книги / Флотационные реагенты

кой промышленности. В ФРГ практикуется применение композиций реаген- ,тов, обладающих собирательным и пенообразующим действием. Известны композиции МИБК с полимеролем и группой монтанолов — синтетических высших спиртов фракции С4- С 10. Расходы этих реагентов составляют

10 0-200 г/т.

Использование правильно подобранного гетерополярного реагента поз­ воляет не только снизить расход применяемого с ним совместно аполярного реагента, но и повысить селективность флотации. Это подтверждено лабораторными исследованиями флотации углей Южно-Якутского, Донец­ кого и Карагандинского бассейнов с применением МИБК.

Промышленные испытания МИБК проведены на ЦОФ "Шолоховская” При этом выход флотационного концентрата увеличился в среднем и на 1,8%, а зольность отходов возросла на 6,2%. Сокращен расход аполярного реагента ТПБ (150 г/т вместо 700 г/т). Ожидаемый годовой экономический

реагентов используют сосновое масло, кризиловую кислоту, МИБК, аэро- фрос-70 и аэрофрос-77, флотол А, монтанол и др.

В ИОТТ разработан и испытан в лабораторных и промышленных усло­ виях новый эффективный гетерополярный реагент КЭТГОЛ, который применим для флотации угля и других природно-гидрофобных полезных ископаемых. Этот реагент обладает собирательными свойствами наряду с пенообразующими. Реагент КЭТГОЛ — побочный продукт нефтехими­ ческого производства —кубовый остаток ректификации 2-этилгексанола при получении его методом оксосинтеза по нафтенатно-испарительной схеме ВНИИнефтехима, содержит в своем составе первичные спирты (70—90%) и альдегиды (10—30%) алифатического ряда разветвленного строения с числом атомов углерода в молекулах С7— 5,

На новый реагент разработаны технические требования ТУ 38. 30110-82,

тигле, —не ниже 70°С.

Была изучена флотоактивность реагента по отношению к углям раз­ личной стадии метаморфизма, узких классов крупности, с повышенным содержанием карбоминеритов. Полупромышленные испытания реагента КЭТГОЛ на Жилевской ОФ показали его высокие технологические свой­ ства. Было проведено две серии промышленных испытаний на ЦОФ "Кара­ гандинская”. Показана возможность снижения зольности кека в среднем на 0,5% и увеличения его выхода в среднем на 1,2%.

Удельный расход аполярного реагента-собирателя "печное топливо” был снижен на 10-15%. Было установлено также, что использование гетеро­ полярного реагента КЭТГОЛ в качестве индивидуального флотационного реагента комплексного действия (собирателя-пенообразователя) возмож­ но лишь при стабильном составе питания по крупности (0 - 1 мм), иначе происходят потери горячей массы в отходы. Новый реагент внедрен на

наряду с требованием осуществления технологии флотации в условиях замкнутого водооборота создает предпосылки для применения реагентоврегуляторов флотации угля, одинаково хорошо работающих при большой жесткости воды и содержании в жидкой фазе растворимых минеральных электролитов. В зарубежной практике для этого часто применяют про­ дукты из группы цианамидов, например АККОАЛ-4433 (США) и ЭКОФОЛ (ФРГ) .

Для организации оптимальной технологии флотации важны условия, в которых работает реагент, способ подготовки пульпы к флотации, аэра­ ция и гидродинамика перемешивания пульпы в машине. Поэтому только совокупное рассмотрение всех факторов способно проявить действие реагента.

Вэтих условиях большое значение имеет привлечение к изучению реа­ гентов математических методов. Исследовалось совокупное влияние на флотацию удельного расхода пенообразователя МИБК (^ ), удельного рас­ хода собирателя ТПБ (х2); расхода воздуха и частоты вращения импел­ лера (л'з). Опыты проводились на углях центральных обогатительных фабрик "Узловская", "Сибирь”, "Михайловская", "Кондратьевская"

Вкачестве примера приводятся результаты, полученные на угольных

шламах крупностью 0-0,5 мм ЦОФ "Кузнецкая" ПО "Гидроуголь"

Планирование эксперимента и расчет оценок коэффициентов уравнения регрессии осуществлялись в соответствии с известной методикой актив­ ного планирования эксперимента. Проверка значимости коэффициентов осуществлялась при уровне надежности 95%. Проверка гипотез об одно­

наиболее полно описываются моделями выхода концентрата и его золь­ ности.

Уравнение регрессии для выхода флотационного концентрата:

7к = 96,08 + 0,8 х, + 0,43 х2 - 0 ,4 л*,х2 -0 ,3 4 х 2х4 -0,48x1 .

По характеру влияния на выход концентрата исследованных факторов они могут быть расположены в ряд:

*1 * * * 1 1 “ ►*2 - + Х 1 2 - > Х 2 4 .

