автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка физико-технических методов кондиционирования угольных пульп при флотации

(Чч МЛ ПРАВАХ РУКОПИСИ

о,-XV

АНТИПЕНКО ЛИПА АЛЕКСАНДРОВНА

РАЗРАБОТКА ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ МЕТОДОВ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ УГОЛЬНЫХ ПУЛЬП ПРИ ФЛОТАЦИИ

Специальности: 05.15.11 - "Физические процессы горного производства" 05.15.08 - "Обогащение полезных ископаемых".

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации па соискание ученой степени доктора технических наук

Кемерово- 1998

Работа выполнена в ОАО " Сибирский научно-исследовательский институт углеобогащения"( Сибнииуглеоботащение)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Колмакоп В. Л.

•доктор технических наук, профессор Байченко А А.

доктор технических наук, профессор Юсупов Т.С.

Ведущая организация: Институт проблем комплексного освоения недр

РАН

Зшцита состоится 21 октября 1998 г. в10 часов на заседании Диссертационного совета Д 003. 57. 01 при Институте угля и углехимии СО РАН по адресу:

650025, г. Кемерово, ул. Рукавишникова, 21. Тел. (83842) 28-25-19, факс (83842) 21-18-38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института угля и углехимии СО РАН.

Отзывы на автореферат п 2-х экземплярах, заверенных печатью, просим направлять в адрес совета

Автореферат разослан 1998 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета, .ажгер технических наук, профессор Б. 13. Власенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Техническая политика развития угольной промышленности на поставку высококачественного топлива потребителям, дальнейшее расширите переработки угля требуют сосредоточить внимание на поисках внутренних резервов и приведение их в действие.

О связи с требованиями поставки высококачественного топлива потребителям ятрастает роль и значение переработки мелких классов угля физико-химическим методом . Процесс флотации становится все более универсальным вследствие усовершенствования его параметров и схем, применения бо-дге ¡гроизподительних машин. Создание и внедрение болынесбъемных машин, использование флотации как метода регенерации шламовых вод, улучшение качества концентрата невозможно без конднционлропашш пульпы.

В связи с отмеченным особую актуальность приобретает разработка теоретических положений о физических особешюстях процесса кондициошфо-г.шпи угольных пульп.

Разнообразие существующих методов кондиционирования обязывает акцептовать теоретические разработки в направлении выбора способа конди-шюшгосвания при максимальном использовании физики процесса.

Эффективность кондиционирования угольной пульпы перед процессом флотации определяется свойствами флотацношшх реагентов; твердой фазы пульпы; взаимодействием флотационных реагентов с твердой фазой пульпы (с частицами угля) н способом или устройством, позволяющим эффективно осуществлять это взаимодействие.

Создагапо аппаратов кондиционирования, обеспечивающих эффективную подготовь угольной пульпы с реагентами должного внимания не уделялось. Надежные методы прогнозирования и оценки кондиционирования отсутствуют. Без учета свойств твердой фазы, взаимодействия реагентов с твердой фазой , способов н устройств, обеспечивающих эффективную обработку твердой фазы пульпы реагентами нельзя оценить и обосновать пути интенсификации кондиционирования и повышения эффективности переработки угля.

На основании изложенного представляется актуальной разработка научно-обоснованных технических и технологических решений о физических особешюстях процесса кондиционирования угольных пульп н создание новых аппаратов подготовки пульпы к флотации с использованием центробежно-грашшщионного поля, обеспечивающих эффективную обработку твердой фазы пульпы реагентами. " " ^

Диссертационная работа обобщает результаты научно-исследовательских работ и этапов, выполненных при непосредственном участии и под руководством затора ц рамках планов НИОКР Сибшшуглеобога-щешю (б. Кузнииуглеобогащетге) 1971-1996 г и соответствии с координаци-

ошшм планом ГКИТ; по проблеме 0.05.100" Рачработать и ссиоить новые технологические процессы и нмеокоиротнодителыюе оборудование для обогащения углей и cjiaimeii, ойеспечишпощее •¡na'iirrcjii,нос пошмшошс качеств копнен гршя и снижение шпорь угля в отходах ;но проблеме 0.05.04 " Paipa-боигп. п ннедрнп, нригресошпую технологию и технику обогащения углей, шггрнцнюн и слаицеи фнтико-мехштчеекими и фичико-хнмнчсекимп методами"; по проблеме 0.05.(М.01.01. "Исследонать и орпштоють нрончг.одстио гетероподярних релгептон для флотации углей"; по цслеиои комплексной проблеме Ц 1311 ИГУеопершеиечтпляше технологических процессов и техники обогащении \rjicii и елаицеи, ушержденион Мнпугленро.мо.м СССР 02.0ó.íi2iiami-!W5i\

Цел». ¡>ia"i¡)i i»i. 'IVopenriccicoe обоошанне и p.Vip.róoiua фнзнко-техаичеекич методой коп. ищноппропаинн угольных пульп н сшдание нопых аппарат» кондшиюнирошшпн, пииышшошнх качеочио пер-.-рабаткн угля методом фмштш.

ргног.яа»! o.if' о:»''.умп ио.мючусгс,! d установлении я использован»!! закономерностей и мнмодейспиш угольник дисперсно с аиолкрнтш реагентами и ueiiTpaCwKiio-rpuüitraunoimoAí поле и сочдащ; на этой ссноио ноилк технолог)(Г» иодгогог.хн утольной пулиы к флотации

Ч;г»пчп исслу .nwnnmi: - oGocitoimu r.osoc направленно кендпцнонпро-глшы угольных нудил и цснтробожио-файнтадисшюм nono, хгракчерщую-темс» uucoKoii ннтенсшносшо турбулентных потоков; •

- yei'üiiouiin» роли н шачеиис при хонднционипоьалц;! тисрдоЛ фазы по-лнднслсрсно!» uy.ni.nui;

- успшоанть ¡тнскмостн ьлнянш: на процесс гндро,: ойгаац.'.н \rcnuiux дисперсий гранулометрического , пгтрографичгского состаза п стадии метаморфизма ;

- шмтгп. взаимосвязь гранулометрического от ссдгрхгаки шгг-pmurra н ш> сорбцнмиюа способности и разрьботаг па этой а:;юг; хласс;;-фнкшцио эффективности ко1щшшошто'.шш;

- раскрыть механизм коидициоинросишм угодыюл пульпь: и ту1 апь закрепление алодяршлх реагстсв па угольных фрахщш в бгепешюм аппарате твой модели; ' !

- пссдсдовшт. агрегирующую способность угольных частиц разноанли-suix но крушюсгп с применением гшешрных peararrea в различных услсшпдх коадвдюинровшшя;

- установить класс флотационных pearcirroa эффестааио-денствующпх при подготовке угольной пульпы к флотации;

- ршрабатогь метод оценки эффективности подготовки пулыш;

- последовал» мехшпвм агрегации разновеликих угольных чаегкц н раз-р-аштать математическую модель образовали и разрушения этих агрегатов;

- выявить С1шшплыше пщродатаигчеште параметры, оказывающие полошггелшк действие па ыехашом агрегации угольных частиц;

- разработать новые конструкции аппаратов кондиционирования .угольных гл'.г-п :: создать комплекс оборудован!« для подготовки пульпы к флотации.

Методы исследований. Установление токономерностей физико-технических характеристик турбулештюсти потоков при кондиционировании пульпы з шггробемго-грп.'ип'ошгошом поле осуществлено путем лабораторных, экспериментальных исследований на специально разработанных стендах о использованием известных и новых оригинальных методик таких как исследование П1Др0Д1шамичес1сих параметров кондшшоннровэния в цеигро-(дакио-гразитациошюм поле, определение адгезионного действия и агрегирующей способности аподярных реагентов и др.

Оценка влияния турбулентности нстохоа на коцшщионирование угольных пульп и обосновать кон струггп1пи:;;- эл;.ментоа аппаратов кондиционирования осуществлено с применением математических, физических и физико-химических методов исследований, включая микроскопический, фотометрический и скоростнс." киносъемки.

Разработка аппаратов кондиционирования пульпы осуществлена на основе анализа н обобщения результатов аналитических, лаборатор(шх, стен-дспых и натурных экспериментальных исследований, создания экспериментальных образцов, опытно-промышленных испытаний.

Научные положения, защищаемые п диссертации:

-кондиционирование угольной пульпы при флотации завиагг от качественных и количественных факторов. Качественно .твердая фаза пульпы хярак-терюуется стадией метаморфшма, вещественно- петрографическим составом, окнслеимостыо, пористостыо и адсорбциотюй способностью ; количественно- гранулометрическим составом, на который влияют физико-механические свойства угля: трещнноватость, прочность, вещественно-петрографический состав, шламообразовшше, раз.мокаемость;

- качественные н количественные факторы учитываются при разработке классификации эффективности раздельного кондиционирования. Предлагаются четыре категории эффективности: I категория раздельное кондиционирование эффективно; II категория - весьма эффективно; III кагегорня - менее эффективно; IV категория - неэффективно;

- метод подбора эффективных флотационных* реагентов, основанный на еппшалыюм процессе их кондиционирования в пульпе;

- для построения математической модели. образования и, разрушения аг-рггатез при кондищгошфсвашш угольных частиц ■ в пульпе использовано имитационное моделирование , которое позволяет представлять модель в ви-•де машинной программы и рассчитывать ей с помощью ЭВМ. Расчет имитационной модели образования и разрушения агрегатов дает возможность определить удельный расход реагентов при раздельном кондицшнтровании;

-процесс кондиционирования происходит в условиях шггененвной турбулентности. Измерения турбулентности в смесителе дшот представление об

зффгктшшегтн ¡л-рс»н*1шжзнил юдоиолыюй суспензии, содержащей частицы угла ра'иичш.'5 крупности, и возможность выбора формы смссгпсля;

- эффздгшюсть шлднцноиированш ош:ннйаетск остаточной концентрацией р>;и£1 нов ь алдаой фазе отхолс.ч флотации. Чем меньше остаточная хшиеггфациа, тем вшие эффективность ксшицпошфоьалня. Осгзтоина;: копцешрания згшютг 01 причиоеш закрепления реагента на поверхности угольных частиц. Омис;п;вание частиц моигст произойти в стеснённых условиях при шеошй турбулентности потока пульпы. В этом случае па эффективность кондиционирования оказывает влияние осреднгшш скорость потока а смесителе;

- моле:,'!, перемешивании иодоутолыюй су спешил в смссшсле соответствует диффузиошюй модели - модели идеального вытеснения, осложненной продольным и ради&зьным перемешиванием. Физическая модель кондишю-ииронання представлена в виде безразмерных кротсриеа подобия.

- использование методов кондиционирования как без аэрации, та!: я с предварительной струйной аэрацией (патент Кг 1752423. Способ подготовки пульпы) шгшо.шш соадгть новые конструкции аппаратов подготовки пульпы к флшнции.

Дрсюпсряпсп» н оГшсяоппнносп» научных положений, выводов и ре-комсиддцлй подтверждается:

- математической обработкой статистической информации по составам шламои углеперсрабазыпающих предприятий Кузнецкого бассейна;

- применением метода Розина-Рамлсра для опенки распределения частиц угля но размерам крупности;

- использованием математического ист ода планирования экспериментов Ьокса-Ушсопа (крутого восхождения ) для определения граничного зерна разделения. Опыты рандашгшроианы. Результаты расчета проведены па ЭВМ;

- применением математическою метода наименьших квадратов получено аналитическое выражение зависимости содержания класса более 0,2 мм от содержания шггришпа и его отражательной способности. При атом корреляционное отношение п > среднеквадратичное отклонение о - 3,1. Таким образом также определена зависимость сорбцношшй снособносзп класса Поясе 0,2 мм от содержания иитрииита и сто отражательной способности. Корреляционное отношение /; £ 0,9. Достоверность составила91%.

- применением скоростной юшосьемкн ( 48 кадров/с);

- использованием имитационного моделирования. Разработана модель образования и разрушения аграатов при кондиционировании угольных пульп. Расчет модели нронзиедсн методом Моте-Карло. Корреляционное отношение и для всех классов крупности, например, для ЦОФ "Сибирь" равно 0.Н9- 0,93, среднее квадратичное отклонение п 0,07-0,1;

- применением физических методов определения низснсишшсти турбулентных составляющих шмока пульны при перемешивании, ьодоуголыюй

суспешнн с использованием термогндромегра, шарикового тешодатчнка и растворимого трассера.

- использованием теории подобия метода размерностей и на основании п- теоремы Бсюшгсма рассчитано уравнение движения водоуголыюП суспензии и получены критерии геометрического и гидродинамического подобия;

-результатами стендовых исследований и промышленных испытаний при внедрении новых флотационных реагентов и аппаратов кондиционирования пульп.

