автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Использование физико-технических методов для повышения эффективности сепарации угольных шламов

г/; од

£ и 1 ¡/к"'

На правах рукописи

БОЧАРОВ ВИКТОР ИВАНОВИЧ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СЕПАРАЦИИ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ

Специальность 05.15.11 - "Физические процессы горного производства"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 1997

Работа выполнена в Кузбасском государственном техническом университете

Научный руководитель -

доктор технических наук,

профессор

Байченко А.А.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Юсупов Т.С.

Ведущая организация -

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Заостровский А.Н.

институт Горного Дела СО РАН

Защита состоится " 29 « мол 1997 г

в /¿^ часов на заседании диссертационного Совета Д.063.70.02 при Кузбасском государственном техническом университете по адресу: 650026, г.Кемерово, ул.Весенняя, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кузбасского государственного технического университета.

Автореферат разослан "28 " апреля

1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

А.С. ТАШКИНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Одной из наиболее острых в углеобогащении является проблема эффективной сепарации высокозольных угольных шламов. Традиционные методы - пенная флотация, концентрация на столах и в тяжелосред-ных гидроциклонах не обеспечивают селективного обогащения частиц крупностью менее 50 мкм. Это приводит к потере дефицитной органической массы с отходами, со сбросами шламовых вод и создает к тому еще серьезные экологические проблемы.

Наличие шламонакопителей, наружных отстойников и гидроотвалов в Кузбассе приводит к загрязнению земли, воды и воздуха. Кроме того миллионы тонн угольных шламов, хранящихся в этих сооружениях, исключены из производственного цикла горного производства, хотя могли бы использоваться для вторичной переработай с получением товарных угольных продуктов - брикетов, пеллетов, водо-угольного топлива.

Альтернативой в решении этих задач может быть неградиционная технология сепарации угольных шламов, основанная на применении комплекса физико-технических и химических методов. Отличительной особенностью такой технологии является: низкие расходы реагентов, высокая удельная производительность и селективность разделения минеральных частиц при обогащении высокозольных тонкодисперсных угольных шламов в пульпах малой плотности.

В связи с этим разработка теоретических основ и практических решений применения эффективной сепарации угольных шламов в угольной промышленности является актуальной научно-практической задачей. Настоящая работа является составной частью научно-исследовательских работ, выполненных по планам Минуглепрома, региональной программы "Сибирь" (подпрограмма "Уголь Кузбасса", программы АН СССР по фундаментальным проблемам геологических и горных наук: 6.2.2.4 "Комплексное исследование региональных и глобальных геологических процессов и создание научных основ разработки месторождений полезных ископаемых" и программы СО РАН 12.9.1.2.3 "Разработка месторождений и обогащение полезных ископаемых".

Целыо работы является повышение эффективности сепарации тонкодисперсных угольных шламов для увеличения выхода товарного угля и снижения экологического воздействия на природу.

Основная идея работы состоит в использовании комплекса физико-технических методов для интенсификации процессов селективной сепарации угольных суспензий.

Задачи исследований:

- установить основные закономерности изменения агрегативной устойчивости. угольных дисперсий под действием различных типов полимерных флокулянтов;

- установить принципиальную возможность селективного разделения тонкодисперсных угольных и породных частиц при флотации;

- разработать и внедрить эффективные технологии сепарация угольных шламов.

Методы исследований:

- анализ и обобщение результатов научных исследований, лабораторных и промышленных испытаний;

-экспериментальные исследования процесса агрегации частац на модельных и природных дисперсных системах;

- методы нефелометрии при изучении адсорбции макромолекул полимеров на поверхности минеральных частиц;

- методы электронной микроскопии, рентгеновской дифрактомет-рии и микроэлектрофореза для определения минерального состава суспензий и электроповерхностных свойств частиц дисперсных систем;

- производственные эксперименты по определению технологических показателей флокулярной флотации, сепарации угольных шламов.

