автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Исследование структурно-механических свойств пен и интенсификация процесса флотации углей в пневматической машине

Министерство топлива и энергетики Российской Федерации

КОМПЛЕКСНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИИ ИНСТИТУТ ОБОГАЩЕНИЯ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ

(И OTT)

На правах рукописи

ГОРОБЕЙ Василий Петрович

УДК 622.765

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЕН И ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ФЛОТАЦИИ УГЛЕЙ В ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ МАШИНЕ

Специальность 05.15.08 «Обогащение полезных ископаемых»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Люберцы — 1993 г.

Работа выполнена: в Украинском Государственном институте минеральных ресурсов Госкомгеологии Украины и в Институте обогащения твердых горючих ископаемых (ИОТТ) Минтопэнерго России.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ докт. техн. наук, проф. Ю. Б. Рубинштейн

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: докт. техн. наук, проф. Барский Л. А. канд. техн. наук. Пиккат-Ордынский Г. А.

Ведущая организация: ПО «Донецкуглеобогащение»

Защита состоится 16 февраля 1994 г. на заседании .специализированного совета К. 135.01.01 в Институте обогащения твердых горючих ископаемых (ИОТТ) по адресу :

140004, г. Любсрцы-4, Московской обл., ИОТТ.

Свои отзывы в двух экземплярах Вы можете направить по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института ИОТТ.

Автореферат разослан 20 декабря 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

В. А. ОСТРЫЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. От состояния работ в угольной промышленности зависит положение дел в энергетике и металлургии, отопленио промышленных и жилых зданий. Расширяется роль угля и как сырья для химической переработки.

Для наращивания объемов производства угля ость немало неиспользованных резервов. Вместо с тем из-за ухудаения горно-геологических условий разрабатываемых месторождений прослеживается тенденция увеличения отходов до 30% и более от объемов добываемого угля, которые содержат 30-5СЙ горючей массы.

По различным фабрикам Донбасса в рядовых углях количество выоокозолъной мелочи (класса - I мм) колеблется в пределах 15-30$.

Перспективным оборудованием для обогащения угольных шламов являются флотационные машины пневматического типа. Подача водо-воздушной омеса в виде восхоцяецес потоков и эжекция воздуха в питающий патрубок флотомапшн интенсифицирует минерализацию воздуш-пых пузырьков и увеличивает производительность аппаратов при обогащения чаоткц граничной крупности. Этот принцип активизации флотационного процоооа используется и в пневмогидравлических аэраторах згокторного типа.

Дополнительный ввод воздуха в маинну в виде водовоздушной шш пульповоздушной смэса влияет на формирование флотационной попы. Свойотза пены и качеотво концентрата обусловлены во многом процессами вторичной-концентрации частиц в пена.

В овязи о этим носледэвшше влияния структурно-механических параметров трехфазной пены на результаты флотационного обогащения п его интенсификация являются актуальной задачей.

Работа связана о научно-тематическим планом УкрГИМР и хоздоговорами о ПО "Донбаосантрацит" 116.53.-92, ПО "Антрацитугле-

обогащение" 123-92, ПО "Доноцкутлообогащекиа" 069-93.

Цельи работы является исследование структурно-механических свойств трехфазных пен для создания пневмогидравлических аэраторов и пневматических флотационных аппаратов о оптимальными характеристиками пенного слоя, обеспечивающих повышение эффективности флотации частиц широкого диапазона крупности.

Ыотопн исследования. При решении поставленной задачи попользованы следующие методы экспериментального исследования: измерение прочностных свойств недеформированных двухфазных и трехфазных динамических пон; определение аэрацйошшх характеристик пневматических я пневмогидравлических аэрацйошшх устройств (газосодоржалко, размер пузырьков и др.). Экспериментальные исследования проводились на специально разработанных стендах, флотационные опыты осуществлены в лабораторных аппаратах различных конструкций.

Научная новизна работы. Показано, что одним из основных параметров, характеризующих механические овойотва флотационной пены, является прочность, а косвенной оценкой прочности является напряжение сдвига.

Разработана методика измерения прочнооти недеформированных двухфазных и трехфазных динамических пен.

Установлена корреляция между прочностными свойствами трехфазных пен и основными параметрами флотационного процесса. Показана применимость оценки напряжения сдвига, для характеристики прочности трехфазных пен и интенсивности вторичного обогащения.

Установлено, что с увеличением концентрации пенообразователя сдвиговое напряжение динамической пены возрастает по нелинейному закону на различных выоотах, а с увеличением полярности коллектора изменяется линейно. Выяленн пороговые концентрация собиратв-

лей, определяющие оптимальные прочностные свойства флотационных пен.

