Новые реагенты при флотации угля

В.А. Гмызин, асп.,

МГТУ

Т.И. Сысоева

МГТУ

Новые реагенты при флотации угля

В связи с разработкой углей с повышенной минерализацией органической массы и трудной обогатимости зольность флото-концентрата в случае использования широко применяемых реагентов на УОФ повышается и не всегда удовлетворяет требованиям, предъявляемым к концентратам шихты для коксования. Одним из вариантов решения этой проблемы является разработка новых высокоэффективных селективно-

действующих реагентных режимов с использованием реагентов вспенивателей и модификаторов.

Нами проведены исследования по изучению действия в качестве вспенивателя при флотации угля смеси технических продуктов нефтехимии, образующихся на одном предприятии по производству чистых химических соединений.

Индивидуальные компоненты, составляющие данную смесь, являются побочными продуктами ректификации кубовых остатков бутилового спирта (КОБС). В их групповой состав входят алифатические спирты, сложные эфиры, альдегиды и различны классы углеводородов. В зависимости от процентного содержания органических соединений кубовые остатки делятся на тяжелую (1), промежуточную (2) и легкую (3) фракции.[1-3]

Исследование флотационной способности смеси проводили с использованием в качестве собирателя тракторного керосина(табл. 1).

Установлено, что использование тройной смеси в качестве вспенивателя вместо КОБС позволяет повысить выход концентрата с 79,0 до 81 %, извлечение горючей массы с 88,4 % до 91,3 % при равном расходе реагентов. Золь-

ность концентрата снижается с 8.7 до 8,0 %.

Такие закономерности по флотационной активности исследуемых реагентов вспенивателей определяется их групповым составом и физико-химическими свойствами, оказывающими влияние на их поверхностное натяжение на границе раздела жидкость-газ.

Исследование поверхностного натяжения( О) кубовых остатков колонн в отдельном виде и в смеси, а также КОБС, позволило установить, что наименьшие показатели имеет тройная смесь. Так, например, О кубов колонн 1, 2, 3

2

изменяется с 69,6 до 59,1 Дж/м , для их тройной смеси в соотношении 33:33:33 О изменяется с 52,2

до 47,0 Дж/м , а для КОБС- с

68,8 до 63,3 Дж/м2.

Снижение поверхностного натяжения смеси, по видимому, объясняется синергитическим действием ПАВ с разной молекулярной массой, входящих в ее отдельные компоненты.

Установленное нами снижение для тройной смеси оказывает положительное действие на изменение высоты двухфазной пены(К). Использование тройной смеси приводит к увеличению h на 30-60 мм по сравнению с КОБС и на 50100 мм по сравнению с кубами колонн. Следовательно, изменение поверхностной активности смеси к/к 1, 2, 3 по сравнению с КОБС оказывает существенное влияние на эффективность реагентного режима флотации.

Улучшение флотируемости углей с одновременно высокой селективностью процесса может быть обеспечено путем предварительного модифицирования поверхности угля

с использованием различных дополнительных реагентов.

В работе [4] указывалось на высокую эффективность действия алкилхлорсиланов, но промышленное освоение предлагаемого реагентного режима затруднительно из-за высокой летучести реагента-модификатора. Для улучшения селективности процесса флотации углей были предложены в качестве модификаторов окиси олефинов [5], а также крем-нийорганические ацетали [6]. Однако, дефицитность новых реагентов модификаторов не привело к использованию их в промышленных условиях. Нами в качестве реагентов модификаторов были исследованы:

♦ амин и катамин - высокомолекулярные азотсодержащие технические продукты [7,8];

♦ «дэман» и «флучан» - технические продукты, содержащие кроме аминогруппы функциональные кислородсодержащие группы - ОН и - СООН;

♦ «урпас» - технический продукт, содержащий в молекулах, кроме атома азота, функциональную группу - SO 2.