Пчучняя иоптпа заключается в следующем:

-получена зависимость плняння на процесс кондиционирования угольной пульпы различных ингредиентов органического происхождения и минеральных ключений, что определяется стадией метаморфизма, петрографическим составом;

-установлена взаимосвязь гранулометрического состава угольных шла-глоз от стадии метаморфизма;

-предложена классификация эффективности кондиционирования угольной нулыпт, основанной на попом принципе, учитывающем содержание вит-ргапггп, е"0 отражательной и сорбцношюн способности;

-злепернменгалыю установлено, что эффективность кондиционирования целесообразно оцетпгать но остаточной концентрации реагентов в отходах фяогоцчи. Доказано, что чем меньше остаточная концентрация реагентов в отходах флотации, тем выше эффективность кондиционирования;

-обосновано, что наибольшая эффективность флотации получена с ис-пользорйшкм кондиционирования с. аполярнымн реагентами "Кузбасс" и "Омский" юуч&г механизм ц определена скорость агрегации угольных частиц а цептроСюзетю-фавт-ащютюм поле;

-предложена itnirmn,но иная магемопиеская модель образовать и разрушения агрегатов при кондиционировании твердой фазы пульпы;

• определены • отгоЪлыше пщродшшптсские параметры смесителя, оказыдаюпигз вдашню m механизм агрегации частиц угля;

-теоретически обострена форма смеаггедя, способствующая интенсивному пгремешгчзашно потоков пуяьпн;

- m »ведено уравнение, характеризующее режим перемешивания в смесителе в mis безразмерных критериев подобия.

состоит в разработке научно-обоснованных техническая и технологических pemcrnüí кондиционирования угольных пульп, создания аппаратов подготовки пульпы при флотации н включает:

- обоснование нотого нплрааденш кондицношройання угольных пульп в цс1ггросе:кно-грав|г1'оционном .поле, хпракгерюугощемсл высокой интенсивностью турбулентных потоков;

- разработку метода прогнозирования возможности кондиционирования на осповешш гранулометр!тчесгсото, петрографического состава, стадии мета-морфгама н сорбщганнон способности шпрштта;

- определи те адсорбционной способности и прочности згжреплешш аполярных реагентов на утях различных классов крупмости в бсспашшл аппарате новой конструкщш;

- подбор класса эффективно-действующих флотационных реагентов с оптимальным групповым и фракционным составами при коцдтдеозшрозазиш угольной пульпы;

- рщработку методологи:; процесса образования и разрушения агрегатов при кондиционирования твердой фазы пульпы и алгоритма расчета, оснсваи-нсго па методе Мо1гге-Карло;

- разработку стендовых установок и определение оптимальных пщродц-намических параметров смесителя, оказывающих влияние на механизм агрегации частиц угля;

- теоретическое обоснование формы смесителя, способствующей интенсивному перемешиванию потоков пульпы;

-разработку стендовых установок для исследования параметров кондиционирования в аппаратах циклошюго и спирального типов;

- определите оптимальных условий для получения граничного зерна разделения не более 0,2 мм и уточненных коэффициентов Кэю и Кд при классификация в гидроциклоне;

- разработку , создание и внедрение новых конструкций аппаратов и комплекса оборудования для кондиционирования угольных пульп при флата-щш.

Практическая ценность. Результата выполненных. исследований позволяют:

» установить влияние на процесс канднцио1шровшЕ1я сочстгшш различных ингредиентов орпишческого происхождения и минеральных включений и их свойств, которые определяются стадией метаморфшма, петрографическим составом, степенью окнслешюсти - это трещшоеш-ость, пористость, хрупкость и др. Эти факторы определяют гранулометрический состав шла-мов;

- выявить тесную взаимосвязь гранулометрического состава угольных шламоз и отражательной способности витришгта (стадии метаморфизма);.

- определить сорбщюнную способность угольных частиц различных Стадий метаморфизма. На основании сорбциошюй способности и содержания витршшга разработать классификацию эффективности коцшщшшревания выбрать способ и аппарат ковдзднонирования угольной пульпы при флотации;

- рекомендовать новые флотационные реагента для флотащш угольных шламов;

- контролировать эффективность коидициошфования угольных пульп по остаточной ковдешращш реагентов в отходах флотащш;

- выбрать оптимальную геометрическуго форму смес1ггсля, составной части аппаратов подготовки пульпы;

о

- использовать математическую н физическую модели при прогнозировании процессов кондиционирования угольной пульпы с флотационными pealen тми а ненфобежно-грашпаниониом ноле и рассчитать параметры кондиционирования пульпы.

. На основании выполненных исследований создана технология и разрабо-■ таны аппараты кондиционирования пульпы, обеспечивающие подготовку пульпы с реагентами в центробежно-гратгтационном поле, дозаторы реагентов, предложены и внедрены флотационные реагенты аполярнсго типа для флотации угля. Псе разработки защищены 14-ю авторскими свидетельствами и двумя нш сигами на изобретение.

Реализации работ».». Научные результаты диссертационной работы использованы при подборе флотационных реагешов и разработке системы стабилизации расхода их, включая дозаторы новой конструкции. На флотационные реагенты разработаны и утеряедёны технические условия: на Омский реагент-собиратель ТУ 38.101.720-78 н ТУ 38.301-19-31-91, на реагент "Кузбасс" ТУ 6.01-09-15-76. Практические рекомендации работы и результаты исследований использованы при научном обосновании планов научно-технического прогресса, проектировании реконструируемых флотационных отделений углеперерабатываюпцр- предприятий Кузнецкого бассейна а также в дипломных npoeirrax и бакалаврских работах студентами КузПУ и в работах выпускников института повышения квалификации.

Аппараты кондиционирования пульпы и флотационные реагенты внедрены на углеперерабатыпаю!:шх предприятиях ЦОФ "Сибирь", "Кузбасская", "Березовская", "Белолскал", ''Кузнецкая", "Зимника", ГОФ "Красногорская", "Коксовая", "Томуснггская?' и др., позволяющие улучпнп:> качество выпускаемой продукции и снизить «статочную Koimeirrpawno реагентов в отходах.

От вчедрснил разработок получеиг^ачш'ельиый экономический эффект.

Дпробаняя »пбпты. Отдельные наложения. работы и вся диссертация в целом до;сладыиалась и обсуждалась на Всесоюзном совещании" Новая техника н технология флотации угля'-' (г.Кадиевка, 1972 г.), на научно-техпнчее;сом совете Минуглепрома СССР. Секция обогащения и брикетирования угля (г.Шахты, сентябрь 1974 г.), на Всесоюзной школе передовою опыта " Совершенствование водно-шламовых схем" (г.Москва, ВДНХ, ноябрь 1975 г.), па Всесоюзном сояешанпн "Физико-химические основы интенсификации комплексной переработки руд Восточной Сибири" (г.Иркутск, сентябрь 1980 г.), на VII Международном конгрессе ко обогащению углей (Австралия., Г.Сидней), на заседании секции по новой технологии обогащения полезных ископаемых Научного совета "Новые процессы и способы производства работ п горном деле " (ПС СССР по науке и технике, июнь 1932 г.), из IX Международном конгрессе [¡о обогащению угля (Индия, г.Ныо-Дели, ноябрь-декабрь 1982 г.), на региональной научной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения Л-И. Менделеева (г.Томск, февраль 1984 г.), на семинаре лаборатории флотационных методов обогащения ИОТТ

(г.Люберцы, сентябрь 1985 г.), на X Международном конгрессе по обогащению угля (Канада г.Эдмонтон, август-сентябрь 1986 г.), на XI Международном конгрессе по обогащетво угля (г. Япония, Токио, 1990 г.), на XII Международном конгрессе по обогащению угля (г. Краков, Польша, май 1994 г.), на XIII Международном конгрессе но обогавденшо угля (г, Брисбен, Австралия, октябрь 1998г.).

Модели аппарата кокдещноиирования пульпы, дозатора ршшгоз п апо-лярный реагент экспонировались на ВДНХ СССР и ВВЦ . Получены одна серебряная и две бронзовые медали.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 50 печатных работ, а том числе три монографии. Получено 14 авторских свидетельств н два патента на изобретешь. Результаты отдельных положений диссертации изложены в 80 научных отчетах.

Структура и объем работы, Диссертация состоит из введешы, семи , глав, основных выводов и приложений (296 страниц текста, 49 рисунков, 36 таблиц, список литературы-182' источника)!

Автор считает своим приятным долгом выразить глубокую. благодарность за консультации докторам шук Н.-Н Виноградову, В.А. Глсмбоцкому, И.Х. Дебердееву, 33.13. Шохину, А.А.Бааченко, коллегам по совместной работе канд. техн. наук Е.Н.Щеголсвой, А.И.Чубенко, А.Г.Лангеру, М.И.БабакойОй, Т.И.Додгпновой, М.В.Романовской, Л.А.Ерошкиной, Н.Д.ЛисишиноИ, В.С.Красицкому.

Выполнение работ по испытаниям и промышленному внедрению аппаратов кондиционирования угольной пульпы было бы невозможно без постоянной помощи и творческого участия коллектива и руководства угделерераба-тывакмцих предприятий Кулацкого бассейна.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Сзцсчеиисг состояние теории! и практики кондадаетиропашнз пульны.

Кондиционирование пульпы приобретает особо сажное значение с развитием флотационного метода обогащения, и необходимостью создашш флота-цг.ошшх мапиш большой единичной мощности. В конечном счете экономичность флотации полностью зависит от копднционнровашш ( подготовки

ПуЛЪПГ.!.)

На необходимость улучшения подготовки пульпы указывали в своих работах как отечественные, так зарубежные ученые: чл. корр. АН СССР И.Н.Пдакснн, академик В.Л.Чантурия докгоры технических наук В.А.р'ембоцкий, П.Ф. Мещеряков, М.Г.Ельяшепич, Д.С.Емельянов, В.И.Кдассся, В.И.Меичс-Гайказян, В.И.Тюршкова, В.А.Бочаров, кандидаты lcX!."!'.«recKlLx паук В.М.Назаренхо, В.А.Рубан, а также И.Г.Бнттер, А.М.Годен, Д.Р.Мнтчел и д;;.

Язяестны различные путл кондиционирования пульпы, применяемые в рудрой спахиасе и й угольной нромышлентюсти. Интенсифицировать процесс флотации способствуют физические н физико-химические воздействия на пульну и реагенты. К ннм относятся: обработка ультразвуком, электромагнитным полем , радиационная, насыщение воздухом, безаэрационная, электрохимическое окисление, эмульсирование, повышение эффективности действия реагентов микродобавками поверхностно-активных веществ. Многие из физических н фнзпко-хтшческих методов кондицношгровшшя находятся и стадии лабораторных и промышленных экспериментов.

Аппараты кондиционирования пульпы можно разделить по способам обработки на два типа: для кондиционирования полиднсперсной пульпы и для кондиционирования по классам крупности твердой фазы флотационной пульпы.

Кондиционирование флотационной пульпы с реагентами способствует формированию адсорбционного слоя их на поверхности чаепщ угля. Закрепление реагента на поверхности уголышх частиц происходит за счет иан-дер-ваольсовых. сил или водородных связей, поэтому может быть небольшим. Это согласуется с диффузионной кинетикой закрепления реагентов на мннераль-пой поверхности и закономерностями диффузии: чем крупнее капелька реагента, тем медленнее идет диффузия.

Одшш общим недостатком всех упомянутых приемов кондиционирования пульпы является дозирование реагента на весь флотируемый объем, без учета адсорбционных свойств отдельных классов крупности рудных н нерудных минералов.

Одной из причин неудовлетворительного состояния коцдищгапировшшя является то явление, что с понижением содержания твердо]! фазы в объеме пульпы создаются трудные условия обработки ее реагентами. В созданных за последние годы аппаратах подготовки пульпы отсутствует перемешивание ее с реагентами н не учитывается неодинаковая способность твердой фазы различной крупности адсорбировать реагенты. Повышенный расход аполярных реагситон водст к увеличению остаточной концентрации в оборотной подо углеобогатительных фабрик, что ведет к нарушению процессов обогащения, так называемому "запешшашпо" к загрязнению природной окружающей среды

- В.А.Глембоцкнм для рудной флотации установлена возмо'лсность со интенсификации за счет раздельного ковдиаиопироважа однородной по составу твердой фазы пульпы при последующих их соо.местпоп шш раздельной флотации.

При определенных условиях раздельная обработка обеспечивает повышенное извлечение полезного материала ц поношенную скорость флотации по сравнению с обработкой полвдисперспой пульпы. Гидрофобизацнл мелких части осуществляется в этом случае как поглощением оставшегося реагента и растворе, так и путем перехода собирателя на мелкие частицы.

Нами па стадии лабораторных и промышленных исследовании прогоди-лись работы по проверке эффективности раздельного коидгщноанровотшя по классам крупности флотационной угольисй пульпы. Работы жк;ата перспективность использования кондиционирования флотационнет угольной пульни по классам крупности.

Как показал ашзлш существующего положения теории г» лрвкшш подготовки пульпы перед флотацией, теория и технология нрнменешм аппаратов кондиционирования требует дальнейшего развития и углубления.

Увеличить интснсшшасп, перемешивания и эффективность коидицпрьтг-роваши, на наш взгляд, возможно при использовании' цепгрсбсаато-гравитациониого поля, которое может гюзволтъ классифицззрсзать материт флотации по задшшому зериу разделеши, эффективно обработать крупиозер-нистуга фракшио реагентами и перемешать потоки омаслешюй крупнозернистой и тонкозернистой фракции. 1

Для достижения этой цели необходимо разработать фшнко-техпичсские • Методы кондиционирования в цеотробснаю-грасигацгюшюм поле и освоить технологию кондлц1к>шровал1!я угольных пульп, создать аппараты длл его осуществления повысить эффективность флотации и улучшить охрану природной окружающей среды.

