Автореферат

Исследование и разработка рациональных способов подготовки реагентов к флотации углей

Содержание работы

Ведение

Обшая характеристика работы

Основное содержание работы, в том числе:

первая глава

вторая глава

третья глава

Заключение

Введение

Флотация- процесс обогащения, основанный на различной смачиваемости минералов.

Флотация применяется для следующих классов крупности: - при обогащении углей – 0-0,5(1) мм. - при обогащении руд - 0-0,2 мм.

Область применения флотации:

1. Обогащение тонковкрапленных руд;

2. разделение близких по свойствам полезных ископаемых;

3. обогащение шламов образующихся при добыче и переработке полезных ископаемых;

4. в качестве специальных процессов:

• очистка сточных вод от солей тяжёлых металлов, нефтепродуктов, жиров, бактерий; • флотация ионов и молекул; • разделение семян в сельском хозяйстве.

Виды флотации:

Плёночная флотация: интенсифицируется добавлением масел. Недостатки - малая производительность (необходимо создавать монослой); - нестабильность процесса (возможны волнения поверхности

Масляная флотация: интенсифицируется кипячением пульпы и добавлением кислот. Недостатки: - большой расход масла; - недостаточная селективность.

Пенная флотация:

• вакуумная флотация; • пенная флотация (воздух попадает в пульпу за счёт работы импеллера; с помощью компрессора; комбинированным способом); • компрессорная флотация (при высоком давлении газы растворяются в воде, а затем при сбросе выделяются из неё); • адгезионная флотация (растворение и выделение воздуха, за счёт смены скорости или направления движения жидкости, при этом возникает перепад давления); • электрофлотация (пузырьки кислорода и водорода выделяются за счёт электролиза); • пенная сепарация (исходный материал подается на слой пены).

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. В современном мире перед человеком ставится задача не только освоения передовых технологий, но и получение более высоких показателей качества, в том числе обеспечение рационального использования сырьевых и топливно-энергетических ресурсов, в области флотационного обогащения полезных ископаемых в этой связи все большее значение приобретает проблема повышения рациональности подготовки реагентов. Основное место в ряду реагентов занимают аполярные реагенты. Это обусловлено тем, что данные реагенты являются основными собирателями при обогащении минералов с высокой естественной гидрофобностью и определяют в значительной мере результаты флотации, кроме того, в последние десятилетия расширяются масштабы совместного применения аполярных и гетерополярных реагентов-собирателей для интенсификации флотации сульфидных, полярных несульфидных минералов, растворимых солей.

Решение задач повышения извлечения ценных компонентов и увеличение объёмов переработки, в значительной мере связано с совершенствованием способов обработки аполярными реагентами пульпы перед флотацией.

На основе анализа установлена прогрессивная тенденция совершенствования технологии обработки полезных ископаемых аполярными собирателями, заключающаяся в подаче реагентов непосредственно в пульпу, в частности, с газообразной фазой. Интенсификации и широкому использованию данных способов в промышленности препятствует недостаточное обоснование разнообразных и эффективных способов подготовки реагентов к флотации. Данный автореферат является кратким описанием магистерской работы по определению рациональных способов подготовки реагентов к флотации углей. Даётся краткое описание основ подготовки реагентов, видов подготовки. За основание при теоретическом обосновании значимости процесса флотации принята обогатительная фабрика «Киевская», которая из-за большого количества шламовых вод усиленно использует метод обогащения флотацией, и даже в течение 2003 года модернизировала все флотационное отделение, с помощью постройки нового(полностью флотационного) здания.

Цель работы: Выявление основных закономерностей обработки флотируемых частиц реагентами и разработка на их основе технологии, обеспечивающей более рациональные способы подготовки реагентов к процессу флотации в целом.

Идея работы заключается в использовании явления перераспределения реагентов при взаимных контактах фаз флотационной пульпы в качестве основного элемента технологии обработки флотируемых частиц.

Методы исследований: При выполнении работы теоретический анализ происходящих процессов осуществлен с использованием законов термодинамики поверхностных явлений, численных математических методов. В экспериментальной части использовались разработанные научным руководителем Самойловым Анатолием Ивановичем методики определения количества закрепившегося реагента на грани частицы, метод анализа размерностей для установления эмпирических зависимостей в критериальной форме, метод косвенной оценки степени покрытия реагентом поверхности частиц, а также методы гранулометрического, фракционного, химического, рентгенографического количественного фазового анализа, фоторегистрации и микроскопических измерения.