Научные положения, защищаемые автором:

- комплексное использование анионных, катионных и неионоген-ных флокулянтов является необходимым условием для снижения электрокинетического потенциала частиц и повышения эффективности сепарации угольных суспензий;

- метод флокулярной флотации, обеспечивает селективное разделение угольных и породных частиц только при совместном применении аполярных реагентов и флокулянтов;

Научная новизна работы:

- развит метод флокулярной флотации угольных дисперсий;

- теоретически обосновано применение аполярных реагентов в наиболее эффективной молекулярной форме;

- установлены закономерности адсорбции макромолекул флокулянтов дисперсными частицами из водных растворов и механизм агрегации и гетерокоагуляции дисперсных систем.

Лйчный вклад автора состоит:

- в теоретическом обобщении закономерностей влияния физических и физико-химических факторов на процессы адсорбции макромолекул флокулянтов и их влияния на агрсгативную устойчивость угольных дисперсий;

в исследовании флокуляции угольных дисперсий

водорастворимыми полимерами, в которых были найдены оптимальные режимы, обеспечивающие более полное разделение фаз при за-ганном расходе флокулянтов;

- в обосновании и разработке технологии сепарации угольных нламов и очистки шламовых вод.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций под-гверждаются:

- адекватностью результатов исследований сепарации на моделъ-шх и природных угольных дисперсий в лабораторных и промышленных условиях;

- экспериментально-аналитическими исследованиями угольных :успензий современными физико-химическими методами;

- высокой эффективностью предложенных технологических разра-5оток, подтвержденных результатами стендовых и промышленных ис-1ытаний.

Практическое значение работы заключается в том, что результаты ^следований и промышленных испытаний позволяют:

- прогнозировать эффективность действия коагулянтов, флокулян-:ов различного типа, состава и физико-химических свойств на процессы :епарации угольных шламов;

- обеспечить оптимальные условия применения физико-технических методов для интенсификации процессов сепарации угольных суспензий;

- эффективно очищать шламовые воды от тонкодисперсных частиц : последующим использованием ее в технологическом процессе в качестве оборотной.

Реализация выводов и рекомендаций работы:

- полученные в работе результаты лабораторных и промышленных 1спытаний являются составной частью выполнения крупной научно-ехнической программы реконструкции углеобогатительных фабрик и, в [астности, водно-шламового цикла, выполняемой КузГТУ в Кузбассе;

- разработаны и внедрены рекомендации по подбору эффективных элокулянтов и технологических режимов их использования на ЦОФ Березовская".

Апробация работы: основные положения диссертационной работы [вкладывались, обсуждались и получили положительную оценку на сим-юзиумах и международных конференциях: г.Кемерово, 1991 г.; г.Киев, 992 г.; г.Иркутск, 1993 г., 1994 г.; г.Закопане, г.Ширк Польша, 1996 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четы->ех глав, заключения, списка использованной литературы. Диссертация пложена на 120 страницах машинописного текста, включая 30 рисунков, 0 таблиц. Библиография содержит 99 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ научных работ и технических решений, выполненных от< явственными и зарубежными учеными в области физико-технических М( тодов сепарации дисперспых систем базируются на фундаментальных з; конах физической и коллоидной химии, теории устойчивости лиофоС ных коллоидов, развитых в трудах. В.Г.Левича, Б.В.Дерягин! С.С.Духина, А.А.Барана, С.С.Воюцкого, Ля Мера, Г.Зонтага, К.Штрег и др.

Избирательное изменение соотношения электростатических сил о: талкивания и сил притяжения, действующих на частицы в водных ра( творах, позволяет управлять устойчивостью дисперсных систем и прс . цессом агрегации частиц. Влияние коагулянтов и флокулянтов на эт процессы исследовались в основном на модельных дисперсных система (золи йодистого серебра, золота), в то время, как для решения наших зг дач необходимо это сделать на природных дисперсиях (уголь, пород; отходы флотации).

