Содержание к диссертации
Введение
Современное состояние флотации углей с повышенным содержанием тонки хклассов 9
1.1 Источники возникновения тонких угольных шламов и их поведение во флотационном процессе 9
1.2 Физико-химические и физико-механические характеристики тонких частиц и их роль при флотации . 11
1.3 Особенности флотационного разделения тонкодисперсных шламов... 17
1.4 Влияние размера частиц на формирование воздушно-минерального комплекса при флотации 22
1.5 Условия селективного взаимодействия частиц разного размера с реагентами 25
Теоретические предпосылки и разработка методологических основ оценки технологической эффективности обогащения угольных шламов флотацией 27
2.1 Анализ традиционных методов оценки эффективности обогащения угля. 28
2.2 Новый подход к оценке эффективности процесса флотации 41
2.2.1 Анализ методов исследования флотируемости 42
2.2.2 Методология оценки эффективности флотационного разделения угольных пульп с большим содержанием тонко дисперсных шламов.. 46
2.3 Методика определения показателя относительной технологической эффективности обогащения флотацией угольных шламов 48
2.3.1 Математическая модель кривой предельной флотируемости 51
2.3.2 Определение показателей предельной флотируемости угольного шлама по результатам флотационного фракционирования узких классов крупности его составляющих 52
Экспериментальные исследования элементов технологии флотации пульп с повышенным содержанием тонких шламов 56
3.1 Изучение флотируемости шламов с различным содержанием и. зольностью тонких классов (менее 50мкм) 56
3.2 Взаимовлияние классов крупности при флотации 58
3.2.1 Изучение влияния характеристик тонко дисперсных шламов на предельные показатели флотационного разделения (на примере шламов углей Печорской ЦОФ). 69
3.2.2 Методика прогнозирования предельных результатов флотации в зависимости от содержания и зольности шламов менее 50 мкм во флотационной пульпе 75
Основные направления использоваия новой методологии оценки эффективности флотации 77
4.1 Сравнительная оценка реальных показателей флотации с предельно достижимыми 77
4.2 Применение методики определения относительной эффективности для оценки действия реагентов при флотации 81
Разработка способов оптимизации флотации при высокой зольности тонких шламов в питании 86
5.1 Факторы, влияющие на эффективность процесса флотации 86
5.2 Оптимизация результатов флотационного разделения полидисперсных угольных пульп
Заключение.
Список использованных источников 103
Приложения 112
- Физико-химические и физико-механические характеристики тонких частиц и их роль при флотации
- Новый подход к оценке эффективности процесса флотации
- Взаимовлияние классов крупности при флотации
- Применение методики определения относительной эффективности для оценки действия реагентов при флотации
Введение к работе
Одним из важных направлений прогресса обогащения является повышение полноты извлечения органической массы угля.
Процессы обогащения угля в настоящее время приобретают все большее значение для развития угольной отрасли. В известной мере добыча угля не может увеличиваться без решения задачи его эффективного обогащения.
С ростом механизации угледобычи, вовлечением в переработку угольных пластов с менее благоприятными характеристиками по залеганию и зольности, отмечается снижение качества добываемых углей и повышение в технологических схемах углеобогатительных фабрик тонкоизмельченных угольных шламов. В результате прохождения углей по технологической схеме, количество шламов возрастает.
В области обогащения угля одним из самых проблемных вопросов остается снижение потерь органической массы с отходами.
В связи с этим наблюдается устойчивое стремление к повышению эффективности технологических переделов при одновременной интенсификации процессов. При этом особая роль отводится вопросу переработки шламов, их негативному влиянию на обогащение в целом.
Актуальной становится проблема эффективного обогащения мелких классов угля. Анализ технологических схем отечественных и зарубежных обогатительных фабрик показал, что верхний предел крупности шламов поступающих на флотацию снизился до 0,25 (0,15) мм, при этом содержание тонкодисперсных шламов (менее 50 мкм) в питании флотации достигает ~ 60 %. На многих обогатительных фабриках угольные шламы являются циркулирующей нагрузкой основных обогатительных аппаратов, что снижает их эффективность и свидетельствует о несовершенстве принятых схем обогащения.
