автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка метода управления агрегацией угольных дисперсий с помощью полимерных флокулянтов

РГ6 ОЙ

1 3 !иОН

На правах рукописи

ЕВМЕНОВА ГАЛИНА ЛЬВОВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДА УПРАВЛЕНИЯ АГРЕГАЦИЕЙ УГОЛЬНЫХ ДИСПЕРСИИ С ПОМОЩЬЮ ПОЛИМЕРНЫХ

ФЛ0КУЛЯ9Т0В

Специальность 05.15.11—„Физические процессы горного производства"

Автореферат диссертации иа соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 1995

Работа выполнена в Кузбасском государственном техническом университете.

Научный руководитель — академик АГН,

доктор технических наук, профессор ;

Байченко А. А.

Официальные оппоненты — академик АГН

доктор технических наук,

профессор

Бочкарев Г. Р.

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

Ведущая организация—Акционерное общество „Сибкон'-

Защита состоится - ЪОИШИЯ^ 1995 г.

в Ь часов на заседании специализированного Совета Д. 063.70.02 при Кузбасском государственном техническом университете по адресу: 650026, т. Кемерово, ул. Весенняя, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кузбасского государственного технического университета.

Автореферат разослан „ ^^ , мая 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д 063.70 02

доктор технических наук, профессор

Л. С. ТАШКИНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Разработка и совершенствование процессов переработки угольной мелочи при очистке шламовых и сточных вод шахт, разрезов и обогатительных фабрик требуют расширения представлений об агрегатообразовании угольных дисперсий и механизме воздействия на этот процесс физико-технических методов. -

Агрегация тонкодисперсных частиц в воде приводит к ускорению их седиментации и интенсификации технологических процессов. Необходимо отметить, что угли и сопутствующая порода пластов и шахт имеют различные электрокинетическиз характеристики, а значит и различную способность к образованию агрегатов в суспензии, что нужно учитывать не только при прогнозировании целесообразности разработки тех или йных пластов, но и при составлении оптимальных реагентных режимов флокуляции и флотации.

В последние годы расширяется область применения флокулянтов для очистки природных и промышленных сточных вод. В связи с этим возникает необходимость подбора новых флокулянтов, позволяющих существенно улучшить в целом технологические показатели этого процесса. Перспективность использования метода агрегации для очистки шламовых вод обусловлена незначительными расходами реагентов и высокими экономическими показателями. Одним из существенн&х факторов, ограничивающих практическое применение данного метода на угольных предприятиях является недостаточная изученность процесса агрегации угольной дисперсии и способов его управления. Разработка научных основ использования высокомолекулярных флокулянтов, подбор оптимальных режимов флокуляции угольно-глинистых дисперсий возможны лишь на основе экспериментальных данных о закономерностях адсорбции водорастворимых полимеров, структуры их адсорбционных слоев и их влияния на параметры двойного электрического слоя частиц. Одновременно с этими проблемами возникают дополнительные трудности, связанные с рациональным использованием флокулянтов для интенсификации технологических процессов. В первую очередь это касается приготовления, дозирования и подачи в пульпу растворов флокулянтов в наиболее эффективной форме - в.виде гомогенного раствора.

Решение этих проблем будет способствовать быстрейшему осуществлению экологических и ресурсосберегающих задач в Кузбассе.

Тематика исследований диссертации является составной частью^ важнейших научно-технических проблем - созданием научных основ.экологически чистых технологий углеобогащения и связана с региональной

научно-исследовательской программой "Сибирь" (подпрограмма "Уголь Кузбасса"), утвержденной постановлением Госкомитета по науке и технике при Совете Министров СССР и АН СССР от 17.12.75 N542 и от 13.07.84 N 385/96. Исследования выполнялись также в рамках Программы СО АН СССР 12.91.2.3 "Разработка месторождений и обогащение полезных ископаемых".

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Исследование закономерностей и механизма агрегации угольных дисперсий и разработка метода управления этим процессом с помощью гомогенных растворов полимерных флокулянтов.

