Разработка эффективных реагентов на основе промышленных концентратов ароматических углеводородов для процесса флотации каменных углей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.07, кандидат наук Гиззатов, Арнис Арсенович

• Гиззатов, Арнис Арсенович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Гиззатов, Арнис Арсенович

Введение 5

Цель работы 7

Научная новизна 7

Практическая ценность 8

Апробация работы 9

Публикации 9

Объем работы 10

Глава 1. Литературный обзор 11

1.1 Способы обогащения углей 11

1.2 Факторы, влияющие на эффективность флотационного процесса 19

1.2.1 Технологические параметры процесса флотации 19

1.2.2 Химический состав и строение углей и их влияние на флотацию угольной мелочи 20

1.2.3 Влияние реагентов-вспенивателей на показатели флотации 22

1.3 Анализ исследований по интенсификации реагентных режимов флотации каменноугольной мелочи 24

1.4 Выводы и основные направления дальнейших исследований 29 Глава 2. Объекты и методы исследований 31 2.1 Характеристики реагентов и углей 31 2.1.1 Основные реагенты 31

2.2.1 Ситовой и фракционный состав исследуемых углей 35

2.2.2 Петрографический и структурно-групповой состав исследованных углей 39

2.3 Турбодиметрический метод определения дисперсности эмульсии 40

2.4 Определение гидрофобизационной способности реагентов-собирателей и их смесей 42

2.5 Методика проведения лабораторных исследований процесса

флотации углей 43

2.6 Методика определения зольности концентратов 46

2.7 Методика исследования углеводородного состава реагентов-собирателей 46

2.8 Методика квантово-химических расчетов углеводородных систем 47

Глава 3. Исследования закономерностей процесса флотации среднезольного угля с применением реагентов на основе различных классов углеводородов и промышленных концентратов ароматических углеводородов 48

3.1 Исследование смесей технических продуктов алкилароматических углеводородов как флотореагентов для

процесса обогащения среднезольных углей 48

3.2 Исследование флотационной активности КОРСа и смолы пиролиза (ГФСП) в качестве добавок к дизельному топливу

66

Глава 4. Разработка реагентных режимов флотации высокозольных углей с применением композиционных флотореагентов на основе промышленных концентратов ароматических углеводородов 73

4.1 Исследование влияния зольности различных углей на эффективность процесса флотации с применением типичных собирателей 74

4.2 Исследование процесса флотации высокозольных углей с применением в качестве собирателя смесей ЛГКК и промышленных концентратов ароматических углеводородов 75

4.3 Разработка комплексного реагента для процесса флотации высокозольного угля на основе промышленных концентратов ароматических углеводородов 84

4.4 Технико-экономическое обоснование разработанного технического решения 90

Основные выводы 96

Список сокращений и условных обозначений 98

Список использованных источников 99

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка эффективных реагентов на основе промышленных концентратов ароматических углеводородов для процесса флотации каменных углей»

ВВЕДЕНИЕ

Развитие механизированных способов добычи каменных углей, снижение

доступных запасов различных технологических марок углей приводит к

возрастанию содержания в составе рядовых углей труднообогатимых

высокозольных классов крупностью до 0,5 мм. Угольная мелочь образуется также в процессе разрушения угля при транспортировке и прохождении через

технологические аппараты. Пенная флотация позволяет эффективно

перерабатывать данные фракции, что приводит к увеличению доли каменных

углей в общем энергетическом балансе.

Поиску эффективных реагентных режимов пенной флотации углей и разработке теоретических основ флотации было уделено большое внимание в

работах И.Н. Плаксина, В.И. Классена, В.А. Чантурия, Н.С. Власовой, Ю.Б.

Рубинштейна, В.Н. Петухова, A.A. Байченко, A. Nguyen, Н. Stechemesser, G.

Zobel и др. учёных.

Несмотря на огромное количество исследований, проведенных в данной области, в отечественной и зарубежной литературе отсутствует однозначное обоснование механизмов флотации, а высокая практическая значимость подбора реагентов-собирателей характеризует перспективность исследований в данном направлении.

На рынке отсутствуют доступные эффективные реагенты-собиратели и на отечественных фабриках по обогащению угольной мелочи вынуждены использовать товарные нефтепродукты, которые отличаются недостаточной флотационной активностью и переменным групповым углеводородным составом, что снижает показатели флотации.

В этой связи поиск новых компонентов реагентов-собирателей из доступных промышленных концентратов ароматических углеводородов на основе продуктов нефтехимии и полупродуктов нефтепереработки с высокой селективностью действия, а также разработка эффективных реагентных режимов с их применением для флотации каменных углей различной степени

минерализации и метаморфизма является перспективной и актуальной научно-

технической задачей. Данная задача согласуется с приоритетными направлениями

развития "Энергетической стратегии РФ на период до 2020 года",

предусматривающей увеличение угледобычи до 430 млн. тонн в год с долей

коксующихся углей до 20 %, что, в свою очередь, потребует высокое качество

углеобогащения и разработку более эффективных реагентных режимов флотации углей.

Актуальность исследований в данном направлении существенно возрастает

в связи с постоянным ухудшением качества рудной базы, вовлечением в

переработку труднообогатимых углей [1]. Несмотря на разработку теоретических

и практических вопросов обогащения труднообогатимых углей остается большое количество необходимых исследований, позволяющих выявить конкретные пути

совершенствования обогащения методом флотации в разрезе использования

флотореагентов.

Реагентный режим флотации является основным фактором, который определяет полноту извлечения минерального сырья и селективность процесса. Поскольку среди других способов обогащения углей флотационный является одним из дорогих, то использование научно-разработанного реагентного режима флотации углей позволяет получать концентраты, удовлетворяющие требованиям, предъявляемым коксохимическими предприятиями, а также снизить себестоимость производства флотоконцентратов.

Научные исследования и опыт эксплуатации УОФ определили практическую цель применения в качестве флотореагентов продуктов нефтехимических (далее - НХ) и нефтеперерабатывающих (далее - НП) предприятий, которые является обычно смесями углеводородов непостоянного состава. Тем не менее, улучшению флотационных свойств реагентов на основе регулирования состава смеси и соотношения в ней углеводородов уделяется недостаточное внимание.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Исследование закономерностей флотационного процесса каменных углей с применением промышленных концентратов ароматических углеводородов (АрУ) с целью изыскания реагентов с высокой флотационной эффективностью.

Из цели работы вытекают основные задачи исследования:

- исследование адсорбции различных классов углеводородов (на примере декана, децена-1, 1,3,6-триэтил бензол а) с угольной поверхностью;

исследование гидрофобизационных свойств индивидуальных АрУ и промышленных концентратов АрУ к угольной поверхности;

- сопоставительные исследования эффективности флотации среднезольных

каменных углей с применением в качестве реагентов-собирателей дизельного топлива (ДТ) и концентратов АрУ;

разработка эффективных рецептур для флотации высокозольных каменных углей с применением в качестве реагентов-собирателей дизельного топлива (ДТ) и промышленных концентратов АрУ;

- исследование комбинирования реагента собирателя и вспенивателя для флотации высокозольных каменных углей, разработка эффективного комплексного реагента.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Исследованием адсорбции на поверхности среднезольных углей технологической марки "К" и высокозольных углей марки "ГЖО" углеводородов различных классов с использованием газовой хроматографии установлено, что изменение теплоты адсорбции для алкилароматических углеводородов на 5,2 - 6,8 кДж/моль выше соответствующего показателя для предельных и непредельных углеводородов.

