Исследование флотируемости углей с использованием в качестве реагентов органических соединений и продуктов нефтехимического производства

Приведенные в табл. 5 результаты показывают возможность получения из промпродукта ДОФ -5 аглоруды и свидетельствуют о высокой селективности процесса магнитной сепарации во

взвешенном состоянии. Так, увеличение выхода аглоруды с 37,9 до 60,4% вызывает снижение массовой доли в ней железа всего лишь на 1,2%.

УДК 622.765.06

Н.В. Гмызина, В.А. Гмызин

ИССЛЕДОВАНИЕ ФЛОТИРУЕМОСТИУГЛЕЙС ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ В КАЧЕСТВЕ РЕАГЕНТОВ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ И ПРОДУКТОВ НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Анализ литературных источников по изуче-нию влиянию реагентов вспенивателей на фло-тируемость углей позволил установить:

- флотируемость углей во многом опреде-ляется характером полярной функциональной гру ппы [1];

- наиболее высокая флотируемость углей достигается в случае использования в качестве реагентов-вспенивателей алифатических спиртов [2, 3];

- при использовании смеси химических соединений с различными функциональными группами проявляется суммарный эффект флотационной активности, приводящий к улучшению флотируемости углей по сравнению с использованием индивидуальных химических соединений [4].

В связи с этим нами были проведены исследования по изысканию эффективных сочетаний поверхностно-активных веществ (ПАВ) при флотации каменных углей.

В данной работе исследование флотируемости углей Печорского бассейна проводили с использованием в качестве вспенивателей следующих органических соединений: энантового альдегида, этилового эфира валерьяновой кислоты, 2-бутил-1,3-диоксана, ацеталя (С6Н1402) и гекси-лового спирта, а в качестве собирателей - изо-пропилбензола и нонана. Установлено, что при постоянном расходе собирателя (2,0 кг/т) ивспе-нивателя (0,16 кг/т) лучшие показатели флотации были достигнуты при использовании в качестве вспенивателя гексилового спирта независимо от используемого реагента-собирателя. Так, например, при совместном действии гексилового спир-та (1-гексанола) с изопропилбензолом выход концентрата составил 92,2%, что на 2,2-15,0% выше, чем при использовании других ПАВ (рис. 1). Исследования действия 1-гексакола совместно с нонаном подтвердили установленные закономерности: выход концентрата составил

92,3%, что на 14,9-29,6% выше, чем у остальных вспенивателей (рис. 2).

Результаты исследования показали, что функциональная группа ПАВ имеет очень важное значение при флотации угля. Ранее выполненными исследованиями установлено, что по активности химические соединения с полярными группами располагаются следующим образом: ОН > СООН > СО > № > 803 [5]. Данные наших исследований подтверждают этот порядок.

По флотационной активности исследуемые нами реагенты-вспениватели можно расположить в таком порядке: алифатические спирты > циклическая ацеталь (1,3-диоксан) > алифатический кетон > алифатический альдегид > алифатический эфир (см. рис. 1, 2).

Расходсобирателя (изопр опилбензола), кг/т

—♦— энантовый альдегид

—— этиловый эфир валерьяновой кислоты

—А— 2-бу тил-1,3-диоксан

—^— ацеталь

—ЭК— гексиловый спирт

Рис. 1. Влияние функциональной группы ПАВ на выход концентрата

Расход собирателя (нонана), кг/т

—♦— этнговый альдегид —— этиловый эфир валерьяшвой кислоты —А— 2-бутал-1,3-диоксан —X— ацзталь ----гексиловый спирт

Рис. 2. Зависимость функциональной группы ПАВ от расхода собирателя

Повышение флотируемости углей с использованием в качестве реагента-вспенивателя гексило-вого спирта может объясняться его повышенной пенообразующей способностью. Так, например, высота двухфазной пены для 1-гексанола изменяется от 70 до 160 мм при различной концентрации реагента в воде. Это на 40-100 мм превышает ре -зультаты остальных исследуемых нами вспенива-телей (рис. 3).