Практическая значимость. Установленные исследованиями зако-- номерности позволили разработать пневматический и пневмогидравли-чеокий аэраторы эжекторного типа и создать пневматическую флотационную машину колонного типа с вводом питания в вида пульповоз-душной смоси на регулируемую высоту камеры. Новые устройства обеспечивают условия интенсификации процесса флотационного разделения частиц граничной крупности.

Реализация результатов работы, Результаты работы прошли промышленную проверку на Ц01> Узловская ПО "Донецкуглеобогащенио".

Пневматическая флотационная машина принята к внедрению Малым внедренческим предприятием "Центр" при освоении одного из месторождений золота.

Основные положения, вынесенные на зллтту. Методика оценки прочностных свойств недеформированных динамических пен. Закономерности влияния флотационных реагентов, содержания и крупности твэрдой фазы в пульпе на механические свойства флотационных пен.

Новые конструкции аэраторов дач пневматических флотационных машин, работающие на оборотной вода или разбавленной пульпе (а.о. 1748878) и установка для интенсификации флотации частиц граничной крупности (Решение о выдаче патента Р2 по заявке

4947360/03-039500 от 30.07.93) с загрузкой питания в зону пены в виде пульповоздушной смеси.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждалиоь на 6-й конференции молодых ученых 11МР "Вопросы геологии и технологии минерального сырья" (Сии{трополь, 1986), 7-й конференции молодых ученых ШАР "Вопросы развития мине-

ральио-сырьевой базы Украины" (Симферополь, 1907), конференций молота ученых и специалистов Украины "Геологические аспекты охраны окружающей среда и рационального природоиспользования" HTli All Украины (1Сиев, 1987), Всесоюзном научно-техническом семинаре "Научные основы, методы исследований и практика применения пенной сепарации и колонной флотации" (Симферополь, 1988), Всесоюзном научно-техническом семянаро "Новые методы, приборы и оборудование для технологических исследований минерального сырья" (Симферополь, 1989), 4-й Всесоюзной конференции "Получение и применение пен" (Белгород, 1989), на научно-технических совещаниях производственных объединений "Донецкуглеобогащенио", "Антрацит-углеобогащонпе", "Донбассантрацит" (I99I-I993).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ, получены авторское свидетельство и решение о выдаче патента Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по каждой главе, общих выводов, списка использованных источников из 121 библиографического наименования и приложения. Содержание работы изложено на 132 е., включая 21 рис., 14 таблиц.

АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

Для '¡дотационного разделения пульпы важное значение имеют структурно-мехшгачоскио свойства трехфазной пены, образующейся на поверхности аэрированной пульпы, обеспечивающие условия

вторичной концентрации частиц.

Для трехфазных пан в основном сохраняют силу все основные закономерности, установленный для двухфазных пен. Огромное количество наблюдений, сделанных на флотационных фабриках и в лабораториях свидетельствуют о принципиально важном влиянии на свойства пены содержащихся в ней минеральных частиц.

Существующие методики оценки механических свойств пан несовершенны. Так, например, механические свойства пан характеризуют используя такой параметр, как структурная вязкость. Вязкость планки паны рассматривается как сумма вяз костей двух еэ адсорб-

оцнако, как справедливо отмечает в своих работах Л.М.Кругляков, теория структурной вязкости еще на разработана. Значения структурной (эффективной) вязкости, полученные разными исследователями изменяются о пироком интервале в зависимости от кратности, дисперсности пен и от напряжения сдвига. Следует отметить, что несмотря на то, что в литература используется параметр структурная вязкость, до настоящего времени на установлено однозначной зависимости между вязкостью и структурой.

Были сделаны попытки оценивать маханичэские свойства пэн по изменению термодинамических параметров. Предположение об упругости пленка ввел Гиббс, для количественной характеристики которой он ввел понятие модуля упругости. Упругость (эластичность) пленки Е по Гиббсу определяется отношением увеличения поверхностного натяжения к относительному приращению ее площади О/5/5 в результате местного расширения:

Эффект Гиббса имеет важное значение, как фактор стабилизации

цнонных слоев И и средней части пленки

ср.

Е - г БсУеГ/с/^

только для тонких пленок и при сантимолярных концентрациях растворов ПАВ. Кроме этого при оценке упругости пен, модуль упругости не мокет быть постоянной величиной, т.к. флотационная пена представляет собой динамическую систему, постоянно изменяющуюся во вромони. Поэтому использование модуля упругости в управлении процессом флотации затруднено.

Одной из основных характеристик пен является кратность. Она определяется как отношение объема пены \/п к обьому раствора ^ к> испольлсптютгх на ««• п*рлзолание:

/>= Уп

где \/г - обьем газа в пене. Чем вше кратность - том болео "су-хио" пены, устойчивость которых определяется во многом структурно-механическими свойствами двухсторонних жидких пленок. В связи с тем, что во флотационном процессе используются низкократние попы, представляется затруднительным оцонивать механические свойства пен по изменению кратности.