Для решения проблемы шламов важным условием является правильный выбор и применение оптимальных технологических процессов, режимов и
аппаратов, наиболее полно учитывающих свойства перерабатываемого сырья и требования к продуктам его переработки.
Пути решения сводятся к применению при исследованиях и в инженерной практике методов оценки подлежащего переработке сырья, достаточно полно отражающих его свойства как объекта переработки, а также методов оценки технологической эффективности процессов, режимов и аппаратов, применяемых для переработки такого сырья.
Процессы обогащения угля в настоящее время приобретают все большее значение для развития угольной отрасли.
Для достижения высокой результативности производства при обогащении угля необходимо наличие достоверных методов оценки эффективности процессов, прогнозирования результатов на стадиях проектирования и эксплуатации.
В условиях изменчивости сырьевой базы, возросших требований к качеству продукции, производство не может оставаться на прежнем уровне, необходимо внедрение новых передовых технологий, режимов и средств их аппаратурного оформления:
Проектирование новых и реконструкция действующих обогатительных фабрик (ОФ) должны строится на основе качественных, количественных и экономических более достоверных критериев оценки эффективности.
При этом важное значение имеет как правильная оценка обогащаемого угля с точки зрения возможности получения из него продуктов, удовлетворяющих требованиям эффективного потребления при максимальном их извлечении, так и оценка эффективности процессов и аппаратов для получения этих продуктов с заданными показателями качества.
По состоянию на 2005 г. в России имеется 41 обогатительная фабрика. Переработка углей на всех фабриках за 2004 г. составляла —85 млн.т в год, В том числе флотацией переработано 10,178 млн.т при этом зольность отходов составила: от 41 до 72%, средняя -60%, что говорит о значительных потерях
горючей массы. Флотация по прежнему остается единственным способом обогащения шламов.
Наиболее крупными обогатительными фабриками, на которых
применяется флотация, являются: ЦОФ Сибирь (1672,7 т.т/год),
ОФ Нерюнгринская (1200 т.т/год), ЦОФ Печорская (785 т.т/год),
ЦОФ Абашевская (700 т.т/год).
Во флотации в последние годы проявляется устойчивая тенденция смещения верхнего предела крупности от 0,5 мм до 0,25 мм и далее до 0,15 мм. Это вызвано стремлением снизить себестоимость обогащения за счет сокращения объема использования в технологии дорогостоящих процессов переработки шламов в циклах регенерации оборотных вод и термической сушки. Без этого трудно осуществить глубокое обогащение сложных углей на экономически приемлемой основе, так как раскрытие сростков связанно с увеличением в обогащаемом угле доли первичных шламов.
Тонкие угольные шламы являются весьма трудным объектом обогащения. Эффективность флотационного разделения угольных шламов зависит от их гранулометрической и физико-химической характеристики, в частности степень метаморфизма угля, содержание и зольность сверхтонких угольных частиц оказывают достаточно сильное влияние на селективность флотационного разделения.
Флотационные свойства тонких шламов зависят от природы их образования: первичные шламы в исходном угле или образующиеся в оборотной и шламовой воде.
Необъяснимость некоторых аномалий флотации тонкодисперсных угольных шламов вызывает необходимость концентрации усилий на определении закономерностей их флотационного поведения.
При повышенном содержании тонкодисперсных частиц в питании флотации некоторые сложившиеся способы диагностики процесса оказываются не достаточно информативными, и становится актуальной задача разработки новых подходов, позволяющих оценивать результативность
флотации тонких угольных пульп как на стадии прогноза промышленных показателей, так и при управлении флотацией в условиях реального процесса.
Все это позволило сформулировать основные задачи исследований диссертационной работы:
разработка метода и критерия оценки эффективности разделения при флотации пульп с высоким содержанием тонких частиц;
исследование закономерностей влияния на эффективность флотации содержания в исходном питании частиц крупностью менее 50мкм и их зольности;
изучение технологических факторов, влияющих на эффективность флотации тонких классов и определение возможности получения максимально высоких результатов разделения;
разработка способов управления качеством концентратов флотации тонких шламов с высоким содержанием частиц микронной крупности;
определение параметров флотации, позволяющих получать более высокую эффективность разделения, и предложение технических решений по селективной флотации.