Выявлено, что время удерживания 1,3,6-триэтилбензола на поверхности угля выше в 4 и 10 раз по сравнению с модельными углеводородами парафинового (декана) и олефинового ряда (децена-1), соответственно.

С применением квантово-химических расчетов показано, что в молекулах 1,2- и 1,4- диэтил и 1,2,3- и 1,2,4-триэтилбензолов энергетически наиболее

выгодной являются конформации, в которых этильные фрагменты расположены по разные стороны ароматического кольца, а в молекулах 1,3-диэтил и 1,3,6-триэтилбензолов - по одну сторону.

Экспериментально подтверждено, что высокая эффективность кубового остатка ректификации этилбензола (КОРЭ) в процессе флотации обусловлена преобладанием в его составе данных триэтилзамещенных бензолов (1,3,6-триэтилбензолов), характеризующихся более выгодной пространственной ориентацией этильных групп, что способствует эффективной адсорбции КОРЭ на поверхности угольных частиц.

Исследованием комбинирования реагентов собирателей и вспенивателя, а также применением комплексных реагентов показана возможность повышения выхода флотоконцентратов на 8-19,5 % масс, в процессе флотации высокозольных труднообогатимых углей.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Показана возможность использования

промышленных ароматических концентратов КОРЭ и КОРС в качестве компонентов флотационных реагентов для обогащения угля методом пенной

флотации. Определены оптимальные их концентрации в смеси с ДТ для флотации

среднезольных углей технологической марки "К".

Разработаны рецептуры реагентов-собирателей на основе смесей промышленных продуктов ЛГКК и КОРЭ (10:90 % об.), ЛГКК и КОРС (20:80 % об.) для флотации высокозольного угля технологической марки "ГЖО". На примере принятого на углеобогатительной фабрике (УОФ) "Печорская ЦОФ" ОАО «Воркутауголь» реагентного режима показано, что применение данных продуктов в замен ДТ позволяет увеличить выход концентрата на 8-10 % масс.

Разработан и предложен способ флотации по обогащению высокозольного угля с применением комплексных реагентов. Показано, что применение комплексного флотореагента состава - 75% КОРЭ, 5% ЛГКК, 20% об. КОБС -кубовый остаток производства бутиловых спиртов) в процессе переработки

высокозольных углей, в замен дизельному топливу позволяет повысить выход концентрата на 20 % масс., степень извлечения горючей массы на 29 % масс.

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе при изучении курсов лекций по специализации и проведении учебно-исследовательской и диссертационных работ студентов специальности 240403 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов» и 240401 «Технология переработки нефти и газа».

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований докладывались на: 57-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Уфа, УГНТУ, 2006; 58-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Уфа, УГНТУ, 2007 г.; ГУ-ой Республиканской студенческой научно-практической конференции «Научное и экологическое обеспечение современных технологий» Уфа, 2007 г.; У-ой Международной научно-технической конференции Уфа, УГАЭС, 2008 г.; Всероссийской научной конференции «Экологические проблемы нефтедобычи» Уфа, 2010 г.; Научной конференции «Экологические проблемы нефтедобычи» Уфа, 2010 г.; Ш-ей Международной научной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» Уфа, 2011 г.; У1-ой Научно-практической конференции молодых специалистов предприятий и организаций Приволжского федерального округа, г. Тольятти, 2012 г.; 10-й Международной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов севера: проблемы и решения» Воркута, 2013 г.; Международной научно-технической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук» Уфа, 2013 г.; УП-ой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ООО "ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез", Пермь, 2014 г.

ПУБЛИКАЦИИ. Опубликовано И научных работ: 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, и 7 в материалах Международных и Всероссийских конференций.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация изложена на 119 страницах машинописного текста, состоит из введения, основной части из 4 глав, основных выводов, списка литературы из 187 наименований, включает 27 рисунков, 42 таблицы.

Автор выражает огромную признательность Ибрагимову Азамату Айдаровичу, к.т.н., доценту кафедры «Нефтехимия и химическая технология» ФГБОУ ВПО «Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет» за помощь и участие в ходе проведенных исследований.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1 Способы обогащения углей

В промышленности традиционно принято выделять четыре основных способа и метода пенной флотации для обогащения каменных углей [2]. В таблице 1 представлены схемы флотации.

Таблица 1 - Технологические характеристики флотации

Образование пузырьков Способ получения газовой фазы

Камера флотации Барботажный способ Пневмомеханический способ Электрохимический способ

Сатуратор Компрессионный способ Вакуумный способ

Частичное насыщение в сатураторе Компрессионный способ Вакуумный способ

Насыщение газом очищенной воды, подаваемой на очистку Компрессионный способ Гидромеханический способ

Технико-экономическая эффективность выбора той или иной схемы

флотации зависит от анализа образующихся флотационных комплексов и

необходимого уровня очищения сточной воды.

В каждую флотационную установку входит ряд обязательных элементов, к

которым относится камера флотации, система распределения потока обрабатываемый сточной воды, устройство получения и система распределения

диспергированной газовой фазы, а также устройства для изъятия и сбора

получаемого флотошлама [3,149]. Остальные особенности конструкций установок

флотации связаны в основном с тем, каким способом происходит получение

газовых пузырьков. На рисунке 1 приведена принципиальная технологическая

схема флотации [4].

Исходная пульпа

Рисунок 1 — Принципиальная технологическая схема флотации угля

Согласно практическим данным, на большинстве отечественных

углеобогатительных фабрик для получения кондиционных продуктов за один прием, применяются прямые схемы флотации, по которым пенный продукт со

всех камер направляется в концентрат, а хвосты удаляются из последней камеры.

Прямые схемы применяют обычно при зольности питания не более 20% и

флотации разреженных пульп. На рисунке 2 представлена схема прямой

флотации.

-I Питание

ь

Основная флотация

——щхэд,

Пенный прод. У 1

Перечистим флот. Контрольная флот.

Г I У-1

V Кондекграт ^^ {

Хвосты

Рисунок 2 - Схема прямой флотации угля

При флотации угольных шламов повышенной зольности применяют сложные схемы или простые (прямые) с разбавлением пульп. Наиболее распространенной является схема с перечистной флотацией концентрата последних камер [2]. Значительно реже при флотации очень зольных и сильнообогатительных шламов используется схема с перечищением всего концентрата основной флотации [2]. При большом объеме концентрата его перечищают в отдельной машине.