ИДЕЯ РАБОТЫ состоит в избирательном изменении соотношения электростатических сил отталкивания и сил притяженияг действующих на частицу в водных растворах, что позволяет с помощью полимерных флокулянтов управлять процессом агрегации угольных суспензий.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ:

- изучение электроповерхностных свойств угольных частиц в водных растворах различного солесодержаотя и закономерностей взаимодействия их с электролитами и полиэлектролитами;

- развитие физико-химических основ процесса приготовления и использования водных растворов высокомолекулярных полимеров, повышенной флокулирущей способности для агрегации угольных частиц;

- разработка и совершенствование технологии и режимов растворения флокулянтов;

- внедрение на углеобогатительных фабриках ресурсо- и энергосберегающих технологий агрегации угольных шламов и рекомендаций по применению более эффективного оборудования для приготовления растворов флокулянтов.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, защищаемые в диссертации:

- концентрация флокулянтов в шламовых водах, при которых происходит их полная адсорбция на поверхности дисперсных частиц, не должна превышать 4 мг/л, что исключает накопление полимеров в оборотной воде;

- действие полимерных флокулянтов в молекулярной форме агрегации угольных дисперсий является необходимым условием, т.к.. в этом случае обеспечивается сокращением расходов полимеров на целый порядок;

- метод управления агрегацией угольных дисперсий с помощью полимерных флокулянтов позволяет создать эффективные технологии для интенсификации процессов сгущения и фильтрования на углеобогатительных фабриках.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ:

- предложен новый научный подход в исследовании агрегации угольных частиц в дисперсных системах, заключающегося в учете и анализе баланса дальнодействующих поверхностных сил между микрообъектами. Это позволяет рассматривать все агрегативные процессы в по-лимерсодержащих дисперсных системах - адсорбцию полимеров, флокуля-цию и стабилизацию дисперсий, агрегацию макромолекул и дисперсных частиц с единых теоретических позиций;

- предложен механизм адсорбции макромолекул из растворов на поверхности твердых тел и обоснованы зависимости величины адсорбции и формы изотерм от времени и концентрации флокулянтов;

- предложен метод определения малых концентраций флокулянта в растворе (мг/л), разрешающая способность которого на порядок выше, чем у стандартных оптических методов;

- выявлена отрицательная роль гелей и ассоциатов макромолекул в водных растворах на агрегацию частиц и обоснована необходимость приготовления гомогенных растворов флокулянтов, когда обеспечивается наиболее эффективная молекулярная форма их действия;

- установлены, на основе комплексных исследований электроповерхностных свойств и агрегативной устойчивости угольных дисперсий, закономерности и механизм агрегации угольных частиц, определены оптимальные режимы, обеспечивающие более полное разделение фаз при заданном расходе флокулянта.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВКЛЮЧАЛИ:

- анализ и научное обобщение ранее проведенных исследований в области агрегативной устойчивости угольных дисперсий, процессов растворения и деструкции;

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

- методы вискозиметрии, для изучения вязкостных характеристик полимерных флокулянтов в водных растворах;

- методы электронной микроскопии и лазерной техники для изучения процесса растворения и микроэлектрофореза для определения электроповерхностных свойств дисперсных частиц;

- усовершенствованные методы ультрафиолетового и ультразвукового облучения растворов полимеров при изучении деструкции макромолекул в растворах;

- производственные эксперименты по определению технологических показателей при внедрении разработанных рекомендаций. в производство.

обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- экспериментально-аналитическими исследованиями угольных суспензий и полимерсодержащих дисперсных систем на основе современных физико-химических методов;

- удовлетворительной сходимостью результатов, полученных различивши современными методами в лабораторных и промышленных условиях;

- высокой эффективностью предложенных технологических разработок, подтвержденных результатами лабораторных и промышленных испытаний.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы заключается в следующем:

- разработан метод прогнозирования эффективности действия промышленных образцов флокулянтов для агрегации угольных суспензий;

- разработана и внедрена новая технология и автоматическая установка для приготовления водных растворов флокулянтов;

- разработаны и внедрены в 1990-1994 г.г. в производство на ЦОФ "Кузнецкая" и АО "Сибкон" интенсивные технологии осветления шламовых вод и фильтрования флотационного концентрата;

