Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ РЕАГЕНнЫХ РЕЖИМОВ ФЛОТАЦИИ УГЛЕЙ

Гришин И.А. 1 Князбаев Ж.С. 2
1 ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
2 ОАО «Донской горно-обогатительный комбинат»
В данной работе представлен анализ мировых топливно-энергетических ресурсов. Показано, что наблюдаемое в настоящее время увеличение объемов добычи угля способствует ухудшению качества угольных концентратов. Установлено, что увеличение содержание мелочи в добываемых углях позволяет считать флотацию наиболее перспективным методом обогащения угольных шламов. Указаны основные флотационные реагенты, используемые на углеобогатительных фабриках России. Рассмотрено влияние различных аполярных и гетерополярных реагентов на качественно-количественные показатели флотации и механизм их действия. Показано, что использование комплексных флотореагентов позволяет интенсифицировать процесс флотации углей. Помимо этого, указано, что применение реагентов-модификаторов, как органического, так и неорганического происхождения является перспективным направлением повышения селективности флотационного обогащения угольных шламов.
флотация
реагентный режим
флотационные реагенты
собиратели
пенообразователи
комплексные реагенты
реагенты-модификаторы
выход концентрата
зольность
извлечение горючей массы в концентрат
1. Аглямова Э.Р. Повышение селективности флотации газовых углей с применением органических и неорганических соединений // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Магнитогорск, 2002.
2. Аглямова Э.Р., Савинчук Л.Г. Способ флотации угля // Патент на изобретение RUS 2165799. 23.11.1999.
3. Байченко А.А., Батушкин А.Н. Изучение собирательных свойств аполярных реагентов при флотации угольных шламов // Вестник Кузбасского гос. тех. университета. – 2006. – № 2. – С. 29–30.
4. Байченко А.А., Иванов Г.В., Бочарова Е.М. Влияние электролитов на флотацию углей // Вестник Кузбасского гос. тех. университета. – 1999. – № 4. – С. 66–70.
5. Гайнуллин И.К. Повышение эффективности процесса флотации угольных шламов с использованием флотореагентов UnicolТМ // Уголь. – 2013. – № 5. – С. 105–106.
6. Гиззатов А.А., Ибрагимов А.А., Давлетгареев К.Ф., Рахимов М.Н. Разработка флотационных реагентов для процесса обогащения высокозольных углей // Башкирский химический журнал. – 2013. – т. 20, № 4. – С. 86–89.
7. Иванов Г.В., Байченко А.А., Басарыгин В.И. Эффективность действия аполярных реагентов при флотации угля в присутствии флокулянтов // Горно-информационный аналитический бюллетень. – 2004. – № 12. – С. 290–293.
8. Иванов Г.В., Мирошникова А.М., Азарова Т.И., Ушакова Н.Н. Повышение эффективности процесса флотации тонких угольных шламов // Вестник Кузбасского гос.тех.университета. – 2010. – № 2. – С. 85–86.
9. Кондырев Б.И., Недхам Мухаммед Дарси, Белов А.В., Ларионов М.В. Мировой топливно-энергетический баланс. Перспективы современных угольных технологий. Материалы первой междунар. науч. конф. «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР». – Владивосток, 2002. – С. 73–77.
10. Мелик-Гайказян В.И., Емельянова Н.П., Козлов П.С., Юшина Т.И., Липная Е.Н. К исследованию процесса пенной флотации и подбору реагентов на основе механизма их действия. Сообщение 1. Обоснование выбранных методов исследования процесса // Обогащение руд цветных металлов. – 2009. – № 2. – С. 7–18.
11. Меркушева Л.Н., Удовицкий В.И., Лысенко О.Н., Фролов В.С., Кравцова Т.А. Технологические и экономические предпосылки применения новых реагентов на ЦОФ «Березовская» // ГИАБ. -2003. – № 12. – С. 196–198.
12. Муллина Э.Р., Мишурина О.А., Ершова О.В. Изучение влияния химического строения реагентов-модификаторов на электрохимические свойства угольной поверхности // Успехи современного естествознания. – 2015. ? № 11. – С.130–133.
13. Муллина Э.Р., Мишурина О.А., Чупрова Л.В. Изучение влияния неорганических солей на извлечение серосодержащих примесей при флотации углей низкой стадии метморфизма // Технические науки – от теории к практике. – 2013. ? № 22. – С. 64–69.
14. Муллина Э.Р., Мишурина О.А., Чупрова Л.В., Ершова О.В. Исследование влияния сложных эфиров линейного строения на флотацию газовых углей // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2. – С. 183. URL: www.science-education.ru/122-20619 (дата обращения: 24.12.2015).
15. Муллина Э.Р., Чупрова Л.В., Мишурина О.А. Исследование влияния химических соединений различного состава на процесс флотации газовых углей // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 12, № 3. – С. 4–8.
16. Тюрникова В.И., Наумов М.Е. Повышение эффективности флотации. – М.: Недра, 1980. – 224 с.
17. Хан Г.А., Габриелова Л.И., Власова Н.С. Флотационные реагенты и их применение. – М.: Недра, 1986. – 271 с.
18. Чупрова Л.В., Муллина Э.Р., Мишурина О.А. Влияние органических и неорганических соединений на флотацию углей низкой стадии метаморфизма // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 4. – С. 24. URL: http://www.science-education.ru/110-9663 (дата обращения: 24.12.2015).
19. Щеголева Е.Н., Власова Н.С., Чепасова Т.П. Влияние неорганических реагентов-регуляторов на флотацию шлама ЦОФ «Карагандинская» // Проблемы обогащения твердых горючих ископаемых. – М.: Недра, 1977. – Т. 6. Вып. 1. – С. 42–47.