При этом технологические показатели флотации колеблются в широком диапазоне в зависимости от зольности исходного питания, шламообразования и других факторов, влияющих на выбор схемы флотации [3].

Флотацию проводят во флотационных машинах. Основными элементами

всех флотационных машин являются:

1) Камера с приемным и выпускным отверстиями для пульпы и

регулятором уровня пены;

2) Импеллер - устройство для перемешивания пульпы в камере, необходимое для того, чтобы минеральные частицы не осаждались на дно камеры. Это же устройство служит для образования и распределения пузырьков воздуха в пульпе;

3) Пеногон - устройство для удаления пены.

Флотацией, как и другими способами обогащения, редко удается за одну

операцию получить кондиционный концентрат и отвальные хвосты с

минимальным содержанием полезного минерала [4]. Для повышения содержания

полезного минерала и снижения количества посторонних примесей, концентрат

основной флотации подвергают одной или нескольким перечисткам. Снижение содержания полезного минерала в хвостах основной флотации достигается при

помощи контрольных флотаций. При этом образуются промежуточные продукты,

подвергающиеся дальнейшей обработке.

а

Руда

I/

Основная флотация

\

Перечастная

V

Контрольная

Концентрат 6 Руда

I/"

Хвосты

О о О о о о о о о о

Перечистка Основная флотация Контрольная

Концентрат

Хвоагш

Рисунок 3 - Простая схема флотации и распределение камер флотационной

машины по операциям На рисунке 3 (а) показана простая схема флотации, включающая основную, перечистную и контрольную операции. На сегодняшний день одним из эффективных способов обогащения тонких шламов крупностью до «нуля» является пенная флотация, которая основана на различиях в физико-химических свойствах поверхности угольных частиц и пород [5]. Аналогичные способы обогащения (масляная агломерация, пенная сепарация и т.д.) не получили широкого практического применения [5].

В промышленности процесс флотации осуществляют в аппаратах, называемых флотационными машинами. В машинах должно происходить перемешивание пульпы с тем, чтобы минеральные зерна не выпали в осадок, насыщение пульпы воздушными пузырьками (аэрация), их минерализация и

подъем на поверхность пульпы. Кроме того, необходимо создание спокойной

зоны пенообразования на поверхности, чтобы не разрушить пенный слой.

По способу перемешивания и аэрации пульпы флотационные машины

разделяют на механические, пневматические и пневмомеханические.

В механической машине (рис. 4, а) перемешивание пульпы, засасывание воздуха и

его разбиение на пузырьки осуществляют вращением на валу 2, помещенного

внутри трубы 4, диска (импеллера) с радиально расположенными на нем лопатками 3. Насыщенная воздухом пульпа поступает в камеру. Пенный продукт

удаляют с помощью гребкового устройства 5. Камерный продукт поступает в

следующую, последовательно работающую камеру, или разгружается в качестве

хвостов, если процесс флотации завершен.

Пенный продЬкт

П

Камерный продукт

Рисунок 4 - Схемы механической (а) и пневмомеханической (б)

флотомашин

В пневмомеханических машинах (рисунок 4, б) аэрирование пульпы

осуществляют подачей сжатого воздуха во вращающийся на валу 1 импеллер 2, которым перемешивают пульпу и воздух. Камерный продукт удаляется через

окно 3 в боковой стенке камеры. На углеобогатительных фабриках страны

применяют в основном механические флотационные машины [5].

Уголь является легко флотируемым минералом, т. к. обладает высокой

природной несмачиваемостью поверхности, особенно основные марки

коксующихся углей (К, Ж, ОС). Поэтому при флотации углей применяют простые схемы, состоящие из одной операции. При такой схеме пенные продукты всех камер объединяют в общий концентрат, а хвосты получают из последней камеры. Для труднообогатимых углей используют схемы с повторной флотацией всего или части пенного продукта. В таблице 2 представлены альтернативные методы обогащения угольных шламов.

Таблица 2 - Альтернативные методы обогащения угольных шламов

Способ флотации Область применения Преимущества Недостатки

1 2 3 4

Тяжелосредные гидроциклоны Флотация углей крупности 0,5 мм, в ряде случаев - 0,1 мм [2] Высокая точность разделения; эффективное обогащение углей трудной обогатимости; высокая точность регулирования плотности разделения Повышенные эксплуатационные затраты

Отсадочные машины Для обогащения углей средней обогатимости Универсальность: возможность эффективного обогащения углей различного фракционного и гранулометрического составов в широком диапазоне их марок и обогатимости; Простота технологии; Высокая удельная производительность составляет 5-20 т/ч на 1 м2 рабочей площади отсадочной машины; Низкая энергоемкость процесса. Низкая эффективность при обогащения мелких классов углей

1 2 3 4

Четырехвитковые спиральные сепараторы Для переработки шламов из внешних шламоотстойников Низкие капитальные и эксплуатационные затраты, простота устройства; Ограниченный диапазон плотности разделения; Низкая эффективность обогащения частиц крупностью менее 0,15 мм; Относительно невысокая удельная производительность по питанию.

Семивитковые спиральные сепараторы Для обогащения тонкого шлама крупностью 0,15-0,4

Концентрационные столы Для обогащения углей крупностью 0,2-3(6) мм с высоким содержанием серы для удаления пиритной формы серы Простота устройства; возможность эффективного обессеривания углей. Низкая производительность; трудность регулирования плотности разделения; большие установочные площади; большой удельный расход воды.

Сепараторы с качающейся постелью или гидросайзеры Для обогащения углей с крупностью 0,08-3 мм [3] Относительная простота устройства, возможность обогащения углей по низкой плотности разделения, возможность автоматического регулирования плотности разделения, относительно высокая производительность. Низкая эффективность обогащения углей трудной обогатимости; потребность в чистой оборотной воде для обеспечения процесса обогащения; узкий класс крупности частиц эффективно обогащаемых в одном аппарате.

Фильтрующие центрифуги Для обогащения углей крупностью 0,2 (0,3)-1мм Повышенные способности по обезвоживанию и частичной классификации по крупности; обеспечение возможности получения осадка, качество которого соответствует требованиям к концентрату Низкая эффективность обогащения углей трудной обогатимости.

Таким образом, проведенный анализ технологических схем, а также аппаратурного оформления показал, что пенная флотация эффективнее извлекает частицы угля от 0,05 до 0,5 мм, поэтому этот вид обогащения является более распространенным в угольной промышленности.

Флотационный процесс обогащения состоит в разделении

компонентов измельченного полезного ископаемого на основе различной

способности их удерживаться на границе раздела фаз. Отделяемые частицы при этом всплывают или отделяются другим способом вместе с фазой, к которой

они прилипли. Флотация ведется в водной среде (первая фаза), другой фазой

является воздух или иной газ, значительно реже - масло. В свою очередь,

различают пенную, пленочную и масляную флотацию [6].