: - определены оптимальные условия флокуляции угольных шламов ЦОФ "Кузнецкая" и АО "Сибкон" с использованием высокоэффективных анионных - Магнафлоков-525, 365 и катионных - Магнафлок 1440 флокулянтов, реализация которых позволила повысить производительность вакуум-фильтров на 30-50%, снизить влажность флотационного осадка концентрата на 2% и уменьшить содержание угольно-глинистых частиц в осветленной воде до 1-5 г/л. Комплексные мероприятия, внедренные на этих углеобогатительных фабриках, позволили сократить расходы флокулянтов с 100 г/т до 10-20 г/т.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ: Основные положения диссертационной работы и отдельные ее результаты докладывались и обсуждались на научных семинарах и конференциях в Кузбасском политехническом институте, 1990 г., 1991 г., на международных семинарах и конференциях СИБЕ-КО-92, г.Киев, октябрь 1992 г.;г.Будапешт, Мишкольцы,май 1993 г.; СИБЕКО-93, г.Иркутск, август 1993 г.; Ужгород, июнь 1994 г.; Москва, январь 1995 г.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 16 работ.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, приложения. Диссертация изложена на 200- страницах машинописного текста, включая 38 рисунков, 16 таблиц и 7 приложений. Библиография содержит 130 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Оборотные воды углеобогатительных фабрик содержат разнообразные по своей химической природе и физико-химическим свойствам -дисперсные частицы и минеральные соли. Эффективность методов очистки этих вод и всего технологического процесса углеобогащения в целом в сильной мере зависят от степени агрегации присутствующих в оборотных водах дисперсных частиц. В связи с этим необходимо располагать сведениями об устойчивости и коагуляции дисперсий углеобогащения в присутствии различных электролитов.

В первой главе представлен краткий обзор современных представлений об устойчивости дисперсных систем углеобогащения. Кроме того предлагается анализ результатов, проведенных ранее, и собственных исследований агрегативной и седиментационной устойчивости дисперсий углеобогащения в растворах электролитов и флокулянтов, позволяющих прогнозировать и регулировать степень агрегации частиц углей в различных условиях. Однако, при использовании в промышленности, например, А13+ для очистки шламовых вод, хотя и были достигнуты хорошие результаты с получением чистого"слива в радиальном сгустителе, резко усиливалась коррозия оборудования при оптимальных расходах A12S04 (200 г/т). Это привело к необходимости замены электролитов более эффективными и неинициирущими коррозию металлов веществами. Работами многих исследователей Борца М. А., НеберыВ.М., Вейцера Ю.И., Байченко A.A., Каминского B.C., Барана A.A., Ля Мера, Флеера и др.было установлено, что таковыми являются высокомолекулярные анионные, катионные и неионогенные флокулянты. В этом случае снижение сил электростатического отталкивания между твердыми частицами достигается при концентрациях флокулянта в 10 раз меньше, чем электролитов.

В последнее время в Кузбасс поступает большое количество зарубежных флокулянтов, отличающихся по молекулярной массе, вязкости растворов, по строению и механизму действия, по ионной силе и т.д., что необходимо учитывать при их применении. Однако, установление оптимальных режимов интенсификации'отдельных технологических процессов часто не достигало поставленной цели, т.к. в этом случае не учитывались индивидуальность сырьевой базы и характеристика воды, а это приводило к завышению"норм расходов полимеров. Кроме того, в' ранее проведенных работах не уделялось достаточного внимания вопросам приготовления растворов флокулянтов и возможности их использования в молекулярной форме.

Во второй главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований агрегации угольных дисперсий водорастворимыми полимерами.

Изложению полученных экспериментальных данных предшествует характеристика флокулянтов. В качестве высокомолекулярных флокулянто! использовали: неионный полиэтиленоксид (ПЗО) с различной молекулярной массой, импортные флокулянты, синтезированные на основе полиак-риламида (ПАА): Магнафлоки, Праестолы, Санфлоки. Из всего разнообразия этих марок флокулянтов за счет предварительных исследований ! испытаний на обогатительных фабриках Кузбасса были отобраны наиболее эффективные анионные флокулянты - Магнафлок 365 и 525 (М 365, М 525) и катионный - Магнафлок 1440 (М 1440). В дальнейшем буду рассмотрены в работе только результаты исследований с этими полимерами. Активность макромолекул данных флокулянтов зависит от' их размера и конформации в водных растворах, кроме того, основными характеристиками полимера является состав элементарного звена, молекулярная масса, фракционный состав и величина заряда макроиона. Вс< эти показатели определяют характер и условия адсорбции полимера ш поверхности частиц дисперсных систем.