Параметром, наиболое полно характеризующим механические свойства флотационных пен является прочность. В литературе по флотации этот термин используется для характеристики свойств трехфазных пен, хотя до настоящего времени нет однозначного толкования прочности пены. Согласно А.Л.Таггарту механизм упрочнения пен заключается в следующем. На прочностные свойства флотационных пен существенное влияние оказывает содержание в ней минеральных частиц. Частицы в пена находятся на поверхности пузырька или » можплёночной жидкости. Ксли происходит деформация стенки пузырька, то эти частицы сталкиваются и вынуждены скользить одна мимо другой. Это явление характеризует вязкость жидкости, т.е. сопротивление текучести или сопротивление деформации. Следовательно это явление способствует прочности стенок цузырька

и далее образованию пены.

Существующие методики измерения прочностных свойств пен трудно применимы для исследования флотационного процесса.

Выполненный анализ литературных и патентных материалов показал, что механические свойства пен имеют важное значение для флотации и малоизучены.

Задачей работы является исследование структурно-механических .овойств пэн и интенсификация процесса флотации в пневматических машинах.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ НЕРАЗРУШЕННЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ПЕН

Известна клаосическая методика измерения поверхностной прочности, основанная на измерении угла закручивания поплавка, наполовину погруженного в раотвор. Крутильная головка по П.А.Ребинде-ру разделона на 100 делений и снабжена нониусом для отсчета. К нижнему концу крутильной головки приклоивалась кварцевая нить, на которой подвешивался стеклянный цилиндрический поплавок, частью погруженный з испытуемый раствор. Если на поверхности жидкости нот ти^рдой адсорбционной пленки, то при медленном закручивании нити поворотом головки поплавок сейчас же следует за нитью, если же твердая пленка образуется, то лишь после закручивания гати на некоторый критический угол ( tf ), поплавок разрывает iuiemty и начинает оледовать за кручением нити. Била сделана попытка применения опиоанного штода дет определения концентрации поверхностно-активных веществ. Однако, время сдвига поплавка отметить было невозможно. Замена стеклянного цилиндрического поплавка дисками из слюды и алюминия не улучшила методику.

Для определения прочности пены предложено измерять скорость опускания в пене до дна сосуда стеклянной трубки, поставленной в вертикальное положение, или время падения в пене стеклянной палочки из вертикального положения до касания стенок сосуда. В предлагаемых методиках скорость паракощення стеклянной палочки или трубки непостоянна, что приводит к большим затруднениям с интерпретации полученных зависимостей.

Сделаны попытки связать прочностные свойства пои с фнзико-химйчоскимн свойствами адсорбционных слоев, формируемых поверхностно-активными веществами в двухфазных пенах на границэ раздела жидкость - воздух. Совершенно очевидно, что это всего лиаь один из факторов, который на может определить прочностные свойство пен.

В литературе описано достаточно много методов определения сдвигового напряжения, но в работах не отмечается взаимосвязи между напряжением сдвига и прочностными свойствами пои.

Известно, что для случая тонкого слоя воды между твердыми поверхностями, этот слой начинает обнаруживать упругость н прочность на сдвиг, характерные для твердого тела.

Из механики известно, что сдвиговое напряжение пропорционально модулю упругости системы:

Р - В£ ,

где Р - сдвиговое напряжение,

К - модуль упругости,

£ - относительная деформация

Можно считать основным параметром, характеризующим механические свойства флотационной пены - прочность, а косвенной оценкой прочности - напряжение сдвига.

Оценка сдвигового напряжения проводилась по следующей мзтоцико.

Установка для проведения исследований включала цилиндрическую колонку диаметром 20 см и высотой 40 см. В качестве генераторов пузырьков воздуха применяли перфорированные резиновые трубки и пнев-•могндравлические аэраторы эжекторного типа. В пену погружали полый отекляшшй иарик диаметром 6 мм, прикрепленный к отеклянной трубке диаметром 1,5 мм, которая закреплена на подвижной обкладке датчика измерения механического усилия. На рис. I представлен продольный разрез и схема работы датчика (дифференциального конденсатора) по преобразованию механического усилия в электрический сигнал.

Он выполнен из двух обкладок, расположенных под углом дру"г к другу. Обкладка I имеет дружинное соединение о опорой 2 и жестко соединена о шариком. Другая обкладка 3 зафиксирована неподвижно на опоре. Датчик механического уоилля закреплен на диске обеспечения стационарности угла поворота. Для снятия усилия сопротивления среды шарику, диск проворачивается в исходное положение. Показатели датчика снимаются во время движения шарика в пене за период времени менее 0,5 о. При движении шарика в пене, в зависимости от ее механического сопротивления изменяется угол между обкладками и, следовательно, емкость датчика.

