Для обогащения угольной мелочи <0,5 мм широко применяется метод флотации, эффективность которого .зависит от подготовки пульпы.
Существует ряд способов кондиционирования флотационной пульпы. Это—кондиционирование в камерах флотационных машин, дробное дозирование реагентов по камерам я в специальных аппаратах (контактные чаны, АКП «Каскад», АКП-1,6 и др.) Недостаток существующих методов состоит в том, что реагенты 'подаются на весь флотируемый объем полидисперсной угольной пульпы. При этом на мелких частицах бла-.годаря большой удельной поверхности закрепляется реагентов больше, чем на крупных, поэтому .эффективность флотация как крупных, так и мелких частиц низкая. В первом случае — из-за недостатка реагента, во -втором—из-за его избытка. Поэтому крупные и мелкие частицы угля целесообразно обрабатывать при оптимальных концентрациях реагентов, которые можно создать при раздельной их обработке для частиц различной крупности. ' , ; .
Стремление создать пульпу однородную по крупности вызывает необходимость раздельной обработки реагентами крупнозернистой фракции с последующей совместной или раздельной флотацией.
В КузНИИуглеобогащение созданы аппараты АРКП-1,4 и АРКП(с) для раздельного кондиционирования пульпы.
Аппарат АРКП-1,4 выполнен в виде гидроциклона и состоит из цилиндроконического корпуса , тангенциального питающего патрубка , центрального и сливного патрубков, регулятора плотности , распылителя реагентов на полом валу и смесителя-лульподелителя .
Аппарат работает следующим образом. Пульпа, подведенная по тангенциальному патрубку, под действием центробежной силы разделяется на две части. Крупные частицы прижимаются к стенкам корпуса и по спирали направляются в его нижнюю часть, образуя пульпу плотностью большей, чем в питании аппарата. Плотность крупной фракции регулируется изменением зазора, образованного регулятором плотности пульпы со стенкой корпуса. Эмульсия реагентов поступает через полый вал на распылитель реагентов и контактирует по всей поверхности кольцевого зазора с крупнозернистой фракцией.
Крупная фракция через регулируемое кольцевое отверстие поступает в разгрузочный патрубок и далее в смеситель-пульподелитель. Пульпа, содержащая мелкую фракцию, также поступает в смеситель-пульподелитель, где происходит передача реагента с поверхности крупных частиц на поверхность мелких.
При объединении фракций мелкозернистые частицы гидрофобизуются в условиях умеренней пониженной концентрации собирателя. При этом гидрофобизация мелких частиц происходит как за счет непроконтактировавшей с крупными частицами частью собирателя, так и в результате отслаивания от крупных частиц капелек реагента-собирателя. При этом создаются благоприятные условия для осуществления флотации с минералом-носителем.
Процесс флотации с применением минерала-носителя состоит в флокуляции частиц, покрытых собирателем, с преимущественным налипанием тонких частиц на более крупные, и селективной флотации образовавшихся агрегатов. В нашем случае роль минералов-носителей выполняют крупные частицы угля. Экспериментально установлено, что скорость налипания мелких частиц угля на крупные может в 102—103 превышать скорость слипания мелких частиц между собой. Скоростной киносъемкой подтверждено, что реагент передается с гидрофобной поверхности частицы только на гидрофобную.
В настоящее время изготовлена опытная партия аппаратов АРКП-1,4 производительностью 1300 м3/ч для раздельного кондиционирования пульпы. Опытный образец испытан на ЦОФ «Сибирь».
Основа аппарата — низконапорный гидроциклон диаметром 1400 мм. Производительность в зависимости от диаметров входящего и выходящего патрубков и давления пульпы (на выходе питания) изменяется от 500 до 2400 м3/ч.
Технологические испытания аппаратов АРКП-1,4 и АКП-1,6 проводились при объемной производительности по пульпе 600—650 м3/ч (максимально возможной для ЦОФ «Сибирь» при работе одной секции).
В качестве реагентов использовались ароматизированный аполярный реагент (ААР-2) и кубовый остаток производства бутилового спирта (КОБС). Подача реагентов осуществлялась в аппараты кондиционирования пульпы и по камерам флотационных машин. При работе с аппаратом АРКП 80 % ААР-2 и 50 % КОБС подавалось в сгущенную часть пульпы. Остальная часть реагента подавалась в смеситель и по камерам флотационных машин. Выход флотоконцентрата при применении АРКП-1,4 по сравнению с АКП-1,6 увеличился более чем на 1%, и годовая экономия составила более 100 тыс. руб. Аппарат прост по конструкции, надежен в работе.