Исследование флотируемости углей ЦОФ «Северсталь» проводили с использованием в качестве вспенивателей следующих химических соединений: ацеталь, гексиловый спирт, а также их смесь в соотношении 50:50. В качестве собирателя использовался нонан. Установлено, что

при постоянном расходе собирателя (2,4 кг/т) и вспенивателя (0,06 кг/т) лучше показатели флотации были достигнуты при использовании в ка -честве вспенивателя смеси гексилового спирта с ацеталью (50:50). Так, выход концентрата при использовании в качестве реагента-вспенивателя смеси ПАВ составил 59,0%, что на 1% выше, чем при использовании высокоэффективного вспе-нивателя гексилового спирта и на 26,6% в случае использования ацетали (табл. 1).

Изучение влияния расхода собирателя на эффективность действия реагентов вспенивателей также подтвердило вышеуказанные закономерности. Самая низкая флотируемость угля наблюдается при использовании ацетали, а наиболее высокие показатели получены при использовании в качестве реагента-вспенивателя смеси гексилового спирта с ацеталью (см. рис. 1).

Повышение флотируемости углей с исполь-зованием в качестве реагента-вспенивателя смеси гексилового спирта и ацетали (50:50) может объясняться повышенной пено образующей спо-собностью смеси по сравнению с индивидуальными химическими соединениями.

Изучение влияния концентрации чистых химических соединений на изменение высоты 2фазной пены позволило установить:

- наименьшей вспенивающей способностью обладает ацеталь. Высота 2-фазной пены при изменении концентрации реагента в воде от 20 до 60 мг/л составляет 60-105 мм соответственно;

- применение гексилового спирта позволяет при той же концентрации реагента в воде повысить высоту 2-фазной пены до 70-160 мм;

- наибольшую вспенивающую способность проявляет смесь гексилового спирта с ацеталью (50:50) (см. рис. 3).

Таблица 1

Результаты флотации чистыххимическихсоединений*

Реагентный режим Показатели флотации

Соби- ра- тель Вспениватель Расход, кг/т Продукты Выход концентрата, % Зольность концентрата, % Извлечение горючей массы в концентрат, %

Собира- тель Вспени- ватель Общий

Нонан Ацеталь 2,444 0,06 2,504 Концентрат 32,4 5,0 36,3

Отходы 67,6 19,9

Гексиловый спирт 0,06 2,504 Концентрат 58,0 5,2 64,7

Отходы 42,0 28,8

Смесь: ацеталь+ гексиловый спирт (50:50) 0,06 2,504 Концентрат 59,0 5,3 65,8

Отходы 41,0 29,2

* Исходная зольность - 15,1% 26----------------------------

Повышенная пенообразующая способность смеси химических соединений объясняется строением их молекул и наличием в молекуле кислорода с различной электронной плотностью. Заряд на атоме кислорода в молекуле спирта со- ^

ставляет 0,4585, а в ацетали - 0,2500; изменение §

заряда на кислородных атомах молекулы приво- с

диг к изменению их дипольного момента к по - §

верхностной активности. Дипольный момент гексилового спирта составляет 2,56 Д, а диполь-ный момент ацетали 1,08 Д. Повышение диполь -ного момента к заряду на атомах кислорода в молекулах гексилового спирта к ацетали значительно влияет на их поверхностную активность.

Исследование поверхностного натяжения вод -ных растворов гексилового спирта к ацетали позволило установить, что при одинаковой концентрации реагентов в воде поверхностное натяжения в случае использования гексилового спирта намного ниже по сравнению с ацеталью (табл. 2).

В случае использования смеси гексилового спирта с ацеталью (50:50) происходит более заметное снижение поверхностного натяжения смеси по сравнению с наиболее полярным гекси-ловым спиртом (см. табл. 2). Таким образом, при использовании сочетания гексилового спирта с ацеталью нами обнаружен суммарный эффект их флотационной активности, который подтвержден кинетикой флотации угля.