Дчя измерений применон аналого-цифровой лреобразователь (АЦП),

который позволяет фиксировать изменение потенциала о шагом 1,4 мВ,

3

данные о АЦП считывалиоь программой в компьютер через каждые 10 с. Программа дает возможность рассматривать заинтересовавшие исследователя данные более подробно: по оси абсцисс - 270 отсчетов, по оси ординат - 210 отсчетов и вывести после просмотра нужный участок зависимости на принтер.

По распределению плача оил (рио.1) сила, создаваемая сопротивлением пена - Р , приложенная к плечу С . По правилу плеча в

точка А, показывающей максимальное отклонение подвижной обкладки действует сила С : р

с

где: Ц - длина плоча от центра поворота.

- длина подвижной обкладки.

Рис Л. Продольный разрез и схема работы датчика (дифференциального конденсатора) по преобразованию механического усилия в электрический сигнал:

I - подвижная обкладка; 2 - опора; 3 - неподвижная

обкладка.

На основе известных соотношений для расчета плоского конденсатора получено соотношение связывающее напряжение на датчике с его параметрами и механическими свойствами пены:

Ь • ¿9 Ч>

ии-2Лиг-

(сЫ'

\ \'М-4Г\1-/ Ь • Ь9Ч> V

\ и

где: - изморяемое напряжение,

1Л - напряжение переменного тока на генераторе, 1) - частота переменного тока генератора.

¿о - электрическая постоянная вакуума, Б/пох - площадь подвижной обкладки,

- угол между обкладками, о! - расстояние между обкладками, с/ - толщина диэлектрика на обкладке.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ДВУХФАЗНЫХ и ТРЕХФАЗНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ПЕН

Экспэримзнтальная установка, описанная вьие, была использована для изучения влияния параметров пены на прочностные свойства, определяемые напряжением сдвига динамических систем.

Для расчета сдвигового напряжения недеформироваикых флотационных пои применяли формулу:

Кп " СупрУ5а. + Э ц#

гдо: С „„ - сила упругости, приложенная к шарику, упр.

- площадь шарика, Би,. - площадь трубки, погруженной в пену с сариком.

Для расчета силы упругости, приложенной к шарику, пэрод каждой сорпзй опытов строили калибровочные зависимости изменения потенциала о? фиксируемых усилий изменения расстояния мокцу обкладками датчика (усилия приложенного к шарику, движущемуся в воздушной среде). Дяя этого выбирали необходимый масштаб по оси абсцисс, рассчитывали количество точек отсчета в I см и соответ-стзугдуп силу упругости.

Иа рис,2 приведены прюяры экспериментальных кривых, полученных при исследовании прочностных свойств пон по описанной методике. На рис.а - кривая, характеризующая монодиспэрсную трехфазную пену, на рис.2,б - пример кривой, характеризующей

1630

0

1

1530

ПУСК ДАТЧИКА

I '

■Л

1 1 / #

1

1 1 1

1 1 1 /

1 1 г

II. ■.

е

Рис.2.

Вреия, е

2047

1700

€

1600

.-•.•..••■.•.л

I

■о

*и

Время, е

2047

Примеры зависимостей сигнала датчика от времени измерения прочностных свойств трехфазных пен: а - моноцисперсной; б - полидисперсной

¿1/ - изменение потенциала от приложенной силы.

Ро "

предел текучести пэны

трехфазную полидисперсную пену со скачком напряжения сдвига и выраженным пределом текучести пены (Р0), указывающем на характер деформации системы (тела). (Примером тала, проявляющего вязкие или упругие свойства в зависимости от напряжения является визко-пластичэскоо тело Бингама).

По предложенной методике проведены исследования прочностных свойств двухфазных динамических пен в зависимости от концентрации пенообразователя Т-80 на различной высоте столба пены (1,3,5 см). С увеличением концентрации пенообразователя сдвиговое напряжение возрастает по нелинейному закону на различных уровнях в пене, что обусловлено образованием адсорбционных слоев ПАВ с повышенной сдвиговой упругостью, которые уменьшают гидродииамический отток жидкости в треугольники Гнббса при повышении дисперсности паны, тем самым усиливая механическое сопротивление гетерогенной системы. Напряжение сдвига в нижней части пзнм вше, чем в верхней. Это объясняется тем, что с высотой уменьшается толщина двухсторонних жидких пленок каркаса пени, что должно приводить к снижении гидродинамического сопротивления системы.

Исслодованкз прочности трехфазной угла'содержащей пены проводили на углях марки "А", отобранных па ГОЗ "Хрустальская", ГО "Донбассантрацит" по классам флотационной крупности -1,0 чО,5; -0,5 чО,315; -0,315 +0,1 мм, при содержании твердого в пульпе 5, 10, 20, 30 и 4.0% в трех точках по высоте столба пены 1,0; 3,0 и 5 см от границы раздела пульпа - пена при фиксированной высоте столба пгны 6 см. В этих ко точках стандартным пробоотборником отбирали лону для определения ео плотности на различных уровнях по пысото. Расход реагентов в опытах: Т-00 100 г/т, керосина 400 г/т.