В 1977 г. на ЦОФ «Кузнецкая» были проведены промышленные испытания экспериментального образца спирального аппарата кондиционирования флотационной пульпы конструкции КузНИИуглеобогащения.
Спиральный кондиционер состоит из цилиндрического корпуса , разделенного на две части — верхнюю и нижнюю. В верхней части размещен перфорированный цилиндр , вокруг которого имеется кольцевой желоб , винтовой желоб , расположенный в обеих частях корпуса. Винтовой желоб в верхней части имеет борт переменного сечения, уменьшающийся по высоте сверху вниз. Нижняя часть корпуса служит камерой кондиционирования, в которую по трубопроводу подаются реагенты. В верхней части корпуса размещен загрузочный патрубок для исходной пульпы. Для отвода в смеситель мелкозернистой части пульпы установлена труба , Для регулирования количества пульпы, направляемой на флотационные машины, кондиционер снабжен пульподелителем с разгрузочными патрубками .
Аппарат для кондиционирования пульпы работает следующим образом. Исходная пульпа через загрузочный патрубок, поступает на винтовой желоб площадью 5,5 м2, который имеет борт сечением 100— 50 мм. При движении пульпы по винтовому желобу — происходит разделение частиц пульпы по сечению с концентрацией мелких частиц во внешней части потока. С помощью борта переменного сечения наиболее мелкие частицы внешней части потока пульпы отсекаются и по трубопроводу вводятся в смеситель. Для контроля крупности пульпы в верхней части корпуса установлен перфорированный цилиндр. Крупнозернистая часть пульпы по винтовому желобу попадает в камеру кондиционирования с площадью винтового желоба 6,1 м2.
Благодаря большей поверхности желоба в камере кондиционирования крупная фракция на винтовой поверхности располагается более тонким слоем, что создает лучшее условие для обработки ее реагентами. Реагенты на крупнозернистую фракцию подаются в виде отдельных струй. Потоки пульпы на спиральной поверхности совершают двойное движение: вокруг вертикальной оси желоба, где концентрируются крупные частицы угля, и внутри потока. Благодаря этому в зоне кондиционирования увеличивается эффективность обработки реагентами крупнозернистой части пульпы.
Поскольку поток пульпы в разных зонах поперечного сечения различается по глубине, скорость движения у внутреннего борта желоба меньше, чем у внешнего. Это также способствует большей прочности закрепления реагента на крупных частицах.
Обработанная реагентами крупнозернистая часть пульпы отводится в смеситель, где оба потока пульпы смешиваются. Гидрофобизация мелких частиц в смесителе происходит как за счет непроконтактировавшей с крупными частицами части реагентов, так и в результате передачи избытка реагентов с поверхности крупных частиц. Спиральный кондиционер предназначался для подготовки шлама марки Ж.
Промышленные испытания аппарата АРКП(с) проводились при производительности 800—1000 м3/ч и плотности питания 110—140 г/л, а их результаты сравнивались с работой аппарата АКП «Каскад». Граничное зерно разделения при этом составляло 0,2—0,4 мм.
Расход собирателя (топливо печное бытовое) 900— 1000, вспенивателя (Т-66) 90—100 г/т. Наиболее высокие технологические показатели получены при удельной производительности 160 м3 на 1 м- площади БИНТОВОГО желоба. Испытаниями установлено, что при подготовке пульпы в АРКП(с) повышается эффективность флотации, увеличивается зольность отходов до 4 % л выход концентрата на 0,9 %. Остаточная концентрация реагентов в жидкой фазе отходов флотации при подготовке в АРКП(с) снижается: углеводородов в 2, спиртов в 3—4 раза.
Рекомендуемая дозировка реагентов для спирального аппарата кондиционирования пульпы следующая: 100 % вспенивателя и 75 % собирателя подавать в кондиционер, 25 % собирателя подавать, а смеситель (из расчета собирателя 900—1000 г/т, вспенивателя 90—100 г/т). Ожидаемая экономия от внедрения спирального аппарата кондиционирования пульпы составит 88 тыс. руб. в год.
Таким образом, раздельное кондиционирование пульпы является наиболее рациональным способом ее подготовки, позволяющим повысить эффективность флотационного процесса. Промышленное применение аппаратов для раздельного кондиционирования флотационных угольных пульп будет способствовать улучшению технико-экономических показателей процесса флотации, увеличению зольности отходов флотации и тем самым снижению потерь коксующихся углей.