих его эффективному обезвоживанию на вакуум-фильтрах. Экспериментально было установлено, что производительность вакуум-фильтров увеличивалась на З0-40%, влажность осадка снизилась на 3-4%, что объясняется значительным уменьшением сопротивления осадка и содержанием твердого в фильтрате [3]. Необходимо отметить, что удельное сопротивление осадка является наиболее полной характеристикой процесса фильтрования, т.к. оно тесно связано с изменением структуры осадка на фильтрующей сетке [4]. В результате агрегирования частиц в суспензии с помощью флокулянтов увеличивалась пористость осадка,

повышалась скорость фильтрования и снижались потери угольных частиц с фильтратом.

Одной из особенностей предлагаемой технологии фильтрования флотоконцентрата с помощью флокулянтов была обратная связь между качественными показателями готового продукта и оптимальным расходом флокулянта. Это достигалось за счет применения автоматической системы регулирования расхода флокулянта в зависимости от влажности отфильтрованного осадка. При изменении влажности осадка автоматически менялась дозировка рабочего раствора флокулянта в сторону ее увеличения или уменьшения, что позволяло вести технологический процесс фильтрования в оптимальном режиме.

Применение гомогенизированных растворов флокулянтов позволило интенсифицировать процесс фильтрования и сократить расходы дорогостоящих полимеров в 3-5 раз, что обеспечило значительную экономию средств для их приобретения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тагер А.А. Физикохимия полимеров.- 3-е изд., перераб., М.: Химия, - 1978. 544с.

2. Справочник по обогащению углей // Под редакцией Благова И.С., Коткина А.М., Зарубина Л.С.- М.: Недра, 1984. 614 с.

3. Евменова Г.Л., Байченко А.А. Применение полимерных флокулянтов для интенсификации фильтрования угольного флотоконцентрата // Химия и химическая технология: Сборник докладов научных трудов / Кузбасский государственный технический университет. Кемеро-во,1995.С.74-78.

4. Байченко А.А, Байченко Ал.А., Козяк А.Г. Использование полиокси-этилена для интенсификации фильтрования угольных шламов // Уголь.-1975.- № 11. С.65-67.

© Г.Л. Евменова, А.А. Байченко

129