Работами М.А.Борца, В.С.Каминского, В.М.Неберы, А.А.Байчи ко, Ф.Д.Овчаренко, Г.Р.Бочкарева и др. этот пробел в какой-то степен восполнен, но отдельные вопросы, касающиеся устойчивости воде угольных суспензий и их сепарации, недостаточно изучены и требук дополнительных исследований и технологических решений.

В первой главе изложены результаты комплексных исследовали агрегативной и седиментационной устойчивости угольных и глинисты дисперсий в растворах электролитов, позволяющих регулировать и пр( гнозировать степень агрегации минеральных частиц в различных усл< виях.

Для описания структуры двойного электрического слоя (ДЭС) ча1 тиц в водных растворах необходимо знание ее трех параметров - повер: ностного потенциала - То, потенциала слоя Штерна - ЧЛ и электроки» тического потенциала - Электрокинетический потенциал соответств; ет потенциалу плоскости скольжения в результате действия внешних си Для большинства природных дисперсных систем величина дзет: потенциала является предопределяющей, что связывается с наличием и поверхности частиц полимолекулярного слоя жидкости с пониженно гидродинамической подвижностью и шероховатостью поверхности р1 альных тел. Этот параметр можно определить из прямых измерени электрофоретической подвижности частиц в электрическом поле.

В наших исследованиях определение электрокинетического поте!

мала - С, угля, витринита, фюзинита и вмещающей породы (аргиллита) [роводилось с использованием метода электрофореза.

Для электрофорешческих измерений использовали тонкодисперс-[ые фракции (1-3 мкм) частиц, полученных отмучиванием суспензий. Гинейная электрофоретическая скорость частиц измерялась в плоской чейке закрытого типа на стационарных уровнях. Электрокинетический ютенциал частиц вычисляли из данных о подвижности частиц по фор-1уле Смолуховского:

47Г-Г)-и

<г=-

Е-Н

(О

де Н - градиент электрического поля; /7- вязкость среды; и - линейная лектрофоретическая скорость частиц; Е - относительная диэлектриче-кая проницаемость.

Во всех опытах градиент потенциала Н составлял 4 В/см.

Основными объектами исследований были разбавленные и концен-рированные суспензии углей, концентратов и отходов флотации обога-ительной фабрики "Березовская"; пробы угольных пластов, их петро-рафические составляющие и углистый аргиллит, в котором глинистое ешество представлено гидрослюдой и гидромусковитом, •езультаты изучения электроповерхностных свойств угля и его петро-рафических компонентов показали, что угольные частицы в воде имеют трицательный электрокинетический потенциал - С (рисЛ).

з -е^О^маль]I

Рис. 1 .Зависимость электрокинешчес-кого потенциала угольных частиц от содержания в дисперсных системах хлорида калия (1), хлорида кальция (2) и хлорида аллюминия

(3).

[риведенные данные о влиянии рН среды на -потенциал иллюстриру->т сильное влияние рН не только на величину, но и на знак отенциала углей (рис.2). Ионы водорода и гидроксила являются потен-

к, Мб 20

циалопределяющими для данной дисперсии, как это имеет место и для активных углей. Изоэлектрические точки для образцов витри-нита, фюзинита и угля отвечали значениям рН 4,5; 3,9; 4,2 соответственно. Различие значений изо-электрических точек этих образцов обусловлено, очевидно, их неодинаковым зарядом и различным . соотношением гидро-ксильных и гидрофобных групп на их поверхности.

Проведенные опыты показали, что добавка хлоридов калия и кальция вплоть до 0,1 ммоль/л, не вносит существенного изменения в равновесное значение рН раствора, находящегося в контакте с частицами углей 2-5%-ной дисперсии. Введение в систему хлорида алюминия несколько снижает равновесную- величину рН (с 6,4 до 4,7 при увеличении концентрации соли от 0 до 0,1 ммоль/л), что может быть обусловлено гидролизом соли алюминия и преимущественной адсорбцией гидроксилионов на поверхности угля. В этом случае происходит перезарядка угольных частиц.

