Введение к работе
Актуальность работы. Одной из важнейших проблем углепереработки является повышение эффективности обогащения тонких классов углей (в особенности коксующихся) с учётом возрастающих требований к качеству товарного концентрата, обеспечения экономической и экологической эффективности технологических процессов, сокращения неоправданных потерь углей. Флотация, остающаяся вплоть до настоящего времени практически единственным способом обогащения тонкодисперсных шламов (крупностью -200 мкм), характеризуется сложностью, сравнительно высокими капитальными и эксплуатационными затратами, необходимостью применения вредных для окружающей среды и опасных в пожарном отношении реагентов. Кроме того, селективность обогащения флотацией наиболее тонких шламовых частиц (-50 мкм) довольно низкая.
Анализ сырьевых баз углеобогатительных фабрик позволяет сделать предположение о возможности извлечения в концентрат наиболее тонких угольных частиц нефлотационными методами. В этом аспекте несомненный интерес представляет селективное разделение с применением флокулянтов. Сущность данного способа обогащения заключается в том, что макромолекулы соответствующего флокулянта связывают в агрегаты частицы угля, при этом пептизируя частицы породы, позволяя эффективно разделить угольные и породные частицы.
В последние 30 лет отечественные и зарубежные исследователи предпринимали попытки реализовать обогащение угольных шламов селективной флокуляцией в лабораторных и промышленных условиях. Применяли в основном нерастворимые в воде (то есть гидрофобные) полимеры. Тем не менее, селективная флокуляция угольных шламов не нашла применения на ОФ. Это связано прежде всего с необходимостью выбора эффективных с позиций селекции флокулянтов и в более глубокого исследования механизма процесса. Выполненный анализ дает основания полагать, что селективная
флокуляция имеет существенный потенциал для развития и в ряде случаев может успешно конкурировать с флотацией благодаря относительно невысоким капитальным и эксплуатационным затратам, применению "чистых" реагентов.
Приведенные экономические, технологические и экологические факторы обусловливают актуальность поставленной задачи.
Цель работы. Повышение эффективности обогащения тонкодисперсных угольных шламов коксующихся углей на основе процесса селективной флокуляции угольных и породных частиц водорастворимыми полимерами.
Основные задачи исследований:
- анализ технологических решений, применяемых при обогащении
шламов;
теоретический анализ закономерностей взаимодействия водорастворимых полимеров с угольными и породными частицами;
- исследование поверхностных свойств частиц угольной и породной
фракций шлама ОФ "Распадская";
исследование процессов селективной флокуляции шлама и обезвоживания продуктов разделения на лабораторных стендах;
проведение опытно-промышленных исследований и испытаний технологии обогащения шлама селективной флокуляцией на ОФ "Распадская";
- разработка и внедрение технологии обогащения шлама селективной
флокуляцией.
Идея работы заключается в возможности применения водорастворимых анионактивных флокулянтов на основе полиакриламида для селективного выделения угля из суспензии шлама, содержащего частицы угля и породы.
Методы исследования. Анализ закономерностей взаимодействия макромолекул флокулянта с частицами угольной и породной фракций был выполнен на основе теории ДЛФО с учётом фактора концентрации твёрдых частиц и макромолекул флокулянта в водной фазе суспензии.
Электрокинетический потенциал фракций шлама определяли методом макроэлектрофореза. Содержание функциональных групп на поверхности угольных частиц (то есть степень окислениости) определяли методом кислотно-основного титрования. Процессы обогащения шлама селективной флокуляцией и обезвоживания продуктов разделения (концентрата и отходов) моделировали на лабораторных стендах; причем исходную суспензию и продукты разделения исследовали методом оптической микроскопии с цифровой обработкой изображения. Технологические исследования проводились в условиях действующего предприятия ОФ "Распадская" на промышленном оборудовании: радиальных сгустителях и ленточных фильтр-прессах. При обработке результатов исследований использованы методы математической статистики.
Научные положения, разработанные соискателем и их новизна:
-
Предложена модель оптокинетического механизма взаимодействия минеральных частиц с макромолекулами флокулянта, учитывающая полидисперсность твердой фазы суспензии и концентрацию полимера в дисперсионной среде, позволяющая рассчитать энергию их парного взаимодействия и определить условия образования флокул.
-
Установлены технологические параметры селективной флокуляции угольных и породных частиц водорастворимыми полимерами, кинетика распределения их по фракциям; определены значения режимных параметров процесса, обеспечивающего получение осадка зольностью не более 12% при коэффициенте разделения более 50%.
-
Разработана и обоснована новая технологическая схема обогащения тонких угольных шламов, включающая их селективную флокуляцию водорастворимыми производными полиакриламида и обезвоживание продуктов разделения на ленточных фильтр-прессах, обеспечивающая повышение выхода кондиционного угольного концентрата.
Обоснованность н достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются удовлетворительной сходимостью
(R2 = 0,85-0,95) данных расчётов, лабораторных экспериментальных и промышленных исследований, а также положительным опытом применения новой технологии обогащения угольных шламов на ОФ "Распадская".
Научная значимость работы заключается в развитии и уточнении современных теоретических представлений о процессе (механизме) селективной флокуляции тонкодисперсных частиц и обосновании режимных параметров обогащения угольных шламов, использованных при разработке и внедрении технологической схемы ОФ «Распадская».
Практическое значение работы заключается в разработке новой технологии обогащения шламов коксующихся углей селективной флокуляцией, обеспечивающей высокую технико-экономическую эффективность производства кондиционного угольного концентрата. В условиях ОФ "Распадская" доказана эффективность новой технологической схемы по сравнению с традиционной, предусматривающей обогащение шлама флотацией. Определена определена величина экономического эффекта, достигаемого за счёт снижения капитальных и эксплуатационных расходов при работе ОФ по схеме с селективной флокуляцией шлама.
Реализация результатов работы. Основные положения работы использованы при разработке технологической схемы ОФ "Распадская". Высокая эффективность новой технологии подтверждена длительным опытом работы фабрики по данной схеме. Результаты работы могут быть распространены на проектируемые и реконструируемые углеобогатительные фабрики с учетом характеристики сырьевых баз.
Личный вклад автора состоит в обосновании, разработке и внедрении новой технологии обогащения угольных шламов на ОФ "Распадская"; проведении лабораторных исследований, опытно-промышленных испытаний, обработке, анализе и обобщении полученных данных.
Апробация работы. Основные результаты и положения работы докладывались на: научных симпозиумах "Неделя горняка (г. Москва, МГГУ, январь 2010 и 2011 гг.); 16 Международном конгрессе по обогащению углей
(г. Лексингтон, США, апрель 2010 г.); научных симпозиумах "Плаксинские чтения" (г. Казань, сентябрь 2010 г. и г. В. Пышма, сентябрь 2011г.); VIII Конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва, март 2011 г.), учёных советах ИОТТ (г. Люберцы, 2009 - 2011 гг.); технических совещаниях ОАО "Распадская" (г. Междуреченск, 2007 - 2011 гг.).
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 7 статьях (в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК).
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения; содержит 52 рисунка, 16 таблиц и список использованных источников из 117 наименований (среди них 7 статей с результатами исследований по теме диссертации, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК).