При пленочной флотации руда (0-0,5 мм), поступающая на разделение, подается с небольшой высоты на водную поверхность (первая фаза). Гидрофильные частицы, которые не смачиваются водой, остаются на поверхности и выделяются во флотационный продукт, а смачиваемые водой -переходят в нее [6].

Масляная флотация состоит в избирательном смачивании поверхности минералов, которые диспергированы в водной среде жидким маслом (керосином и др.), образующиеся при этом агрегаты частиц минерала, включенные в масляные оболочки, всплывают на поверхность пульпы [6,78,152].

В начале развития флотационного процесса применялось лишь отделение пустой породы от ценных компонентов, последнее время извлекались в один общий - коллективный концентрат. Впоследствии были разработаны методы разделения руды на несколько продуктов с выделением ряда. В зависимости от фракционного состава применяют различные методы обогащения (таблица 3).

Фракционный состав угля Метод обогащения Принцип работы

0,5 до 300 мм Гравитационные методы обогащения, флотогравитация Заключаются в разделении частиц под действием собственного веса и сопротивления среды и основаны на различии в плотности минеральных зерен

0-0,5 мм Флотационные методы обогащения Разделение компонентов полезного ископаемого из-за различной способности их удерживаться на границе раздела фаз

1.2 Факторы, влияющие на эффективность флотационного процесса 1.2.1 Технологические параметры процесса флотации

На основании анализа работы промышленных установок, а также исследований проведенных в данной области определено, что оптимальная плотность питания флотации составляет 80-120 кг/м3. Также необходимо отметить, что положительно сказывается на результатах флотации подогрев пульпы до 27-30 °С [7].

Для повышения эффективности флотации применяют дробную загрузку реагентов - часть реагентов подают в пульпу перед флотацией, а часть -непосредственно в камеры флотационной машины [7].

Оптимальное время флотации, то есть необходимая продолжительность пребывания пульпы в машине, зависит от свойств флотируемого угля и условий флотации и составляет, согласно практических данных 5-9 мин [8,53,179].

Реагентный режим флотации предусматривает состав реагентов, их количество и способ (точки) загрузки. Расход собирателя, как правило, составляет 600-1500 г/т, допустимый интервал расхода пенообразователя находится в

пределах 20-200 г/т. Как недостаток, так и избыток реагентов ухудшают показатели флотации, что подтверждено многократными исследованиями и результатами практических данных [8,99].

1.2.2 Химическое состав и строение углей и их влияние на флотацию

угольной мелочи

Известно, что поверхности каменного угля не эквивалентные вследствие,

неоднородности молекулярного строения и химического состава вещества угля.

Наличия пор, минеральных включений и шероховатости поверхности угля

оказывает существенное влияние на элементарный акт флотации [9,97].

По внешним признакам макроингредиенты углей делят на блестящие -

витрен, кларен, а также на матовые - дюрен и фюзен [10]. Данные составляющие

чаще располагаются слойно, что придает каменным углям полосчатую структуру.

На основании рассмотрения множества материалов экспериментов и работ

по изучению структуры, свойств каменноугольной мелочи, учеными предложена

модель среднестатистическая структурная единица органической массы углей

[11]. Она отражает основные характерные особенности и не описывает

конкретное химическое строение. Данная модель содержит пять структурных

фрагментов - это ароматические конденсированные кольца (менее пяти),

фрагменты циклоалкановых углеводородов, функциональные подгруппы (-ОН-

8Н;-КН2;-СООН;), алкильные заместители и «мостиковые» группы, такие как -

(СН2)п-; -О-; -0-СН2-; -ЫН-; -Б-; -СА- и др. Модель воспринимает изменения

соотношений структурных фрагментов от степени метаморфизма вещества угля. С повышением стадии метаморфизма углей количество ароматических

конденсированных колец растет, а количество функциональных групп, алкильных

заместителей, циклоалкановых фрагментов и «мостиковых» групп - падает.

Преимущество данной модели - отражение наиболее значимых элементов

макромолекулы угля, в наибольшей мере влияющих на смачиваемость частиц

угля водой и образование комплексных единиц «пузырек-частица» при флотации углей, а также адсорбция на их поверхности реагентов [98]. По степени метаморфизма каменных угли классифицируются следующие различные их марки (таблица 4).

Таблица 4 - Характеристика разных марок каменных углей

Марка угля Элементный состав, % Выход летучих веществ, % Уд. теплоемкость, кДж/кг*К Уд. Теплота сгорания, МДж/кг

С Н N О+Б

Длинопламенные 80 5,5 1,8 12,7 43 1,30 33,28

Газовые 84 5,0 1,7 9,3 38 1,21 35,38

Жирные 87 5,0 1,5 6,5 33 1,21 35,38

Коксовые 88 4,8 1,5 5,7 24 1,11 36,00

Отощенные спекающиеся 89 4,5 1,5 5,0 14 1,10 36,00

Тощие 91 4,0 1,0 4,0 12 1,09 35,59

Несмотря на достижения в раскрытии вопросов о строении каменных углей, некоторые практические аспекты к настоящему времени недостаточно изучены. Исследователи связывают рост флотационных свойств угольных частиц от низшей к средней стадии метаморфизма при уменьшении функциональных гидрофильных групп и изменениями характера пор и пористости [12]. Переход к тощим углям и антрацитам приводит к снижению флотируемости и объясняется уменьшением по причине удаления во время метаморфизма гидрофобных компонентов углей - углеводородов.

Современные представления свидетельствуют о том, что именно надмолекулярная структура каменных углей в большей степени ответственна за многочисленные специфические свойства, а главные технологические -спекаемость и коксуемость. Одним из крупнотоннажных потребителей каменных углей являются ТЭК и коксо-химические производства (более 25% преимущественно марок Г, Ж, К, ОС). При этом получают кокс, коксовый газ и ряд ценных химических продуктов. При переработке каменных углей в

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гиззатов, Арнис Арсенович, 2015 год

и и я

ч

О)

н я м а

а о И

80 75 70 65 60 55 50

175

69

64

Ьг

72

60

10 20 30 40 50 60 70 Содержание фракции 170-197 в ДТ, %

80

90 100

Рисунок 15 - Зависимость выхода концентрата и извлечения горючей массы

угля от концентрации промежуточной фракции 170-197 оС в ДТ Установлено, что максимальный выход концентрата 66 % масс, при извлечении горючей массы в концентрат 77 % масс, наблюдается при концентрации диэтилбензольной фракции с 1КИП =208-217 °С в составе ДТ 75 % об. Для диэтилбензольной фракции с 1кип = 170-197 °С максимум выхода концентрата (64 % масс.) характерен при ее содержании 50 % об. в ДТ (рис. 15). Зольность полученных концентратов находится на допустимом уровне (табл. 25).

Показано, что введение в состав ДТ ароматизированных фракций, состоящих из диэтил- и триэтилбензолов, способствует повышению выхода на 810 % масс., а извлечение возрастает при этом на 5,0 - 7,0 % масс., что, на наш взгляд, обусловлено повышение гидрофобизационной активности реагента, а

также оптимизацией углеводородного состава за счет перераспределения насыщенных (неполярных) и ароматических компонентов (полярных) [141,141].