Центробелшо-грашшшдонше кондиционирование, обеспечивающее универсальное взаимодействие между частицами твердого , позволяет сократить время перемешивания твердой фазы пульны с реагентами.

2. Г«:!«:.'; гскнс особенности и фпзако-мехаштскпе сзайства углей Кузбасса и качестве объекта коиднцпопнровпиня •

Частицы угольного шлама состоят т различных ингредиентов органнче ского происхождения н минеральных пключешгА. Сочеташю этих компонентов и их свойства, не безразличные для процесса кондиционирования, определяются стадией метаморфизма, петрографическим составом, степенью ■скисленпсстп. Для технологического режима большое значите имеет гранулометрический состав.

В угллх Кузнецкого бассейна содержится витрппцта 20-36%, фюзншгга -3-55% а .глщттигга - 1-6% и разнообразный комплекс минеральных примесей. Глинистое вещество - М1|, - на 50% и более сложено из частиц размером 2-1000 м)ш, сульфида железа - М1 г, карбонэтоп- М13, кварца - М1).

.Псриыз породы, слагающие уголыше месторождения Кузнецкого бассейна, лрадставлешл аргндлтими, азевролотзш, песчашпсами.

Нагоняемые угди Кузнецкого бассейна отапшотся многообразием но стадии метаморфизма.

Стадия метаморфизма углей является одшгм нз основных факторов, влияющих на гранулометрический состав углей. Нами проведены исследова-пия по вшзлегапо зависимости содержания класса > 0,2 им в питании флота-идо от петрографического состава и стадии метаморфизма для углей Кузнецкого бассейна. В результате расчетов по методу наименьших квадратов получено выражение

[ кх+ОДш

=19*93+10,31 V, -0,0073 >',2+5,3/?о- 3,36 гдг у кя+о^м - содержашге класса 0,2-0,5 лги в лпташш флотации,

!

V,- содержание знпршштз, %;

Но - отралсателыт способность игтргааета.

При этом корреляционное отношение п > 0,8. Среднеквадратическое отклонение 5"= 3,1. На рпс.З представлена зависимость выхода кл. более 0,2 N5« от содержпшм ширишгга и его отражательной спосооности.

При еодержшта витришгга 50% для всех стадий метаморфизма получен кмбольншП выход кл. > 0,2 мм. При содержании шпрншгга менее и более '50% выход класса более 0,2 мм аввкасгся. Наименьший выход характерен •для углей высокой стадии метаморфизма. Крепость углей возрастает от гао-кометаморфнзопашплх к пысокометаморфгаозшпшм. ■• 1

м

я И SS ij iä ЛЗ и М 6J fcj

Piic. 1. Зависимости выхода класса > 0,2 мм от содержания внтршшта н отражательной способности.

Бол иное значение для процесса кондиционирования ид ¡ест состояние по-перхности твердой фалы пульпы. Взаимодействие поверхности угля с водой и флотационными реагентами зависит от свойства углей. Участки па поверхности угольных частиц с углеводородными соединениями гцзратируются слабо, участки же поверхности с кислородосодержащшш функциональными группами, возникающими в процессе окисления, гндратпруютсл весьма значительно. Окисление угля оказывает существенное влияние на кондиционирование пульпы, изменяя поверхностные свойства, увеличивая гцдратнроаан-ность поверхности и образуя большое количество тонкозернистого материала, который состоит из окисленных и неокислснных зерен.

IIa гранулометрический состав шламов, поступающих на процесс кондиционирования, оказывают влияние кал природные фнзико-мехапнчегкне свойства угля: трещиноватость, прочность, пористость, петрографический состав; так Ji действие воды при мокрых процессах обогащения. Наименьшее содержание класса > 0,2 мм п углях ОФ имени С.М.Кнрона (Ленинский угольный район) и ЦОФ Кузнецкая (Байдаеоскнй).

V ьлг.'.л:е1ше тонких шламсз (< 0,2 мм) характерно для углей низкой стадии ■<;>!< ус:.» Ленинского угольного района кольчупшекой сайт;; елдержат до «0% .:нгр;;»;пгй, хрупкого компонента, переходящего в

ШЛИ!.!?!.

При разработке классификации э«|;<}|сктш1й|10стги кондиционирования учи-тилэдпсь качественные и кй.чичег»шг.шый факторы. В основу разработки про-гао^-м-йлг.л ;со-.)л.''"Ь|;'.пН1)ОГ)Г.Г'ня ирл^чта сорбгаюпная способность угля кк/ануоз>..\-> телег 0.,.' ,.»м » 'шмсимосш от состава органической части угля а-1'1 '!<!>'■). Счтобцчснпке! г.чкобпсчш. опре/чпкпась хроматографтесюш ме-40,,.;.; 1. ьсслоои-й! -« ь^с^ы \тля с отр«:,.с.чгель>юГ1 способностью 0,7-1-'1,6;^ (осс-х сгапнн *«таморф;о.-.а». В пробах швецелястся петрографический сосмц огрда.с.дтельнач сиоыбчоаи .--исорбниопиая активность. Результаты ан"«/..-<;.ог> офаботш.м иг. ЭВМ. Зависимость слрбпношсй способности класса > 0,;: м.> о г го;["л (»ирини;.-! и его отр.ылтеяыюй способности, опреда-.те; тггодом «аимсимипх мчадраго». оннсшдегся уравнением .'/ ■ -21 .у.гФ.о:'? г, + 'Ш-*

г.ра пзмеле.ып 0.7 < /V- 1,6%; 10 < К,< 100.

Кср,глл!пзгон»1.ос; отношение п > 0,9.

До;г10ь.:р|10(Л'1. соегг.иияч 01%.

\егй«м>?.г»епо, что чем г.м.;:е еодгидаи-не тпршшта, тем выше сорбциоп-на*, оязкчюсть углх по отизшеняю ротеичл аполяриого типа (рис.2). На сс-иойгег:ш кйол&шшой глбеты ьрадложеиа классификация эффективности кендгашеюфовагом (табл. 1).

Таблица 1

Классификация эффгттиасп: ьондициаипровапия нульны ио класс*.»» круниости

Категория Содср»";»ии | Отрлялтельная <:• | способность тпринкта. | ичтришгга К„ % ! лч % Соредрошьгч СПОСО&'ПОСГП» шпришгта, а. мг/г.Ю"3 Хара ктер исто ка раздельного кондиционирования пульпы

__________ 11 30-100 0,7-0,9 1,6-1-6,4 эффекпшно

20-100 0,9-1,4 3,65-7,4 весьма эффективно

III 50-100 1,4-1,6 1,35-3,35 менее эффективно

IV <20 0,7г1,6 0,2-5,1 неэффективно

Предложешая классификация может быть использована при выборе способа и аппарата ковдицногшровшшя (подготовки) пульпы перед процессом флотации для флотационных отделении углеобогатительных предприятий

Рис. 2. Зависимость сорбционной способности класса >0,2 мм от отражательной способности вптришгга при его различном содержашш.

3.исследование механизма действия флотационных реагентов при кондиционировании угольного шлама

При копдациошфовании флотационной угольной пульпы применяются реагенты двух типов: аполярные собиратели, принадлежащие к неионоген-ным соединениям, малорастворнмые в воде и гетерополярные всиениватели. На утлеперерабатывающих предприятиях бассейна в качестве аполярных реагентов использовались: отсульфированный керосш!, топливо печное бытовое, ароматизированный аполярный реагент.

В качестве гетерополярных реагентов вспешшателей: кубовые остатки производства бутилового сгафта КОБС н диметшщиоксана Т-66.

Как известно, аполярные реагенты зшфепляются на поверхности угольных частиц благодаря фщической адсорбции, при которой адсорбированное вещество и угольную поверхность следует представлять как две независимые

системы. Адсорбция реагентов па твердой фазе пульпы при кондиционировании представляет особый шггерсс, так как от того, насколько 'интенсивно протекает процесс адсорбции реагецгов, настолько эффективнее будет протекать процесс флотации. Как отмечалось ранее по гранулометрическому н петрографическому составу угольная мелочь Кузнецкого бассейна неоднородна. Классы 0,2-0,5 мм, как правило, малозолышс с высоким содержанием вит-рншгга. Мелкие классы более зольные н минерализованные.

Кинетика поглощения аполярного реагент.: частицами угля различной крупности , определенная эмульсионным мэтодом, позволяет сделать вывод о том, что величина адсорбции аполярного реагента в зависимости от гранулометрической ха^шсгернстики носит линейный характер, а скорость адсорбции аполярного реагента частицами угли различной кругшостп различна - высокая для тонких классов крушгости и шикая для крупных. (Рис.3).

1 - ~\0Г. - ОД мл

2 -¡стасг 0,2-0,5 мм

3 - Kli.CC 1),Я - 1,0 №1

Рис. 3. Юшепка адсорбции реагентов рагш-нгымн классами крупности угля

Механизм действия флотационных реагентов при кондиционнронании определяется на границе раздела двух поверхностей по силе офыва. Для измерения адгезионно-когезионных усилий и свойств веществ и маюрналон существует ряд приборов и установок, общим недостатком которых является отсутствие прямых измерений, что, безусловно вносит погрешность в значения измерений.

Нами предложено устройство, позволяющее непосредственно определять адгезионные усилия.

Скоростной киносъемкой подтверждается эффект миграции реагентов с угольной частицы на угольную. Разрыв происходит по капельке реагента.

Аполярные реагенты действуют в капельном виде по механизму избирательного смачивания, налипают на частицы с более гидрофобными поверхностями. Омасливанне минеральных частиц может происходить в результате их столкновения со взвешенными в пульпе капельками масла н частицами, содержащими на своих поверхностях избыток.реагента.

Активность атюлярных р:агентов при кондиционировании с твердой фазой пульпы зависит от их состава и строения.

Многие годы в качестве аполярных реагентов применялись побочные продукты нефтехимических заводов.

Проблема подбора и изыскания флотационных реагентов практически полностью не решена на сегодняшний день. Большой вклад в создание и внедрение в практику флотации угля аполярных реагентов внесли ученые В.И.Класссн, Н.С.Власова, В.И.Тюриикова. Разработаны стандартизованные аполярные реагенты.

Уголь относится к числу тех минералов, которые взаимодействуют с аполярными реагентами в виду их природной гидрофобности.

Изучение влияния аполярных реагентов при кондиционировании производилось флотационными опытами на бсспснном и пенном аппаратах. Предложен бесиснный аппарат, который позволяет оценить собирательные свойства флотационных реагентов и технологические возможности различных способов кондищюнироваши. Отличительной особенностью предложенного беспешюго аппарата является устройство вертикальной флотацлошюй трубки. На рис. 4 приведена кинетика опытов флотации шламов с применением различных способов кондиционирования реагентами твердой фазы пульпы. Лучшие результаты получены при кондиционировании более зернистых'частиц реагентами и совместной флотации всех классов крупности.

Для кондиционирования пульпы в цетггробемю-гравнтационном поле, где происходят скоростные процессы с высокой турбулентностью потоков нам представляется , что необходимо изыскать специальные наиболее активные!! избирательно действующие аполярные реагенты.

).!дал„Г" (Шипи»»)

м &в ко Ксикнтрдвя, мг/л

Рис. 4. Кинетика флотации шламов при разлитых способах обработки реагентами:

1- обработка аполярпым реагентом класса 0,2-0,5 мм с последующей добавкой класса 0,05 - 0,2 мм;

2- то же с добавкой гекешового спирта;

3- обработкааполярньши реагентами пол1'дисперсной пульпы.

Создание эффектипш-деГгствуиицих флотациотмх реагентов возможно п двух направлениях: создание аполярного рзогеота с оптимальным ¡рупно-ти.ш и фракционным составом и повышение эффективности действия аподяр-ных реагентов с использованием вещества хишиески активного, обладающего дггфтгльпым строением молекулы ¡1 поверхностно-активными спопства-ми. В связи с этим изучены спссчне свойства нефтепродуктов,

прк>«штем«х з качестве регтектоз и ползгашых с НПЗ. Изучены нефтепродукты, получаемые как при прямой перггоике нефти .так и процессе дальнейшей переработке тяжелых нефтяшлх остатков (крекинга), дизельное топ-лггео, катататтгчеехгш и термсгазойль, флегма , коксовое дизельное топливо хпр&ггертауютел высоким содерзхгапгем ароматических и непредельных угле-Еодородсв (наиболее флотозктизных), поэтому представляют интерес для пгпользовагага при когаднцшишрованш пульпы. Изучались отдельные температурную фракции, исходные продукты и отделыше группы. Коллектирую-

щая способность определялась в беспеююм аппарате. Установлено, что ароматические углеводороды, выделенные из фракции 200-300 °С, имеют наибольшую собирательную способность к углям.

