СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЯ
METHOD OF COAL IMPROVEMENT

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано на обогатительных фабриках при флотации угольных шламов.
Известен способ флотации угля, включающий использование флокулянта - анионного сополимера акриламида с акрилатом натрия («Magnafloc») в процессе селективной флотации угольной мелочи (см. Рубинштейн Ю.Б., Новак В.И. Технология флокуляционного разделения тонкодисперсных угольных шламов // Издательство вузов. Горный журнал, 2011, №3, с. 45-51).
Недостатком данного способа является низкое качество флотоконцентрата, поскольку содержит в своем составе свыше 12% минеральных компонентов, что не удовлетворяет требованиям коксохимического производства.
Известен способ флотации угля, включающий использование для селективного обогащения углей флокулянта ТПК «О» (см. Никитин Н.И., Никитин И.Н. Оптимизация селективной флокуляции углей с использованием избирательного реагента // Кокс и химия, 2008, №4, с. 15-19).
Недостатком известного способа обогащения угольной мелочи является низкий выход флотоконцентрата. Кроме того, данный способ неэффективен при разделении высокозольных углей, поскольку не позволяет получать флотоконцентраты с пониженной зольностью.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ обогащения угольных шламов, включающий флокуляцию пульпы, кондиционирование с последовательным введением в пульпу собирателя и вспенивателя и выделение горючей массы в концентрат. При этом в качестве флокулянта используют анионный сополимер акриламида с акрилатом натрия (торговое название «Magnafloc М-10») (см. Петухов В.Н., Субботин В.В. Исследование влияния флокулянтов на показатели флотации угольной мелочи и разработка реагентного режима // Теория и технология металлургического производства, 2013, №1. С. 8-9).
Недостатком известного способа обогащения угля является низкое извлечение горючей массы в концентрат за счет того, что при адсорбции флокулянта на угольной поверхности повышается ее гидрофильность, а следовательно, приводит к снижению флотируемости угольной мелочи.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении извлечения горючей массы в концентрат.
9
19
6
4
2
4
n
Технический результат заключается в качественном изменении механизма флокуляции угольных частиц путем предварительного взаимодействия полярных кислородсодержащих групп натриевой соли карбоксиметилатов оксиэтилированного изононилфенола общей формулы СН-СН-O-(CHO)-COONa, где n=10-12 («Синтерола») с полярными центрами анионного сополимера акриламида с акрилатом натрия («Magnafloc М-10») по типу водородной связи.
9
19
6
4
2
4
n
Поставленная задача решается тем, что в известном способе, включающем флокуляцию пульпы, кондиционирование с последовательным введением в пульпу собирателя и вспенивателя и выделение горючей массы в концентрат, согласно изобретению перед флокуляцией предварительно смешивают анионный сополимер акриламида с акрилатом натрия и натриевую соль карбоксиметилатов оксиэтилированного изононилфенола общей формулы СН-СН-O-(CHO)-COONa, где n=10-12, в соотношении 20:1, после чего полученную смесь вводят в пульпу в количестве 33-42 г/т угля.
9
19
6
4
2
4
n
3
2
Натриевая соль карбоксиметилатов оксиэтилированного изононилфенола (торговое название «Синтерол») общей формулы СН-CH-O-(CHO)-COONa, где n=10-12, представляет собой прозрачную жидкость с желтым оттенком и плотностью не менее 900 кг/м при 20°С, которая кристаллизуется при температуре 45°С и имеет эмульгирующую активность не менее 95%. Кинематическая вязкость при 20°С составляет 40 мм/с. Массовая доля основного вещества не менее 50%. «Синтерол» выпускается в Научно-техническом центре ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» по ТУ 2458-124-05766575-2005.
Известно использование натриевой соли карбоксиметилатов оксиэтилированного изононилфенола в качестве состава для разрушения водонефтяных эмульсий и для удаления и предотвращения асфальтосмолопарафиновых отложений (см.пат. РФ №2485160, C10G 33/04).