Результаты исследований широкой фракции КОРЭ в качестве реагента собирателя представлены в таблице 26 и на рисунке 16.

Таблица 26 - Показатели флотационной активности дизельного топлива при добавке технического продукта КОРЭ

Реагентный режим Показатели флотации, %

ДТ КОРЭ Общий расход реагентов ,кг/т Продукты флотации Выход Зольность Извлечение горючей массы в концентрат Извлечение минеральной массы в отходы Коэффициент селектив ности

Соотношение компонентов в смеси

100% дт- 1,3 кг/т КОБС - 0,2кг/т 0 1,5 Концентр. 58 7,0 69,6 82,0 0,755

Отходы 42 43,9

Исходный 100 22,5

90 10 1,5 Концентр. 66 7,2 79,0 78,9 0,790

Отходы 34 52,2

Исходный 100 22,5

75 25 1,5 Концентр. 70 9,2 82,0 71,4 0,765

Отходы 30 53,3

Исходный 100 22,5

50 50 1,5 Концентр. 82 9,2 94,0 59,2 0,746

Отходы 18 73,9

Исходный 100 22,5

40 60 1,5 Концентр. 78 10,1 89,3 65,0 0,761

Отходы 22 66,5

Исходный 100 22,5

0 100 1,5 Концентр. 84 13,8 98,5 50,8 0,707

Отходы 16 68,2

Исходный 100 22,5

При содержании фракции КОРЭ в составе ДТ до 50 % об. достигаются

наилучшие показатели флотации: выход концентрата - 82 % масс., извлечение -94 % масс, (рисунок 16), что подтверждает ранее проведенные исследования гидрофобизационной способности технических продуктов на марке угля "ОС" (таблица 19). Зольность концентратов составляет 9,2 % масс., что свидетельствует о высоких селективных свойствах комплексного реагента.

■ Выход, %

■ Извлечение горючей массы, %

я

н я

м

я а о С

100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50

| 94

82 1 „

79 __ 1 О^

69

Г

58___"" |

89

78

10

20 30 40

Содержание КОРЭ в ДТ, %

50

60

Рисунок 16 - Зависимость выхода концентрата и извлечения горючей массы

угля от концентрации фракции КОРЭ в ДТ Для обоснования более высокой эффективности КОРЭ по сравнению с ДЭБ проведены квантово-химические расчеты в программе ВЗЬУР/6-ЗЮ(с1). Осуществлен расчет наиболее термодинамически выгодных конформаций изомеров среди ди- и триэтилбензолов (основных компонентов КОРЭ).

Наиболее предпочтительной конформацией для 1,2- и 1,4-диэтилбензолов является та, где этильные фрагменты расположены по разные стороны относительно бензольного кольца, для 1,3-диэтилбензола - по одну сторону (рисунок 17).

ч, ~

/ ^

I с *

А

с*- 1«

<

1,2 - диэтилбензол 1,3- диэтилбензол 1,4 - диэтилбензол Рисунок 17 - Пространственная структура диэтилбензолов Энергетически выгоднее для 1,2,3- и 1,2,4-триэтилбензолов являются конформации, в которых этильные фрагменты расположены по разные стороны, относительно ароматического кольца, для 1,3,6-триэтилбензола — по одну сторону (рисунок 18).

^ V. с

1,2,3 - триэтилбензол 1,2,4 - триэтилбензол 1,3,6 - триэтилбензол

Рисунок 18 - Пространственная структура триэтилбензолов

Расположение этильных радикалов по одну сторону бензольного кольца в

молекулах полиалкилбензолов положительно влияет на процессы их адсорбции

на поверхности угля, ее гидрофобизации и, соответственно, флотируемости углей.

Высокая флотационная активность смеси широкой фракции КОРЭ с ДТ

обусловлена преобладанием в составе широкой фракции КОРЭ изомеров с

расположением этильных радикалов по одну сторону бензольного кольца [141].

Для сравнения скорости флотации проведены кинетические исследования

флотации каменноугольной мелочи Карагандинского месторождения с

использованием ДТ и смеси КОРЭ с ДТ. Высокую флотационную активность

показала смесь КОРЭ с ДТ в соотношении 50:50 (рисунок 19). Флотацию

проводили при ранее принятых технологических параметрах [57]. Для сравнения

скорости флотации проведены кинетические исследования флотации

каменноугольной мелочи Карагандинского месторождения с использованием ДТ

и смеси КОРЭ с ДТ. Высокую флотационную активность показала смесь КОРЭ с

ДТ в соотношении 50:50 (рисунок 19), что также проработана в работах других авторов [119].

80 -1 75 -70 -

Кинетика флотации

о С]-1-1-1-1-1-1-1-1

О 10 20 30 40 50 60 70 80

Время флотации, мин

-х- Ху ДТ (расход 3 кг/т) —ДТ+КОРЭ (расход 1,06 кг/т)

Рисунок 19 - Кинетика процесса флотации ДТ и ДТ+КОРЭ

Выход флотоконцентрата при использовании реагента смеси КОРЭ с ДТ выше соответствующих значений ДТ на всем исследованном интервале, несмотря на то, что расход комплексного реагента собирателя в 3 раза ниже по сравнению с расходом типового реагента собирателя (рисунок 19) что подтверждается и рядом исследований других авторов [117].

3.2 Исследование флотационной активности КОРСа и смолы пиролиза

Далее приведены исследования по поиску эффективных реагентов с высоким содержанием производных ароматических углеводородов на основе

кубового остатка ректификации стирола (КОРС). Групповой состав КОРСа

приведен в таблице 9.

Флотацию проводили при ранее принятых технологических параметрах.

Результаты показателей процесса флотации с применением в качестве реагента

модельных смесей КОРСа в ДТ представлены на рисунке 20. Наиболее высокие

показатели процесса флотации получены в случае соотношения ДТ:КОРС в

пределах 50:50 % об. При этом соотношении использование комплексного реагента позволило получить выход флотоконцентрата 78,0 % масс, с зольностью

(ГФСП) в качестве добавок к дизельному топливу

8,5 % масс., что на 20,0 % масс, выше по сравнению с ДТ. Извлечение повышается на 22,5 % масс., а зольность отходов флотации увеличивается с 43,9 до 72,1 % масс, (таблица 27), что свидетельствует о высокой селективности комплексного реагента собирателя при данном соотношении компонентов.