Амин представляет собой смесь диметилдодециламина с диметил-тетрадециламином в соотношении 53:47, плотностью данной смеси

0,790 г/см3 и с температурой начала кипения 109,50 С.

Катамин содержит алкилдиме-тилбензиламмоний хлорид общей формулы R(CHз)2NCH2C6H5, где R - смесь прямоцепочечных алкильных остатков С10-С18. Молекулярная масса катамина 346-376.

В качестве собирателя использовали технический продукт -тракторный керосин. Установлено,

что лучшие результаты по эффективности и селективности действия при флотации углей проявляют модификаторы с полярными атомами азота - амин и катамин.

При равном расходе реагентов зольность флотоконцентрата, в случае использования в процессе флотации дополнительного реагента модификатора амина, составила 9,4 %, что на 1,8 % ниже по сравнению с использованием тракторного керосина с кубовыми остатками от производства бутилового спирта (КОБС). При этом извлечение горючей массы в концентрат составляет в пределах 88,0-89,0 %, а зольность отходов в случае использования амина повысилась с 66,8 % до 68,6 %. Такие же закономерности получены и для ка-тамина. Использование других типов модификаторов приводит не только к повышению флотируемо-сти угля, но и к одновременному по-

Для установления механизма действия амина в процессе флотации угля нами проведены исследования по определению:

♦ коагуляции каолинита, который присутствует в труднообога-тимых углях;

♦ диспергирования эмульсии тракторного керосина в воде;

♦ влияния амина на образование двухфазной пены при использовании реагента вспенивателя КОБС.

Исследованием установлено, что добавка амина в водную суспензию каолинита вызывает активную флокуляцию тонких глинистых частиц. Это способствует снижению налипания тонких минеральных частиц на угольные частицы и, как следствие, повышению эффективности и селективности процесса флотации труднообогатимых углей.

Показано, что остаточная кон-

ветственно, показателей флотации. Это, вероятно, объясняется тем, что при повышении концентрации амина на поверхности капелек керосина образуется второй абсорбционный слой молекул амина, полярные группы которого связаны с полярными группами первого слоя, а аполярные радикалы направлены в воду. В этом случае снижается гидратирован-ность поверхности капелек керосина и их устойчивость. Вероятность взаимного контакта капелек эмульсии керосина возрастает и при взаимодействии углеводородных радикалов между собой за счет дисперсионных сил происходит укрупнение эмульсии.

Установлено, что остаточная концентрация амина в воде ухудшает пенообразующую способность КОБС. Это незначительное снижение высоты двухфазной пены и её устойчивости оказывает

Таблица 3

Проверка оптимального режима флотации на различных углях

Исходное питание флотации Расход реагентов , кг/т Показатели флотации, %

Тракторный керосин КОБС АМИН Общий Выход концентрата Зольность концентрата Зольность отходов Извлечение горючей массы в концентрат

Шлам АО 0,452 0,108 0,006 0,566 74,0 10,7 69,5 89,3

«Испат-Кармет» Аd=26% 0,678 0,108 0,786 74,0 11,1 68,4 88,9

Шахта «Шах- 0,452 0,108 0,006 0,566 79,4 7,9 72,9 92,9

тинская» Аd=21,3 % 0,678 0,108 0,786 79,0 8,7 68,7 90,5

вышению зольности флотоконцен-трата на 0,6-1,0% (табл. 2).

Наиболее высокие результаты по селективности процесса получены при концентрации амина 0,5 мг/л (0,010 кг/т). Увеличение расхода амина до 0,02 кг/т приводит к увеличению зольности концентрата с 9,4 % до 11,9 % при одновременном повышении его выхода с 72,6 до 75,4 %.

Таким образом, исследованием установлено неоднозначное действие реагента модификатора на процесс флотации труднообогати-мых углей.