Известно также их использование в качестве модификатора в процессе флотации углей. Причем указанный модификатор вводят в пульпу перед собирателем в количестве 0,01-1,0 г/т угля (см. пат. РФ №2346750, B03D 1/02).
В заявляемом способе обогащения угля - натриевая соль карбоксиметилатов оксиэтилированного изононилфенола, также как и в известном способе, проявляет аналогичное техническое свойство, заключающееся в повышении гидрофобности поверхности угольных частиц.
Анионный сополимер акриламида с акрилатом натрия (торговое название («Magnafloc М-10»), общей формулы:
выпускается немецкой фирмой «БАСФ» с молекулярной массой 18 млн., рабочий диапазон 5-11 рН, ионная активность 35-45%.
Известно использование анионного сополимера акриламида с акрилатом натрия в качестве флокулянта (Субботин В.В., Петухов В.Н. «Исследование влияние эффективности действия флокулянтов при обогащении угольного шлама» // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2014, №2. С. 20-25).
В известном способе обогащения угольных шламов акриламид, содержащийся в сополимере, конкурирует с молекулами воды на гидроксильных и карбоксильных центрах угольной поверхности с образованием межмолекулярных комплексов за счет водородной связи. Кроме того, наличие в сополимере акриламида с акрилатом натрия активных полярных центров в виде атомов кислорода и азота позволяет при адсорбции флокулянта на угольных частицах повысить их гидрофильность и уменьшить флотируемость угля.
В заявляемом способе анионный сополимер акриламида с акрилатом натрия проявляет аналогичное свойство, как в известном способе.
Однако наравне с вышеуказанными известными техническими свойствами заявляемая совокупность отличительных признаков, указанная в формуле изобретения, создает новый технический результат, заключающийся в том, что смесь анионного сополимера акриламида с акрилатом натрия («Magnafloc М-10») и натриевой соли карбоксиметилатов оксиэтилированного изононилфенола («Синтеролом») качественно изменяет механизм флокуляции угольных частиц за счет предварительного взаимодействия полярных кислородсодержащих групп «Синтерола» с полярными центрами «Magnafloc М-10» по типу водородной связи. Это позволяет обеспечить снижение полярности смеси при адсорбции ее на угольных частицах и улучшает гидрофобность поверхности угольных частиц. А наличие в смеси оксиэтилированных групп («Синтерола») обеспечивает улучшение растекания реагента собирателя при кондиционировании угольной пульпы с аполярным реагентом и способствует повышению прочности закрепления пузырька воздуха на угольных частицах и их флотируемости. Кроме того, значительно улучшается флотируемость угольного шлама за счет повышения гидрофобности угольных флокул вследствие взаимодействия молекул модификатора с полярными центрами флокулянта по типу водородной связи. При этом гидрофобные группы «Синтерола» ориентируются в водную фазу, что обеспечивает разрыхление гидратного слоя на поверхности угольных флокул и повышение гидрофобности угольных зерен. Это приводит к повышению флотируемости угольной мелочи.
Таким образом, специфическое взаимодействие смеси «Синтерола» с «Magnafloc М-10» в заявляемом соотношении с поверхностью угольных частиц при флотации приводит к повышению извлечения горючей массы в концентрат.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ обогащения угля не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Пример осуществления способа
9
19
6
4
2
4
n
Для осуществления способа предварительно смешивают анионный сополимер акриламида с акрилатом натрия «Magnafloc М-10» и натриевую соль карбоксиметилатов оксиэтилированного изононилфенола общей формулы CH-CH-O-(CHO)-COONa, где n=10-12 («Синтерол») в соотношении 20:1 соответственно. Затем берут навеску угля в количестве 50 г и обрабатывают вышеуказанной смесью в количестве 33-42 г/т угля. После чего перемешивают обработанную угольную пульпу с водой в течение 1 мин в камере лабораторной флотационной машины типа «Механобр» объемом 0,5 литра. Далее производят кондиционирование угольной пульпы с собирателем в течение 40 сек, а затем подают вспениватель и продолжают кондиционирование угольной пульпы еще 20 сек.