Среди геологических топливно-энергетических ресурсов, совокупный объем которых оценивается в 6,3 трлн тонн условного топлива (т.у.т.), самые крупные запасы в мире принадлежат твердому топливу, которые составляют 3971 млрд т.у.т. Для нефти и газа характерна средняя степень обеспеченности – 788 млрд и 851 млрд т.у.т. соответственно.

В связи с этим важно обратить особое внимание на такой энергетический ресурс, как уголь. Результаты прогнозных исследований предполагают возрастание ежегодных мировых объемов добычи угля в течение ближайших лет на 0,2–0,3 млрд т. В настоящее время спрос на уголь возрастает на 2 % в год. Предполагаемый объем годовой добычи угля к 2020 г. – 8,5–8,8 млрд т [9].

В рамках реализации энергетической стратегии России в январе 2012 года правительством Российской Федерации была утверждена «Долгосрочная программа развития угольной отрасли на период до 2030 г.», которая предусматривает увеличение объемов добычи угля до 430 млн т.

Однако с повышением объемов добычи, внедрением на шахтах механизированных систем и гидродобычи содержание мелких классов и уровень зольности в рядовых углях увеличиваются, что приводит к значительному ухудшению качества угольных концентратов. Повышение качества угольного сырья на современном этапе возможно только с применением методов обогащения. В мировой практике на сегодняшний день единственным эффективным методом обогащения тонких шламов остается флотация. Совершенствование технико-экономических показателей флотации углей во многом определяется применяемым реагентным режимом.

В настоящее время исследования флотационного процесса направлены на создание реагентных режимов, обеспечивающих максимальное извлечение горючей массы в концентрат при одновременном уменьшении его зольности. Одним из определяющих факторов, обеспечивающих полноту извлечения органической массы угля при пенной флотации и себестоимость концентрата, является состав флотационных реагентов, а также их доступность на рынке и приемлемая стоимость.

В настоящее время в России в качестве флотационных реагентов используются в основном полупродукты нефтепереработки и отходы нефтехимии. В качестве собирателей применяются аполярные реагенты: дизельное топливо, керосин, термогазойль, топливо ТС-1, в качестве пенообразователей – гетерополярные: Т-80, КОБС, КЭТГОЛ, ВПП.