При сравнении разных групп в-пределах одной фракции omi распределяются в следующем порядке : ароматические Н-парафины - исходная - шо-парафины + пафтены. Разные группы соединений, входящие в состав одно;; температурной фракции, имеют собирательные свойства , мало различающие между собой, чем собирательные свойства аналогичных по строению сосдн-' нешш ,но выделенных из разных температурных фракций

Результаты флотации позволяют сделать вывод о том что наиболее фло-тозктивно коксовое дизельное топливо Омскнефтсортснитеза. В период промышленных испытании на ЦОФ "Беловская" и ГОФ " Чертннская" отмечено снижение расхода реагентов и улучшение технологических показателей по сравнению с флотацией с печным топливом.

Дальнейшее повышение эффективности действия флотационных реагентов при кондиционировании в центрооюкно-гравитациоршом поле рассматривалось нами как использование применения некоторого количества поверхностно- активных веществ. Интереса! путь акпшизащш аполярнсго реагента добавками окнсса олефинов. Низкие гомологи окисей олефшюв - окиси этилена, пропилена и бутилена являются продустами органического синтеза. Окись этилена смешивается' с водой в любых соотношсштх. При этом могут протекать реакции присоединения без отщепления кислорода, вытеснения, изомеризации, полимеризации, конденсации.

В результате реакций окисей олефшюв с аиолярными соединениями образуются поверхностно-активные вещества. Применение окисей олефшюв при ковдиць-откровашш пергд флотацией угля посшшэт прочность закреп-лешщ угольных частиц на пузырысах воздуха Ншшчкз ;хаеор5;грог.ашгай окиси на поверхности угля изменяет количество и степень прэч;:зстн зскрепив-шегося реагента в 2-2,5 раза. '

Наши исследования позволили сделать вывод о том, что обработка окисью этилена всех изученных аполярных pcaremv j (TIPS, ксросшш, дизельное топливо) повышает их флотационную активность.

В лабораторных и промышленных условиях исследовались кубовые ос-таги 1 хлоридного ттрогаводства окиси бутилена, в состав которых еходэт 1030 % бутпденглпколей и хлоридов. На основании проведенных экспериментов для кондиционировании пульпы предложен реагент "Кузбасс". Реагент "Кузбасс" получен в процессе ректификации выделением фракции бутилена и бутнленгликолей, которые смешиваются в отношешш 80:20. Реагент "Кузбасс" добавляется до 1 г/г в алолярный реагент. Проведены промышленные испытания на обогатительных фабриках "Беловская", "Сиб1фь", "Черттшская".

Таим образом, изучены две возможности создания эффективно действующих при кондиционировании флотациошшх реагентов. Предложен pes-

гент-собнратель Омский с оптиматьпым групповым и фракционным составом и реагент "Кузбасс", как добавка к аполярному реагенту, обладающая ди-фильным строением молекулы с поверхностно-активными свойствами, повышающая эффективность действия анолярных реагентов.

Эффективность кондшшонироватш флотационной пульпы реагентами предлагаете.: оценивать по остаточной концентрации их в отходах флотации. Чем меньше остаточная концешрация, тем выше эффективность кондиционирования при оптимальном расхрде реагента. Для определешш остаточной концентрации весьма малых количеств анолярных реагентов в отходах предложен хроматографнческий метод.

4. Исследования процесса кондиционирования пульпы п цснтробежно-грапитацношюм поле

Элементарный акт кондицнонпроЕштя флотационной угольной пульпы с обработкой крупнозернистой фракции твердой фазы представляется следующим образом:' разделите материала, выделение крупных частиц угля-носителя реагентов, обработка реагентами крупных частиц; смешивание всех классов крупности, образование и разрушение агрегатов.

Разделение материалов и выделение зернистой части пульпы возможно в гидроцишюнах и на винтовой (спиральной) поверхности.

В практике обогащения угля для классификации угольной мелочи применяются шзконапорные гндроцнклоны больших днметров 900, 1000, 3 400 мм. Гидроциклонам присущи наибольшие скорости потоков, интенсивная турбулентность при небольшом времени разделения.

Винтовой поток имеет более устойчивое движение, меньшую турбулентность. По своему поперечному сечению имеет разные режимы движения. В области, приле. ающей к внутренней границе потока, режимы близки к ламинарному, а в наиболее удаленных от оси желоба - турбуленгные.

Процессы разделения на винтовой поверхности детально изучены для рудных минералов. Для угольной мелочи подобных исследований не проводилось. Предположительно характ:,, двткенш частиц по вшттовому желобу может Сыть эффективным для разделения частиц флотационной крупности.

Процесс кондиционирования флотаниошюй угольной пульпы во всей своей ссво1сугшости может быть осуществлен на установке , включающей мешалку, гидроииклои, бюретку для реагентоз, проточную кювету и прибор ЛМФ-69 (лабораторный фотоэлектрический адсорбциометр - нефелометр).

Исслсдовэдшя по изучению действия флотационных реагентов на ско-'рость агрегации разновеликих частиц угля, механизма агрегации, оценка скорости слипания мелких частиц между собой и скорости налипания мелких чаепщ па крупные проводятся в турбулентном потоке. Эффективность кондиционирования в этом случае определялась по светопропу еканию. В зернистую часть суспензии подаются.реагенты. Образующиеся агрегаты, количест-

во которых возрастает с увеличением агрегирующего действия аполярных реагентов, циркулируют в схеме: мешалка - гидроцнклои - мешалка. Со временем количество мелких частиц, проходящих проточную кювету, уменьшается и процент светопропускання возрастает. В результате экспериментов установлено, что скорость налипания мелках частиц на крупные можег превышать скорость слипания мелких частиц между собой в 102 -10"' раза. Это достигается различием механизма встреч частиц различной крупности при турбулентном движении жидкости. Степень агрегации возрастает с увеличением

Рис.5.Влияцие концентрации реагентов на светопропускание суспензии без частицы носителя (1) и в присутствии ее (2,3)

Для визуального наблюдения образования агрегатов и подсчета их предложена установка, состоящая из инструментального микроскопа ММИ-2 и осветителей ОИ-28 со стабилизаторами напряжения.

В работе используется плоская кювета высотой 1 мм, из оргстекла с крышкой, светофильтры СЭС 21-2, ФС I -1, ФСЛ-0,5, микрометр и фотоаппарат.

Применение светофильтров позволило наблюдать распределение реагентов на поверхности угольных частиц и образование агрегатов. Агрегаты образуются из гидрофобных частиц. Частицы породы находятся в свободном состоянии. Рсагаггы на поверхности породных частиц отсутствуют.

Математическая модель агрегатообразования построена с использованием имитационного моделирования. В основе разработки модели находятся стадии элементарного акта кондиционирования (вероятность разделения пульпы на крупнозернистую и мелкозернистую Р\, вероятность образования или разрушения агрегата Л и вероятность сохранения агрегата Рз). Построе-тше и реализация имитационной модели выполнялась на ЭВМ. Алгоритм модели основан на методе Монте-Карло.

Для построения модели используются данные гранулометрического состава и удельные расходы анолярного реагента отдельных классов крупности.'

Удельные расходы аполярного реагента определялись с учетом кинетики поглощения его различными классами крупности.

Положение частиц при кондиционировании крупнозернистой части пульпы описаны различными состояниями, в которых частицы, переходя из одного состояния в другое, с соответствующей вероятностью образуют агрегаты или останутся в свободном состоянии (Ро.ч)- В результате вероятности Рол и Рл через вероятности отдельных этапов определяются следующим образом:

^■Т-ИО-^Дрлл] : Р ллО-л)

На основании результатов исследований построен набор характерных зависимостей кондиционирования пульпы: Д - размер отдельных частиц, мм; с/ -размер смаслгшгых частиц, мм; Сс - удельный расход собирателя, кг/г.

Тогда модель агрегатов образовали и разрушеши, выраженная через вероятности Р\, Рг, Рг, приобретает вид:

Л = д(«и + М+ «.</*); •

■ ру = + а^+а^а + а„ 1п Сс).

Параметры «г а и - определяют степень влияния каждого га факторов на формирование вероятностей Р\, Рг, Р3. Коэффициенты р, характеризуют влияние неучтенных факторов.

Результаты расчета модели образовать и разрушения флокул, проведенные методом Монте-Карло, представлены в табл. 2 и на рис. 6 для ЦОФ "Белопская".

Таблица 2

Результаты расчета модели образования и разрушешш флокул

</,А мм 0,025 0,075 0,15 0,35 0,75

Сс, .кг/г 0,4194 0,4032 0,3762 0,3222 0,2790

.Роя > % •. . 99,7 98,6 96,9 91,4 90,1

Рш, % 0,3 1,4 3,1 3,6 9,9

Рнс.6. Зависимость вероятностей образования и разрушения агрегатов от факторов процесса кондиционирования: а- разделение чаепщ по крупности; б - образованно агрегатов; в- разрушение агрегатов.

5. Влпяпнс отдельных составляющих потока на механизм образования и разрушения агрегатов при перемешивании равновеликих частиц угля

Важным фактором повышения эффективности кондиционирования является обработка пульпы реагентами в поле высоких относительных скоростей л шггепепвной турбулентности.

Передача реагентов с поверхности крупных частиц материата на мелкие может произойти прн их столкновении, которое возможно в условиях шгген-с.ганой турбулентности, создаваемой потоками пульпы.

Устройство для смешивания потоков или смеситель мохено сравшггь с вертикальной трубой цилиндрической, цилиндро-конической или комической формы. В нижнюю часть смесителя поступают два вращающихся потока с определенной скоростью. Вращение потоку обеспечивает тангенциальный ввод зернистой части пульпы и улиткообразные насадки на трубе мелкозернистой части. Благодаря чему в смесителе развиваются центробежные силы, способствующие турбулентности потока.

В смесителе создается восходящий осесимметричный поток, состоянии! из жидкости н твердой фазы. Взвесенесуший турбулентный поток представляет собой неоднородную механическую смесь.

Исследовашш по изучению характеристик осреднешюй и турбулентной составляющей потока на механизм агрегации частиц угля проводились измерением скоростей потока в смесителях различными методами. В работе не-

пользовались термогидрометр, шариковый тензодатчик, растворимый трассер.

Измерение осредпепной скорости потока в цншшдро-коннческой форме, выполненное с тсрмогцврсметром и штриховым датчиком хорошо согласуются я составляет Солее 1 м/с. По мере подъема потока скорость спткае. -я и в верхней части она равна 0,25-0,35 м/с. С увеличением давления на входе в разд';л1ггелы-лта камеру осреднешая скорость увеличивается (рис.7).

Изиерегня гаггенсшшоста турбулеетных пульсаций в смесителе дают представление об эффективности перемешивания водоуголыюй суспеизш!, содер>!"'!т;ей частшш угля р"?.7гг-Ч10:5 гсрупнссги. Изучение турбулентности потоков с покогоьго тегоодгпткс*. проводитесь а смесителе на различных выест:«. Шалса©?» дагчв« (тетдкпдач} вводится вертикально пнга и горизонтально •!£ г'гглнчпс"! высота от ,щ».з смсстсля. Механический сигнал, полу-ч£пн"!н дггч1Г<с??, "сргд^ггся тсгао-усиллтелыгай станщш, где преобразуется л 5л<гс7р>г:8стп!р, 'х-тормГ», п счою очередь, подается па гальванометр ос-щакогра^а Н-12 7. В згетерггчгяпк использовался гальванометр МО-17-ЗОО.

о^дитлогрк'л ьтпеггамой скорости потока осуществлялась со скоростью претотси бумаги 100 г.'?*/с. Для обработки полученных осциллограмм 'зыбрзл пгршу* осэтдпешк» }Ч7то5е1Я1!)й скорости потока достаточно большой по сравнению о временем одной пульегдлш.

т<

Г'?;

7-—1—- с Г • ! А | ^ р' ' 1 • ! 1 V-......-

\ \ \ N 4 *

1 ! V1

г

И,н

СЧ)

Рпе.7. ГрЕфнк зависимости скорости потоков в смесителе

на расстоязтн от дна при различном давлегага воды

на входе в разделительную камеру

Р= 2,! 6 10" Па; Р=2,47 104Па; Р=2,87 104 Па

За период осреднения принят отрезок времени, равный 2 с. Обработка полученных осциллограмм производилась с помощью вычислительного центра "Наири-С2. В результате обработки определены следующие турбулентные характеристики

турбулентного потока воды и водоугодьной суспсгаин в смесителе: осреднен-ная и иульсацнонная скорости, интенсивность турбулентности, линейные макромасштабы турбулентности. Осреднешш скорость потока и определялась по формуле

N '

где Ц - з-гачснне мгновенно!! скорости потока в момент времени, выраженной в диаграммы (м);

N - число зафиксированной по осциллограмме мгновенной скорости потока за период оср^днешм.

Пульсоцнскпгл скорость вычислена с помощью метода среднсквад-ратнческих отклонений

иг

1

N -1

и выражается в единицах /укмраммы (м). * .