Причем в качестве собирателя и вспенивателя могут быть использованы любые известные реагенты, например в качестве собирателя - термогазойль (НПЗ г. Омск), а в качестве вспенивателя - кубовые остатки производства бутиловых спиртов (КОБС), описанные в работе (Петухов В.Н., Медяник Н.Л., Гиревая Х.Я. и др. «Использование квантово-химических характеристик для обоснования флотационной активности реагента РНХ-3010» // Кокс и химия, 2013, №6, с. 29-36).
Затем в камеру флотационной машины подают воздух и производят выделение горючей массы в концентрат. Общее время проведения флотации составляет 3 минуты. Расход собирателя и вспенивателя определяется степенью минерализации органической массы угля.
Для обоснования преимуществ заявляемого способа по сравнению с прототипом были проведены лабораторные испытания.
В результате проведенных исследований установлено, что при флотации сфлокулированных низкозольных углей марки «ОС» с использованием смеси «Magnafloc М-10» с «Синтеролом» в соотношении 20:1 в количестве 33- 42 г/т угля и использованием при кондиционировании реагента собирателя термогазойля наблюдается увеличение выхода концентрата с 84,7% до 87,3-88,4%.
В случае увеличения расхода смеси до 63,0 г/т угля при заявляемом соотношении «Magnafloc М-10» к «Синтеролу» 20:1 выход концентрата снижается до 84,2%.
В случае снижения расхода смеси до 25 г/т угля заметного улучшения флотируемости угольной мелочи не наблюдается. Выход концентрата и извлечение горючей массы в концентрат находятся в пределах флотации углей при подаче в процесс флотации чистого флокулянта «Magnafloc М-10».
Влияние расхода смеси на эффективность процесса флотации угля с зольностью 10,7% представлено в таблице 1.
Исходя из полученных данных по флотации сфлокулированных углей марки «ОС» видно, что наилучшие результаты флотации получились при расходе модификатора «Синтерола» в количестве 1,6-2,0 г/т при соотношении «Magnafloc М-10» к «Синтерол» 20:1 соответственно, и расходе комплексного флокулирующего агента в количестве 33-42 г/т.
Аналогические исследования, проведенные с использованием высокозольных углей марки «К», подтвердили улучшение флотируемости угля при использовании в заявляемом способе смеси. В случае применения в известном способе, взятом за прототиип, флокулянта «Magnafloc М-10» выход концентрата составил 79,4% при расходе реагентов собирателя и вспенивателя в количестве 1,08 кг/т и 0,067 кг/т соответственно. При подаче смеси «Magnafloc М-10» и «Синтерол» в соотношении 20:1 в количестве 33,0-42,0 г/т угля наблюдается значительное улучшение показателей флотации угля. Выход концентрата увеличился с 79,4% до 84,7-86,2% при увеличении извлечения горючей массы в концентрат с 89,4 до 95,3-96,3% (таблица 2).
При увеличении расхода смеси до 63,0 г/т угля выход концентрата снижается с 86,2% до 79,9%, а извлечение горючей массы в концентрат уменьшается с 96,3 до 89,8%.
В случае уменьшения расхода смеси до 25 г/т угля наблюдается снижение выхода расхода концентрата до 80,1% и уменьшение извлечения горючей массы в концентрат с 95,3% до 90,3%. Влияние расхода смеси на эффективность процесса флотации угля с зольностью 18,0% представлено в таблице 2.
Результаты испытаний показали, что заявляемый способ по сравнению с прототипом позволяет увеличить извлечение горючей массы в концентрат на 4,1-6,9% в зависимости от исходной зольности угля, поступающей на флотацию. При этом выход концентрата увеличивается на 3,7-6,8% по сравнению с прототипом (табл. 1-2).