Это значит, что в заданных пределах варьирования их величин влияние на выход концентрата оказывает изменение удельного расхода пенообра­ зователя.

Наличие значимого квадратичного эффекта для расхода МИБК указыва­ ет на существование экстремальной зависимости и необходимость исследо­ вания положения экстремума выхода концентрата от дозировки пенообра­ зователя. Следующим по степени влияния оказывается удельный расход печного топлива ТГ1Б.

Двойное взаимодействие х хх2 со знаком минус указывает на наличие взаимного влияния собирателя и пенообразователя на выход концентрата.

используется для снижения ”запенивания” путем увеличения расхода соби­ рателя.

Парное взаимодействие х2х4 указывает на значимую зависимость выйо; да концентрата от совместного действия расхода собирателя и частоты вращения импеллера, результатом которого является снижение выхода концентрата. Можно отметить не проявившуюся роль фактора удельного расхода воздуха (х3), что объясняется несколько неудачным выбором диапазона его варьирования (слишком высокие значения).

Анализ графиков связи в модели выхода концентрата позволяет счи­ тать, что в исследованных условиях только при увеличении уровня строгости выше принятого можно говорить о зависимости выхода кон­ центрата только от расхода реагентов. В обычных условиях необходимо учитывать влияние на выход концентрата частоты вращения импеллера.

Уравнение регрессии, описывающее зависимость зольности флотацион­ ного концентрата от рассматриваемых факторов, имеет вид

= 4,47 + 0,21 х, + 0,06 х2 + 0,12х4 -0,14х? - 0 ,1 2 х ’

Количество флотационного концентрата более чувствительно к расходу пенообразователя МИБК и в целом к расходу реагентов.

Оптимизация, выполненная по уравнениям регрессии в условиях дости­ жения максимального выхода при минимальной зольности, осуществлен­ ная диссоциативно-шаговым методом поиска, показала, что предпочтитель­

Исследование изолиний моделей выхода и качества концентрата при минимальном расходе воздуха и окружной скорости вращения импеллера 4,6 м/с позволяет решать задачу минимизации ресурсов при условии

снижения расхода пенообразователя и печного топлива. Оказалось, в част­ ности, что концентрат одинакового качества зольностью 4,2% при одном и том же выходе может быть получен при различных соотношениях расхо­ да реагентов МИБК и ТПБ. Учитывая существенную разницу в стоимости этих реагентов, предпочтение можно оказать условиям применения мень­ шего расхода МИБК.

Резюмируя изложенное выше, следует подчеркнуть, что в условиях широкого распространения флотации угольных и антрацитовых шламов, ухудшения качества питания флотации, вовлечения в переработку углей низких степеней метаморфизма все более необходимыми становятся изыс­ кание новых селективных аполярных собирателей, применение гетерополярных соединений комплексного действия, реагентов-регуляторов.

Выполненные нами исследования позволяют рекомендовать для практи­ ческого использования эффективные реагенты-собиратели (ААР) и пено­ образователи (МИБК, КЭТГОЛ).

УДК 622.793.5

О МЕХАНИЗМЕ ДЕЙСТВИЯ РЕАГЕНТОВ ПРИ ФЛОТАЦИИ ГАЗОВЫХ УГЛЕЙ КУЗБАССА

Н.С. Власова, Л.Г. Савинчук

Возрастание объемов добычи и потребления углей, появление новых сфер их использования влечет за собой необходимость совершенствования флотационного обогащения, особенно низкой стадии метаморфизма, в частности газовых углей.

В целях изыскания для флотации кузнецких газовых углей отпимальных реагентных режимов проведено исследование петрографического, структурно-группового состава, микроструктуры и сорбционной актив­ ности углей некоторых шахт с привлечением методов растровой и просве­ чивающей электронной микроскопии, химического, спектрального и лазер­ ного микроспектрального анализов, газовой хроматографии, инфракрас­ ной спектроскопии и др.

Исследования кузнецких газовых углей показали, что их поверхность в отличие от углей других марок характеризуется большим разнообрази; ем структурных элементов: наличием характерных прожилок, микрогрещин плоскостного характера, разнообразных включений и пор крупных размеров. Размеры устьев пор, по данным электронной микроскопии, находятся в основном в пределах 10-400 А. Для углей марок Ж и К харак­

На основе изучения смачивания углей разных марок водой по методи­ ке [2 ] найдено, что численные значения тепловых эффектов смачивания уменьшаются в ряду углей марок Г -Ж -К (газовый-жирный-коксовый) в среднем с 12 16 до 9 7 Дж/г. Анализ кинетических кривых смачивания указывает на более высокую скорость взаимодействия газовых углей

адсорбции, позволяющим рассчитать дифференциальные теплоты процесса при одинаковой степени заполнения угольной поверхности, а также рядом других параметров.