Интенсивность турбулентности, линейны!!, продольный и поперечный масштаб турбулытгиссти определены но следующим формулам:

я, 4;

Выполнсшше измерения при движении воды н водоугольной суспешнн (рис.С а, б ,в) позволяет сделать вывод о том, что интенсивность турбулентности для Бодоутольион суспензии в чнлпцдро-кошлескон форме смесшеля выше, чем в конической и цилиндрической, что обеспечивает более интенсивное перемещивание.потоков. • ;

Влиящю гидродинамических условий на скорость отдачи массы из зернистой твердой фазы в :пщ;сость определяется е полэтыо растворимого трассера. Скорость шреаяпишгоя в смесителе зшжеиг от геометрической формы внутренней части его к давления на входз з разделительную камеру. За критерий оцешах работы шешгеяя 1дзишшаетса Ерша иахоздепкя пухь-ны в нем.

Требования, которым должен отвечать метод эксперимента, отрето звд-1ты из уравнения скорости

с

С

К с 1*4

г-

С2

с;'4 5

в

«й- 0

N

Ч

с*——

к— V

V Ч

N

\ > V

Ч ч *

\

1 - . (!

-- Ч| [Ч

41 ч

Л, "г /!3 Р' !,С7 ■

-Л. V!

\

Ч ч

ил

N -

5 г\

ч

\

\ — \

01 Пз

I), Л, А| ЛГ4 Л/

р- /а* т

>>1 л> Л/ р. 5,£77- /д-4Лег

Рис.8. Характеристика турбулентности составляющей потока в смесителях различной формы: а- кош ¡ческой; б- цшншдро-конической; в- цилиндрической; ---водоутольная суспензия,

■ - вода

Скорость рас.вореиия зерен трассера прямо пропорциональна поверхности твердой фазы и разности концентраций твердой фазы в жидкости.

После ряда преобразований уравнение скорости приобретает следующий вид относительно времени растворения трассера

Г=к|0«'

где п - число оборотов; I - диаметр смесителя;

'Ьус/С',

а

¿/-характеристические размеры зерен. Если допуспггь, что "я" можно заменить давлением на входе в смеситель, тогда уравнение примет вид

Г = к^Р"'¿у .

Логарифмируя уравнение, получим линейную зависимость у = А'11 Х1+Х2 + ^ X?, где у = Г; Аг1Ш = 1з Ащ; Х| = 1й Р\ х2= 1е Я; х3= ¡Е &

В качестве трассера применялся хлорид натрия определенной крупности. Время раствореши фиксировать после стабилизации концентрации раствора по электропроводности.

Преобразование результатов измерений позволило получить следующие зависимости времени растворения от давления на входе в смеситель, крупно- , сти трассера и линейных размеров смесителя. Форма цилиндрическая - Т = 1,226 р"-69-а0,т Форма коническая -Т= 1,695 -Ю"2Ри221 °-456 а0302 Форма шишндро-коническая -Т = 4,4 Р'0•,', 10Д2 а0-28 Форма коническая с турбулизаторами-Т= 1,44 -103 Форма цилиндро-коническая с турбулизаторами - Т " 44,08 Р"0,014 Ь0,т аом&

Наибольшее время растворишь, характерно для формы конической и ци-линдро-конической с турбултаторами и без гак. Но так как турбулизаторы интенсифицируют турбулентность, то предпочтительнее выбирать форму при конструировании смесителя с турбулизаторами.

При консгруировашш аппаратов кондцционнроваши пульпы необходимо смеситель выполнить тшмдро-конжеской формы с турбулизаторами.

Изучение характеристик турбулентности в смесителе позволяет сделать вывод о том, что эффективность перемешивания происходит при турбулентности 30 и более процентов.

Осредненная скорость потока угольной пульпы достигает максимума в месте встречи потоков (внизу смесителя), где наблюдается наивысшая интенсивность перемешивания. По высоте смесителя скорость уменьшается, можно предположить, что в зоне интенсивного перемешивания происходит процесс передачи флотационных реагентои с поверхности омаслсшшх частиц на не-омасленные, а в верхней части смесителя упрочняется контакт перешедшей части реагента на поверхность частиц.

Модель перемешивания в смесителе соответствует диффузионной модели.

Движение водоуголыюй суспензии характершуется осреднешюй скоростью (и, м/с) турбулентной диффузией '(О,, м2/с), высотой смесителя (/, м), плотностью жидкости (воды р, кг/м?) и ускорением свободного падения (т/,

мЛг). Используя метод размерностей и на основании я-теоремы Бэкингема определены безразмерные величины, анализ которых позволил получить критерии геометрического и гидродинамического подобия.

Выведено уравнение, характеризующее режим перемешивания в смесителе и ьгзде безразмерных критериев подобия

;•;)„' .'Л' - критерий Пекле, характеризующий продольное перемешивание; критерий Фруда, характеризующий волновое сопротивление в по ле сил тяжести;

критерий Эйлера, характерюующнй потерю напора.

Таким сбоазом кондиционированием или годготовкой угольной пульпы назпгаетел пронесс перемешивания в цеЕггробежно-гравнтацнонном поле сил "оиг.слснных" кр; пнозернистых частиц твердого с тонкозернистыми перед их созме^ткон флотацией.

6. Создание !нш а ратоп для эффективного

конд/пзпопнровашш пульт ».

Для тучешга технологических параметров кондиционирования пульпы разработаны сетадозке установки. Стендовая установка состоит из аппарата конд1щ;!С'Н!!руш1',;'.'.;! пульпы спирального или циклонного тина, включающих разделительную ггамепу, камеру кондиционировашш и смеснтель-пульнодедитан-, ниппелей реагентов, флотащюшшх машин, радиального сгустителя, вакуум-фильтра, бака мешалки и центробежного насоса.

Стендовая установка позволяет проводить исследования на воде и водо-ушльной суспензии ч замкнутом цикле (без реагентов) и разомкнутом цикле с флотацией шламов и получением конечных продуктов флотации.

Кроме этого,' для изучения возможностей разделительной камеры, выполненной в виде пшроциклона, предложен с.енд, па котором предусмотрена возможность изменения угла наклона циклона и давления пульпы на входе, обтемной производительности, определение граничного зерна разделения. Для исследования параметров разделения по граничному зерну на сшфалыюй поверхности предусматривалось изменение давления пульпы на входе н ширины потока отсечки в зернистую часть пульпы.

Исследование и оптимизация процесса кондшшогафовшшя пульпы в аппаратах циклонного типа позволили определить входные и выходные параметры кондшшошфования. Крупность зерна разделения 0,2 мм возможно получить при давлении на входе не более одной атмосферы. Угол наклона циклона составляет 30-40°.

Исследование и оптимшация процесса кондиционирования в аппаратах спирального типа позволяет сделать вывод о том, что граничное зерно разде-

лешы 0,2 мм возможно получить при давлении на входе не б лее 190 мм.вод.ст. Расстояние отсечки по ширине винтовой поверхности максимальное при минимальном расстоянии между витками. Разделение материала по граничному зерну разделения зависит от скорости потока. Скорость патока в разделительной камере должна быть минимальной. В данном случае скорость потока определяет давление пульны на входе.

Течиологические показатели флотации с применением аппаратов двух типов одинаковы пли почти одинаковы. Циклонный аппарат относится к юв- . кояаиорным, спиральный - к безнапорным устройствам.

Предложены аппараты кондиционирования флотационной уголшон пульпы с ценгробег/кио-грашгтационным полем двух типов, ышючй'.овдЕ'С разделительную камеру, камеру кондиционировашш ;; смеситель-нульподелигсль.

В аппарате циклонного типа реагенты подаются в сгущенный продукт гидроциклопа. Интенсивность перемещения в камере ко1 шнцкоипроылим обеспечивался центробежным!! силами, развивающимися нр;: дшшегшц пульпы в циклоне и на выходе ш него.

Общий вид аппарата кондиционирования пульпы спирального приведен на рис. 9.а.

_ К О?.'") ' ■' _ I

Рис. 9. а Общий вид аппарата кондицнмшровашш сшфального 1 - корпус, 2- кольцевой желоб, 3 - перфорированный цилиндр, 4 - винтовой желоб, 5 - борт перемгшюго сечения, 6 - нижняя часть корпуса, 7 - загрузочный патрубок, 8 - смеситель, 9 -трубопровод, 10-пульподелитель, II- -разггрузочное устройство, 12- -трубопровод реагентов.

Аппарат кондиционирования пульпы спиральный состоит из цилиндрического корпуса, разделенного на дне част: верхнюю и нижнюю. В верхней '¡лети размещен перфорированный цилиндр, вокруг которого имеется кольцевой желоб. Винтовой желоб снабжен бортом переменного сечения и состоит из трех витков, представляющих зону формирования потока, перераспределение частиц по крупности м выделение тонкозернистой части. Тонко зернистая часть отсекается и направляется в смесэтель-пульподелнтель. а более зернистая часть пульпы направляется в камеру кондиционирования, продолжая движение ио винтоЕому желобу. В ггрупнозернистую часть подаются реагенты. Площадь поверхности шипового желоба и камере конднционнрованкз превышает почти в два раза площадь витка а разделительной камере.

Благодаря большой поверхности витка пульпа растекается более тонким слоем, что создает благоприятные условия для обработки ее реагентами.

Поток пульпы на спнратьной поверхности совершает двойное движение вокруг вертикальной оси желоба и относительно условного цетпра своего поперечного сечения, что способствует интенсивности перемешивания зернистой пульпы с реагентами

Спиральный аппарат снабжен узлом для распиливания реагентов, состояние.! ш распылителя, выполненного в виде вращающейся с помощью электродвигателя конической поверхности, обращенной зубчатым основанием вша, конусообразного распределителя потока реагентов, расположенного внутри распылитель, направленного вершиной в трубопровод реагентов не-подшекного отражателя , представляющего собой тор, расположенного соос-1го с распылителем. Кроме того узел распьшташга реагентов может перемещаться по вертикали относительно шптговой поверхности камеры конднцио-нирорашш (рле. 9 б).

Таксе устройство и его расположите позволяет получить реагенты в дисперсном виде и направить шив п камеру кондиционирования для обработки крупнозернистой части твердой фазы пульпы.

При смачивании внутренней полости конусной поверхности реагентами спи стс;:аюг в виде топкой пленки от центра к краю тпуспоИ поверхности и та:.!, иахашшсаясь под действием центробежной силы, срываются в виде отдельных капель.

При скорости вращенш 3000 об/мин, диаметре нижнего основания 500 мм, мшеашаяьшй размер капелью» реагента составил 80 мкм (первичное дробление).

Усзаг.г.вливая пеподтг-лнЧ отражатель в вндз тора, можно полуппь более тоикодиспераплг капельки реагента. Более высокая дисперсность получается при ударе капель, полученных в распылителе, об отражатель (вторичное дроблен:«).

4 - зубчатое основание, 5- отражатель, б- трубопровод для реагентов.

Время пребывания пульпы в аппарате спирального типа промышленного образца определялось по известным формулам движения по вшгговой поверхности. Зная шаг витка, угол наклона профиля желоба и скорость движения пульпы у внешнего и внутреннего борта представилась возможность определить время нападения пульпы в разделительной камере и камере кон-днцноннроваши.

Время пребывания пульпы в разделительной камере составило 26,3 с, г. камере кондиционирования, благодаря более развитой поверхности - 59,3 с.

Общим узлом в аппаратах циклонного и спирального типа является смеситсль-пульподелнгель, гидродинамика которых аналогична Устройство смесителя позволяет произвести смешивание всех потоков флотационной пульпы, представленных различными классами крупности, с достаточной Ш1-тенснвностыо турбулентности, обеспечивающей гидрофобкзацшо угольных частиц.

Нашей разработкой является создание комплекса оборудовашш для кондиционирования флотационной угольной пульпы. В состав комплекса входят: щелевой расходомер, аппарат кондиционирования пульпы, дозатор реагентов.

7. Промышленные испытания и. внедрение доемх аппаратов кондиционировании пульщл

На основании результатов гфоведенных исследований разработаны тех-ничеркце -задзшш, утвержденные бывшем Мпиуглепромом СССР, ца создание .аппаратов .коццицноиировшшя флотационной угольной лулыш с центробеж-

но-граоигг.!шспш.ш по.ьсм, si котором происходит выделение зернистого шлама, копдшщотфозапнг его с реагентами и смешивание всех классов крупности перед флотацией. Созданы аппараты кондшшогефования флотационной угольной пульпы крошводителыюстыо до 2000 м3/ч.

Аппараты щаслошюго типа испытаны па обогатительных фабриках "Красногорская", "Кузнецка^", "Ашкерская". Результаты испьггшшй представлены на рис. 10. Эффсзгппяюсть флотации всех классов' крупности увеличиваете! ко сравиетпо с примекелпем подготовки пульпы в АКП. Увеличивается выход концентрата на 0,5-3,5% при сшошдш его-зольности на 0,4%. Увеличивается зольность отходе» на 4-10%. Снижается остаточная концен-трпщи флотационных реагентов: углеводородов п 4-8 раз и сшфтов в 5 раз.

-4

- А / — \

\

\

1 11! 1 —S— I \ ? Y

а '4 ■Г ^ _ 1 ' J- \

\ ■ \

— л. V \

— h

• —-О

* - с IIO/.I Iiy.it.11I-. и ЛКП.ЮОХ*

3-е подг»т«1||.ч»41 i ivjit.u i>* .» А1Ш.2

Рис. 10. Эффективность флотации.