Для технологических процессов важно знать как меняется потенциал угольной суспензии в зависимости от продолжительности контакта частиц с водой или раствором электролита (табл. I).

С увеличением времени контакта частиц угля с водой возрастает ее электропроводность и содержание ионов в растворе. При этом изменяется концентрация противоионов диффузного слоя, и величина С-потенциала, достигая -(40-50)мВ. Чем выше значения отрицательного потенциала частиц, тем больше электростатические силы отталкивания и тем выше агрегативная устойчивость дисперсий. Поэтому необходимо свести до минимума время пребывания угольных частиц в воде.

Рис.2. Зависимость электрокинетического потенциала частиц угля от рН среды; 1- витринит; 2- фюзинит; 3- уголь.

Таблица 1

Кинетика изменения электрокинетического потенциала угольных частиц в воде

Продолжитель ноегь контакта частиц с водой, ч . Электрокинетический потенциал, мВ

Витринит Фюзинит Уголь

1 -21,3 -18,8 -26,4

24 -33,4 -30,5 -33,1

48 -35,7 -34,9 -36,0

72 -43,3 -38,3 -39,4

96 -50,2 -40,9 -45,9

Во второй главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований флокуляции угольных и глинистых дисперсий зодорастворимыми полимерами.

Изложению полученных экспериментальных данных предшествует рассмотрение свойств макромолекул в водных растворах. В качестве 1)докулянтов использовали: неионогенный по.'шэтиленоксид (ПЭО), ка-гионный полимер ВПК-402, анионный полиакриламид (11АА) и импорт-ше флокулянты, синтезированные на основе полиакриламида Магнафлок).

Активность макромолекул этих флокулянтов зависит от их размена, конформации в водных растворах, а также характера и условий ад-юрбции на поверхности дисперсных систем. Кроме того, основной ха-зактеристикой полимера является состав элементарного звена, молеку-шрная масса, фракционный состав и величина заряда макроиона. Все 1ТИ характеристики определяют условия растворения полимера кинетика, вязкость) и использование полимера в технологических провесах. С увеличением молекулярной массы полимеров повышается фло-;улирующая активность, но снижается их растворимость, что затрудняет фименение флокулянтов на практике. Поэтому флокулянт целесообраз-ю использовать в виде тонкодисперсного порошка, хорошо раствори-юго в воде.

Изменение устойчивости полимерсодержаших дисперсных систем >пределяется характером и кинетикой адсорбции макромолекул на по-ерхности угольных частиц и частицах глинистых минералов. Величину дсорбции полимеров оценивали но разности их концентраций в растворе до и после контакта с частицами дисперсных систем; концентрацию щокулянта в растворе определяли как интерферометрическим методом, ак и по скорости седиментации активного угля.

В начальной стадии процесса адсорбции, когда покрытие поверх ности еще незначительное, кинетика адсорбции будет определяться ди<£ фузией макромолекул к поверхности. По мере ее заполнения адсорбци будет уменьшаться из-за уменьшения числа доступных на поверхност мест. Поскольку скорость адсорбции определяется числом встреч части с макромолекулами в единице времени и объема, то с ростом концентре ции полимера скорость адсорбции должна расти, что и наблюдается опытах, особенно при увеличении концентрации флокулянта в систем! Процесс адсорбции полимера протекает в основном в течение первых минут, а через 20 минут макромолекулы полностью извлекаются ди< персными частицами из жидкой фазы.

Разработка научных основ интенсификации процессов седимент* ции, сгущения, обезвоживания и фильтрации суспензий добавками фле кулянтов предполагает установление закономерностей и механизма де£ ствия этих реагентов на дисперсные системы. О степени флокуляции ра: бавленных суспензий углей мы судили по изменению светопропускани или оптической плотности системы D/Do, (где Do и D - соответственн величины оптической плотности исходной и содержащей определенны добавки полимеров угольных суспензий) от концентрации в них пош этиленоксида (рис.3), а также по изменению коагулирующих концентр; ций электролитов в присутствии различных добавок полимера.