Целью диссертационной работы является разработка методологии и методики прогноза и сравнительной оценки эффективности промышленных результатов флотации тонких полидисперсных угольных пульп.
При решении поставленных задач использовались следующие методы исследований:
- традиционные гранулометрические, флотационные и технические
методы анализа питания и продуктов флотации;экспериментальное моделирование включающее флотационное фракционирование, кинетику флотации как реального питания флотации, так и синтетических смесей с различным содержанием тонких классов;
- сопоставительные лабораторные и промышленные испытания флотации
углей марок К и Ж;- методы математической статистики при анализе и обработке
экспериментальных данных.Идея работы заключается в исследовании закономерностей проявления при флотации взаимосвязи содержания частиц крупностью менее 50 мкм и их зольности с эффективностью разделения при переработке узких классов отдельно и в совокупности и разработке на базе этих данных способа сравнительной оценки результативности обогащения флотацией.
Основные научные положения разработанные автором и их научная новизна:
- разработана и научно обоснована методология определения
максимальной эффективности флотационного разделения, позволяющая
оценивать промышленные результаты флотации по соотношению достигнутых
и максимально возможных показателей разделения;впервые определенно, что показатели предельной флотируемости смеси могут быть определены расчетным путем на основе результатов флотационного фракционирования узких классов крупности ее составляющих;
установлены закономерности изменения эффективности флотационного разделения в зависимости от содержания тонкодисперсного класса (менее 50 мкм) и его зольности;
- определены основные требования к технологии флотации тонких
шламов и установлены особенности реагентных режимов.Основное содержание работы и отдельные ее положения докладывались и обсуждались на I Международной конференции молодых ученых и специалистов (2002 г.), научном симпозиуме "Неделя горняка" (2003 и 2004 г.г.), научных семинарах ИОТТ.
Непосредственно по теме диссертации опубликовано 4 статьи.
Автор признателен научному руководителю, доктору технических наук, проф. Дебердееву ИХ. за научные консультации по выполнению работы, а также сотрудникам отделения обогащения угля им. И.Н. Плаксина за помощь, оказанную при проведении экспериментальных исследований.
Физико-химические и физико-механические характеристики тонких частиц и их роль при флотации
Практика ведения процесса свидетельствует о том, что флотируемость во многом зависит от размера частиц. Слишком крупные частицы обычно флотируются плохо, остаются в хвостах. Присутствие в пульпе тонких шламов ухудшает флотацию, снижает ее скорость и избирательность, вызывает увеличение расхода реагентов.
Флотируемость угля в большой мере зависит от степени гидрофобности угольного шлама, определяемой величиной краевого угла смачивания. Чем выше значение краевого угла смачивания, тем легче флотируется шламовая частица. Степень гидрофобности связана со степенью метаморфизма, которая определяет марку угля. Так основные марки коксующихся углей (К, Ж и ОС), относящиеся к средней стадии метаморфизма, имеют большой угол смачивания, что указывает на высокую степень природной гидрофобности и хорошую флотируемость. [ 1 ]
Основной причиной трудной флотируемости тонких классов угольных частиц считается пониженная вероятность соударения их с всплывающим пузырьком воздуха. В работе [2] отмечалось, что вероятность попадания частицы в пенный продукт складывается из вероятности столкновения частицы с пузырьком воздуха и вероятности закрепления частицы на пузырьке. Для тонких классов вероятность столкновения с пузырьком во много раз ниже, чем для крупных, а вероятность закрепления тонких шламов выше, что отрицательно влияет на селекцию тонких частиц.