Изучение влияния фракций газойля и нефти на гидрофобизацию поверхности угольных и породных частиц с последующим их извлечением методом флотации показало, 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 угольного концентрата повышается в среднем на 0,9–2,5 % при снижении его зольности и увеличении зольности отходов [3].

Аполярные реагенты повышают эффективность флотации крупных и зернистых угольных шламов размером 0,5 мм за счет увеличения скорости прилипания и прочности закрепления частиц к пузырьку воздуха. При флотации тонких шламов действие аполярных реагентов заключается в основном в образовании в пульпе агрегатов за счет гидрофобной флокуляции. С уменьшением крупности флотируемых частиц нет необходимости увеличения прочности контакта, наоборот, должны применяться реагенты, которые способны к селективной адсорбции, обладают гетерополярным строением и обеспечивают за счет гидрофобного радикала уменьшение гидратированности поверхности.

Наличие гетерополярного реагента приводит к иному механизму закрепления аполярного реагента на окисленных и минерализованных поверхностях угольных частиц. Вначале с поверхностью взаимодействуют молекулы гетерополярного реагента, располагаясь своей активной полярной группой на поверхности и ориентируясь аполярной ветвью в сторону воды, затем по аполярным концам гетерополярных молекул закрепляется аполярный реагент. Таким образом, одновременное применение аполярных и гетерополярных реагентов позволяет повысить эффективность флотации [10].

В связи с этим перспективным направлением повышения эффективности флотации является совместное использование аполярных реагентов и полимерных флокулянтов при флотации тонких угольных шламов. При предварительной обработке флокулянтом происходит увеличение размера флокул, взаимодействующих с собирателем. В результате увеличивается выход угольных частиц в концентрат и извлечение горючей массы в концентрат. Таким образом, полимерные флокулянты способствуют более полному извлечению угольных частиц. Однако, увеличение концентрации флокулянта приводит к ухудшению показателей флотации за счет образования флокул избыточного размера и гидрофилизации поверхности [7].

Использование для флотации тонких угольных шламов в качестве вспенивателя продуктов модификации реагента ОПСБ, являющегося смесью бутиловых эфиров пропиленгликолей, а в качестве собирателя – газойля, позволяет добиться увеличения выхода концентрата и зольности отходов при уменьшении зольности концентрата. Содержащиеся в данном вспенивателе эфиры, способны в воде и углеводородах образовывать циклические структуры с подвижным гидроксилом, которые могут участвовать как в донорном, так и акцепторном взаимодействии с активными центрами твердых частиц и воздушного пузырька [8].

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 %, а 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 эффективностью, что обусловлено отсутствием парафиновых углеводородов, наличие которых в составе реагента необходимо для адсорбции на соответствующих неполярных центрах угольной поверхности [6].

Проведенные полупромышленные испытания на углеобогатительной фабрике ОАО «ЕВРАЗ-ЗСМК» углей Кузнецкого бассейна различных марок с использованием флотореагентов КРС марки «А» и флотореагентов UnicolТМ марок «С» и «F» показали, что выход концентрата увеличивается с 67,55 до 87,09 %, извлечение ценного компонента – с 72,97 до 93,94 % при одновременном снижении зольности до 6,44 % [5].

Совершенствование реагентных режимов флотации возможно, в частности, на основе использования реагентов-модификаторов угольной поверхности, которые позволяют интенсифицировать процесс флотации, причем не только за счет повышения извлечения ценного компонента в концентрат, но и благодаря сокращению времени флотации. В качестве модификаторов в настоящее время в процесс флотации вовлекаются новые, более эффективные, дешевые и селективно действующие химические соединения.