В нашей работе величину адсорбции полимеров находили по разности концентраций их в растворе до и после контакта с угольным! частицами; концентрацию флокулянтов определяли как известными методами, так и разработанным в работе - по скорости седиментации активного угля.

В начальной стадии процесса адсорбции, когда покрытие поверхности еще незначительное, кинетика адсорбции будет определять« диффузией макромолекул к поверхности. По мере ее заполнения адсорбция будет снижаться из-за уменьшения доступных на поверхности мест. Поскольку скорость адсорбции определяется числом встреч частиц с макромолекулами в единице объема, то с ростом концентрации полимерг скорость адсорбции должна расти. Это и наблюдается на опыте, результаты которого представлены на рис. 1, где в качестве примере рассмотрена кинетика адсорбции Магнафлока 525 угольными частицами. При сравнении зависимостей удельной адсорбции от времени контакта с угольными частицами можно сказать, что характер кривых идентичен при различных концентрациях флокулянта в растворе. Причем, с увеличением этой величины до 2-10 мг/л удельная адсорбция возрастает I достигает в отдельных случаях 8-10"2 мг/г. Следует, отметить, чте при малых расходах флокулянтов, например 2-4 мг/л, практически вес! полимер адсорбируется на поверхности частиц. С увеличением концент-

Г-10,мг/г

Рис.1. Кинетика ад-

5 сорбции Магнафлока

■о- ц 525 - на поверхности

о- з угольных частиц,

о- 2 при его концентра-

1 ............-

(1) -2,0; (2) - 4,0;

- (3) -6,0; (4) - 8,0;

, (5) - 10.0.

ции в растворе,мг/л;

5

ю

15

10

Г, мин

рации флокулянта в растворе (более 6 мг/л), часть.его остается в растворе и, если это будет происходит в промышленных'условиях, то с течением времени полимер будет накапливаться в пульпе, что вредно • для технологического процесса.

Процесс адсорбции протекает в основном в течение первых 5 минут, а за 20 минут макромолекулы полностью извлекаются дисперсными частицами из жидкой фазы. При изучении кинетики адсорбции и эффективности действия Магнафлоков 365, 525, 1440 на поверхности угольных частиц, размером менее 50 мкм при различных плотностях пульпы (100-15 г/л) было установлено:

- анионные флокулянты, адсорбируясь на поверхности угольных частиц образуют из наиболее крупных классов за счет мостичного механизма действия макромолекул агрегаты, которые обеспечивают интенсификацию процессов седиментации и фильтрования;

- катионные флокулянты, адсорбируясь на отрицательно заряженных тонких шламах, обладающей большой поверхностью, изменяют электрокинетический потенциал поверхности частиц до величины, близкой к нулю, и создают тем самым условия для образования микроагрегатов и хорошего осветления жидкой фазы суспензии;

'- эффективность действия флокулянтов возрастает с понижением плотности пульпы;

- совместное применение анионных и катионных флокулянтов обеспечивает эффективное образование агрегатов и осветление шламовых вод.

Таким образом, достоверная оценка физико-химических характеристик флокулянтов в водных растворах наряду с результатами измерения кинетики их адсорбции на поверхности частиц дисперсной системы позволяет прогнозировать эффективность действия флокулянтов при интенсификации технологических процессов.

Третья глава посвящена физико-химическим характеристикам вод-

ных растворов полимерных флокулянтов.

Для эффективного использования флокулянтов в промышленности необходимо готовить гомогенные водные растворы, поскольку это единственный способ диспергировать их до молекулярного уровня, изменить конформационное состояние макромолекул и придать им такую форму,, которая способствовала бы энергичной агрегации дисперсных .систем. Однако технологическое решение этой проблемы невозможно без знания закономерностей растворения полимеров, изменения вязкостных свойств и предотвращения отрицательных явлений при растворении, к которым прежде всего относится деструкция макромолекул. Кроме того, растворение высокомолекулярных флокулянтов имеет свои специфические особенности, обусловленные , в частности, огромной разницей в размерах макромолекул полимера (100- 400 нм) и воды (0,3 нм).

Процесс растворения высокомолекулярных полимеров состоит из трех этапов: смачивание дисперсных частиц флокулянта водой с образованием на поверхности частиц гидратного слоя; набухание, т.е.. диффузное проникновение молекул воды в межмолекулярное пространство полимера с образованием геля; непосредственно растворение полимера в воде,"т.е. переход макромолекул флокулянта в объем растворителя.