Опытный образец аппарата раздельного кондиционирования испытан на ЦОФ "Сибирь" в ср.лшешш с работой аппарата АКП-1600.Проведенными промышленными исиыташьчиц установлено, что при подготовке пульпы в предлагаемом аппарате повышается эффективность процесса флотации.

Зольность отходов увеличивается па 4,7%, выход флотохсицетграга - па Q,S%. Сншкается остаточная концентрация реагентов в жидкой фазе отходов флотации в два раза.

Второй образец аппарата испытан и внедрен на ЦОФ "Белозсхаа", получены аналогичные технологические показатели.

Аппарат кондиционирован;« пульпы рекомендован к серийному Хфош-ьодству по индивидуальны;«.,• заказахг пропзводстветнлх объединений, по технической документации, разработанной институтом "Скбшшуглеобогащеипе".

Первый экспериментальный образец аппарата подготовки пульпы спирального типе установлен и испытан па ЦОФ "Кузнецкая", "Абашезекая", ГОФ "Красногорская". На ЦОФ "Абашевская" (флотация выполняет роль не только как метод обогащения, по и как способ регенерации оборотной воды. В результате испытании установлена высокая эффективность кондиционирования пульпы перед флотацией.

На основании данных испытаний экспгрклгенталыидх образцов разработана техническая документация па опытный образец, который испытан ц лнедрен на ЦОФ "Кузнецкая" ПО "Гндроуголь". Производительность кша-рага составила 2000 м'7ч при плотности питания не более 250 кг/м3. Щркдць вшгговой поверхности разделитель hoi i камеры (сепаратора) - 5,6 t-Г, хамери кондиционирования 6,1 м2. Граничное зерно разделен»;! 0,2 ш. Дззлешз ш входе составляет не более 9,806 103Па.

Комплекс оборудования, включающий расходомерноо устрсйстсо, аппарат кондиционирования пульпы, дозаторы реагентов, ■ внедрен на ЦОФ "Киселевская" и ГОФ "Красногорская"-.

На рис. 11 представлен общий вид аппарата кондиционирования пулыш АКП-2. . . '

Особенностью аппарата является насыщение воздухом крупнозернистой фракции. Крупнозернистая фракция выходит из кольцевого зазора (ка pue.l 1, гюз.7) размером"а "в виде факела, который элементарно монет' быть представлен в виде отдельных струп под углом к поверхности пульпы "а". На высоте "FT" от верхней крышки смесителя 8 до уровня пульпы находится воздух. Пульпа, проходя через воздушную прослойку , насыщается воздухом. Насыщение пульпы воздухом на 1 м3 пульпы 1 м3 воздуха происходит в случае, если высота воздушного прослоя больше или равна четарзм размерам кольцевого отверстия на конус угла падешм"а" элементарных струи тфупкозер-ннстой части пульпы Н> 4 a cos а (гатесг № 1752423. СССР. Способ подготовки пульпы).

Рис. 11. Общий вид аппарата кондагцшщгрозанш угольной пульпы: 1- шггаювдй патрубок; 2- разделительная камера; 3- слив-пая камера; 4- сд:т?.псй патрубок; 5-перегородка; 6- камера реагентов; 7- кольцевой зазор; 8- смесительная емкость; 9-смсситель- пульподел1ггель; 10- распределительный конус;

11 - выпускное отверстие; 12- затвор-регулятор.

Прпмепгпше аппаратов конднцшшрования пульпы циклонного типа и спирального, осноггнных нз использовании центробежно-гравитационного поля, показал®, что от! являются наиболее экономичными. Выделение зернистой части пульпы, конднщюпззровяяиг ее реагентами и что особенно важно, ггкаяжг.щгз всех потоков пульпы перед флотацией происходит с достаточной ссреднешюй скоростью и интенсивностью турбулентности.

- Экономичность определяется эффективностью процесса флотации. Уве-лнчивмтеа выход флотационного концентрата со снижением его зольности. Упелнчгааэтся эффективность флотации крайних размеров крупности, как {•рутаых, гаки мшон частиц утдя. 'Увеличивается зольность отходов флота-х:,;«!. Сшскгзтсз остаточная концентрация реагентов в отходах.

В настоящее время на всех углеперерабатьташощих предприятиях внедрен аппарат ковдицишшрования пульпы ища АКП-2 (АР1Ш), который отличается компактностью и возможностью предварительной аэрацией йуль-пп. '

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В дисссртащюнной работе на основании пыполпенных автором исследований физических и физико-химических особенностей процесса кондиционирования изложены иаучио-ойосноваяныс технические и технологические решения по разработке фтико-тсхпнчсских методов и создания аппаратов кон-диншжираваиия угольных ггулы«, глюдреннс которых обеспечивает пппыше-ине производительности и качества переработки угля методом флотации, что виосш значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в уг-леперерабагываюшем производстве

Осноатлс научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему.

1. Анализ современного состояния теории и практики флотации выявил необходимость разработки физико-rex 'ичсских методов кондиционирования угольных пульп и создания высокоэффективных аппаратов подготовки пульпы.

2. D диссертации обосновано н получило развитие новое направление конди! Актирования утолыюй 1гульпы - в цешробежно-грашлацнонном поле, характеризующимся высокой итеношщосгыо турбулентных потоков. Интенсивность турбулентности » смесителе достигнута более 35,0 %, что обеспечивает необходимое время кондиционирования.

3. Важная роль при кондиционировании угольной пульпы принадлежит твердой фазе. Зависимость влияния на процесс кондиционирования угольной пульпы рамнчных ингредиентов органического происхождения и минеральных включений, входящих » состав угля определяется качественными и ко-/шчественьыми факторами: стадией метаморфизма, вещественно • петрографическим составом, степенью окислснности пористостью, адсорбционной способностью и фнчико-мехапичеекнми свойствами угля: трсщшюватость, прочность, хрупкость и др. Эти факторы определяют и конечном итоге грану-ломглричеекпй corras угольных шламов. Статистическая обработка результате» ¡¡ (ранулометричсского состава угольной мелочи (кл. > 0,2 мг:) позволила установить тесную взаимосвязь со стадией метаморфизма. Содержание угольной мелочи круиносгыо более 0,2 мм возрастай' от шпкомстаморфизо-шшнмх углей к средней ст адии метаморфизма и уменьшается к высокомета-морфшншаниым.

И'чаимоспязь содержания класса крупностью более 0,2 мм от его сорб-цнентнн'т способности определяется содержанием внтринита в угле и его отражательной способности. Сорбшюн.изя способность наиболее высокая для угля средней стадии метаморфизма (отражательная способность 0,9 - 1/1%) и наименьшая - для низкой и высокой стадии метаморфизма и колеблется в таких пределах:

- для углей с отражательной способностью 0,7 - 0,9 % сорбционная способность 1,1 - 6,35 мт/г 10"3;

- для углей с отражательной способностью 0,9 - 1,4 % сорбционная способность 3,32 - 7,4 мг/г 10'3;

- для уг: .". с отражательной способностью 1,4 - 1,6 % сорбционная способность 0,2 - 5,83 иг/г !0'3.

Колебзнш сорбциониой активности внутри стадии метаморфизма связаны нзменгппсм петрографического состава

5. Классификация эффех. юности кондиционирования угольной пульпы основана на новом принципе, учитывающем содержание вигршпгта, его от-р^гхзтельнсй и сорбцноннсй способности и включает четыре категории:

I - категория, содержание Еитршшта V,более 30,0 %, отражательная способность Бнгргапгга Ко = 0,7-0,9 % - раздельное кондиционирование эффективно; П - категория, V, более 20,0 %, Но = 0,9-1,4 % - весьма эффективно; Ш-категсрдга, V, более 50,0 %, ~ 1,4-1,6 % - менее эффективно; ГУ - категория, , менее 20,0 %, = 0,7-1,6 % - неэффективно. Предлолсенная классификация может быть использовала при выборе способа и аппарата конднциошфо-зания нульпы при флотации.

5. Оценку эффективности кондиционирования гфедлатается производить по остаточной концентрации реагентов в жидкой фазе отходов флотащш. определенного яромагографическим методом. Остаточная концентрация реагентов в отходи флотащш при раздельном кондицношфовашш пульпы снижается в 3-4 раза для реагентов аполярного типа, в два раза - реагентов гетеро-г.одярного типа. Для определенна весьма малого количества реагентов в пульпе отходов флотащт приляг хроматографотескнй метод. При кондиционировании угольной пульпы повышается адсорбцно1шая поверхность способность угля и увеличивается его извлечение в концентрат.

7. Новые ориппгалмше методики и устройства позволили установить наибольшую эффективности фшико-химнческого метода переработки с использованием кондишгашгрсвашш пульпы с аполярными реагентами и прога-пести подбор эффетивно-действующнх реагентов. Предложен реагент-ссбнрателъ "Омский" с оптимальным групповым и фракционным сг • тавом и реагент "Кузбасс", как добавка, повышающая эффективность действия аполярного реагента.

8. Изучение мехалшзма агрегащш частиц в центробежно-гравиационном полз позволяет определить скорость агрегащш с прнмепешем частиц носителей реагентов, представленных Классом > 0,2 мм. Скорость агрегащш с частицей постелем реагентов выше, чем без частицы носителя в 102-103 раза, с увеличением расхода реагентов скорость агрегацщт частиц возрастает. Это объясняется различием мехшшзма встреч частиц различной крупности при турбулентном движении шщкостн. При увеличении расхода реагентов от 40

до 200 мг/л процент систоиронускашш увеличивается от 70 до 90 %. Степень агрег ацпп возрастает от 45 до 56 %.

ч. Математическая модель образования и разрушения агрегатов при кондиционировании твердой фазы пульпы основана на методе имитационного моделирования. В основе разработки модели находятся стадии элементарного акта кондиционирования (вероятность разделения пульпы на мелкозернистую и крупнозернистую Р|; пероятность образования или разрушения агрегатов Р2 и всроинюаь сохранения агрегата Р3). Построение и реализация имитационной модели выполнялась на ЭВМ. Алгоритм модели основан на методе Монте-Карло. Для построения модели использованы данные гранулометрического состава и удельные расходы аиолярного реагента различных классоп крупности,

10. Процесс копдициопиросоння происходит в условиях шггенсивной турбулентности и поэтому на механизм агрегации частиц угля существенное влияние оказывают гидродинамические параметры потоков пульпы с смесителе. Интенсивность турбулентное™,/ более 30,0 %, пульсацисшш скорость ТГ' более 0,5 м/с п осрсднеииач скорость й более 1,5 м/с. Созданы испытательные стенды, позволяющие определить характеристики сгреднеиной и турбулентной составляющих потока п выбрать геометрическую форму смсси-теля.

11. Рациональной геометрической формой смесителя является коническая или ть'пшдро-коиичеекач форма, так как интенсивность турбулентности для водо)тч)льной суспензии в конической и цилиндро-копической форме смесигсля выше, чем и цилиндрической. Эхо обеспечивает ненболге интенсивное смешипапие потоков для создания наивыгоднейших услознй передачи реагентов с поверхности частиц угля на поверхность. Измерите осреднсшюй скорости потока, выполненное с номощыо термогидрометра и тензодатчика на различной высоте от дна для ци'швдро-конической формы смесится: показывает, что в области истречи двух потоков в нижней части смесителя скорость потока имеет наибольшее значение более 1 м/с. Это подтоерздаеггеа исследованиями, выполненными с помощью растворимого трассера. Пульса-цпоштп скорость по высоте смесителя распределяется равномерно - некоторым замедлением для суспезни в верхней части смесителя. Наибольшая 'интенсивность турбулентности характерна для взвесенесущего потока по всей высоте смесигсля тшс:;с с некоторым замедлением в верхней его части.

12. Взаимосвязь харастернстн:: турбулентности потока с эффективностью перемешивания обусловлена гидродинамическими параметрами смесителя. Выведено уравнение, характеризующее реааш перемешивания в смесителе в виде безразмерных критериев подобия = к-/•; '•' ■ с[.. Для всех форм смесителя критерий Пекле, характернчующий продольное перемешивание, обратно пропорционален критерию Фруда, характеризующего волновое со-пропшлепш в ¡юле сил тяжести. Чем интенсивное продольное персмсшива-

нче. те.',.' ,!ет!.ше отношение c;u инерции к силам тяжести. Анализ крirrepiieH Фрччз, 'jíLiepa и Пекле позволяет отметить, что нсследованные смесители подд'!'с.гсч моделированшо. При условии геомегрнческого подобия необходимым условием моделирования является увеличение скорости при увеличении давления на входе.

13. Разработаны новые физико-технические методы конднциогафования угольных пульп и созданм конструкции аппаратов.кондиционирования, основанные на действии центрсбежно-грзвнтациошюго, поля; циклонные н спиральные с предварительной аз рацией пульпы воздухом! и. без него. Согласно предложенной классификации эффективности аппарат кондиционирования пульпы спиральный целесообразно применять.длдувлгГп НиЛГ, а.аппарат цн-iwioüiiuñ- для III и IV категорий.

14. Аппараты кондиционирования угольной пульпы* с. использованием элементов струйной аэрации и без нее, новые реагенты аполярного типа, система стабилизации расхода реагентов, включая дозаторы , внедрены на 10 тфедприятшх переработки угля Кузнецкого бассейна, получен значительный экономический эффект.