Например, сопоставление термодинамических характеристик процесса адсорбции исследованных соединений на углях в условиях изотермичес­ кого хроматографирования показывает, что значения изменений энтальпии

ствии с постепенным переходом от дисперсионного взаимодействия с по­

крепления молекул реагента, причем уменьшение тем большее, чем боль­ ше функциональных групп в молекуле и чем длиннее углеводородный радикал.

Для исследованных соединений более высокие значения АН и АС соответствуют закреплению на газовых углях сложных эфиров масляной кислоты: бутилбутирата и октилбутирата. Значениям изменений энтальпии

характеризуют упорядочение системы уголь—реагент по мере приближе­ ния молекул адсорбата к угольной поверхности и формирования адсорб­ ционного слоя.

Приведенные данные показывают, что закрепление молекул органичес­ ких соединений на поверхности газовых углей осуществляется за счет дис­ персионных сил в случае углеводородов с симметричным распределением электронной плотности в молекуле и становится все более специфическим по мере увеличения полярности молекулы. Одновременно, как показывают значения времени удержания тк реагентов на углях в условиях изотерми­ ческого хроматографирования и коэффициент асимметрии хроматографи­ ческого пика, с увеличением числа атомов углерода в молекулах органи­ ческих соединений общая прочность закрепления их на-углях возраста­ ет (табл. 2).

Экспериментально полученные изотермы адсорбции (см. рисунок) имеют

молекул располагаются выше, величина адсорбции этих реагентов больше, чем их изомеров. Меньшая прочность закрепления разветвленных молекул может быть обусловлена влиянием пространственного фактора, так как энергия неспецифического взаимодействия зависит от расстояния между поверхностью адсорбента и силовыми центрами звеньев адсорбированной молекулы.

Особенности закрепления индивидуальных органических соединений различного строения и соответствующих им технических продуктов отра­ жаются и на микрорельефе угольной поверхности. Предельные углеводо­ роды не вызывают существенных изменений в микроструктуре угля, закрепляясь по всей поверхности равномерно. Ароматические углеводо-

участках поверхности. Четкость микрокапель спиртов и ароматических углеводородов теряется при уменьшении молекулярной массы веществ. Так, бутанол закрепляется на углях в виде нечетких микрокапель или в виде натеков характерной формы. Диоксановые спирты и сложные эфи­ ры закрепляются крупными микрокаплями, густо покрывая поверхность угля.

При исследовании флотационных свойств широкого ассортимента органических соединений установлено, что среди аполярных соединений применительно к исследованным углям более эффективными собирателя­

производные этилцеллозольва, а также сложные эфиры (С8—С ^ )- Со­ ответствующие всем перечисленным соединениям структурные изомеры проявляют более низкую флотационную активность.

В соответствии с проведенными исследованиями рекомендовано приме­ нение в практике флотации углей технических продуктов химических производств, способных заменить продукты нефтеперерабатывающей про­ мышленности или значительно сократить их расход. К числу таких про­ дуктов относятся: кубовый остаток ректификации масляного альдегида, высококипящий побочный продукт производства диметилдиоксана, кубо­ вый остаток ректификации этилцеллозольва, высококипящий продукт ректификации 2 -этилгексанола и др.

На углеобогатительной фабрике (УОФ) Магнитогорского металлурги­ ческого комбината проведена промышленная апробация двух реагентов — высококипящего побочного продукта производства диметилдиоксана и высококипящего продукта ректификации продуктов синтеза 2-этилгекса­ нола при различных реагентных режимах.

Испытания показали, что применение новых реагентов при расходах порядка 100—500 г/т позволит значительно интенсифицировать флотацию угольных шламов, повысить технологические показатели, сократить расход аполярного реагента более чем в 2 раза. Реагенты приняты к постоянному использованию на УОФ Магнитогорского металлургического комбината.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.Герасимов Я.И., Древинг В.П., Еремин ЕМ. и др. Курс физической химии. М.: Химия, 1969. Т. 1.592 с.

2.Петухов В.Н., Попова Л.А. Оценка флотационной активности углей методом теплот смачивания. - Химия твердого топлива, 1975, № 1, с. 160-162.

3.Бубновская Л.М., Попов В.К., Русьянова Н.Д. Исследование витринитов

кузнецких углей методом спектроскопии МНПВО. - Кокс и химия, 1982, № 5.

с.9-13.

4.Савинчук Л.Г., Власова Н.С. Действие некоторых ароматических углеводо­

родов при флотации кузнецких углей. - Кокс и химия, 1982, № 7, с. 12-17.