Одной из причин низкой селективности флотации является то, что безинерционные частицы (с маленькой массой и моментом) могут извлекаться в пенный продукт, минуя стадию непосредственного контакта с пузырьком воздуха, т.е. выносятся механически. Петрографические разности угля, обладающие блестящей поверхностью (витринит, отчасти семивитринит), хорошо флотируются. Компоненты угля с матовой поверхностью имеют среднюю степень флогируемости. Плохо флотируются частицы фюзинита, содержащие вкрапления минеральных примесей. Многолетние исследования различных ученых позволили установить, что в равных условиях лучше всего флотируются угли средней стадии метаморфизма. Лучшей флотируемостью при этом обладают угли с выходом летучих от 15 до 20%. Множеством лабораторных опытов и промышленных опробований доказано, что блестящие ингредиенты углей вследствие высокой природной гидрофобности флотируются лучше матовых. Поэтому блестящие ингредиенты флотируются в начале процесса, а матовые - в конце. Флотацией можно добиться некоторого петрографического обогащения углей, особенно при применении реагентов-регуляторов. Изменение флотационных свойств углей в процессе их углефикации объясняется снижением количества гидрофильных функциональных групп при переходе от длиннопламенных углей к газовым и жирным углям, а также изменением пористости и характера пор, как это показано в работах М.Г. Ельяшевич [74]. При переходе от коксовых углей к спекающимся и тощим углям, а затем и к антрацитам удаляются наиболее гидрофобные компоненты углей - углеводороды и флотируемость снижается.
В связи с неоднородностью поверхности частиц закрепление реагентов и прилипание пузырьков воздуха на отдельных участках частиц малоэффективно или вообще не эффективно. Поэтому флотационная активность угольных частиц с ярко выраженной неоднородной поверхностью снижается при увеличении степени окисления поверхности. Извлечение горючей массы в концентрат при флотации сильно окисленного угля, даже при значительных расходах реагентов и большой продолжительностью флотации, снижается.
На активных участках поверхности угольных частиц при взаимодействии с кислородом происходит образование углекислородных комплексов, которые при дальнейшем окислении переходят в перекисные и гидроперекисные соединения. Эти соединения отличаются неустойчивостью и распадаются, образуя кислородсодержащие функциональные группы. Процесс протекает с увеличивающейся скоростью, так как наличие гидроксильных групп способствует более быстрому окислению. Органические соединения, являющиеся основной частью каменных углей, окисляются неодинаково. Очень быстро окисляются функциональные группы, содержащие кислород, азот и серу. Ароматические же углеводороды окисляются медленно. Окислению угля способствуют также содержащиеся в нем органическая сера, пирит, марказит и другие сульфидные минералы. Значительную роль в процессе окисления углей играет влага. Окисленные угли обычно встречаются вблизи границ месторождений и флотируются хуже неокисленных. Однако имеются данные о том, что весьма слабое окисление антрацита улучшает его флотацию. Пористость углей. Важнейшим фактором, во многом определяющим флотационные свойства углей, является их пористость. Адсорбция, набухание, теплота смачивания углей зависят от их пористости. Различают пористость в объеме и пористость на поверхности. Под термином "пористость" понимают объем, занимаемый порами, выраженный в процентах [3].
В результате многих исследований был сделан вывод, что уголь содержит две системы пор: макропористую структуру, которая доступна ртути под давлением и микропористую структуру, в которую способны проникать молекулы гелия при любых температурах, а азота и метана, обладающие определенной энергией активации. Промежуточных систем не существует. Теплота сорбции, сорбционная способность пропорциональны объему микропор.
В процессе углефикации пористость углей изменяется, минимальной пористостью обладают угли средней стадии метаморфизма. Особенно значительная пористость наблюдается у малометаморфизованных углей. Средняя пористость по маркам углей колеблется в пределах 5-6% для марок Г, Ж и К, около 7% - для марки Т и около 10% для марок Д и А. Увеличение пористости высокометаморфизованных и особенно слабометаморфизованных углей происходит, в основном, за счет мелких пор (микропор) [4].
Новый подход к оценке эффективности процесса флотации
Оценка эффективности флотационного разделения строится на основе новых подходов, определяемых особенностями физико-химических характеристик и поведения тонкодисперсных шламов при флотации.