При этом обнаружен; следующие закономерш сти: флокулирующие дейс вие полимеров усиливает« с ростом молекулярно массы образца; добавк электролитов приводят дополнительному увелич нию степени флокуляци т.е. в этом случае уменьши ется расход флокулянт: требуемый для достижего определенной степени фл( куляции. С ростом соде] жания дисперсной фазы oi тимальная доза полимер уменьшается, т.е. в конце! трированных дисперсш

Рис.3. Зависимость изменения относительной оптической плотности угольных суспензий от содержания в них полиэтиле-ноксидов с молекулярной массой 3,5-105 требуется меньший удел: (1); 1,5-10б (2) и 2,2-106 (3) ный расход реагента г

сравнению с разбавленными; флокуляция наиболее эффективна при использовании так называемой "двойной добавки" полимера, когда к половине исследуемой суспензии сначала добавляется вся требуемая доза реагента, а затем эта дисперсия смешивается со второй половиной исходной суспензии. Очевидно в этом случае создаются наилучшие условия для агрегации частиц по мостичному механизму.

Третья глава посвящена исследованию процесса флокулярной флотации тонкодисперсных угольных частиц. Турбулентная г«икрофлотация позволяет ускорить флотационную очистку шламовых вод в условиях усиленного насыщения объема суспензий микропузырьками газа и интенсифицированного транспорта микрочастиц на поверхность пузырьков в турбулентном потоке. При этом эффективность очистки воды микрофлотацией зависит как от гидродинамических условий флотации, так и от режима реагентной обработки воды.

Для интенсификации микрофлотации угольных дисперсий применяли синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ) и активные композиции высокомолекулярных флокулянтов: ВПК-402 и Магнафлок-1017. Эти соединения позволяют регулировать электроповерхностные свойства частиц и газовых пузырьков, что дает возможность управлять процессом извлечения тонкодисперсных частиц в условиях турбулиза-ции.

Эффективность захвата частиц радиуса "а" пузырьком, поверхность которого заторможена слоем ПАВ, определяется зависимостью

где II - радиус пузырька. При а < Я она очень мала и поэтому целесообразно увеличить размер захватываемых частиц путем флокуляции. Процесс агрегирования частиц существенно влияет на флотацию, если концентрация частиц превышает некоторое критическое значение:

где а - эффективность а1регирования частиц в поле простого сдвига.

Флокуляция частиц с учетом дисперсности пузырьков и частиц может привести к увеличению эффективности захвата взвеси на 1-2 десятичных порядка, что существенно ускоряет процесс флотационного извлечения микрочастиц. Однако, флокуляция интенсифицирует извлечение микрочастиц, если размеры агрегатов не превышают некоторое критическое значение, определяемое силой адгезии единичных частиц к пузырьку, размером частиц и их плотностью.

Разрывную силу Б, действующую на агрегат в поле простого сдвига можно оценить по формуле

Е- а3/2/112

(1)

Сс = 0,1Е 1а,

(2)

Б = 6 ка\-п-а

(3)

Если эта сила окажется больше, чем сумма сил единичных контактов в меридиальном сечении агрегата

fA = fa • Па (4)

где fa - сила сцепления двух частиц, па - число контактов в меридиальном сечении, то агрегат может разорваться еще до закрепления на пузырьке. Очевидно, что величина па зависит только от плотности агрегата. Отсюда ясно, что флотируемость агрегатов может лимитироваться не только силой адгезии частиц к пузырьку, но и силой сцепления отдельных частиц в агрегате.

Существует немало технологических процессов, в которых возникает необходимость транспоргаровки многофазных дисперсных систем по трубопроводу. В этих случаях течение имеет турбулентный характер, поэтому возникают условия для разрушения таких дисперсных систем вследствие турбулентной коагуляции и гетерокоагуляции. Существует оптимальный размер агрегата, обеспечивающий наиболее интенсивную флотацию в условиях турбулизации. Прочность и максимальный размер флокул существенно зависят от размера исходных частиц, градиента сдвига и типа флокулянта. При этом максимальный размер агрегата

адтах -(5)

ö-VG

. где G- градиент сдвига.