Таблица 27 - Показатели флотационной активности дизельного топлива при добавке технического продукта КОРС

Реагентный режим Показатели флотации, %

ДТ КОРС Общий расход реагентов ,кг/т Продукты флотации Выход Зольность Извлечение горючей массы в концентрат Извлечение минеральной массы в отходы Коэффициент селектив ности

Соотношение компонентов в смеси

100% дт- 1,3 кг/т КОБС - 0,2кг/т 0 1,5 Концентр. 58,0 7,0 69,6 82,0 0,755

Отх. 42,0 43,9

Исх. 100,0 22,5

90 10 1,5 Концентр. 68,3 7,4 81,6 77,5 0,795

Отх. 31,7 55,0

Исх. 100,0 22,5

75 25 1,5 Концентр. 73,2 8,2 86,7 73,4 0,797

Отх. 26,8 61,6

Исх. 100,0 22,5

50 50 1,5 Концентр. 78,0 8,5 92,1 70,5 0,806

Отх. 22,0 72,1

Исх. 100,0 22,5

25 75 1,5 Концентр. 74,1 8,3 87,7 72,6 0,798

Отх. 25,9 63,1

Исх. 100,0 22,5

0 100 1,5 Концентр. 73,2 8,7 86,2 71,7 0,786

Отх. 26,8 60,2

Исх. 100,0 22,5

Рисунок 20 - Зависимость выхода концентрата и извлечения горючей массы угля от концентрации фракции КОР С в ДТ

Увеличение содержания КОРСа в смеси с ДТ более 50 % об. приводит к снижению флотационной активности комплексного реагента. Выход концентрата

в случае добавки 75 % КОРС в ДТ снижается на 3,9 %. При использовании в

качестве реагента собирателя технического продукта КОРСа наблюдается

ухудшение эффективности и селективности процесса флотации угля. Выход

концентрата снижается до 73,2 %, а зольность концентрата повышается с 8,5 % до

8,7 % (таблица 27). Это указывает на то, что при оптимальном соотношении ДТ и

КОРС наблюдается синергизм флотационной активности комплексного реагента в

связи с наличием в составе ДТ предельных и нафтеновых углеводородов, а в

составе КОРСа моноалкилароматических и биалкилароматических структур.

Таким образом, полученные результаты показывают перспективность использования в качестве эффективной добавки в технический продукт ДТ компонента — КОРС, который образуется в значительных количествах на нефтехимических предприятиях и является отходом производства. В настоящее время нарабатывается объем реагента состава (50 % об. КОРС - 50 % об. ДТ), для проведения его пилотных испытаний [64].

В рамках комплексных исследований возможных добавок ароматизированных фракций в качестве эффективных реагентов-собирателей,

производимых в промышленных масштабах проведены исследования влияния гидрированной фракции смолы пиролиза (ГФСП) на эффективность флотации.

Результаты исследований влияния ГФСП на эффективность флотации каменноугольной мелочи Карагандинского месторождения представлены в таблице 28 и рисунке 21.

Таблица 28 - Показатели флотационной активности дизельного топлива при

добавки технического продукта ГФСП

Реагентный режим Показатели флотации, %

ДТ ГФСП Общий расход реагентов ,кг/т Продукты флотации Выход Зольность Извлечение горючей массы в концентрат Извлечение минеральной массы в отходы Коэффициент селектив ности

Соотношение компонентов в смеси

100% дт- 1,3 кг/т КОБС - 0,2кг/т 0 1,5 Концентр. 58,0 7,0 69,6 82,0 0,755

Отходы 42,0 43,9

Исходный 100,0 22,5

95 5 1,5 Концентр. 70,0 7,5 89,5 76,7 0,800

Отходы 30,0 57,5

Исходный 100,0 22,5

75 25 1,5 Концентр. 60,0 5,5 74,0 86,7 0,798

Отходы 40,0 48,8

Исходный 100,0 22,5

50 50 1,5 Концентр. 66,0 6,3 79,5 81,5 0,807

Отходы 34,0 53,9

Исходный 100,0 22,5

25 75 1,5 Концентр. 68,0 6,5 82,5 80,4 0,812

Отходы 32,0 56,5

Исходный 100,0 22,5

0 100 1,5 Концентр. 60,0 6,2 72,8 83,5 0,779

Отходы 40,0 50,0

Исходный 100,0 22,5

Выход, % масс. —■— Извлечение горючей массы, % масс.

50 ----------

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Содержание ГФСП в ДТ, %

Рисунок 21 - Зависимость выхода концентрата и извлечения горючей

массы угля от содержания фракции ГФСП в ДТ

Исследованиями установлено, что максимальный выход флотоконцентрата

наблюдается при концентрации ГФСП 5 % об. Дальнейшее повышение

концентрации до 30 % об. приводит к снижению выхода концентрата. В области

концентраций добавки на уровне 60-80 % об. наблюдается повышенный выход концентрата - 68 % масс. Извлечение горючей массы проходит через максимум

при содержании ГФСП в пределах 40-45 % об. в ДТ.

Температура застывания данного реагента, которая выше -10 °С,

ограничивает использование ГФСП, как компонента реагента собирателя, в

умеренно-холодных и холодных климатических зонах.

Вероятнее всего, добавка технических ароматизированных фракций КОРЭ,

КОРСа в дизельное топливо приводит к изменению диапазона полярностей

углеводородов в составе комплексного реагента, что приводит к более

равномерной селективной адсорбции, что приводит к повышению гидрофобности

органической массы углей и повышению флотируемости угольной мелочи. Одной из причин повышения эффективности флотации при добавке ароматизированных

фракций в ДТ может являться изменение эмульгирующей способности

собирателей. В таблице 29 представлены результаты исследований

эмульгирующей способности модельных смесей в ароматизированных фракций в дизельном топливе.

Таблица 29 - Эмульгирующая способность реагентов собирателей и их смесей

Реагент - собиратель Оптическая плотность эмульсии реагентов в воде при их концентрации в воде, мг/мл

0,1 0,3 0,5 0,7 1,0

Дизельное топливо 0,32 0,40 0,45 0,49 0,66

Смесь ДТ с КС)РС(50:50) 0,45 0,54 0,61 0,72 0,83

Смесь ДТ с КОРЭ (50:50) 0,56 0,67 0,78 0,92 1,11

Смесь ДТ с ГФСП (95:5) 0,43 0,52 0,59 0,69 0,77

Оптическая плотность эмульсии реагентов в воде при введении КОРСа, КОРЭ в ДТ в количестве 50 % об. повышается на 30-40 % масс, на всем исследованном интервале концентраций реагентов собирателей в воде. Смеси дополнительных реагентов с ДТ позволяют получать эмульсии с более мелкими размерами, что оказывает положительное влияние на процесс адсорбции реагентов собирателей на угольных частицах, улучшению их гидрофобизации и флотируемости (см. табл. 27) [64].

Повышенная эмульгирующая способность смесей реагентов собирателей объясняется повышенной поверхностной активностью ароматических углеводородов присутствующих в КОРЭ, ГФСП и КОРС, по сравнению с предельными углеводородами алифатического и циклического (нафтены) строения.

Таким образом, в данной главе проведены исследования физико-

химических свойств углей, различной степени минерализации и метаморфизма.

