Огромные запасы угля, а также их относительная доступность с одной стороны, и, ограниченность запасов и неравномерность географического распределения ресурсов нефти и природного газа с другой, определили в настоящий момент бурное развитие угольной промышленности в мире. Утвержденная правительством Российской Федерации «Долгосрочная программа развития угольной отрасли на период до 2030 г.» предусматривает увеличение объемов добычи угля. Это привело к тому, что добываемый уголь во многих случаях не отвечает требованиям потребителей по основным качественным показателям: зольности, влажности, теплотворной способности, содержанию мелочи и т.д.
В связи с этим возрастает необходимость обогащения углей, и усложняется технология их переработки. Среди наиболее прогрессивных технологий следует отметить гравитационные методы обогащения и флотацию. В мировой практике на сегодняшний день единственным эффективным способом обогащения тонких шламов остается пенная флотация. Эффективность флотационного обогащения зависит, главным образом, от принятого реагентного режима.
В настоящее время в России в качестве флотационных реагентов используются, в основном, полупродукты нефтепереработки и отходы нефтехимии. В качестве собирателей используются аполярные реагенты: дизельное топливо, керосин, термогазойль, топливо ТС – 1, в качестве пенообразователей – гетерополярные: Т-80, КОБС, КЭТГОЛ, ВПП.
Изучение флотационной активности чистых химических соединений в сочетании со вспенивателем КОБС показало, что лучшие результаты у ароматических соединений с количеством атомов углерода С8 – С9 (этилбензол и изопропилбензол), но при этом понижается селективность процесса. Так, зольность концентрата для этилбензола составила 8,12 %, в то время как при равном выходе в случае использования непредельных углеводородов (α-олефины С12) зольность концентрата составила 7 %, а в случае использования предельных (С11) 7,2 %. Из алифатических соединений лучшие флотационные свойства проявляют непредельные углеводороды. Применение олефинов длиной углеводородного радикала С11 – С12 позволило повысить выход концентрата на 2-2,5 % по сравнению с алканами [9].
Высокая флотационная активность непредельных углеводородов обусловлена их строением и характером внутримолекулярных связей. У олефинов и ароматических соединений кроме σ-связей, присущих предельным углеводородам присутствуют π-связи, которые локализуют электронную плотность на отдельных звеньях молекулы. Повышенная электронная плотность способствует более высокой энергии взаимодействия непредельных углеводородов с различными функциональными группами на поверхности угля.
Подтверждением этого является то, что при использовании нового технического продукта «углефлот», содержащего в своем составе 98 % непредельных углеводородов, происходит увеличение извлечения горючей массы в концентрат на 3,8 % и снижение зольности концентрата на 0,2 % по сравнению с традиционно используемым термогазойлем [9].
Изучение влияния фракций газойля и нефти на гидрофобизацию поверхности угольных и породных частиц с последующим их извлечением методом флотации показал, что при одинаковой концентрации фракций с увеличением их температуры кипения до определенного момента увеличиваются и их собирательные свойства. Использование узких фракций аполярного реагента газойля, выкипающих в интервале 180-260 °С, позволяет повысить селективность процесса флотации Кузнецких углей. При этом выход концентрата угля повышается на 7,4 % при снижении его зольности на 0,9-2,5 % и увеличении зольности отходов на 12,2 % [3].
В настоящее время помимо традиционных собирателей и пенообразователей для флотационного обогащения углей используют комплексные флотореагенты. Так, применение в качестве реагента – собирателя композиции на основе легкого газойля каталитического крекинга (ЛГКК) и кубового остатка ректификации стирола (КОРС) при флотации высокозольных углей позволяет повысить эффективность флотации по сравнению с традиционным дизельным топливом – выход концентрата в среднем выше на 8 %, его зольность ниже на 3 %. Ввиду высокого содержания аллилзамещенных ароматических структур, а также наличия в составе КОРСа конденсированных ароматических соединений, обладающих повышенной энергией адсорбции на угольной поверхности за счет р – электронов кратных углерод – углеродных связей, происходит улучшение гидрофобизации угольных зерен. КОРС, не содержащий ЛГКК характеризуется минимальной эввективностью, что обусловлено отсутствием парафиновых углеводородов, наличие которых в составе реагента необходимо для адсорбции на соответствующих неполярных центрах угольной поверхности [5].