При использовании полимерных флокулянтов радиус устойчивых флокул может составлять 50-100 мкм даже в сравнительно жестких гидродинамических полях (G = 100-1000 с-1). Характерно, что максимальный размер флокул, получаемых при использовании неорганических коагулянтов, на 1-2 порядка меньше, что естественно снижает их ценность.

Агрегат, сформированный в результате закрепления звеньев мак-ромолекулярной цепи одновременно на нескольких частицах, может закрепиться и на пузырьке за счет адсорбции некоторой доли сегментов ш границе раздела вода-воздух. В этом случае возникают значительные си лы прилипания, противостоящие гидродинамическим силам отрыва.

Таким образом, основным преимуществом полимерных флокулян тов является значительное повышение прочности отдельных контактоь частиц в агрегате, без чего они теряют флотационную активность, дости гаемую за счет увеличения их размера и соответственно эффективности захвата.

Результаты изучения совместного действия аполярных реагентов электролитов и флокулянтов приведены на рис.4.

г. У.

80

90

г..

О

100

200 С, мг/п О

50

100 С,мг/л

а

д

Рис.4. Зависимость выхода (у) угольных частиц в концентрат от содержания электролитов (а) и флокулянтов (б) в системе: 1 - КС1; 2 - СаСЬ; 3 - А1СЬ; 1 - ВПК; 2 - ПАА; 3 - ПЭО. Угольные частицы предварительно обработаны керосином (0,8 мг/г)

Угольные частицы менее 50 мкм предварительно обрабатывались тонкодисперсной эмульсией керосина (с! =3,5 мкм) в течение 1 минуты, затем подавались электролиты или водные растворы флокулянтов. После контактирования их с угольными частицами (1 мин) подавался воздух и проводилась флотация в аппарате беспенной флотации. Время флотации 40 мин при расходе воздуха 5 мл/мин.

Предварительная обработка угольных частиц эмульсией керосина приводила к образованию в пульпе микроагрегатов ( 30 мкм), которые хорошо прилипали к пузырькам воздуха и легко извлекались в концентрат. При этом выход концентрата достегал 80%. Последующая добавка электролитов и флокулянтов способствовала увеличению размеров ранее образованных агрегатов за счет закрепления на них мелких частиц. При этом выход угольных частиц в концентрат увеличивался соответственно на 3-12% и 8-17%, т.е. электролиты и полимерные флоку-лянты не подавляли флотацию тонких шламов, а, наоборот, способствовали более интенсивному извлечению угольных частиц из суспензии. А это имеет большое значение в технологии флотации, так как время извлечения тонких угольных шламов в концентрат (без обработки их реагентами) значительно превышает время пребывания пульпы во флотационных машинах в условиях производства.

В четвертой главе рассмотрена возможность использования физи-

ко-технических методов ддя интенсификации процессов сепарации угольных шламов: сгущения, седиментации, фильтрования, флотации.

В качестве объекта для проведения испытаний новых технологий сепарации угольных шламов была выбрана ЦОФ "Березовская". Сырьевая база фабрики представлена труднообогатимыми углями, содержащими 30-40% класса 0,5-0,0 мм, в том числе 10-15% шламов менее 50 мкм с зольностью 20-25%. Вмещающая порода представлена в основном аргиллитом, размокающимся в воде с образованием большого количества тонко дисперсных глинистых шламов.

Тонкие угольные шламы разделялись недостаточно селективно, что приводило к попаданию высокозольных илов во флотационный концентрат, а затем после его фильтрования в фильтрат и оборотную воду. В то же время крупные угольные частицы неполно извлекались в пенный продукт и, попадая в отходы флотации( засоряли их и увеличивали потери угля. Этого можно избежать за счет применения более эффективных флокулянтов, флотационных реагентов и их композиций при очистке шламовых вод. Тем более, что такой путь интенсификации сепарации угольных шламов не требует значительных капитальных затрат и легко осуществляется без изменения технологической схемы действующих предприятий. На рис.5 приведена принципиальная схема селективной очистки шламовых вод.