В нашей работе для изучения процесса смачивания частиц полимера водой использовали фотомикроскоп ИЕОРНОТ-ЗО. с помощью которого были исследованы ПОЭ с ММ 5,6-106, М 365. М 525 и М 1440. Гомогенность водных растворов полимеров определялась на специально собранной установке с помощью.лазерного луча, который проходил через кюветы с растворяемым полимером. Световая энергия луча преобразовывалась в электрическую величину, которая пропорциональна интенсивности рассеянного- света. По изменению последнего показателя судили об однородности раствора флокулянта.

На рис.2 видно, что в растворе М 525 максимум интенсивности, J на кривой 3 достигался через 10 минут, когда частицы флокулянта смачивались водой и образовывали прозрачные гели, которые затем быстро разрушались за счет диффузии макромолекул в объеме жидкости. Растворение флокулянта М 525 заканчивалось через 40 минут с малым изменением неоднородности раствора во времени.

Иная картина наблюдается при растворении образцов ПОЭ, М 365 и М 1440. Особенность растворения данных флокулянтов состоит в том, что этому явлению, предшествует стадия набухания, которую можно характеризовать как процесс поглощения полимером низкомолекулярной жидкости, сопровождающейся увеличением массы, объема, изменением структуры высокомолекулярного вещества. При этом макромолекула при-

Рис.2. Кинетика растворения флокулянтов: 1 - полиэтиленоксид: 2 - Магнафлок 365; 3 - Магнафлок 525; 4 - Магнафлок 1440

обретает форму, которая способствует--энергичной флокуляции и дестабилизации обрабатываемой дисперсной системы. " ■

Частицы наследуемых флокулянтов в течение различного времени пассивно набухали (кривые 1,2,4) с образованием прозрачных' гелей. Затем процесс перехода геля в объем жидкости резко интенсифицировался за счет бурной диффузии макромолекул полимера и раствор достигал своего гомогенного состояния.

Полученные экспериментальные данные позволили: оценить наличие основных этапов процесса растворения; определить продолжительность каждого этапа; установить, что практически каждый флокулянт имеет свой механизм и особенность протекания процесса растворения. Эти данные необходимы при разработке и промышленной реализации технологии растворения высокомолекулярных флокулянтов на обогатительных фабриках.

Известно, что высокомолекулярные полимеры при растворении в воде теряют свою флокулирующую активность, что объясняется деструкцией макромолекул в процессе приготовления раствора. Однако, эти моменты практически не учитываются при разработке технологий и установок для приготовления растворов флокулянтов. Поэтому в работе рассмотрены процессы деструкции водных растворов Магнафлоков при механическом и химическом воздействии, как наиболее характерных при приготовлении и использовании этих растворов. Результаты исследования влияния деструкции водных растворов полимеров на их флокулирую-щую активность дают возможность регулировать глубину протекания процесса деструкции в зависимости от требований технологии. Например, сохранение максимальной флокулирующей активности полимеров предполагает минимальное деформационное воздействие при растворении полимеров; в то же время во избежание накопления флокулянтов в оборотной воде, с целью исключения их отрицательного воздействия на

технологию процесса обогащения, следует создавать благоприятные условия для интенсивной деструкции макромолекул в разбавленных пульпах-

Комплексные исследования процессов смачивания, растворения и деструкции различных типов флокулянтов показали необходимость разработки новой технологии приготовления растворов в "щадящем" режиме и соответствующего аппаратурного оформления.

Однако для практической реализации процесса растворения флокулянтов необходимо знать вязкостные свойства системы "флоку-лянт-растворитель", для чего в данной работе проведены соответствующие исследования, результаты которых были использованы для подбора типа перемешивающего устройства, определения скорости вращения мешалки и энергетических затрат, а также установления рационального режима гомогенизации концентрированных растворов флокулянтов.

В четвертой главе рассматривается технология приготовления водных растворов полимерных флокулянтов, которая обеспечивает получение гомогенных рабочих растворов, точную дозировку и оптимальную схему их подачи в пульпу.