Процесс флотации среднезольных углей с применением комплексных реагентов

собирателей показал, что при ведение в состав реагента собирателя

ароматических структур в определенных пределах позволяет значительно

улучшить селективность и эффективность процесса. Основные выводы данной главы следующие:

1) использование газовой хроматографии установило повышенную энергию взаимодействия алкилароматических углеводородов с угольной поверхностью по

сравнению с другими классами углеводородов. Время удерживания 1,3,6-

триэтилбензола и коэффициент ассиметричности хроматографического пика, характеризующий энергию взаимодействия реагента с угольной поверхностью,

при его адсорбции, выше по сравнению с деканом и деценом-1. Это указывает на

повышенную адсорбционную способность алкилароматических углеводородов

при взаимодействии с поверхностью исследованных углей и обеспечивает при

этом высокую ее гидрофобизацию и флотируемость.

2) с помощью применения квантово-химического метода в программе ВЗЬУР/6-ЗШ(ё) выполнен расчет выгодных конформаций изомеров среди диэтил- и триэтилбензолов. Расположение этильных радикалов влияет на энергию их адсорбции на угольной поверхности, ее гидрофобизацию и, соответственно, на флотируемость данных углей.

3) в процессе флотации угольной мелочи Карагандинского бассейна

технологической марки "К" с зольностью 22,5 масс. % из исследованных

технических продуктов НХ наиболее повышенные флотационные свойства

проявляет КОРЭ, в групповом химическом составе которого преобладают

диэтилбензолы и триэтилбензолы. Выход концентрата в случае использования в

качестве реагента КОРЭ повышается с 65,3 % до 74,5 % масс, по сравнению с

применением дизельного топлива, при одновременном увеличении зольности отходов с 77,9 % до 88,6 % масс.

4) при введении в ДТ высокоароматичного продукта нефтехимии КОРСа в пределах 50 % об., выход концентрата достигает 78 % масс., извлечение горючей массы - 92 % масс, в процессе флотации (среднезольных) углей марки "К". Зольность флотоконцентратов находится в допустимых пределах порядка 5-8%.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА РЕАГЕНТНЫХ РЕЖИМОВ ФЛОТАЦИИ ВЫСОКОЗОЛЬНЫХ УГЛЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПОЗИЦИОННЫХ ФЛОТОРЕАГЕНТОВ НА ОСНОВЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ

Результаты проведенных исследований показали возможность

эффективного использования в качестве компонентов флотореагентов промышленных концентратов ароматических углеводородов для процесса

обогащения среднезольной угольной мелочи. В тоже время необходимо отметить,

что флотация углей средней обогатимости не вызывает значительных сложностей

и применяемые реагентные режимы характеризуются относительно высокой

эффективностью. Однако, при флотации углей высокой степени обогатимости с

повышенной степенью дисперсности минеральных включений, в частности

высокозольных, в которых также значительно содержание глинистых и

окисленных соединений, применение в качестве реагента собирателя ДТ снижает

эффективность процесса обогащения угольной мелочи. Прежде всего, это

высокие расходы реагентов, низкое извлечение горючей массы в концентрат,

низкая селективность процесса флотации, повышенное содержание минеральных

компонентов в концентрате [77,121,178].

В этой связи изыскание новых селективно действующих реагентов для

процесса обогащения высокозольной угольной мелочи представляет собой

актуальную задачу [105,109,150]. В диссертационной работе проведены

исследования по разработке реагентных режимов на основе полупродукта

нефтеперерабатывающей промышленности ЛГКК, а также недорогих и доступных промышленных концентратов ароматических углеводородов (КОРЭ,

КОРС, ГФСП) с целью интенсификации процесса флотации высокозольной

угольной мелочи на примере УОФ "Печорская ЦОФ" ОАО «Воркутауголь».

Разработана нормативно-техническая документация, а также расчет технико-

экономических показателей для разработанного технического решения.

4.1 Исследование влияния зольности различных углей на

эффективность процесса флотации с применением типичных реагентов

собирателей

Анализ литературных данных, исследования других авторов и проведенные

нами исследования показали, что флотореагенты, которые применяются при

переработке среднезольной угольной мелочи, проявляют низкую эффективность в

случае флотации высокозольных углей. В таблице 30 представлены

сопоставительные показатели флотации угля Карагандинского и Воргашорского

месторождений. Флотацию проводили при ранее установленных параметрах [57].

В качестве собирателя использовали - ДТ, в качестве вспенивателя - КОБС.

Таблица 30 - Показатели процесса флотации различных углей с применением в качестве реагента дизельного топлива.

Показатели флотации Месторождение угля

Карагандинское Воргашорское

Исходная зольность, % масс. 22,5 37,7

Выход, % масс. 58,0 39,8

Извлечение горючей массы, % масс. 69,4 58,1

Зольность 1 концентрата, % масс. 4,7 8,9

Зольность 2 концентрата, % масс. 7,4 9,1

Коэффициент эффективности 83,1 72,5

Расход ДТ, кг/т 1,3 1,3

Расход КОБС, кг/т 0,1 0,1

Анализируя результаты, представленные в таблице 30, можно сделать

вывод, что в случае флотации угля Карагандинского месторождения достигаются

значительно лучшие показатели процесса, что, на наш взгляд, связано с

зольностью, компонентным составом и метаморфизмом данного угля. Процесс флотации высокозольного угля Воргашорского месторождения с применением в

качестве собирателя - ДТ характеризуется низкими выходами флотоконцентратов

на уровне 38-42 % масс, в зависимости от расхода реагента, а также средними

значениями зольностей полученных концентратов на уровне 8 - 9 % масс. Полученные результаты исследований согласуются с производственными данными наУОФ "Печорская ЦОФ" ОАО «Воркутауголь» (таблица 31) [141]. Таблица 31 - Промышленные показатели флотоотделения на УОФ "Печорская ЦОФ" ОАО «Воркутауголь»

Показатели флотации Воргашорское месторождение угля

Исходная зольность, % масс. 37,7

Выход, % масс. 42,1

Извлечение горючей массы, % масс. 60,5

Зольность концентрата, % масс. 8,8

Коэффициент эффективности 74,2

Расход ДТ, кг/т 1,3

Расход КОБС, кг/т 0,05-0,1

4.2 Исследование процесса флотации высокозольных углей с применением в качестве собирателей смесей ЛГКК и промышленных концентратов ароматических углеводородов

Как было отмечено ранее, одним из определяющих факторов,

обеспечивающих полноту извлечения полезной части (органической массы) угля

при флотации и себестоимость концентратов, является состав флотореагента

(собиратель и вспениватель), а также их доступность на рынке и приемлемая стоимость. При флотации труднообогатимой высокозольной угольной мелочи

обычными реагентными режимами, необходимо увеличивать расходы реагентов,

или, в некоторых случаях, заменять их более эффективными, а значит - более

дорогими.

В этой связи нами в качестве флотореагента исследован легкий газойль каталитического крекинга (ЛГКК), как альтернатива традиционному реагенту -дизельному топливу. В качестве добавки изучен ранее исследованный

промышленный концентрат ароматических углеводородов с высоким содержанием ароматических углеводородов в своем составе -КОРС.