В качестве основной идеи используется метод сравнения фактических результатов и теоретически достижимых. Оценка эффективности флотационного разделения относительно теоретических показателей фракционного анализа не всегда оправдана. Распределение материала по фракциям плотности не всегда идентично распределению этого же материала по фракциям флотируемости, поскольку флотационное поведение шламов определяется поверхностными свойствами частиц, их крупностью, а не удельным весом [58].
Поэтому необходимо найти, способ достоверной оценки флотационных свойств угольных шламов, позволяющий получать результаты "теоретически идеального" разделения при флотации. Обогатители располагают большим числом самых различных методов определения флотируемости минералов [8, 26-36]. Такое изобилие методов вполне оправдано. Вряд ли все разнообразные стороны, флотационного механизма могут быть изучены с помощью какого-то одного универсального метода, поэтому представляется применение ряда различных подходов. В исследованиях теоретического характера получили распространение физико-химические методы исследования поверхности минералов: измерение смачиваемости и электрокинетического потенциала поверхности; кинетика прилипания частиц к воздушному пузырьку; измерения агрегативнои устойчивости суспензий и др. [28-31, 37-53]. К методам, определяющим количественную оценку флотируемости, относятся: определение флотируемости во флотационной машине, определение флотируемости фракционным и петрографическим методами. [10, 35, 36, 47, 55, 56].
Оценка флотационной активности поверхности минеральных частиц по плотности прилипания к ним пузырьков воздуха производится по методикам, предложенными И.М. Верховским, В.И. Классеном [37,47, 48].
Установление причин устойчивости закрепления минеральных частиц на пузырьках очень важно, поскольку для осуществления флотации как технологического процесса необходимо, чтоб минеральные частицы не только прилипли к пузырькам, но и закреплялись на них достаточно прочно. В противном случае силы отрыва, всегда возникающие в реальных условиях, оторвут частицу от пузырька и флотация не осуществится.
Исследованиями В.И. Мелик-Гайказяна и др. показано, что "невозможно правильно записать условия закрепления частиц на пузырьках при пенной флотации без учета первого закона капиллярности и других уравнений капиллярной физики" [42].
Рядом исследователей [34, 41] для оценки флотационной активности минеральных зерен изучалась кинетика прилипания частиц к воздушному пузырьку. Не лишен недостатков и нулевой "метод" И. Уорка, в котором пузырек подводится к минеральной поверхности с произвольной скоростью и фиксируется прилипание. При этом не контролируется время контакта пузырька с минеральной поверхностью, скорость их сближения и сила сдавливания и поэтому соблюдение постоянства указанных величин затруднено. В.И. Классен развил этот метод с целью повышения его надежности. Полученные данные были близки к результатам флотационных опытов [34].
Наиболее полно комплексную оценку флотируемости углей определяют по результатам флотационных опытов. Общепринятой является методика проведения флотации в однокамерной флотационной машине. Флотируемость угля проявляется в создании устойчивых агрегатов "угольная частица - воздушный пузырек" в водной среде и, чем больше масса всплывших частиц, тем лучше флотируемость угля.
Одной из распространенных оценок флотируемости углей является скорость флотации [56]. Она определяется путем математической обработки результатов дробной флотации в лабораторной флотационной машине. Скорость флотации позволяет сопоставить и оценить флотируемость разных углей, определить производительность флотационных аппаратов, обосновать оптимальное распределение съема пены по фронту флотации и др. [56-59].
Недостатком методики исследования кинетики во флотационной машине является то, что для поддержания уровня пульпы в камере приходится добавлять воду. Кроме того, поиск оптимального режима флотации связан с большим числом экспериментов. Оптимальный режим флотации различных углей отличается по расходу реагентов, времени флотации, схемам ведения процесса, подготовки пульпы и др. Все это вносит определенные трудности в сравнительный анализ конечных результатов флотации и делает непригодным их практическое использование для разработки рекомендаций при проектировании или корректировке технологии при замене реагентов. Для устранения этих трудностей вырабатываются рекомендации международной организации стандартизации ИСО/ТК 27/ПК-1, по стандартному режиму флотации направленные на разработку единой международной методики проведения экспериментов в сопоставимых условиях [60].