На некоторых углеобогатительных фабриках Кузбасса ООО «Минерал» (Группа компаний «Миррико») внедряет для флотации угольных шламов новые комплексные флотореагенты UnicolTM марок «С» и «F» на спиртовой основе. Флотореагент UnicolTM марки «С» обладает более выраженным свойством собирателя, а флотореагент марки «F» более выраженным свойством вспенивателя. Эти флотореагенты смешиваются между собой в любых соотношениях и могут применяться как совместно, так и отдельно, в зависимости от конкретных условий. При совместном использовании флотореагентов UnicolTM марок «С» и «F» достигается выраженный синергетический эффект. Флотореагенты UnicolTM флотируют все известные виды углей: газовые, жирные, коксовые, тощие, а также антрациты, образуют стабильную пену, которая хорошо обезвоживается.
Проведенные полупромышленные испытания на углеобогатительной фабрике ОАО «ЕВРАЗ-ЗСМК» углей Кузнецкого бассейна различных марок с использованием флотореагентов КРС марки «А» и флотореагентов UnicolTM марок «С» и «F» показали, что флотораегенты UnicolTM позволяет увеличить выход флотоконцентрата с 67,55 до 87,09 %, извлечение ценного компонента с 72,97 до 93,94 % и снизить зольность флотоконцентрата до 6,44 % [4].
Помимо этого, повысить качество флотоконцентратов позволяет использование реагентов – модификаторов, которые позволяют интенсифицировать процесс флотации за счет повышения извлечения горючей массы в концентрат и снижения зольности концентрата.
Так, на ЦОФ «Березовская» для повышения эффективности применяемого реагента –собирателя (смеси газойля легкого каталитического крекинга и коксования) был использован модификатор АП – 6. Проведенные промышленные испытания показали, что применение АП-6 позволяет увеличить выход флотоконцентрата на 0,7 %, уменьшить количество отходов флотации и снизить влажность осадка фильтра на 1,5-2 %. При этом уменьшается расход собирателя на 1054,5 г/т, а от использования реагента – вспенивателя можно отказаться [6].
Применение в качестве реагентов – модификаторов сложных эфиров линейного строения позволяет существенно повысить селективность флотации, особенно при наличии изомерии в структуре вещества, которая способствует увеличению специфической компоненты межмолекулярного взаимодействия молекул эфиров с угольной поверхностью. Наиболее эффективным является применение изоамилизобутирата совместно с реагентом ВКП, которое при флотации газовых углей Кузнецкого бассейна позволяет повысить выход концентрата на 3,15 % и снизить его зольность на 1,60 % по сравнению с индивидуальным применением реагента ВКП [2, 10].
Наряду с использованием в качестве реагентов – модификаторов органических соединений, целесообразно применение неорганических солей. В частности, изучение влияния сульфатов на физико-химические и флотационные свойства газовых углей показывает, что их применение позволяет не только улучшить качественно-количественные показатели флотации, но и повысить извлечение серы в отходы флотации. Так использование в качестве реагента – модификатора сульфата магния совместно с реагентом ВКП позволяет не только повысить выход концентрата на 1,85 % и снизить его зольность на 0,44 %, но и повысить извлечение пиритной серы в отходы флотации на 10,26 % по сравнению с ВКП [1, 7, 8].
Таким образом, в настоящее время основными требованиями, предъявляемыми к флотационному обогащению углей, является получение флотоконцентратов высокого качества. Данная проблема может быть решена путем применения эффективных селективно-действующих реагентов, которые позволят достичь высокого извлечения горючей массы в концентрат при его низкой зольности и достаточно высокой зольности отходов.
Библиографическая ссылка
Ишкуватова А.Р., Ивановский С.К., Жерякова К.В., Бахаева А.Н. К ВОПРОСУ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА КОНЦЕНТРАТОВ ПРИ ФЛОТАЦИОННОМ ОБОГАЩЕНИИ УГЛЕЙ // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 12-5. – С. 601-603;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=34672 (дата обращения: 20.04.2024).