Показано увеличение плотности пены с возрастанием концентрации твердой фазы в пульпо, что совершенно очевидно исходя из

физичеоких представлений о соотношении концентрации и плотности. Следует отметить, что плотность пены уменьшается снизу вверх. Это связало о изменением распределения дисперсности частиц твердой фазы по высоте. По-видимому, уменьшение содержания флотируемых частиц угля о увеличением высоты пены объясняется дренажем трехфазных пен и процессом седиментации частиц. Объяснение влияния дисперсности угольных частиц на плотность трехфазных пен вызывает определенные трудности, т.к. это связано о гидродинамикой процессов, происходящих во флотационной камера и обусловлено многими факторами: техническими характеристиками флотационной камеры, формой и характеристиками угольных частиц, экспериментальными погрешностями.

Анализ экспериментальных результатов показывает, что напряжение сдвига возрастает о увеличением плотности трехфазных пен я концентраций твердой фазы в пульпе. Достаточно наглядно эта закономерность выражена при диоперсности угольных частиц: - 0,5 ' , + 0,315 и - 0,1 мм. С увеличением высоты в пене над границей раздела пульпа - пена прочность трехфазной пены уменьшается для всех классов крупности исследуемого угля.

Полученные результаты удовлетворительно коррелируют о положениями физико-химической механики дасперстсс систем.

Известно, что напряжение сдвига дисперсных систем возрастает с увеличением ое структурированности, которая в свою очередь зависит от суммарных можколэкулярных взаимодействий в системе: чем сильнее взаимодействия, тем более жесткая структура. Возрастание напряжения сдвига в функции от вышеназванных параметров наблюдается для угольных чаотиц с дисперсностью - 0,1 мм. Это связано о тем, что тонкодиопороныо системы кинетически устойчивы, о более равномерным распределением частиц по высоте, большой удельной поверхностью и однородностью состава. Описанные характеристики

Тонкодисперсных систем предполагают более сильные мвжмолекуляр-ные взаимодействия частиц твердой фазы с жидкой средой, а также между собой за счет сил дальнодействия электростатической природы по сравнению с грубоцксперсными системами. Очевидно, что структурированность Тонкодисперсных систем вьше, чем грубодис-персных. Как следствие этого напряжение сдвига в тонкодисперсных системах должно быть вьше, чем в грубодисперсных, что и наблюдается в подученных экспериментальных данных.

Для оценки достоверности полученных результатов были проведены регресионный и корреляционный анализы экспериментальных зависимостей. - ^ (С где ¿¿п - сдвиговое напряжение пены, С - процентная концентрация твердой фазы в пене, рп - плотность пэны для исследуемых классов крупности частиц. Коэффициент корреляции колеблется от 0,8 до 0,9, следовательно, имеется удовлетворительная корреляция между напряжением сдвига, плотностью и концентрацией угля а пене. По-видимому, коэффициент корреляции будет иметь более высокое значение, если учесть дисперсность пузырьков воздуха, образующих пэну.

огптешАЦИя рнагшного геаш «дотации угля на основа

ИЗУЧЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ПЕН

В практике флотации углей используются различные собиратели.

Расход собирателей является одним из основных управляющих воздействий. Известно большое число исследований влияния расхода и состава собирателей на скорость и селективность флотации. Однако, влияние рэагеитного режима на механические свойства пен и интенсивность вторичного обогащения изучены недостаточно.

Исследование влияния расхода собирателей на прочность пены при флотации угля проводили по описанной методико в лабораторной

флотационной установке на угле марки НАН, отобранном на ГОФ "Хрустальская" 110 "Донбассантрацит" крупностью -0,315 +0,1 мм и зольностью 25,%. Дисперсность флотируемой твердой фазы была определена экспериментально, исходя из наиболее эффективных адге-зионно-когезионных взаимодействий в трехфазных панах. Этим же объясняется выбор концентрации твердой фазы, что подтверждено статистическими расчетами оптимизации флотационного процесса. I) качестве собирателей использовались роагеиты наиболее распрост-ранзнныз в практике промышленной флотации углей: керосин, АФ-2, AAP-I, всданиватель Т-80.

Прочность пены измеряли при содержании твердого в пульпе 20Í на высота 5 см о» границу раздела пульпа - гона при фиксированной высота пани б см. Расход вспенивателя о опытах - 100 г/т, а расход собирателей варьировали от 200 до 2000 г/т.