Проведение стандартных флотационных опытов по рекомендациям международной организации стандартизации ИСО позволяет сравнить флотируемость различных углей, но не вскрыть потенциальные возможности их флотационного обогащения.
Рассмотрение флотационных свойств материала с точки зрения кинетики процесса не позволяет однозначно оценивать флотационные свойства угольного шлама, так как на кинетические показатели флотации огромное влияние оказывает ряд факторов: - свойства самого шлама - крупность, метаморфизм угля, петрографический состав, распределение зольности по классам крупности и т.п.; - реагентный режим (расход реагентов, их характеристики), - условия обработки шлама реагентами (плотность пульпы, время контакта, порядок подачи, интенсивность перемешивания и .т.п); - аэрация пульпы (расход воздуха, его дисперсность и т.п.); - собственно время флотации. Поэтому возникает проблема оценить показатели флотационного разделения, в зависимости только от характеристик угольного шлама, т.е. при фактически "идеальной" флотации.
Взаимовлияние классов крупности при флотации
Продукты флотации искусственных смесей были рассеяны на два класса 0-50 мкм и 50-250 мкм, и была определена кинетика распределения по флотируемости этих классов, кривые изменения выхода от времени при разном содержании классов в смеси приведены на рисунках 9 и 10 для смесей шламов Печорской ЦОФ (марка Ж), и на рисунках 11 и 12 для смесей шламов ОФ Нерюнгринская (марка К), Как видим, увеличение доли крупных частиц в пульпе приводит к повышению скорости флотации тонких частиц, а прибавление к крупным частицам мелких, снижает скорость флотации крупных.
Все опыты для смесей угля одной марки проводились при одинаковых реагентных и гидродинамических параметрах. Анализ полученных данных показывает, что повышение содержания тонких шламов соответственно приводит к увеличению поверхности раздела Т:Ж, что отражается в резком снижении удельного расхода собирателя на единицу поверхности.
Анализ зависимости показателей флотации от удельного расхода собирателя на единицу поверхности твердого, при различном долевом участии в питании классов более и менее 50 мкм на примере искусственных смесей Печорской ЦОФ представлены на рисунке 13. При удельном расходе собирателя менее 2мг/см2, что соответствует содержанию в пульпе более 50% частиц крупностью менее 50 мкм, резко снижается выход концентрата и повышается его зольность. С увеличением времени флотации уменьшается падение выхода концентрата, но более резко увеличивается его зольность (рисунок 13а). Поведение узких классов крупности с ростом доли тонких классов в смеси (менее 50 мкм) характеризуется падением извлечения для обоих классов крупности. При этом зольность сфлотированных частиц за 2 минуты флотации для частиц крупностью менее 50 мкм находится на уровне 15-17%, а для частиц крупностью более 50 мкм составляет около 5% (рисунок 136).
Результаты флотации искусственных смесей оценивались по эффективности разделения, определяемой согласно разработанной методике сравнительной оценки по приближению к кривым предельной флотируемости. Для классов менее 50 мкм и более 50 мкм были проведены флотационные опыты по методике флотационного фракционирования. По полученным данным флотационного фракционирования для кл, 50 мкм и для кл, 50мкм были рассчитаны и построены кривые флотационного фракционирования для искусственных смесей с различным содержанием рассматриваемых классов крупности (рисунок 14 - для шламов угля марки Ж и рисунок 15 - для шламов угля марки К).
Данные относительной эффективности Е0, полученные при флотации искусственных смесей при одинаковом реагентном режиме, в зависимости от содержания в смеси кл. 50 мкм и его зольности приведены на рисунках 16 и 17, для шламов углей марки Ж и марки К, соответственно.
Значения относительной эффективности разделения для смесей угля марки Ж (Печорская ЦОФ) изменяются в широких пределах от 32% для пробы, содержащей 100% кл. 50мкм, до 96% для пробы, содержащей 75% класса более 50мкм. Однако, нужная (заданная) зольность концентрата, которая должна составлять 7,5-8,5% достигается только для некоторых проб.