Для повышения эффективности реагентов-собирателей, традиционно используемых для флотации угля в Кузбассе, были исследованы химические добавки DASF различных модификаций АР – 1÷АР-6 в зависимости от количества активных ингредиентов. Так, использование добавки АР-6 совместно с газойлем каталитического крекинга и коксования на ЦОФ «Березовская» позволило получить менее обводненную и легкоразрушаемую пену, при этом выход флотоконцентрата увеличился на 0,7 %, расход реагента-собирателя уменьшился на 1054,5 г/т, снизилась влажность осадка фильтра на 1,5–2 %, и, помимо этого, стал возможен отказ от реагента-вспенивателя [11].

Использование сложных эфиров изомерного строения в качестве реагентов-модификаторов также позволяет повысить селективность флотации газовых углей, при этом наиболее эффективным является изоамилизобутират, использование которого совместно с ВКП позволяет повысить выход концентрата на 3,15 % (кузнецкий уголь) и 2,79 % (донецкий уголь) и снизить зольность концентрата на 1,60 % и 1,45 % по сравнению с индивидуальным использованием реагента ВКП. Наличие изомерии в структуре сложных эфиров способствует увеличению специфической компоненты межмолекулярного взаимодействия их молекул с угольными частицами, что создаёт возможность специфического закрепления энергетически активного водорода на отрицательных сорбционных центрах угольной поверхности [2, 14, 18].

Наряду с использованием в качестве реагентов-модификаторов органических соединений, возможно применение и неорганических солей. Так, введение в качестве модифицирующих добавок неорганических соединений в сравнительно малых концентрациях во флотационную пульпу до подачи в нее основных флотационных реагентов (собирателя и пенообразователя), обеспечивающее изменение гидратированности поверхности и агрегативного состояния суспензии, изменяет флотационные свойства угольных и минеральных частиц в желаемом направлении, что позволяет значительно повысить селективность процесса [1, 16].

В ряде работ были выдвинуты положения о механизме собирательного действия солей на гидрофобные минералы. Положения эти сводятся к совокупному действию ряда факторов: к пенообразованию в растворах солей, изменению полного электрохимического потенциала поверхности твердой фазы и к изменению строения водных пленок вокруг частиц в результате конкурентного действия ионов солей [12, 16, 17].

В частности, отмечено, что наличие в жидкой фазе водо-угольных суспензий хлоридов, сульфатов, гидрокарбонатов калия, натрия, хлоридов и сульфатов кальция и магния положительно влияет на флотируемость углей, позволяет повысить выход концентрата и его качество, что особенно проявляется в случае труднообогатимых углей [17].

Исследование флотации кузнецких и донецких газовых углей с применением в качестве реагентов-модификаторов сульфатов алюминия, магния и железа в сочетании с реагентом ВКП свидетельствуют об увеличении выхода концентрата (на 1,5–2,5 %) и снижении его зольности (на 0,3–0,7 %) по сравнению с индивидуальным применением реагента ВКП [13, 15].

При флотации углей сочетанием аполярных реагентов и неорганических солей скорость и эффективность флотации значительно увеличиваются по сравнению с флотацией одним аполярным реагентом. Эти расходы солей (концентрация 0,1–0,2 %) соответствуют концентрациям, обеспечивающим ощутимое изменение характеристик двойного электрического слоя. Эти изменения в структуре и энергетическом состоянии гидратных слоев на поверхности природно-гидрофобных минералов обеспечивают в присутствии аполярных реагентов эффективную флотацию [4].

Таким образом, интенсификация флотационного обогащения на современном этапе развития возможна благодаря разработке новых реагентных режимов с использованием селективно действующих реагентов, которые позволят улучшить технико-экономические показатели флотации как за счет повышения извлечения ценного компонента в концентрат, так и благодаря сокращению времени флотации.


Библиографическая ссылка

Гришин И.А., Князбаев Ж.С. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ РЕАГЕНнЫХ РЕЖИМОВ ФЛОТАЦИИ УГЛЕЙ // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 12. – С. 87-90;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35729 (дата обращения: 22.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074