Шламовые воды после классификации в багер-зумпфе направлялись на основную флотацию, задача которой состояла в максимальном извлечении угольных частиц во флотационный концентрат и получении высокозольных отходов флотации. Это достигалось несколько повышенным расходом реагентов (собирателя до 2 кг/т, вспенивателя до 300 г/т), подаваемых в виде тонкодисперсной эмульсии по отдельным камерам флотационной машины. Флотационный концентрат после пенога-шения поступал на вакуум-фильтры, куда подавался полиэтиленоксид (10-20 г/т). Фильтрат направлялся на селективную флотацию малых частиц. При этом получали концентрат с пониженной зольностью за счет применения вспенивателя при расходе 100 г/т и исключения из процесса аполярного реагента, который может омасливать тонкодисперсные породные частицы и переводить их в концентрат. Отходы флотации фильтрата (Аа= 68%) направлялись в гидроотвал совместно с отходами основной флотации.

В таблице 2 приведены результаты фильтрования флотационных концентратов в зависимости от расхода ПЭО, имеющего молекулярную массу - 2,2- 10б. Очевидно, что подача раствора ПЭО на фильтры обеспечивает рост производительности фильтров в два раза, снижение влажности осадка на 2% и содержание частиц в фильтрате в три раза.

Таблица 2

Технологические показатели работы вакуум-фильтров ДУ-80

Расход ПЭО, Влажность Производительн Концентрация час-

г/т осадка, % ость, т/ч тиц в фильтрате, г/л

0 27,9 10,9 82

10 26,7 14,9 32

15 25,5 20,6 27

20 25,9 21,7 25

25 26,4 23,5 29

30 26,5 22,3 35

ААР-2

КОБС

ШЛАМОВАЯ ВОДА

ФЛОТАЦИЯ ОСНОВНАЯ

ОСАДОК ВОБОРОТ

Рис.5. Принципиальная технологическая схема селективной очистки шламовых вод.

Измерения остаточной концентрации ПЭО в оборотной воде в течение месяца подтвердили, что даже в неравновесных условиях ПЭО полностью адсорбировался на поверхности дисперсных частиц и не накапливался в оборотной воде.

В таблице 3 приведены результаты флотации малых частиц фильтрата в отдельной флотационной машине. Плотность питания составляла 40 г/л, эмульсию КОБС подавали дробно (40, 30 и 30% соответственно в первую, третью и пятую камеры).

В условиях производства достигнута высокая селективность флотации тонких шламов при флотации частиц менее 5 мкм; при исходной зольности 11,0% были получены кондиционный концентрат с зольностью 8,4% и высокозольные отходы флотации (Ай = 79,0%). Это еще раз подтверждает, что ПЭО не подавляет флотацию тонких угольных шламов, а, наоборот, способствует увеличению скорости и селективности флотации малых частиц.

Таблица 3

Селективная флотация малых частиц фильтрата

Классы, мкм Питание Концентрат Отходы

У. % Аа, % У > % А<>, % У,% Ай, %

+25 26,3 8,5 25,3 6,8 1,0 51,8

-25+10 4,5 15,1 3,8 7,2 0,7 58,4

-10+5 9,7 12,0 9,0 7,8 0,7 66,2

-5 +0,0 59,5 11,0 57,0 8,4 2,2 79,0

+0,0 100,0 10,6 95,4 7,9 4,6 68,0

Интенсификация процессов фильтрования и флотации угольных шламов создала на фабрике дополнительный резерв в производительности отделения флотации и фильтрования, что позволило без ввода дополнительных мощностей направить все шламовые воды в цикл регенерации, рис.5. При новой технологии очистки шламовых вод угольные частицы выводятся из технологического процесса путем флотации и фильтрования сфлокулированных тонкодисперсных частиц, а глинистые частицы направляются гидроотвал для осаждения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной задачи создания эффективной технологии сепарации угольных шламов на основе применения комплекса физико-технических методов, имеющее существенное значение для углеобогащения.