Как показали результаты экспериментов по кинетике флотации для смесей шламов Печорской ЦОФ (таблица 5), при выбранном реагентном режиме (ДТ -2,0 кг/т и Кэтгол -0,2 кг/т), получить концентрат с зольностью А3=8% из 100% класса 50мкм не представляется возможным. Из смеси с содержанием 75% класса 50мкм, также концентрат с А3-8% не получен. Для смеси, содержащей 50% класса менее 50мкм выход концентрата составил YK=66,1% С зольностью А=8,2% (при времени флотации 1мин); при содержании в смеси 25% класса менее 50 мкм выход концентрата получен YK=87,9% С зольностью А=7,56%; и 89,55% с 7,9% (при времени флотации 2 и 3 мин соответственно).
При выбранном реагентном режиме для углей марки К (ДТ —1,1 кг/т и КОБС —ОДкг/т (10мг/л) в кинетических опытах получить концентрат с зольностью А3=9,5% из 100% класса-50мкм не представляется возможным (таблица 3.2). Из смеси с содержанием 80% класса-50мкм, концентрат с А3=9,56% получен при выходе 38,1% при времени флотации 1мин, с увеличением времени флотации до 2-х минут зольность концентрата уже превышает 10%. Для смеси, содержащей 40% класса -50мкм выход концентрата составил YK=68,6% с зольностью А=8,0% (при времени флотации 1мин), за две минуты —YK=82,45% С зольностью А=8,29% и за три минуты — Y=86,8% при зольности А=8,72%. При содержании в смеси 28% класса-50 мкм концентрат с А=8,77% получен за одну минуту при выходе YK=84,8%; за две минуты выход концентрата составил YK-92,1% С зольностью А=9,13%; за три минуты -YK=93,3% С зольностью А=9,39%. Следует отметить, что при содержании кл. 50 мкм до 50% при зольности концентрата порядка 9,5% в концентрат переходят практически все промпродуктовые фракции.
Рассматривая разное соотношение классов крупности более 50 мкм и менее 50 мкм в смесях, следует отметить, что, имея разную зольность, смеси заведомо потенциально различаются по максимально возможному выходу с заданной зольностью пенного продукта.
По полученным кривым предельной флотации были определены максимально возможные значения выхода концентрата с заданной зольностью, которые приведены в таблицах 6 и 7 для углей марки Ж и К, соответственно.
Применение методики определения относительной эффективности для оценки действия реагентов при флотации
Исследования эффективности действия флотационных реагентов типа "Монтанол" проводились на пробах углей Печорского угольного бассейна в лабораторных условиях. Сравнивались результаты флотации с новыми реагентами (Монтанол-800 и Монтанол-802) и реагентами, применяемыми на Печорской ЦОФ: собиратель - дизельное топливо (ДТ) и пенообразователь — КЭТГОЛ (кубовые остатки производства 2-этилгексанола). Реагенты испытывались как при индивидуальном использовании, так и при использовании совместно с собирателем, принятым на фабрике. В качестве переменных факторов рассматривались: - реагенты пенообразователи — КЭТГОЛ, Монтанол-800 и Монтанол-802; - реагентные режимы - расходы собирателя и пенообразователей; - время флотации; Контрольными технологическими параметрами были выбраны: выход концентрата и зольность концентрата. Проводимые исследования имели своей целью - определить эффективность действия реагентов Монтанол-800 и Монтанол-802, как при индивидуальном использовании, так и в смеси с собирателем, по отношению к тонкодисперсной пульпе углей Печорского угольного бассейна и выбрать оптимальные режимы флотации. Реагенты Монтанол-800 и Монтанол-802 представляют собой смесь алифатических спиртов, полиэфиров и эфиров. Эти реагенты по технологической характеристике - вспениватели, обладающие явно выраженной собирающей способностью. Они могут применяться для флотации угля в качестве реагентов комплексного действия, но для повышения эффективности извлечения горючей массы требуется дополнительное использование собирателя (дизельное топливо, печное топливо, керосин и др.).