Предлагаемая технология приготовления растворов состоит из двух стадий. В первой'стадии происходит приготовление концентрированных растворов флокулянтов. Во второй стадии происходит дозировка и разбавление до рабочей концентрации и подача готового раствора в технологический процесс. На рис.3 приведена схема установки АУРФ-5, спроектированной, изготовленной и смонтированной на АО "Сибкон" для реализации в промышленных условиях разработанной технологии и наших рекомендаций по использованию флокулянтов. Установка работает следующим образом. Из бункера флокулянт подается в реактор с мешалкой. При этом предусмотрены конструктивные элементы и технологические приемы для предотвращения слипания частиц при загрузке и образования труднорастворимых сгустков в реакторе. Продолжительность основных процессов (смачивание-гелеобразование-на-бухание-гомогенный раствор) и время работы преремешивающего устройства для каждого флокулянта задается на основании полученных экспериментальных данных. Таким образом при смешении флокулянта с водой в реакторе происходит приготовление концентрированного раствора флокулянта, который перепускается в дополнительный реактор и затем подается через дозатор в разбавитель-гидроэлеватор, где происходит мгновенное приготовление рабочего раствора и одновременная подача его в технологический процесс. Установка работает в автоматическом режиме, но возможно и ручное управление. Предлагаемая

Рис.3. Схема' установки АУРФ-5 для приготовления и подачи растворов флокулянтов в пульпу 1 - узел загрузки сухого флокулянта; 2 - реактор приготовления концентрированного раствора; 3 - промежуточный реактор; 4 - импульсный дозатор; 5 - бачок стабилизации уровня; 6 - гидроэлеватор; 7 -бункер для сухого флокулянта; 8 - диспергатор.

технология растворения позволяет готовить гомогенные и эффективно действующие растворы различных флокулянтов по специально разработанным для каждого из них режимным картам.

В пятой главе приведены результаты реализации научных разработок и новых технических решений при агрегации угольных шламов на углеобогатительных фабриках.

В качестве объектов для внедрения новой технологии агрегации угольных дисперсий были выбраны две углеобогатительные фабрики,

а

21

го

Рис.4.Изменение влажности обезвоженного осадка (а) и производительности (б) от количества добавленных флокулян-тов при фильтровании флото-концентрата: 1-полизтиленок-сид; 2-Праестол 2540; З-Маг-нафлок £25; 4-Магнафлок 365.

установке с использованием экспериментальных данных, приведенных на рис.4 видно.

имеющие различные по характеристикам шламы: ЦОФ "Кузнецкая" - перерабатывающая угли гидродобычи и АО "Сибкон", на которую поступают легкофлоти-руемые шламы.

Полученные результаты и рекомендации по агрегации угольных шламов с помощью гомогенных растворов флокулянтов были проверены как в лабораторных, так и в промышленных условиях, на примере фильтрования флотационного концентрата, в котором содержится большое количество тонкодисперсных угольных частиц, препятствующих его эффективному обезвоживанию на вакуум-фильтрах. Кроме того резко возрастает содержание мелких частиц угля в фильтрате, которые при возврате во флотацию накапливаются в цикле "флотация-фильтрация" и, в конечном счете, сбрасываются в гидроотвал. Единственным вариантом, исключающим накопление тонкодисперсных частиц в фильтрате является применение эффективных флокулянтов. Это -обеспечивает агрегацию тонких частиц в- питании фильтров, улавливание их на фильтровальной сетке и вывод их во флото-концентрат, что и было проверено при фильтровании промышленных проб флотоконцентрата АО "Сибкон" на лабораторной наиболее эффективных флокулянтов. Из

что произво-

дительность вакуум-фильтров увеличивалась, в 2, 5 раза при снижении влажности осадка с 25 до 21%, что объясняется значительным уменьшением сопротивления осадка и содержанием твердого в" фильтрате. -7 Необходимо отметить, что удельное сопротивление осадка является наиболее полной характеристикой процесса фильтрования, т. к. оно тесно связано с изменением структуры осадка на фильтрующей сетке. В результате агрегирования частиц в суспензии с помощью флокулянтов увеличивалась пористость осадка, повышалась скорость фильтрования и снижались потери угольных частиц с фильтратом.

При избытке флокулянта в пульпе показатели фильтрования ухудшались в связи с образованием полимолекулярных слоев; что способствовало увеличению гидратированноста частиц, а значит и увеличению влажности и стабилизации угольной суспензии.- На основании получен' ных результатов был выбран оптимальный расход Магнафлоков (2- ' 4 мг/л), который соответствовал минимальной влажности осадка и позволял сохранять достаточно высокую производительность.