Основные научные положения,

- количество реагента-собирателя, закрепляющегося на частицах при диспергировании, определяется физико-химическими свойствами жидких фаз, размером частицы, скоростью ее отрыва и толщиной пленки реагента на границе раздела "вода - газ";

- при подаче реагента-вспенивателя по частям (в первую и в третью камеры) показатели процесса улучшаются;

- при подаче реагента в распыленной форме процесс флотации улучшается.

Научная новизна диссертации заключается в разработке и исследовании теоретических положений и выявлении количественных закономерностей элементарного акта процесса флотации.

Практическая значимость работы. На основании проведенных исследований доказана возможность повышения эффективности обработки флотируемых минералов реагентами при подаче их в пульпу в парообразном виде. Изучена технология, предусматривающая перевод реагента-собирателя в парообразное состояние и позволяющая сократить расход реагента, интенсифицировать процесс флотации как полезных ископаемых с высокой естественной гидрофобностью, так и искуственно гидрофобизированных минералов.

ОСНОВНОЕ СОДЕЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе

Рассмотрим в данном реферате краткое описание полученных результатов:

На фабрику поступает исходный материал с шахты им. А.Ф. Засядько. Зольность исходного колеблется от 36% до 37%, что в принципе не много. Исходный материал пройдя стадии подготовки (грохочение по классу 100 мм. и дробление класса +100 мм), поступает в процесс разделения на машинные классы по классу 13 мм. Полученный класс 13-100мм после обесшламливания направляется на обогащением методом отсадки (так как класс 13-100мм имеет среднюю категорию обогатимости нерационально производить его обогащение методом тяжелосредной сепарации). Класс 0-13мм пройдя стадию предварительной дешламации с отделением класса 0-0,5мм поступает также для обогащения в отсадочные машины.

Пройдя стадии обогащения методом отсадки образуются концентрат и отходы. При этом концентрат самотёком выходит из машины и проходит стадию предварительного обезвоживания в грохотах конусных, а отходы удаляются из машины с помощью обезвоживающих элеваторов. В процессе основного обогащение частички породы размокают, и не удаляясь ни с каким продуктом, выходят из отсадочных машин в качестве подрешётной воды. Обезвоженный концентрат класса 0,5-13мм в летнее время направляется на обезвоживание методом центрифугирования, а за тем на склад готовой продукции, а в зимнее на сушку во избежание смерзания. Концентрат класса 13-100мм сразу после предварительного сброса воды после отсадки направляется на склад.

Соединяя в сгустителе шламовыми воды фабрики, а именно все подрешетные воды после грохотов, фугат после обезвоживающей центрифуги и вакуум-фильтров, а также фильтр-прессов, получаем исходное сырьё для обогащения методом флотации.

В последнее время на ОФ «Киевская» поступает исходный материал с большим количеством тонкозернистого материала, поэтому руководству пришлось принять решение о модернизации фабрики, а именно об увеличении флотационного отделения, достройке нового флотационного корпуса. Такое строительство велось в течение 2003 года, запуск же отделения произошел в конце 2003- начале 2004 годов.

Во второй главе

В зависимости от целевого назначения Флотореагенты делят на три класса — собиратели, пенообразователи, регуляторы . Результаты флотационного обогащения в значительной степени определяются реагентным режимом флотации — ассортиментом и способом применения реагентов; один и тот же результат флотации может быть получен при различных реагентных режимах. Реагентный режим флотации преимущественно определяется типом и характеристикой полезного ископаемого, степенью его измельчения и кондициями, предъявляемыми к продуктам обогащения.

Простейший реагентный режим определяется дозировкой одного пенообразователя или реагента со смешанными функциями собирателя-пенообразователя. В современной практике флотации такие режимы редки.

Обычно при флотации одновременно применяют несколько реагентов, действие которых взаимосвязано и зависит от концентрации каждого из них. Превышение сверх необходимого расхода реагента одного класса требует повышения расхода реагентов других классов и может привести к ухудшению технологических показателей. Минимально возможные расходы реагентов обеспечивают наименьшие затраты на переработку минерального сырья и лучшие результаты флотации. Необходимый расход реагентов определяют с помощью лабораторных флотационных опытов, уточняют в полупромышленных и промышленных условиях.