Ниже дается краткая характеристика основных результатов, полученных в работе, определяющих ее научную новизну и практическую полезность:

1. Обоснована необходимость применения физико-технических методов для управления устойчивостью угольно-глинистых дисперсий.

2. Установлены закономерности адсорбции различных высокомолекулярных флокулянтов (анионных, катионных и неионогенных) из водных и водно-солевых растворов и ее влияние на электроповерхностные характеристики и степень флокуляции дисперсных систем.

3. Обнаружено, что предварительная обработка тонкодисперсных угольных шламов бутиловыми, гексиловыми и октиловыми спиртами приводит к повышению электрокинетического потенциала породных частиц и их пептизации в суспензии. На этой основе разработан метод управления электрокинетическими свойствами и устойчивостью угольно-глинистых суспензий.

4. Комплексные адсорбционные, электрокинетические, флокуляци-онные и флотационные исследования свойств угольно-глинистых дисперсий позволили установить технологические принципы селективной сепарации угольных шламов.

5. Определены оптимальные условия применения различных флокулянтов, обеспечивающие повышение эффективности сепарации угольных шламов в 2 раза и снижение расхода дорогостоящих флокулянтов в 3-5 раз.

6. Разработана, испытана и внедрена интенсивная технология фильтрования флотационных концентратов с использованием высокомолекулярных полимерных флокулянтов.

7. Разработана и внедрена технология флокулярной флотации тонких угольных шламов, обеспечивающих эффективную очистку техногенных вод и снижения экологического воздействия на природу.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Байченко A.A., Бочаров В.И. Экономическая целесообразность и экологическая необходимость переработки всех добываемых углей в Кузбассе // Сб.тез.докл. Эколого-экономические проблемы разработки угольных месторождений Кузбасса.- Кемерово.- 1991.- С.44-46.

2. Бочаров В.И. Решение экологических проблем при строительстве углеобогатительных фабрик // Сб.тез.докл. Эколого-экономические проблемы разработки угольных месторождений Кузбасса.- Кемерово.- 1991.-С.47-49.

3. Baichenko A.A., Baran A.A., Bocharov V.l. Wasteless technology of

coal preparation // The fourth symposium on mining chemistry. Kiev.- 1992.-C.225-233.

4. Бочаров В.И. Решение экологических проблем при строительстве угольных предприятий // Сб.тез.докл. Международная конференция по экологии Сибири.- Иркутск.- 1993.- С.49-50.

5. Байченко A.A., Бочаров В.И., Евменова Г.Л. Применение интенсивных технологий переработки угольной мелочи и очистки шламовых вод // Обогащение руд: Сб. научных трудов ИГТУ. ч.1.- Иркутск.-1994.-С.27-38.

6. Бочаров В.И., Евменова ГЛ., Байченко A.A. Повышение эффективности очистки шламовых вод углеобогащения // Международная конференция "Экологически чистые технологические процессы в решении проблем охраны окружающей среды",- Иркутск.- 1996.- С.96-100.

7. Baichenko A.A., Bocharov V.l. Electrokinetic properties of coal suspensions // Third international symposium - "Coal structure ■ 96".-Zakopa-ne.- 1996.-C. 120.

8. Бочаров В.И., Байченко A.A. Утилизация угольных шламов из шламонакопителей шахт и обогатительных фабрик // Сб.тез.докл. Экономический и Социальный совет ООН "Рабочее совещание по использованию и удалению отходов угледобывающей промышленности и тепловых электростанций на угле".- Ширк.- 1996.- С.113.

Лицензия ЛР ih 020313

Подписано в печать ¿4.04.97 Заказ 247. Печать офсетная. Формат 60x84/16. Сбьем 1п.л.

Типография Кузбасского государственного технического университета.

5530".7 Кемерово, ул. Красноармейская, 115