Аналогичные результаты были получены на промышленных пробах флотоконцентрата ЦОФ "Кузнецкая". На основании проведенных исследований разработан метод управления агрегацией угольных дисперсий с помощью полимерных флокулянтов, который включает в себя оценку физико-химических свойств минерального сырья, качественных характеристик воды и совокупность технологических приемов для эффективной очистки шламовых вод. Данный подход реализован в производственных условиях ка АО "Сибкон" и ЦОФ "Кузнецкая" для интенсификации процесса фильтрования флотоконцентрата. Эффективная технология агрегации угольных шламов состояла из следующих циклов: диспергирование частиц полимера в воздушном потоке и их индивидуальное смачивание водой; приготовление 0,25-0,5%-ного раствора флокулянта по заданной программе; дозирование, разбавление водой и подачу 0,025-0,05%-ного раствора флокулянта в процесс фильтрования.

Одной из особенностей этой технологии была обратная связь между качественными показателями готового продукта и оптимальным расходом флокулянта. Это достигалось за счет применения автоматической системы регулирования расхода флокулянта, причем параметром оптимизации этого процесса, например, при фильтровании, была влажность отфильтрованного осадка. При изменении влажности осадка автоматически менялась дозировка рабочего раствора флокулянта в сторону ее увеличения или уменьшения, что позволяло вести технологический процесс фильтрования в оптимальном режиме.

Применение разработанного метода управления агрегацией уголь-

ных дисперсий позволило сократить нормы расходов дорогостоящих флокулянтов, по сравнению с действующими в настоящее время на углеобогатительных фабриках,в 3-5 раз.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение комплексной задачи по исследованию закономерностей и механизма агрегации угольных дисперсий и разработан на этой основе метод управления этим процессом с помощью гомогенных растворов полимерных флокулянтов для сгущения и обезвоживания угольно-глинистых суспензий и флотоконцентратов, имеющ:ий существенное значение для углеобогащения.

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

1. Изучена кинетика адсорбции промышленных образцов флокулянтов на поверхности угольных шламов и экспериментально доказано, что процесс адсорбции полимеров в водной среде с установлением адсорбционного равновесия в суспензии не превышает 20 минут. Этого времени вполне, достаточно для полной адсорбции макромолекул полимера твердой фазой, что исключает накопление его в оборотном цикле.

■ 2. Изучены физико-технические характеристики анионных, катион-ных и неионогенных флокулянтов при растворении и их влияние на кинетику этого процесса. Установлено, что вязкость раствора флокулян-та является достаточно надежной характеристикой, с помощью которой можно оценивать степень и скорость протекания процесса деструкции.

Установлена взаимосвязь между вязкостными свойствами растворов флокулянтов, энергетическими и технологическими параметрами процесса приготовления растворов и конструктивными особенностями оборудования для этих целей. Это дает возможность подобрать'рациональный режим для получения гомогенизированного концентрированного раствора флокулянтов.

3. Разработана и внедрена в производство рациональная технология приготовления и дозирования растворов флокулянтов, позволяющая использовать" широкий ассортимент полимеров, для интенсификации технологических процессов.

4. Создана и внедрена в производство на обогатительных фабриках АО "Сибкон" и "Кузнецкая" установки для растворения флокулянтов, одна из которых работает в автоматическом режиме, позволяющем проводить коррекцию расхода флокулянта за счет обратной связи его,

например, с-влажностью обезвоженного осадка флотоконцентрата. Наличие обратной связи.между расходом флокулянта и технологическим показателем позволяет экономично использовать приготовленный раствор. Длительная эксплуатация подтвердила высокую флокулирующую активность водных растворов флокулянтов, приготовленных в "щадящем режиме" по новой технологии.

5. Разработан и внедрен в постоянную эксплуатацию на обогатительных фабриках АО "Сибкон" и "Кузнецкая" метод агрегации угольных дисперсий с использованием высокомолекулярных флокулянтов, позволяющий интенсифицировать процесс фильтрования флотоконцентрата с увеличением производительности вакуум-фильтров в 1,5 раза и снижение влажности осадка на12%.