Флотоактивность реагентов может быть повышена с помощью физических, химических и др. методов — эмульгирование, электрохимическое окисление, ультразвуковая, тепловая и бактериальная обработки, смешивание разных реагентов, подача реагента в парообразном состоянии или в виде аэрозоля и др. Использование физических, химических и др.методов воздействия на Флотореагенты и их водные растворы способствует повышению технико-экономических показателей флотации (снижение расхода реагентов, увеличение извлечения ценных компонентов, улучшение качества концентратов).

Наряду с применением флотореагентов трех классов (собиратели, пенообразователи, регуляторы) и различного сочетания реагентов внутри каждого класса совершенствование флотации минерального сырья во многом определяют технологические приемы, включающие применение сочетаний флотореагентов различных классов, методы обработки пульпы реагентами, методы обработки реагентов перед флотацией, комбинации флотационных методов на основе применения реагентов и нефлотационных операций.

Собиратели.

Собиратели — органические вещества, закрепляющиеся преимущественно на поверхности раздела твердое — жидкость.

Назначение собирателей — гидрофобизация минеральной поверхности (понижение ее смачиваемости водой), увеличение скорости и прочности прилипания частиц к пузырькам воздуха.

Собирательная способность реагентов зависит от их природы, удельного расхода и условий применения. Выбор собирателя преимущественно определяется характером минерального сырья и степенью его измельчения.

При флотации всех полезных ископаемых перспективны собиратели со смешанными функциональными группами (особенно амиды и тиоамиды, аминокислоты, аминоэфиры).

Оксигидрильные и катионные собиратели можно применять при флотации сульфидных руд тяжелых цветных металлов; однако по селективности действия они значительно уступают в этом случае сульфгидрильным собирателям и производным тиокарбаминовых кислот и не могут конкурировать с ними.

Неионогенные собиратели — основные реагенты при флотации природно гидрофобных минералов (графит, сера, молибденит и др.); в качестве дополнительных собирателей их применяют при флотации самых разнообразных минералов (вводят в дополнение к ионогенным собирателям).

Пенообразователи.

Пенообразователи — поверхностно-активные органические вещества, адсорбирующиеся преимущественно на поверхности раздела жидкость — газ.

Назначение пенообразователей — способствовать образованию в объеме пульпы воздушных пузырьков с определенными свойствами, а на поверхности пульпы — достаточно устойчивого пенного слоя необходимого строения.

Поверхностное натяжение чистых пенообразователей и их растворов значительно меньше, чем поверхностное натяжение воды. С повышением концентрации пенообразователя поверхностное натяжение раствора понижается, поверхностно-активное вещество переходит в поверхностный слой, обусловливая уменьшение свободной энергии (движущая сила адсорбции). В предельном случае при добавлении к воде поверхностно-активных веществ молекулы воды полностью удаляются с поверхности раздела газообразной и жидкой фаз и замещаются молекулами менее полярного вещества, например терпинеола. При этом сила межмолекулярного взаимодействия поверхностного слоя жидкости и воздуха увеличивается, поверхностное натяжение уменьшается.

При флотационных концентрациях пенообразователей понижение поверхностного натяжения составляет 30—30 мкН/см и адсорбционный слой на поверхности пузырьков в объеме пульпы является ненасыщенным.

Адсорбируясь на границе раздела вода — воздух, поверхностно-активные вещества ориентируются полярной группой в водную фазу. Взаимодействуя с полярными группами молекул пенообразователя, диполи воды гидратируют их, создавая каркас известной жесткости и способствуя упрочению поверхностного адсорбционного слоя пузырька воздуха.

Чем больше гидратированы молекулы пенообразователя, тем медленнее стекает вода с поверхности пузырька в пенном слое, тем устойчивее пена. Слишком хрупкие и устойчивые пены не являются оптимальными для флотации. В отсутствие пенообразователя пузырьки воздуха разрушаются практически сразу после достижения ими поверхности. Пена должна обладать свойствами, обеспечивающими вторичную концентрацию флотируемого минерала.

Структура флотационной пены зависит, при прочих равных условиях, от характера флотореагентов и крупности минеральных зерен.

Регуляторы.

Регуляторы, — флотационные реагенты, применяемые в дополнение к собирателям и пенообразователям для повышения селективности флотации или повышения извлечения минералов. Регуляторами флотации могут быть как неорганические, так и органические вещества.

В определенных условиях один и тот же регулятор может выполнять различные функции.