В настоящих исследованиях прочностные свойства трехфазных пои связываются со структурно-мохшшчзскими свойствами адсорбционных слоев на границе раздела твердое тело - жидкость - газ и их функциональной зависимостью от физико-химичасшос свойств собирателей. Для рошония данной задачи, учитывая, что процосс флотации эашс>:¥ от иногих факторов спэцифичнььс для трехфазных пэн, фиксировалось постоянство цисгерсности и концэнтрации тпардой фазы в пульпе, высоты столба пони, концентрации пенообразователя.

Установлено, что в исследуемом ряду используошх в зкспзри-múhto собирвтелэй и их концэнтрацпи увеличиваются и прочностные свойства углосодврасшцих пзн. Необходимо откатить, что прочность пзп возрастает, по-сидиуому, с уволичо.чпаи полярности собирателя.

Дяя исслэдуемнх собирателей установлены пороговые понцонт-paijiw, которые определяю* оптимальные прочностные свойства флотационных пан. Для керосина »тот интервал концзнтрации составляет от 200 до 500 г/т, для А4-2 и AAP-I от 200 до 800 г/s и от

200 до 300 г/т, соответственно.

Это можно объяснить тем, что в области допороговой концентрации расхода собирателей происходит увеличение сдвиговой упругости двухсторонних жидких пленок, разделяющих границы раздела фаз.

При более высоких концентрациях наблюдается инвариантность прочностных свойств исследуемых пен от содержания собирателей в пульпе. Можно считать, что пороговые концентрации реагентов определяются адс'орбционным насыщением ме*фазных слоев.

Анализ результатов исследований показывает, что при расходе собирателей до 1400 г/т наблюдается уменьшение давления воздуха в аэраторах, необходимое для поддержания столба пены с увеличенном полярности собирателя. Вше этого расхода реагентов давление, необходимое для поддержания фиксированного столба пены возрастает. Это, по-видимому связано с тем, что молекулы собирателя на входящие в межфазные адсорбционные слои, за счет межмолекулярного взаимодействия с пенообразователем, понижают поверхностную активность последнего. Следует отметить, что чем менее по-лярны молекулы собирателя, тем нэнео устойчивы пэны и требуется больший расход воздуха для обеспечения стабильности высоты столба пэны в реагентном режиме, оптимальном для флотации, что обусловлено гидродинамическими эффектами, увеличивающими кинетику утоньшония двухсторонних жидких плонок за счеи уменьшения коэффициента внутреннего трения при истечении жидкости в области с пониженным давлением, так називаемыэ"треугольники Гиббса".

РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВ ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ ПУЗЫРЬКОВ И ФЛОТАЩИ ЧАСТИЦ ШИРОКОГО ДИАПАЗОНА КРУПНОСТИ ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ СЖАТОГО ВОЗДУХА

Ооновываясь на результатах исследований прочностных свойств пен предложены конструкция пневмогидрввлического аэратора эжектор-ного типа и флотационная машина с вводом питания в виде пульпоЬоз-душной смеси в камеру на регулируемую высоту. Созданное аэрацион-ное устройство снабжено успокоительной решеткой, коллектором и аэраторами о воздушными соплами и камерами смешивания с радиальными сквозными отверстиями для прохода пульпы. Продольный разрез аэратора представлен на рис.3.

Основной рабочей средой, подаваемой через коллектор в аэратор под давлением является сжатый воздух, который на выходе из рабочего сопла в камере смешивания увлекает пульпу и смешивается о ней. Создаваемый аэратором пульповоздушный факел направляется на успокоительную решетку для равномерного насыщения пульпы воздушными пузырьками. Пульпа инжектируется в зону разрежения в каморе смешивания аэратора по пульповодным каналам;

Изучение аэрационных характеристик устройства проводила на отендовой установке ИОТТ, включающей камеру колонного типа диаметром 0,3 м и объемом 0,1 ма, компрессор, манометр, ротаметр, дозатор реагентов. Модель аэрирующего уотройотва содержала пять аэраторов, изготовленных из бронзы, соединенных резьбой о плакси-глассовым коллектором, к которому на кронштейнах подвиано прикреплялась плексигласовая успокоительная решетка.

Для сравнения аэрируидей способности устройства исследовали аэратор из стандартной перфорированной резиновой трубки и аэратор из сжатого войлока.

&

л О

Установлено, что при аэрации пульпы 0,8-1,4 м /мин.м со-

держание воздуха в растворе вспенивателя выше при генерировании пузырьков воздуха разработанным аэрационным устройством. Это, во-видимому, объясняется тем, что с повышением давления воздуха отверстия резиновых трубок и поры войлока расширяются увеличивая диаметр генерируемых воздушных пузырьков, а в разработанном устройстве возрастает' скорость дробления воздуй'ной струи и диаметр воздушных пузырьков уменьшается, что приводит к повышению содержания газа в аэрируемом растворе. Кроме этого, следует отметить, что для устройства с увеличением расхода воздуха (за счет

для ввода сжатого воздуха, 3 - камора смешивания, 4 - пуль-поводные каналы, 5 - резьба для соединения с коллектором

давления) повышается равномерность насыщения пульпы воздухом.

