Теория и практика применения селективной флокуляции для разделения тонкодисперсных угольных шламов

© Ю.Б. Рубинштейн, В.И. Новак, 2012

Ю.Б. Рубинштейн, В.И. Новак

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ПРИМЕНЕНИЯ СЕЛЕКТИВНОЙ ФЛОКУЛЯПИИ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ

Рассмотрены теоретические вопросы селективной флокуляции угольных шламов. Практически доказана работоспособность данного метода на ОФ «Распадская».

Ключевые слова: угольный шлам, селективная флокуляция, флокулянт.

В настоящее время основным способом обогащения угольных шламов является флотация. Существенными недостатками флотационного обогащения являются:

• низкая селективность разделения тонких частиц крупностью менее 40 мкм;

• сравнительно высокие текущие эксплуатационные и капитальные затраты;

• применение в качестве флотационных реагентов легковоспламеняющихся и горючих жидкостей.

Поэтому в свете современных требований по повышению экономической и экологической эффективности технологий переработки углей становится актуальной задача разработки нефлотационных способов обогащения угольных шламов.

Наибольший интерес представляет селективная флокуляция [1]. Суть данного способа заключается в агрегации частиц определенного минерала под действием полимерного флокулян-та (или комбинации флокулянта и вспомогательных реагентов); при этом частицы других минералов остаются в диспергированном состоянии. В практике обогащения углей предпринимались попытки селективного разделения шламов не растворимыми в воде аполярными или гетерополярными органическими высокомолекулярными соединениями, как правило, бутадиен-стирольными и стирольными латексами [2, 3].

Согласно данным, приведенным в работе [4], наибольшая эффективность разделения шлама селективной флокуляцией достигается для наиболее тонкодисперсных частиц (-50 мкм), и

это является важным преимуществом данного способа по сравнению с флотацией. Нами на примере угля ОФ «Распад-ская» доказано, что применение в качестве флокулянтов анио-нактивных производных полиакриламида позволяет селективно разделить шлам на угольный концентрат и отходы [5].

Цель проведенной работы заключалась в теоретическом обосновании возможности применения водорастворимых анионактивных флокулянтов на основе полиакриламида для селективного выделения угля из суспензии шлама, содержащего частицы угля и породы. Порода была представлена в большей части глиной с присутствием сланцев и песчаника. Для реализации поставленной цели был выполнен теоретический анализ механизма взаимодействия частиц угля и породы с макромолекулами флокулянта. При этом энергия парного взаимодействия флокулянт-частица твердой фазы была определена на основании теории ДЁФО [6].

Расчет поверхностного потенциала частиц твердой фазы и поверхности клубка флокулянта производился согласно методикам, приведенным в работах [7, 8]. Расчеты парной энергии взаимодействия угольной частицы с макромолекулой флокулян-та позволили установить, что во всем исследованном диапазоне значений поверхностного потенциала ф и зарядовой активности флокулянта потенциальный барьер между ними отсутствует. Расчетные данные позволяют сделать вывод о том, что макромолекула полиакриламидного флокулянта может приблизиться к угольной частице на расстояние, соответствующее толщине адсорбционной части ДЭС (примерно 5-10—10 м).

Для породных микрочастиц потенциальный барьер возникает при зарядовой активности флокулянта только выше определенного предела. Было определено, что при I ф 1>75 мВ возникает потенциальный барьер, с увеличением высоты которого заметна тенденция к уменьшению величины ординаты потенциального минимума. Следовательно, с увеличением значений I Ф I и зарядовой активности флокулянта затрудняется взаимодействие породной частицы с макромолекулой флокулянта.

Экспериментальные исследования по определению величины ^-потенциала двойного электрического слоя вокруг частиц угольной и породной фракций шлама ОФ «Распадская» были выполнены на кафедре коллоидной химии РХТУ им. Д. И. Менделеева.

Выводы

1. Аналитический расчет энергии парного взаимодействия частиц твердой фазы суспензий угольного шлама с полиакри-ламидным флокулянтом позволил установить, что для угольных частиц потенциальный барьер отсутствует, и это способствует беспрепятственному образованию флокул. В то же время наличие потенциального барьера породных частиц затрудняет процесс флокуляции.

2. На примере угольного шлама ОФ «Распадская» доказана принципиальная возможность селективного разделения угольной и породной фракций с применением водорастворимых производных полиакриламида в качестве флокулянта.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Небера В. П., Алабян И. М. Селективная флокуляция. Основы теории и практики //Итоги науки и техники. Серия «Обогащение полезных ископаемы«». — М.: ВИНИТИ, 1989, Т. 23. Техника и технология переработки минерального сырья. — С. 3—80.

2. Сергеев П. В., Бшецький В. С. Селективна флокуляшя вуплля. — Донецьк: Схщний видавничий д1м, 1999. — 136 с.

3. Attia Y. A., Yu S., Vecci S. Selective flocculation cleaning of Upper Freeport coal with a totally hydrophobic polymeric flocculant // Int. Symp. on Flocculation in Biotechnology and Separation Systems. — Amsterdam, 1987. — P. 547—564.

4. Никитин И. Н., Никитин Н. И. Разработка процесса обогащения ультратонких углей //Кокс и химия. — 2007. — №8. — С. 8—11.

5. Новак В. И., Гольберг Г. Ю. Исследование селективной флокуляции тонкодисперсных угольнык шламов // Вода: химия и экология. — 2010. — №4. — С. 9—13.

6. Борц М. А. и др. Флокуляция угольных и минеральных суспензий в обогащении за рубежом: Экспресс-информация / ЦНИЭИУголь. — М.: 1989, вып. 22. — 32 с.

7. Read A. D. Selective flocculation separations involving hematite // Institution of Mining and Metallurgy. Transactions / Section C. — 1971. — V. 80. — Р. 24—31.

8. Дерягин Б. В. , Чураев Н. В. , Муллер В. М. Поверхностные силы. —

М.: Наука. — 1985. — 398 с. [¡223

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Рубинштейн Юлий Борисович — заместитель директора ИОТТ, доктор технических наук, профессор,

Новак Вадим Игоревич — директор угольного департамента Коралайна Инжиниринг — СЕТСО, novak@cetco.ru