В зависимости от целевого назначения в процессе флотации в каждом конкретном случае различают регуляторы активирующего, депрессирующего или подавляющего действия и регуляторы среды.

Регуляторы активирующего действия (активаторы) применяют при флотации минералов, извлечение которых одним собирателем и пенообразователем затруднено.

Регуляторы депрессирующего действия (депрессоры, или подавители) применяют при флотационном разделении минералов, когда их флотируемость мало или совсем недостаточно отличается друг от друга с данным собирателем.

Регуляторы среды применяют для создания оптимального рН пульпы, нейтрализации вредного влияния шламов, коллоидов и растворимых солей.

Активирующее действие регуляторов флотации, способствует улучшению флотируемости минералов.

Депрессирующее действие регуляторов, способствует селективной флотации минералов.

В третьей главе

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 .

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.

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.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение ряда важных физических процессов, происходящих при образовании и перемещении флотационного комплекса, позволяет сделать следующие основные выводы:

-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.

- отрыв частиц с высокой степенью гидрофобности от газообразной фазы происходит при углах контакта частицы с поверхностью раздела «вода-воздух», зависящих от размера частиц;

- округлая форма частиц, приобретаемая ими в результате длительной циркуляции в водно-шламовой схеме обогатительных фабрик, обуславливает существенное снижение устойчивости флотационных комплексов, что требует создания специфических гидроаэродинамических условий для эффективной флотации;

- прочность флотационного комплекса возрастает при увеличении количества реагента;

- теоретический анализ процесса закрепления пузырька воздуха на минеральной поверхности в присутствии аполярных реагентов позволяет получить количественные закономерности и выявить основные параметры, определяющие прочность образующегося флотокомплекса;

- сила сопротивления движению всплывающих пузырьков воздуха зависит от угла наклона площадок и степени гидрофобности материала, из которого они изготовлены;

- пузырьки флотационной крупности достигают установившейся скорости движения за весьма малые промежутки времени, что не позволяет использовать успокоители в рабочей зоне флотационных аппаратов для снижения интенсивности всплывания пузырьков воздуха;

- рост площади поверхности пузырьков, нагруженной минеральными частицами, с 10 до 30 % снижает установившуюся скорость всплывания агрегатов на 6 - 26 %;

- регулировка гидроаэродинамических условий в рабочей зоне флотационных аппаратов возможна за счет использования специальных заполнителей в виде наклонных площадок;

- в настоящее время одним из основных направлений интенсификации обогащения тонкозернистых частиц следует считать создание флотационных аппаратов с оптимальными аэрогидродинамическими характеристиками;

- разрушение флотационного комплекса, образованного тонкозернистой частицей и пузырьком будет происходить при относительно больших деформациях, что может являться одной из причин повышенной устойчивости тонкозернистых частиц на поверхности пузырьков воздуха. В случае, когда краевой угол смачивания мал, отрыв произойдет при достижении углом контакта величины, равной краевому углу смачивания (?=? )..

Список использованых источников

1. Л.А.Антипенко.Совершенствование подготовки пульпы перед флотацией//Уголь.-1980.-№6-С.53-55

2. Гарковенко Е.Е.,Назимко Е.И.,Самойлов А.И.,Папушин Ю.Л.Особенности флотации и обезвоживания тонкодисперсных углесодержащих материалов-Донецк:НОРД-ПРЕСС,2002.-с.106-107

3. В.А.Глембоцкий,В.И.Классен.Флотационные методы обогащения-М.:Недра,1981.-с.238-250

4. Л.Я.Шубов,С.И.Иванков,Н.К.Щеглова.Флотационные реагенты в процессах обогащения минерального сырья-М.:Недра,1990.-Книга1-с.5-26

5. Самойлов А.И. Разработка технологии обработки флотируемых минералов аполярными реагентами-собирателями.-Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук.:Днепропетровск-1989

6. В.А.Глембоцкий.Основы физико-химии флотационных процессов.М.:Недра-1980.-с.86-87,251-252,354-359,379-393,430-439

7. Гарковенко Е.Е.,Назимко Е.И.,Самойлов А.И.,Папушин Ю.Л.Особенности флотации и обезвоживания тонкодисперсных углесодержащих материалов-Донецк:НОРД-ПРЕСС,2002.-с.69-105

8. Хохлова Е.Ю.Место и роль флотационного комплекса в жизнедеятельности современной обогатительной фабрики.