Сравнительными испытаниями аэраторов в лабораторной пневматической флотационной машине и машине пенной сепарации 4ПС-16 на крупнозернистом угольном шламе подтверждены преимущества разработанного устройства. Испытаниями аэрационного устройства наряду с перфорированными резиновыми трубками в машина ФПС-16 показано, что выход класса +0,5 мм увеличился на Ь% при сохранении качества пенного продукта.

А-А

Л

I - корпус аэратора, 2 - сопло

Продольный разрез модели пневматической флотационной машины представлена на рис.4. Машина обоспочиваэт повторное прсйсоадэ-нив носфлотировавижмися частицами зону минерализации. Камера лабораторной машины состоит из двух секций: воркнзй, флотации и нижней, отдельно расположенной секции эрлифтной загрузки питания. В свою очередь секция флотации состой? из двух вон: верхней, расширенной зоны основной флотации и нижной, суженной (до-флотации). Питание вводится в машину в виде цульповоздуаноЛ смэ-си эрлифт ним подъемником на регулируемую высоту. Избыточное количество воздуха отводнгся в атмосферу, a насицонная воздухом пульпа во "взвешенном" состоянии поступает в аэрируемую цульпу или в зону пэны (при флотации крупных частиц).

Исследования пневматического флотационного аппарата проводили на пробах шламов антрацитовых углой крупностью -3,16 км, отобранных на ГОФ "Хрустальская" (/l(j=4I,ö$) и Г0ч& "Новопавлопс-кая" (/Ijj » 3Ö.7&) 110 "Донбассанграцит" и пробе крупнозернистого шлама из Щ2> "Комендантская", Ш "/шгра^туглеобогащенко" ( 26,52).

Идами антрацитовых углзй для сравнения результатов обогащения флотировали в аппаратах различных конструкций: и лабораторных условиях флояомашино мзхакпчоского svma, пенном сепараторе, флотационной колонне и новой пневматической флотационной машине. Расход раагентов Т-66 60 r/i\ Ай-2 Ö00 г/т.

Проведенными исслацованияил установлено, чго о новой пневматической мшине при флотации шламов антрацитовых углей получз-ни болеа высокие технологически!) поксэатоли, чзм в сравниваомых аппаратах.

В результате флотации шлаков Г0& "Новопавловская" в новой машине с подачей воздуха в питанно и низнюю_часть камзры получен

Рис.4. Продольный разрез модели пневматической флотационной малины Вира

I - загрузочное отделение, 2,4 - аэраторы, 3 - нижнее отд. флот.камеры, 5 - верхнее отд.флот, камеры, б - приемник пены, 7 - устройство для отвода воздуха, 8 - ороситель пены, 9 - телескопический эрлифтный подъемник пульпы, 10 - приемник камерного продукта. >

концентрат, зольностью 10,795, зольность отходов - 68& при загрузке

питания на пенный слой, ^дотацией шламов отобранных с центрифуги ГШ "Хрустальская" установлено, что и колонне и в новой пневматической машине зольность концентрата составила менее 10%, однако зольность хвостов в колонне - 59,1?$, а в пневматической машине более 70$. Данные флотационного обогащения крупнозернистого шлама ЦРЛ "Комендантская" в аппаратах различных конструкций показывают, что наиболее высокие технологические показатели обогащения получены в пневматической флотационной машине с загрузкой питания в виде пульповоздушной смеси на по ну сверху Д« " Н«-^» Аетх — 70,£ги - 93,Выход крупных угольных частиц (+0,5 мм) в концентрат с подачей питания под зеркало поверхности пульпы -48, ЭХ и 52,4% при загрузке питания в зону-пенного слоя.

ШсДОаШ И ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ НОВОГО АППАРАТА В ПРОМШЛШШХ УСЛОВИЯХ ЦОЙ "УЗДОВСКАЯ"

С целью упрощения монтажных работ, технологического обслуживания при эксплуатации и сохранения высоки; показателей флотации частиц различного гранулометрического состава, камера промышленного образца малины Вира была разработана и изготовлена из двух, расположенных рядом сообщающихся между собой ЦЯтиндрических унифицированных секций.

Машина, техническая характеристика которой представлена в таблице, была включена в схему фабрики параллельно работающим машинам £00-16.

Исходным питанием малины является сгущенный продукт гидроциклонов ГЦ-1000, который о реагентами поступает в систему архивного подъемника первой камеры, насыщается воздухом и флотируется. Хвосты первой камеры направляются во вторую на дофлотацию. Концентраты с обеих камер разгружаются самотеком и объединяются.