Применение в качестве реагенга-вспенива-теля смеси гексилового спирта с ацеталью позволяет повысить скорость флотации при одновременном увеличении выхода концентрата на 5,8% по сравнению с гексиловым спиртом и на 32,4% по сравнению с использованием ацетали. Подобные закономерности по изменению флотационной активности смесей чистых химических соединений при флотации минерального сырья

Таблица 2

Исследование поверхностного натяжения чистых органических соединений

Концентрация Поверхностное

Вспениватель реагентов натяжение,

в воде, мг/л Дж/м2 • 10"3

Ацеталь 2225 63,0

3560 59,2

4450 50,4

Гексиловый спирт 2225 59,2

3560 56,2

4450 47,9

Смесь гексилового спирта 2225 57,9

и ацеталя (50:50) 3560 54,7

4450 42,8

Дистиллированная вода 73,05

Конпентоапия ПАВ. мг/л —♦— гексиловый спирт —0— энантовый альдегид —к— этиловый эфир валерьяновой кислоты —х— 2-бутил-1,3-диоксан —ж— ацегаль

—•— смесь ацегаль-гексиловый спирт 50:50

Рис. 3. Вспенивающая способность органических соединений

установлены в работе [3].

Проводились исследования эмульгирующей способности ПАВ (чистых) и их смеси. В общем случае стабилизирующая способность ПАВ зависит ог геометрии молекулы и ее расположения на поверхности раздела фаз. энергетики поверхност-ного слоя. количества и концентрации ПАВ на поверхности. Согласно современным взглядам. разрушение эмульсии может происходить по двум причинам: коалесценции и молекулярной пере -гонки маленьких капелек в большие. Разрушаются эмульсии и пены благодаря тому. что разделяющая фазы пленка стремится приобрести меньшую свободную энергию за счет сокращения поверхности. Препятствуют коалесценции силы. удерживающие молекулы ПАВ на поверхности раздела фаз (работа адсорбции). так как при коалесценции происходит десорбция ПАВ.

Нами установлено. что оптическая плотность водной эмульсии. характеризующая дисперсность капелек реагента-собирателя (нонана) со вспенивателями: ацетали. гексилового спирта к их смеси (50:50) в воде. выше у смеси. по сравнению с индивидуальным применением ПАВ с собирателем. что оказывает существенное влияние на эффективность флотации.

В ходе исследований флотируемости углей с использованием в качестве вспенивателей чистых органических соединений выявили высокую эффективность действия спиртов. что дало возможность перейти к техническим продуктам

нефтехимии, содержащим в групповом химиче-ском составе в преобладающем количестве спирты и алкилпроизводные 1,3-диоксана [6].

Реагенгы-вспениватели нефтехимического производства исследовались при совместном действии с собирателями - тракторным керосином и Нефрасом Ар-120/200. Установлено, что при расходе тракторного керосина 0,45 кг/г замена реа-гента-вспенивателя Т-80 на КОБС (кубовые остатки от производства бутилового спирта) позволяет увеличить выход концентрата с 57,6 до 71,4%. Использование реагентов-вспенивателей ВПП и КЭТГОЛ [7-8] вместо Т-80 при расходе

0,04 кг/т (постоянном для всех ПАВ) также увеличивает выход концентрата соответственно на 3,2 и 10,2%.

Исследование флотации угля при совместном действии технических продуктов с Нефрас

- Ар-120/200 позволило получить аналогичные результаты. Так, например, при расходе собирателя 0,6 кг/т и при использовании в качестве вспенивателя КОБС достигается наибольший выход концентрата 86,6%, что на 2,0-11,0% выше , чем при использовании остальных ПАВ.