.6. Внедрение научных и технологических разработок диссертации позволило сократить расходы флокулянтов в 3-5 раз, что обеспечило значительную экономию средств для приобретения импортных флокулянтов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Байченко А.А..Евменова Г.Л. Разработка и внедрение интенсивных технологий углеобогащения в Кузбассе // Труды Всесоюзной конференции по развитию производительных сил Сибири, Ленинск-Кузнецкий, 1990,- т.2,- С.93-94.

2. Байченко A.A..Евменова Г.Л. Охрана окружающей среды при обогащении углей // Сб. тез. докл. научно-практической конференции "Вклад ученых института и его выпускников в развитие производительных сил Кузбасса", Кемерово, 1990.- С.27-28.

3. Байченко Ал.А., Евменова Г.Л. Установка для приготовления водных растворов порошкообразных флокулянтов: Информационный листок N 2-91,- ЦНТИ,- Кемерово, 1991,- 3 с.

4. Евменов С.Д., Евменова Г. Л., Байченко Ал.А. Реологическое поведение разбавленных растворов полимеров // Сб. тез.докл. XVI симпозиума "Реология-92", 28 сентября - 2 октября, 1992, Днепропетровск, 1992.- С.100—101.

5. Байченко A.A., Евменова Г.Л. Разработка технологии использования флокулянтов //Сб.докл. на международном симпозиуме по химии горного дела, Киев, 6-9 октября , 1992.- Мишкольц. 1992.-С.273-281.

6. Байченко A.A., Евменова Г.Л. Кинетика растворения и деструкция высокомолекулярных флокулянтов в водных растворах // Сб.докл. на международном симпозиуме по химии горного дела, Киев.6-9

октября, 1992.- Мишкольц, 1992.- С.351-360.

7. Ильюченко Л.И., Опарин Л.Н., Евменова Г.Л. Использование полимерных флокулянтов при обезвоживании угольного флотоконцентра-та // Сб.тез.докл.междунар.конф. по экологии Сибири, 25-27 августа, 1993, Иркутск, 1993,- Ч.1.- С. 27.

8. Евменова г'.Л. Пути снижения остаточной концентрации флокулянтов в оборотной воде // Сб.тез.докл. международной конф. по экологии Сибири,25-27 августа 1993, Иркутск, 1993.- ч.П.-С.58-59.

9. Байченко А.А., Евменова Г.Л. Комплексная переработка углей Кузбасса // Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах: Сб.тез.докл. Всероссийской научно-практической конференции 23-25 мая, 1994 г. Кемерово; 1994:-С.107-108.

10. Байченко A.A., Евменова Г.Л. Утилизация угольных шламов из на- ■ ружных отстойников шахт, разрезов и, обогатительных фабрик: Тез. докл. Сегесо-94, 30 мая - 2 июня 1994, Ужгород, 1994. С.11.

И. Евменова Г.Л., Байченко А. А. Изучение процесса растворения промышленных образцов полимерных флокулянтов, необходимых для очистки шламовых вод // Сб. тез.докл. международной" конференции Сегесо-94,- 30 мая - 2 июня, 1994,- Ужгород, 1994.- С. 12.

12. ' Байченко А.А., Евменова Г. Л., Фролов B.C. Новая технология

применения флокулянтов для осветления вод отходов флотации: Информационный листок N 105 - 94.- ЦНТИ.- Кемерово, 1994.- 2с.

13. Байченко А.А., Евменова Г. Л. Диспергатор для приготовления аэрозоля порошкообразных флокулянтов: Информационный листок N 106-94.- ЦНТИ.- Кемерово, 1994.- 2 с.

14. Евменова Г.Л. Влияние деструкции полимерных флокулянтов на их флокулирующую активность // Обогащение руд: Сб.научн.тр. ИГ-ТУ. - Иркутск, 1994.- Ч.1.- С.71-77.

15. Байченко А.А., Бочаров В.И., Евменова Г.Л. Применение интенсивных технологий в переработке угольной мелочи и очистке шламовых вод // Обогащение руд: Сб.научн.тр. ИГТУ. ч.1. Иркутск. 1994,- С.27-38.

16. Байченко A.A., Евменова Г.Л. Экологически чистая и ресурсосберегающая технология фильтрования угольных шламов // Экологические проблемы горного производства, переработка и размещение отходов: Сб.докл.конф. 1-3 февраля 1995 г. ч.П. Москва, 1995. -С.131-136.