Техническая характеристика пневматической флотационной машины Вира

№ № п/п Параметры ' Ед. изм. | Величина

I. Производительность: а) по пульпе м3/чао НО

б) по твердому т/чао 20-25

2. Удельная производительность: м3/час-м3

а) по пульпе II

б) по твердому т/час.м3 2,0-2,5

3. Вместимость каморы м3 5,0

4. Число камер шт. 2

5. Расход воздуха м3/чао 455-510

6. Давление воздуха в аэраторе МПа 0,12-0,Г5

7. Давление воздуха в эрлифтном Ша 0,09-0,Г5

подъемнике

8. Размеры камеры: а)диаметр м 1.4

б)общая высота м 5,0

9. Установочная площадь м2 8,0

10. Длина резиновых аэраторов ■ м 300,0

II. Число отверстий в аэраторе шт./см2 30,0

В процоссэ иопытаний установлено, что в машине Вира с загрузкой питания в виде пульповозлушой смэси в зону пены, частицы угля различного гранулометрического состава разделяются болея элективно, а потери горючей массы в операции сокращаются на 5% по сравнению с машинами ФПС-16. Интенсификация процесса флотации крупных угольных частиц в малине осуществляется за счет ввода питания, предварительно насыщенного воздухом в зону трехфазной пены, а большая зона минерализации повышает эффективность разделения тонких частиц.

Разработанная система автоматического управления машиной Вира обеспечивает регулирование уровня пульпы в камере поплавковым датчиком (застрахованным от "заростания") о сельсинновым преобразователем.

исновнш виВОДЫ

I. Ризработани методика исследования прочностных свойств не-доформированных флотационных пен. Методика основана на измерении напряжении сдвига возникающего при перемещении датчика в трехфазной пана.

И. Экспериментальная проверка методики измерения прочности флотационных пен, определяемая напряжением сдвига, показала, что существует корреляция между этим показателем и характеристиками трехфазных пен: кратностью, плотностью, крупностью флотируемых частиц и расходом реагентов.

3. Разработаны конструкции лабораторной, полупромышленной и промышленной пневматических флотационных машин колонного типа с вводом питания в слой паны или на регулируемую высоту камеры в вице воцо-воздушной смеси,интенсифицирующие процессы вторичной концентрация частиц в пена и аэраторы эжекторного типа: с основной рабочей средой сжатым воздухом и аэратор с эжекцией и дроблением воз пушных пузырьков при подачо воздуха и технической воды под давлением.

4. Исследованиями в промышленных условиях подтверждены основные технологические зависимости селективности флотационного . процесса в пневматической машине от плотности и структурно-меха-ничаских свойств пены.

6. Испытания машины на "Узловская" показали возможность получения качественных концентратов при высокой эффективности разделения угольных частиц широкого диапазона флотационной крупности. По результатам промышленных испытаний машина может быть рекомендована для флотации угольного шлама крупностью до 3 мм.

6. На основании промшленных испытаний принято решение о внедрении в практику работы "Узловская" флотомашины Вира. По

проведенному предварительному расчету экономическая гк{»{вктивность от внедрения разработки составляет 340039 тыс.крб. в год (в ценах 1993 г.).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Рубинштейн К.В., Шадрин Г.Н., Горобей В, 11., Тяримов O.E. Новый метод измерения прочности флотационных пен // Кокс и химия.

- 1992. - № II. - С. 7-1I.

2. Рубинштейн 1С.В., Горобей В.11., Шадрин Г.П., Таримов O.Ii. Оценка прочностных свойств пен при флотации угля // Кокс и химия.

- 1993. - № 2,- С. 9-12.

3. Рубинштейн К.Б., Горобей В,П., Шадрин Г.Н., Таримов O.Ü. Влияние прочностных свойств пен на оптимизацию реагентного режима флотации угля // Кокс и химия. - 1993. - № 3. - С. 10-12.

4. Горобей В,П., Этштейн С.В., Рубинштейн JC.13. Аэрационное устройство для пневматических флотационных машин // Уголь Украины, - 1993. - № 4. - С.50-02.

5. Горобей В.П., Этштейн C.B., Зимин A.A. Исследование фло-тируомости антрацитовых шламов в пневматической машине Вира // Уголь Украины. - 1993. - № 9. - С. 49-52.

6. A.c. 1748879. СССР, ЫКИ. 5В03Д 1/24, I/I4, Устройство для аэрации пульпы при флотации / Горобей В.П., опубл. 23.07,92, Бюл. » 27.

7. Заявка на изобретение » 4947360/03/039500, МКИ 5В03Д 1/24. Пневматическая флотационная машина / Горобей В.И. Пол.реш. о выдаче патента Российской Федерации от 30.07.1993. - 7 с.

Зол.С0/. Tu/b. SO