Соотношение смеси Монтанола 800 (802) по отношению к собирателю определяется: - по типу угля (стадии метаморфизма, например, коксовый, газовый, жирный, антрацит и т.д.); - гранулометрическому составу питания флотации; - содержанию твердого вещества во флотационной пульпе; - интенсивности аэрации во флотомашине; - качеству воды По данным, представленным фирмой "Clariant GmbH", соотношение Монтанол-800(802): собиратель - варьируется от 1:4 до 6:4. Удельный расход Монтанола 800(802) при этом можно определить как 150-300 г/т.
Сравнительная оценка флотационных свойств реагентов КЭТГОЛ, Монтанол - 800 и Монтанол - 802 проводилась на представительной пробе питания флотации шихты углей, поступающих на Печорскую ЦОФ. Оценка эффективности действия реагентов при флотации проводилась по разработанной методике. Показатели предельной флотируемости были определены экспериментально по методу флотационного фракционирования, В качестве базового варианта реагентного режима был принят расход реагентов, применяемых на Печорской ЦОФ ДТ- 2,0 кг/т и КЭТГОЛ - 0,2 кг/т. Анализ многочисленных исследований по флотируемости полидисперсных угольных пульп показал, что наиболее существенное влияние на результативность флотационного разделения показывают как физико-химические характеристики шлама: гранулометрический, фракционный и петрографический составы, степень метаморфизма, так и технологические параметры процесса: расход и тип реагентов, способ их дозировки и режим контактирования, содержание твердого в питании, аэрация пульпы (расход и дисперсность воздуха), время флотации и др.
Петрографический состав прежде всего определяет флотируемость углей. Угли одних марок (К,Ж и ОС) имеют большой краевой угол смачивания, что характеризует их природную высокую гидрофобность и хорошую флотируемость. Угли других марок, содержащие матовые микрокомпоненты, флотируют хуже. Плохо флотируют частицы инертинита (фюзинита), содержащие вкрапления минеральных примесей. Практически не обладают естественной флотируемостью глинистые и другие минеральные примеси кроме (пирита).
Гранулометрический состав шламов поступающих на флотацию различен; его крупность в основном не превышает 0,5 мм. Все шламы имеют довольно высокое содержание тонких высокозольных классов крупностью менее 0,2 мм.
Верхним пределом крупности принято считать 0,5 мм. Эта крупность обосновывается как возможностями пенной флотации, так и нижним пределом обогащения углей на отсадочных машинах.
Наличие во флотационной пульпе частиц крупностью более 0,5 мм приводит к их потерям с отходами флотации. Удаление из пульпы частиц данной крупности и их улавливание производится в гидроциклонах, на дуговых ситах или на вибрационных грохотах. Частицы различной крупности флотируют с разной скоростью, что определяет кинетику и общее время флотации. С наибольшей скоростью флотируют частицы промежуточной крупности (0,15-0,25). Наличие в исходном угле очень тонких илистых шламов крупностью менее 40 мкм отрицательно сказывается на процессе флотации: снижаются скорость флотации и производительность флотационных машин. Фракционный состав флотируемых угольных шламов резко колеблется для различных углей. По данным фракционного состава можно судить о теоретически возможных показателях флотации. В угольных шламах содержится от 3 до 30% промежуточных (по плотности) фракций. При значительном содержании этих фракций и их высокой зольности практически невозможно получить два конечных продукта обогащения -концентрат и отходы. Промежуточные фракции, как правило, выделяются в последних по ходу флотационного процесса камерах машины. Высокозольные промежуточные фракции выделяют в отдельный конечный продукт крайне редко, так как это связано с усложнением технологической схемы.
Содержание твердой фазы в пульпе - важный технологический параметр, определяющий производительность флотационных машин, удельные расходы реагентов, электроэнергии и воды. Содержание твердой фазы в пульпе выражается отношением ее массы к массе жидкой фазы (Т:Ж) или массой твердой фазы в единице объема (г/л или %).
Похожие диссертации на Разработка и обоснование методологии оценки эффективности флотационного разделения для углей с повышенным содержанием тонких классов