Основные положения диссергацин опубликованы в следующих работач автора.

1.Antipenko L.A., Vlasova N.S., Nazarenko V.M., Tishchenko AG. "Development of coal floatation engineering and technology". Proceedings of the VII International Congress on coal preparation, Sydney, Australia, 1976.

2. Antipenko L.A., Deberdeyev l.Kh., Nazarenko V.M. "Coal floatation technology and theoretical pre-requisites of its development". Proceedings of the X International Congress. Edmonton, Canada, 1986.

3. Antipenko L.A., Blagov I.S., Zhovtyuk G.V., Deberdeyev I.N. "State and Development of coal floatation in the USSR'. IX International Coal Preparation Congress. New Delhi, 1982.

4. Antipenko L.A., Deberdeyev l.Kh., etc. "Problems of physico-chemical technology of line coal preparation". Poster. Tokyo, Japan, 1990 October.

5. Antipenko L.A., Rubinstein Yu.D., etc. "New generation of floatation equipment". Proceedings of the XII International Congress on coal preparation, Krakow, Poland, 1994.

6. Antipenko L.A., Kravehenko. L.P., Oparin L.N., Syvorotkin A.N. "Determination and evaluation of the results of fine slime floatation under modern liquids flowsheet conditions" Proceedings of the XIII International Congress on .coal preparation, Brisbcn, Australia, 1998.

7. Антипенко JI.A. и др. Прогнозирование шламообразования в процессе гидротранспорта угля./ JI.А.Антипенко, Л.П. Карташова, Л.П.Икрамоаа, Г.А.Ефимова// - В сб.: Вопросы гидразлической добычи угля. Труды ВНИИ-Гидроугля, Кемерово, ¡967, вып.Х!, с.233-238.

В. Антипенко Л. А. Освоение, наладка и pei-улировка работы флотационного цеха на КиселСвской ЦОФ// Обогащение и брикетирование угля:. Научные труды Кулшиуглеобогйщения- М.: Недра, !965.-№ 5.- С. 33-34.

9. А!шшенко Л.А., Власов« Н.С., Классе« В.И. Влияние окисленносш шламов томусниских углей на их флотацию//. Обогащение и брикетирование угля - ЦНИИЭИУголь, М, 1966, № 9-10, с.16-19.

10. Аитинснко Л. A., Capar пев Е.М. Исследование работы флотационных установок Кузнецкого бассейна. - В кн.: Научные труды по вопросам качества н переработки угля. Куншиуглеобогащение, Госгортехиздат, 1960, № 7, с.60-69.

1 !. Aimmei ikoJI.A, Некоторые результаты изучения факторов, влияющих на флотируемость угольных шламов Томусинской обогатительной фабрики.// Научные труды Кузнинуглеобогащения. М., Недра, ¡964, }<Ь 2, с.

12. Антипенко Л.А. О флотируемости углей Кузнецкого бассейна// Флотация утлей на обогатительных фабриках,-М.: Недра, 1964,- С.64-68.

13. Антшюнко Л.А. Флотащш тонких шламов.// Обогащение и брикетирование угля. - М..: Недра, 1967,- № 3,- С.47-50.

14. /иггнлеико JI.A. Определение оптимального режима флотации методами планирования экспериментов.//Обогащение и использование угля. Научные труды Кузшщуглсобогащсния, -Прокопьевск, 1971,- Вып. 6,- С.53-61.

15. Антипенко Л.А. Исследование способа раздельной обработки реагентами угольных шламов.// Обогащение и брикетирование угля. Научные труды Кузшшуглсоботащения, Прокопьевск, 1973. - Вып.VU.- С.72-74.

16. Антипенко Л.А. Опыт флотация углей на обонятельных фабриках Кузбасса.// - Экспресс-информация/ ЦНИЭИУголь, -М., 1975, -26с.

17. Антипенко Л.А. Опыт кондиционирования угольной пульпы.// Экс-гфесс-информшщя, / ЦНИЭИУголь,- М„ 1980, -22с.

18. Антипенко Л.А. Совершенствование флотащш на обогатительных фабриках Кузбасса.// Обзор/. ЦНИЭИУголь,- М, 1983, -44 с.

19. Антипенко Л.А., Начаренко В.М., Тюрникова В.И. Теоретические исследования и практика флотации углей.// Развитие углеобогащения в СССР/Под редакцией к.т.н. И.С.Благова.- М.: Недра, 1979- С.56-67.

20. Аитинснко Л.А., Комбаров А.И,, Кривошеин В.Р. Интенсификация флотации при раздельном кондиционировании пульпы.// Обогащение и не- . пользование угля. Научные труды Кузнииуглсобогащення,- Прокопьевск,

1976, -Вып. 1Х.-С. 104-111.

21. Антипенко Л.А, Интенсификация процесса флотации угольных пульп . при кондиционировании их в аппаратах Щиклониого типа. // Проблей! обогащения твердых горючих ископаемых, т М., 1979, т.УШ.-Выя^- С.42-45.

22. Антипенко Л.А. Совершенствование подготовки, пудвгты перед флотацией// Уголь, 1980.- С. 52-55,

1". Богомолов В.М., Тюрпнчова В.И., Алтнпенко Л.А. Повышение эф-(]iKüiiiioc'iи действия пенообразователей в промышленных условиях.// Обогащение и Срнкегнроиание угля, ЦНИЭИУголь,- М., 1975, 4,- С.12-13.

.••!. Беродулнп В.А. и ;:р. Влияние измельчаемостп угля при гидротранспорте па технологию его переработки. / Бородулин В.А., Карташова Л.П., Петрспскап Е.А., Антипенко Л.А.// Обогащение и использование угля: Научные труд:,: Кузиниуглеобогащспнт - М.: Недра, 1965. - Вып.Ш.-С. 92-94.

25. ISlchob Г.В., Тюрпикса.а В.И., Антипенко Л.А. Влияние окиси этилена из собирательные свойства керосина при флотации угольных шлагтов.// СГ-оган'.гнпе и использование угля. Научные труда Кузнииуглесбогашення, Прскоиьст.ск, 1976, Bun.IX.- С.93-103

26. Методические рекомендации по комплексному исследованию углей дд.т ггг.сзч-гсрсвания сбсгатигедь!п:х фабр»«. / Кузнниуглеобогощение, 10 р-ттас:*.?. Л.П. Антипенко Л.А.ДСкричеико A.B. -Прокопьевск, 1973, .81 с.

27. Усоз H.H., Дворчдкни М.З., Антипенко Л.А. Система автоматического рд'гл; розаннл процесса флотпши из ОФ 5-7. - Обогащение и брикетиро-пглие уггл, ЦНИЭИУголь, М. 1971, № б,-С.25-26

2;'. Усоз С.Н., Двортдкин М.З., Антипенко Л.А. Автоматическое регули-процесса флотации m обогатительной фабрике № 5-7. // Экспресс-информация о передовом опыте. ЦНИЭИУголь, М., 1971,- J& 2, С.41.

2?. Усоз С.Н., Антипенко Л.А.,Дернглззов И.И. Электронный щелевой р:.схо:юмсгр для тмерення расхода уголышх пульп. // Обогащение и бргасе-г-ровяме угля, ЦНИЭИУголь, М, 1974-№ 4, -С.21-23.

30. /.тггапешео Л.Л., Щеголсаа E.H., Вежииа В.А., Вяльцев Ю.Л Про* агшделнме испытания опытной портин Омского флотореапмгта - собирателя. // Обогащение и брикетирование угля, ЦНИЭИУголь, М., ! 931,- № 5,- С.3-6.

3!. AimmeiiKO Л.А., Щс-голева E.H. О распределении аполярных реаген-тоз прч раздельном копдншош'ровагаш.// Интенсификация технологии обогащения углей.- М.: Недра, ¿981,-0.29-31.

32. Антипенко Л.А. и др. Определешге флокулнругощей способности гпэ.г*;рп!лх реагентов для угля. / Л.А. Антипенко, ШС.Медведева, Е.И.Щ'гслева, МИ.Бабакова// Ингенснфшсацнл технологии обогащения углей. - М.: Недра, 1931,- С.52-56.

33. Антипенко Л.А., Романовская М.В. Прошозирование эффективности коидпшюннровшпм па основании генетической характеристики угля. Труды ИОТГ.М, 1986,

34. Бабенко В.А., Антипенко Л.А., Кириченко A.B. Совершенствование водно-шламовых схем на сбогатителыгтлх фабршеах Кузбасса// Обогащение я пепользоошше угля. Научные труды Кузгапгуглеобогащешм,- Прокопь-сшс,1973.- Вып. VH.- С. 80-90.

35. A.c. 381404 (СССР): Устройство'для: контактирования флотационной

пульпы с реагентами' перед процессом флотации. - Опубл. в Б.И. 1973, Ms 22 (соавторы. Бабенко В.А., Лубов В.М.).

36. A.c. 492307 (СССР); Устройство для кондиционирования флотационной пульпы с эмульсией реагентов перед процессом, - Опубл. в Б.И., 1975, К» 43 (соавторы: Шлямовнч А.Б-., Черных Н.П., Лубов В.М. и др.).

37. A.c. 753470 (СССР). Устройство для кондштионнроватш плотных пульп перед флотацией. - Опубл. в Б.И., 19S0, № 29 (соавторы: Иванов Н.Г., Мамегьева Л.А., Суворов В.М.).

38. A.c. 657854 (СССР). Собиратель для флотации угля. - Опубл. в Б.И., 1979; Ла 15 (соавторы: Якименко Е.В., Чуганнова Е.А., Фомин В.Д., Иванов Г.В. и-др.)':

39. А.с, 810285 (СССР). Способ флотации угля. - Опубл. в Б.И., 1981, № 9 (соавторы: Тюрникоаа В.И., Иванов Г.В., Наумов М.Е., Лш/ев Б.И., Вежни-на В.А.).

40. A.c. 900867 (СССР). Устройство для кондиционирования флотационной пульпы. - Опубл. в Б.И., 1982, № 4 (соавторы: Щеголева E.H., Левый И.И. .Суворов В.М.).

41. A.c. 880498 (СССР). Устройство для кондиционирования флотационной пульпы. - Опубл. в Б.И., 1981, № 42 (соавторц: Шлямовнч А.Б., Герасименко М.П.).

42. A.c. S88346 (СССР). Устройство для кондиционирования флотационной пульпы. - Опубл. в Б.И., 1983, J& 2 (соавтор Лайгер А.Г,).

43. A.c. 1041158 (СССР). Устройство для кондиционирования флотационной пульпы. - Опубл. в Б.И., 1983, N» 34 (соавторы: Лайгер А.Г., Снатшга Л.А., Коршунова Н.П.).

44. A.c. 1200128 (СССР). Устройство для дозирования жидкости. -Опубл. в Б.И., 1984, ЛЪ 13 (соавтор Дсриглазов И.Х.). •

45. A.c. 1327978 (СССР). Спиральный аппарат козадщионировагаи пульпы. - Опубл. в Б.И., 1987, N2 22 (соавтор Лайгер А.Г.).

46. A.c. 1378924. Аппарат раздельного кондациошфовашт флотационной пульпы. - Опубл. в Б.И., 1988, № 9 (соавторы: Лайгер А.Г., Левый ИМ).

47. A.c. 1447415. Аппарат для кондиционирования флотационной пульпы. - Опубл. в Б.И., 1988, № 48 (соавтор Лайгер А.Г.).

48. A.c. 1532082. Центробежный аппарат кондиционирования флотацц-онной пульпы. - Опубл. в Б.И., 1989, № 48 (соавторы: Лайгер А.Г., Красицкий B.C., Коршунова Н.П.).

49. Патент Л'а 1662050 ( СССР) Устройство для кондиционирования флотационной пульпы .- Опуб. в Б.И.,1993 г. (соавторы: Лайгер А.Г., Красицкий B.C., Левый И.И., Щеголева E.H.)

50. Патент Na 1752423 (СССР) Способ подготовки пульпы. - Опубл., в Б.И., 1992, № 29

Министерство топлива и энергетики Российской Федерации

СИБИРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

УГЛЕОБОГАЩЕНИЯ

(Сибнииуглеобогащение)

на правах рукописи

Антипенко Лина Александровна

РАЗРАБОТКА ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ МЕТОДОВ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ УГОЛБНЫХ ПУЛЬП ПРИ ФЛОТАЦИИ

Шифр: 05Л5.11 Физические процессы горного производства 05Л 5.08 Обогащение полезных ископаемых

Диссертация на соискание учедай степени1'

Прокопьевск 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................... 5

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ПУЛЬПЫ 17

2 ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕЙ КУЗБАССА В КАЧЕСТВЕ ОБЪЕКТА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ 26

2Л. Физико-механические свойства и вещественно-петрографический состав углей Кузнецкого бассейна.................... 26

2.2. Гранулометрический состав углей............................................. 36

2.3. Прогнозирование возможности кондиционирования на основании генетической характеристики углей (классификация).......... 37

Выводы.......................................................................................... 45

3 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ДЕЙСТВИЯ ФЛОТАЦИОННЫХ РЕАГЕНТОВ ПРИ КОНДИЦИОНИРОВАНИИ УГОЛЬНОГО ШЛАМА 46

3.1. Адсорбция аполярных флотационных реагентов на углях различных классов крупности........................................................... 47

3.2 Процессы агрегации угольных частиц в жидкости.................... 51

3.3. Прочность закрепления аполярных реагентов на поверхности угольных частиц................................................................................. 63

3.4. Исследование в области подбора эффективно-действующих флотационных реагентов................................................................... 77

3.5. Оценка эффективности кондиционирования............................. 90

Выводы.......................................................................................... 92

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ПУЛЬПЫ В ЦЕНТРОБЕЖНО-ГРАВИТАЦИОННОМ ПОЛЕ 93

4.1 Выбор способа выделения частиц угля - носителей флотационных реагентов................................................................................. 93

4.2. Изучение агрегации угольных шламов в процессе кондицио- 103 нирования...........................................................................................