В ходе исследований были подготовлены модельные смеси с различным соотношением вышеуказанных реагентов (% об.). Результаты исследований приведены на рисунке 22 и таблице 32.

Таблица 32 - Показатели флотационной активности смеси ЛГКК и КОРС в

процессе флотации угольной мелочи ЦОФ "Печорская" (зольность - 37,8 % масс.)

Реагентный режим Показатели флотации, %

ЛГКК КОРС Общий расход реагентов, кг/т Продукты флотации Выход Зольность Извлечение горючей массы в концентрат Извлечение минеральной массы в отходы Коэффициент селектив ности

Соотношение компонентов в смеси

100 % ЛГКК-1,3 кг/т КОБС - 0,2 кг/т 0 1,5 Концентр. 44,0 8,5 64,7 90,1 0,764

Отх. 56,0 60,8

Исх. 100,0 37,8

90 10 1,5 Концентр. 58,0 14,5 78,1 78,0 0,781

Отх. 42,0 68,2

Исх. 100,0 37,8

70 30 1,5 Концентр. 54,0 9,8 78,0 85,9 0,820

Отх. 46,0 70,2

Исх. 100,0 37,8

50 50 1,5 Концентр. 44,0 10,5 63,0 87,7 0,744

Отх. 56,0 58,9

Исх. 100,0 37,8

20 80 1,5 Концентр. 46,0 13,2 64,1 83,9 0,732

Отх. 54,0 58,4

Исх. 100,0 37,8

0 100 1,5 Концентр. 40,0 14,0 55,3 85,2 0,686

Отх. 60,0 53,7

Исх. 100,0 37,8

и и

га

г

05 И

Рисунок 22 - Показатели флотации Воргашорского угля в зависимости от

содержания КОРСа в ЛГКК

Как следует из рисунка 22, наибольший выход концентрата наблюдается

при концентрации КОРСа в ЛГКК в пределах 10 - 30 % об., при этом выход

органической массы составляет 58 и 54 % масс., соответственно.

Несмотря на то, что значения выхода и извлечения горючей массы, характеризуются незначительным минимумом в области концентраций КОРСа в

смеси 50 % об., в целом же наблюдается тенденция снижения выхода данных

показателей с увеличением содержания добавки в ЛГКК.

Необходимо отметить, что низкие значения зольности извлеченных

концентратов 8,5 и 9,8 % получены только при использовании чистого ЛГКК и 30

% об. КОРСа в ЛГКК. Зольность хвостов характеризуется максимумом в области

до 30 % об. КОРСа, что свидетельствует о более высоких селективных

флотационных свойствах реагента в данном интервале (таблица 32).

В целом же низкие выхода концентратов на уровне (40-58 % масс.)

объясняются высокой зольностью исходного угля (37,8 % масс.), как уже было

отмечено ранее, о чем также свидетельствуют сильное отличие значения

зольностей концентратов, которые меняются в пределах 8,5-14,5 % масс.

Предложенный комплексный флотореагент на основе смеси ЛГКК и КОРСа

характеризуется более высокой эффективностью в процессе обогащения угля, чем

дизельное топливо (таблица 30), что на наш взгляд, обусловлено, его химическим

составом. Ввиду высокого содержания алкилзамещенных ароматических

структур, а также наличия в составе КОРС конденсированных ароматических

соединений, обладающих повышенной энергией адсорбции на угольной

поверхности за счет р-электронов кратных углерод-углеродных связей,

происходит улучшение гидрофобизации угольных зерен. Не исключено и

явление синергизма двух технических продуктов [143]. Использование в качестве собирателя 100 % КОРСа характеризуется минимальной эффективностью при

этом выход составляет 40 % масс., а извлечение горючей массы находится на

уровне 52-53 % масс. При компаундировании компонентов в соотношении 20 %

об. КОРС и 80 % об. J1TKK, реагент, состоящий из углеводородов различного

класса и структуры характеризуется широким диапазоном полярностей, и более равномерно адсорбируется на поверхности, что в целом повышает

гидрофобность органической массы угля [65]. На наш взгляд, в процессе

флотации высокозольных углей, флотореагент должен содержать широкий круг

различных классов углеводородов, которые характеризуются различными

эффектами межмолекулярных взаимодействий (Ван-дер-Вальсовы

взаимодействия). Строение углеводородов и характер внутримолекулярных

связей определяется соотношением (ориентационной и индукционной), а также отталкивающей компонентой энергии взаимодействия молекул углеводородов с

минеральной поверхностью [65].

Таким образом, в ходе исследований установлено, что предлагаемый состав

флотореагента (30 % об. КОРСа - 70 % ЛГКК), характеризуется более высокой

эффективностью флотации, по сравнению с типовым реагентом собирателем - ДТ,

так как значение выхода флотоконцентрата выше на 12 % масс., а показатель

извлечения горючей массы выше на 17-18 % масс. [64].

Ранее проведенные нами исследования показали, что этилзамещенные

ароматические углеводороды в составе КОРЭ характеризуются высокой

эффективностью в процессе обогащения угольной мелочи средней степени

зольности, на примере угля Карагандинского месторождения и шахты Беловской [89]. На данном этапе изучено их влияние на примере модельных смесей в ЛГКК при обогащении высокозольной угольной мелочи. Результаты исследований влияния содержания ДЭБ в ЛГКК на показатели процесса флотации представлены на рисунке 23 и таблице 33.

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Содержание ДЭБ в ЛГКК, % об.

Рисунок 23 - Показатели флотации Воргашорского угля в зависимости от

содержания ДЭБ в ЛГКК Таблица 33 - Показатели флотационной активности смеси ЛГКК и ДЭБ в процессе флотации угольной мелочи ЦОФ "Печорская" (зольность - 37,8 % масс.)

Реагентный режим Показатели флотации, %

ЛГКК ДЭБ Общий расход реагентов, кг/т Продукты флотации Выход Зольность Извлечение горючей массы в концентрат Извлечение минеральной массы в отходы Коэффициент селектив ности

Соотношение компонентов в смеси

1 2 3 4 5 6 7 8 9

100 % ЛГКК-1,3 кг/т КОБС - 0,2 кг/т 0 1,5 Концентр. 44,0 8,5 64,7 90,1 0,764

Отх. 56,0 60,8

Исх. 100,0 37,8

90 10 1,5 Концентр. 39,0 12,9 54,6 86,7 0,688

Отх. 61,0 53,7

Исх. 100,0 37,8

70 30 1,5 Концентр. 42,0 12,1 59,4 86,6 0,717

Отх. 58,0 56,4

Исх. 100,0 37,8

50 50 1,5 Концентр. 46,0 12,1 65,0 85,3 0,745

Отх. 54,0 59,7

Исх. 100,0 37,8

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Концентр. 43,0 11,9

20 80 1,5 Отх. 57,0 57,3 60,9 86,5 0,726