Таким образом, исследуемые нами реагенты-вспениватели по эффективности действия распо-лагаются в следующем порядке: КОБС > КЭТГОЛ > ВПП > Т-80 (табл. 3).

Высокая эффективность действия КОБС объясняется его повышенными гидрофобизационной и вспенивающей способностями по сравнению с другими техническими продуктами.

Так, например, высота 2-фазной пены при ис-пользовании КОБС изменяется со 125 до 210 мм против 30-135 мм у Т-80. Выход концентрата в монопузырьковом аппарате для КОБС изменяется с 5,6 до 27,7%, а для Т-80 - с 8,3 до 11,9% при различной концентрации реагентов в воде.

Кроме того, повышение флотационной активности КОБС объясняется его значительной дисперсностью эмульсии. Так, например, при

Таблица 3

Исследование вспенивающей и гидрофобизационной способности технических продуктов

изменении расхода собирателя (тракторного керосина) с 0,16 до 0,48 кг/т оптическая плотность КОБС после стабилизации эмульсии увеличивается с 0,21 до 0,43, а Т-80 - с 0,17 до 0,36.

Однако групповой химический состав реагентов-собирателей также оказывает влияние на флотацию угля. Так, например, использование Нефрас Ар-120/200 вместо тракторного керосина (при расходе 0,40 кг/т) позволило установить, что выход концентрата увеличивается независимо от применения реагента-вспенивателя. В результате исследования в качестве вспенивателя Т-80 получили повышение выхода концентрата с 52,0 до 55,0%, ВПП - с 53,6 до 65,0%, КЭТГОЛ -с 60,9 до 63,8%, КОБС - с 66,1 до 70,0%.

Это объясняется тем, что Нефрас Ар-120/200 по сравнению с тракторным керосином имеет в своем составе больше ароматических углеводородов, что, в свою очередь, влияет на величину адсорбции реагентов, а также на дисперсность эмульсии собирателей в воде и соответственно на флотоактивность аполярного реагента.

Вспениватель Концентрация ПАВ, мг/л Высота 2-фазной пены, Н, мм

25 10 125 5,6

КОБС 50 30 180 11,5

75 50 210 27,7

25 10 30 8,3

Т-80 50 30 80 11,0

75 50 135 11,9

Смесь КОБС: 25 10 130 7,0

тяжелая фракция 50 30 190 23,9

КОБС (50:50) 75 50 220 30,1

Библиографический список

1. Власова Н.С., Классен В.И., Плаксин И.Н. Исследование действия реагентов при флотации каменных углей. М.: Изд-во АН СССР, 1961.

2. Жовтюк Г.В. и др. Теория и практика флотации углей в СССР // Кокс и химия. 1980. № 7. С. 12-15.

3. Тюрникова В.И., Наумова М.Е. Повышение эффективности флотации. М.: Недра, 1980. С. 224.

4. Арсентьев В.А., Горловский С.И., Устинов И.Д. Комплексное действие флотационных реагентов. М.: Недра, 1992. 160 с.

5. Петухов В.Н. Флотационная активность химических соединений различного состава и строения при флотации угля //

Кокс и химия. 1982. № 7. С. 18-21.

6. Гмызин В.А., Петухов В.Н., Сысоева Т.И. Интенсификация процесса флотации углей за счет использования смеси от -ходов нефтехимии в качестве реагентов-вспенивателей // Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века: Сб. науч. тр. [по мат. межгосуд. науч.-техн. конф. 14-17 мая]. Т. 3. Магнитогорск, 1996. С. 132-1 39.

7. Дебердеев И.Х., Пиккат-Ордынский Г.А., Рудановская Л.А. О применении новых эффективных реагентов во флотации // Уголь. 1988. № 11. С. 49-50.

8. Шубов Л.Я., Иванов С.И., Щеглова Н.К. Флотационные реагенты в процессах обогащения минерального сырья: Справочник: В 2 кн. М.: Недра, 1990. Кн. 2. 263 с.