4.3. Математическая модель образования и разрушения агрегатов

при кондиционировании угольных частиц в пульпе........................ 111

Выводы.......................................................................................... 130

5. ВЛИЯНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПОТОКА НА МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ АГРЕГАТОВ ПРИ ПЕРЕМЕШИВАНИИ РАЗНОВЕЛИКИХ ЧАСТИЦ УГЛЯ................................................................................ 132

5.1. Стенды и методы исследований................................................. 132

5.2. Влияние осредненной скорости потока на эффективность кондиционирования........................................................................... 152

5.3.Характеристики турбулентности составляющих потока в смесителе.................................................................................................. 153

5.4. Изменение характеристик турбулентности составляющих потока при различных формах, размерах, конструкциях смесителя... 160

5.5. Взаимосвязь характеристик турбулентности потока с эффективностью перемешивания (физическая модель)............................. 165

Выводы.......................................................................................... 169

6 СОЗДАНИЕ АППАРАТОВ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО

КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ПУЛЬПЫ 171

6.1. Стенды исследований................................................................. 171

6.2. Исследование и оптимизация процесса кондиционирования пульпы в аппаратах циклонного типа............................................... 177

6.3. Исследование и оптимизация процесса кондиционирования пульпы в аппаратах спирального типа.............................................. 185

6.4. Создание комплекса оборудования для кондиционирования

угольной пульпы................................................................................................................................................................194

Выводы....................................................................................................................................................................................199

7 ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ВНЕДРЕНИЕ НОВЫХ АППАРАТОВ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ

ПУЛЬПЫ......................................................................................................................................................................................201

7.1. Испытание и внедрение аппарата циклонного типа..................................201

7.2. Испытание и внедрение аппарата спирального типа................................214

7.3. Внедрение комплекса оборудования для кондиционирования угольной пульпы перед флотацией......................................................................................................218

7.4. Перспективные направления совершенствования аппаратов кондиционирования пульпы............................................................................................................................222

Выводы....................................................................................................................................................................................228

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................................................................................229

ЛИТЕРАТУРА................................................................................................................................................................................234

ПРИЛОЖЕНИЯ 254

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Техническая политика развития угольной промышленности на поставку высококачественного топлива потребителям, дальнейшее расширение переработки угля требуют сосредоточить внимание на поисках внутренних резервов и приведение их в действие.

В связи с требованиями поставки высококачественного топлива потребителям возрастает роль и значение переработки мелких классов угля физико-химическим методом . Процесс флотации становится все более универсальным вследствие усовершенствования его параметров и схем, применения более производительных машин. Создание и внедрение большеобъемных машин, использование флотации как метода регенерации шламовых вод, улучшение качества концентрата невозможно без кондиционирования пульпы.

В связи с отмеченным особую актуальность приобретает разработка теоретических положений о физических особенностях процесса кондиционирования угольных пульп.

Разнообразие существующих методов кондиционирования обязывает акцентировать теоретические разработки в направлении выбора способа кондиционирования при максимальном использовании физики процесса.

Эффективность кондиционирования угольной пульпы перед процессом флотации определяется свойствами флотационных реагентов; твердой фазы пульпы; взаимодействием флотационных реагентов с твердой фазой пульпы (с частицами угля) и способом или устройством, позволяющим эффективно осуществлять это взаимодействие.

Созданию аппаратов кондиционирования, обеспечивающих эффективную подготовку угольной пульпы с реагентами должного внимания не уделялось. Надежные методы прогнозирования и оценки кондиционирования отсутствуют. Без учета свойств твердой фазы, взаимодействия реагентов с

твердой фазой , способов и устройств, обеспечивающих эффективную обработку твердой фазы пульпы реагентами нельзя оценить и обосновать пути интенсификации кондиционирования и повышения эффективности переработки угля.

На основании изложенного представляется актуальной разработка научно-обоснованных технических и технологических решений о физических особенностях процесса кондиционирования угольных пульп и создание новых аппаратов подготовки пульпы к флотации с использованием центробеж-но-гравитационного поля, обеспечивающих эффективную обработку твердой фазы пульпы реагентами.

Диссертационная работа обобщает результаты научно-исследовательских работ и этапов, выполненных при непосредственном участии и под руководством автора в рамках планов НИОКР Сибнииуглеобога-щение (б. Кузнииуглеобогащение) 1971-1996 г и соответствии с координационным планом ГКНТ; по проблеме 0.05.100" Разработать и освоить новые технологические процессы и высокопроизводительное оборудование для обогащения углей и сланцев, обеспечивающее значительное повышение качества концентрата и снижение потерь угля в отходах ;по проблеме 0.05.04 " Разработать и внедрить прогрессивную технологию и технику обогащения углей, антрацитов и сланцев физико-механическими и физико-химическими методами"; по проблеме 0.05.04.04.01. "Исследовать и организовать производство гетерополярных реагентов для флотации углей"; по целевой комплексной проблеме Ц 131110"Усовершенствование технологических процессов и техники обогащения углей и сланцев, утвержденной Минуглепромом СССР 02.06.82 на 1981-1985г.

Цель работы. Теоретическое обоснование и разработка физико-технических методов кондиционирования угольных пульп и создание новых

аппаратов кондиционирования, повышающих качество переработки угля методом флотации.

Основная идея работы заключается в установлении и использовании закономерностей взаимодействия угольных дисперсий с аполярными реагентами в центробежно-гравитационном поле и создание на этой основе новых технологий подготовки угольной пульпы к флотации.

Задачи исследований: - обосновать новое направление кондиционирования угольных пульп в центробежно-гравитационном поле, характеризующемся высокой интенсивностью турбулентных потоков;

- установить роль и значение при кондиционировании твердой фазы полидисперсной пульпы;

- установить зависимости влияния на процесс гидрофобизации угольных дисперсий гранулометрического , петрографического состава и стадии метаморфизма ;

- выявить взаимосвязь гранулометрического состава от содержания вит-ринита и его сорбционной способности и разработать на этой основе классификацию эффективности кондиционирования;

- раскрыть механизм кондиционирования угольной пульпы и изучить закрепление аполярных реагентов на угольных фракциях в беспенном аппарате новой модели;

- исследовать агрегирующую способность угольных частиц разновеликих по крупности с применением аполярных реагентов в различных условиях кондиционирования;

- установить класс флотационных реагентов эффективно-действующих при подготовке угольной пульпы к флотации;

- разработать метод оценки эффективности подготовки пульпы;

- исследовать механизм агрегации разновеликих угольных частиц и разработать математическую модель образования и разрушения этих агрегатов;

- выявить оптимальные гидродинамические параметры, оказывающие положительное действие на механизм агрегации угольных частиц;

- разработать новые конструкции аппаратов кондиционирования угольных пульп и создать комплекс оборудования для подготовки пульпы к флотации.

Методы исследований. Установление закономерностей физико-технических характеристик турбулентности потоков при кондиционировании пульпы в центробежно-гравитационном поле осуществлено путем лабораторных, экспериментальных исследований на специально разработанных стендах с использованием известных и новых оригинальных методик таких как исследование гидродинамических параметров кондиционирования в центро-бежно-гравитационном поле, определение адгезионного действия и агрегирующей способности аполярных реагентов и др.

Оценка влияния турбулентности потоков на кондиционирование угольных пульп и обоснование конструктивных элементов аппаратов кондиционирования

осуществлено с применением математических, физических и физико-химических методов исследований, включая микроскопический, фотометрический и скоростной киносъемки.

Разработка аппаратов кондиционирования пульпы осуществлена на основе анализа и обобщения результатов аналитических, лабораторных, стендовых и натурных экспериментальных исследований, создания экспериментальных образцов, опытно-промышленных испытаний.

Научные положения, защищаемые в диссертации:

-кондиционирование угольной пульпы при флотации зависит от качественных и количественных факторов. Качественно твердая фаза пульпы характеризуется стадией метаморфизма, вещественно- петрографическим составом, окисленностью, пористостью и адсорбционной способностью ; количе-

ственно- гранулометрическим составом, на который влияют физико-механические свойства угля: трещиноватость, прочность, вещественно-петрографический состав, шламообразование, размокаемость;

- качественные и количественные факторы учитываются при разработке классификации эффективности раздельного кондиционирования. Предлагаются четыре категории эффективности: I категория раздельное кондиционирование эффективно; II категория - весьма эффективно; III категория - менее эффективно; IV категория - неэффективно;

- метод подбора эффективных флотационных реагентов, основанный на оптимальном процессе их кондиционирования в пульпе;

- для построения математической модели образования и разрушения агрегатов при кондиционировании угольных частиц в пульпе использовано имитационное моделирование , которое позволяет представлять модель в виде машинной программы и рассчитывать её с помощью ЭВМ. Расчет имитационной модели образования и разрушения агрегатов даёт возможность определить удельный расход реагентов при раздельном кондиционировании;

-процесс кондиционирования происходит в условиях интенсивной турбулентности. Измерения турбулентности в смесителе дают представление об эффективности перемешивания водоугольной суспензии, содержащей частицы угля различной крупности, и возможность выбора формы смесителя;

- эффективность кондиционирования оценивается остаточной концентрацией реагентов в жидкой фазе отходов флотации. Чем меньше остаточная концентрация, тем выше эффективность кондиционирования. Остаточная концентрация зависит от прочности закрепления реагента на поверхности угольных частиц. Омасливание частиц может произойти в стеснённых условиях при высокой турбулентности потока пульпы. В этом случае на эффективность кондиционирования оказывает влияние осредненная скорость потока в смесителе;

- модель перемешивания водоугольной суспензии в смесителе соответствует диффузионной модели - модели идеального вытеснения, осложненной продольным и радиальным перемешиванием. Физическая модель кондиционирования представлена в виде безразмерных критериев подобия.

- использование методов кондиционирования как без аэрации, так и с предварительной струйной аэрацией (патент № 1752423. Способ подготовки пульпы) позволили создать новые конструкции аппаратов подготовки пульпы к флотации.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- математической обработкой статистической информации по составам шламов углеперерабатывающих предприятий Кузнецкого бассейна;

- применением метода Розина-Рамлера для оценки распределения частиц угля по размерам крупности;

- использованием математического метода планирования экспериментов Бокса-Уилсона (крутого восхождения ) для определения граничного зерна разделения. Опыты рандомизированы. Результаты расчета проведены на ЭВМ;

- применением математического метода наименьших квадратов получено аналитическое выражение зависимости содержания класса более 0,2 мм от содержания витринита и его отражательной способности. При этом корреляционное отношение п > 0,8, среднеквадратичное отклонение с = 3,1. Таким образом также определена зависимость сорбционной способности класса более 0,2 мм от содержания витринита и его отражательной способности. Корреляционное отношение п > 0,9. Достоверность составила 91%.

- применением скоростной киносъемки ( 48 кадров/с);

- использованием имитационного моделирования. Разработана модель образования и разрушения агрегатов при кондиционировании угольных

пульп. Расчет модели произведен методом Монте-Карло. Корреляционное отношение п для всех классов крупности, например, для ЦОФ "Сибирь" равно 0,89- 0,93, среднее квадратичное отклонение су = 0,07-0,1;

- применением физических методов определения интенсивности турбулентных составляющих потока пульпы при перемешивании водоугольной суспензии с использованием термогидрометра, шарикового тензодатчика и растворимого трассера.

- использованием теории подобия метода размерностей и на основании 71- теоремы Бекингема рассчитано уравнение движения водоугольной суспензии и получены критерии геометрического и гидродинамического подобия;

-результатами стендовых исследований и промышленных испытаний при внедрении новых флотационных реагентов и аппаратов кондиционирования пульп.

Научная новизна заключается в следующем:

-получена зависимость влияния на процесс кондиционирования угольной пульпы различных ингредиентов органического происхождения и минеральных включений, что определяется стадией метаморфизма, петрографическим составом;

-установлена взаимосвязь гранулометрического состава угольных шла-мов от стадии метаморфизма;

- предложена классификация эффективности кондиционирования угольной пульпы, основанной на новом принципе, учитывающем содержание вит-ринита, его отражательной и сорбционной способности;

- экспериментально установлено, что эффективность кондиционирования целесообразно оценивать по остаточной концентрации реагентов в отходах флотации. Доказано, что чем мень