Влияние рН среды на процессы флотационного обогащения углей

О.А. Кушина, Е.И. Волкова, А.И. Смирнов
Донецкий национальный технический университет

Источник: Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів / Збірка доповідей ІІ Міжнародної наукової конференції аспірантів та студентів. Т.2. - Донецьк: ДонНТУ, ДонНУ, 2003. - С. 77-78.

Топливный баланс нашей промышленности неуклонно изменяется в сторону таких видов топлива, как нефть и природный газ. Но в Донецком регионе остается актуальным использование в качестве топлива углей различных сортов. Об этом свидетельствуют результаты работы научно-практической конференции "Донбасс-2002": Наука и техника - производству", которая проходила 5-6 февраля 2002 года на базе Донецкого национального технического университета. В рекомендациях конференции, вошедших в Программу научно-технического развития области, отмечено, что Украина обладает огромными запасами низкосортных углей. Для использования таких углей в промышленности необходимы нетривиальные и комплексные подходы, позволяющие получать облагороженные твердые энергоносители и утилизировать экологически небезопасные виды отходов (например, отходы углеобогащения).
Исследование флотируемости углей проводилось с целью совершенствования технологической схемы и реагентного режима обогащения для повышения качественных показателей продуктов флотации и определения влияния отдельных факторов на процесс флотации для их оптимизации.
В данной работе проведены исследования процессов флотационного обогащения угольного шлама в зависимости от рН среды. В качестве образцов использовали уголь крупностью >0,5 мм. Исследования проводили методом Зайделля-Гаусса, при котором варьируется один из параметров, а значения остальных фиксируются на постоянном уровне. Добавлением соляной кислоты и гидроксида натрия рН среды изменяли в достаточно широких пределах: от 2 до 11. при этом угольная пульпа проявляла значительные буферные свойства. По результатам анализов построены кривые зависимости выхода концентрата, зольности концентрата и отходов от рН среды.
Для проведения флотационных опытов готовили пробы сухого угольного шлама массой по 500 г. В камеру флотационной машины вливали 100 мл воды и всыпали навеску шлама. После предварительного смачивания шлама для обеспечения циркуляции пульпы в камеру доливали воду до общего объема 500 мл. Время перемешивания каждой навески составляло 2 минуты. После этого в пульпу вводили необходимое количество капель реагента марки РУ. Расчетное количество реагента составляло 12 капель на 500 г шлама. После включения привода пеногона общее время контакта пульпы с собирателем составляло 2 минуты. По окончании процесса флотации в каждом опыте определяли выход концентрата, зольность концентрата и отходов. При этом контролировали рН концентрата и отходов.
Данные эксперимента представлены в таблице.
Полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод о том, что наибольший выход концентрата наблюдается при рН >= 2 и рН = 7-8. При этом зольность концентрата изменяется незначительно, а зольность отходов максимальна при отмеченных значениях рН. Как оказалось, рН угольной пульпы несколько выше, чем рН фильтрата при обезвоживании концентрата, что, по-видимому, обусловлено растворением карбоновых кислот и уголькислородных комплексов перекисного характера, образующихся при взаимодействии угля с кислородом.
Это подтверждает активное влияние флотируемых частиц на установление в пульпе определенного значения рН. По-видимому, в зависимости от большой величины удельной поверхности и повышенной окисленности поверхности мелких зерен, адсорбированный кислород частично ионизируется, т.е. в присутствии воды переходит в раствор в виде ионов гидроксила, что ведет к подщелачиванию среды.

Таблица - Выход концентрата и зольность продуктов флотационного обогащения в зависимости от рН среды

Как видно, при флотации углей целесообразно вести процесс при рН = 7-8. При нейтральном и очень слабощелочном рН среды достигается максимальная гидрофобность поверхности угольных частиц. Этим обуславливаются лучшие условия взаимодействия угля с реагентами. По всей видимости, такое воздействие рН на гидрофобность угольных частиц является следствием как химического взаимодействия щелочей и кислот с углем, так и, возможно, электрохимического их действия. При этом повышается выход флотоконцентрата, увеличивается зольность отходов флотации и сокращается их количество. Высокая зольность отходов позволит использовать их в качестве добавок при производстве строительных материалов, что ведет к уменьшению количества отходов в отвалах и, как следствие, улучшение экологической ситуации в регионе.