134

центрация амина оказывает влияние на диспергирование аполярно-го реагента в воде. При добавке модификатора амина вплоть до остаточной концентрации 0,05 мг/л происходит повышение дисперсности эмульсии тракторного керосина в воде, что приводит к увеличению вероятности столкновения капелек эмульсии с частицами угля и интенсификации процесса флотации. Дальнейшее увеличение концентрации амина в воде с 0,05 до 0,10 мг/л вызывает некоторое ухудшение дисперсности тракторного керосина и, соот-

положительное влияние на селективность процесса.

Таким образом, нами установлено, что добавка амина улучшает селективность процесса и эффективность действия реагентов собирателя и вспенивателя, но при этом концентрация реагента модификатора должна быть точно определена.

Для определения оптимального соотношения реагентов собирателя, вспенивателя и модификатора нами был проведен эксперимент с использованием симплекс-центроид-ного метода планирования [9].

Установлено, что для получения высоких показателей флотации угля

ГИАБ

необходимо поддерживать соотношение реагентов тракторного керосина: КОБС: амин от 0,3:0,6:01 до

0,4:0,4:0,2. Это соответствует расходу реагентов от 0,407:0,108:0,006 кг/т до 0,542:0,072:0,012 кг/т и в процентном соотношении от 78,1:20,7:1,2 до 86,5:11,5:2,0

Проверка оптимальных соотношений реагентов на углях Карагандинского бассейна позволила установить улучшение флотируемости углей при добавке амина в процесс флотации.

Установлено, что использование амина позволяет снизить зольность концентрата на 0,4-0,8 % при равном извлечении горючей массы в концентрат и снижении расхода реагентов в 1,5-2 раза (табл. 3).

Таким образом, установлен синергетический эффект флотационной активности смесей ПАВ с разной молекулярной массой, входящих в отдельные компоненты смеси, используемой в качестве реагента вспенивателя; показано,

что применение в процессе флотации дополнительных реагентов модификаторов-«амина» и «ката-мина», в групповом химическом составе которых присутствуют азотсодержащие соединения, позволяют не только улучшить показатели флотации углей, но и снизить расход реагентов в 1,5-2 раза при равном извлечении горючей массы в концентрат.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Петухов В.Н., Гмызин В.А, Сысоева Т.И. Интенсификация процесса флотации углей за счет использования смеси отходов нефтехимии в качестве реагентов вспенивателей.- Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века. - Сб. науч. тр. Т. 3. Магнитогорск: МГМА, 1996. С. 132-139.

2. Гмызин В.А. Снижение загрязнения водных бассейнов химическими веществами за счет использования при флотации углей высокоэффективных флотореагентов. - Экологические проблемы промышленных зон Урала.-Сб. науч. тр. Магнитогорск: МГМА, 1997. С. 96-98.

3. Хан Г.А., Габриелова Л.И., Власова Н.С.. Флотационные реагенты и их применение. - М: Недра, 1986.- С. 186.

4. Тюрникова В.И., Наумов М.Е. Развитие теории и практики модифицирования флотационных реагентов.// Физические и химические основы переработки минерального сырья. М.: Наука, 1982. С. 70-75

5. А.с. 1084078 СССР. Способ флотации газовых углей низкой стадии метаморфизма./ В.Н. Петухов, Р.В. Муха-метшарипов // Открытия и изобретения. 1984. N13. С. 29.

6. А.с. 1148645 СССР. Способ флотации угля /В.Н. Петухов.// Открытия. Изобретения. 1985. N13, С. 18.

7. Патент РФ 2019301. Способ флотации угля/В.Н. Петухов, А.М. Колбин, В.Т. Пименова и др.//Открытия. Изобретения. 1994. N17, С. 17.

8. А.с. 1445797 СССР. Способ флотации угля./В.Н. Петухов, А.М. Колбин и др.// Открытия. Изобретения. 1988. N47, С. 48.

9. Ахназарова С..Л., Кафаров В.В. Оптимизация экспериментов химии и химической технологии. - М.: Высшая школа. 1978. С. 157-165.

© В.А. Гмызин, Т.И. Сысоева

133 3