«Разработка технологии интенсивного обезвоживания угольных флотоконцентратов»

Abstract | Библиотека | Ссылки |Отчет о поиске |Индивидуальное задание

Современные углеобогатительные предприятия постоянно сталкиваются с проблемой обезвоживания угольных шламов. (К угольным шламам, как правило относятся продукты крупнистю меньше 0,5мм.) Решение этой проблемы зависит от правильного выбора способа интенсификации процесса обезвоживания. Одним из наиболее удобных и эффективных способов является променение различных реагентов. Возможно применение поверхностно активных веществ (ПАВ), водорастворимых полимеров, масел и синтетических латексов. В каждого из этих реагентов есть свои преимущества и недостатки. Тот или другой реагент применяется в зависимости от гранулометрического состава продуктов, которые обезвоживаются, и их физико-химических свойств.
Цели и задачи работы:
1. Провести обзор литературы по данной теме.
2. Выделить основные реагенты применяемые для интенсификации процесса обезвоживания.
3. Провести сравнения технологий.
4. Обосновать выбор технологии и реагента, рекомендуемого для применения.
Интенсификация процесса допускает увеличение производительности фильтра, снижения влажности осадка и содержания твердого в фильтрате.[1]
1. термические методы: подогрел пульпы до 40-60 повышает производительность фильтра на 20-30% - для труднофильтруемых шламистых продуктов. Экономичнее прогревать осадок в зоне просушки, потому что снижается объем воды, что подогревается. Прогревание осуществляют подачей пары, которая способствует снижению поверхностного натяга и вязкости.
2. Улучшение структуры осадка - чем больше пористость осадка, тем более снижение влажности. Присадка к/з шлама 30-40% по обему зернистого продукта повышает производительность на 25-30%, снижает сопротивление осадка за счет увеличения диаметра пор по которых отдаляется вода.
3. Механическое влияние на осадок способствует снижению влажности. Применяется на ленточных фильтрах при использовании уплотнителей осадка ударного действия. Наложение вибраций - разрушается структура осадка и возникают новые каналы для удаления влаги
4. Добавление реагентов-интенсификаторов.

2.1 Применение поверхностно активных веществ при интенсификации процесса обезвоживания

2.1.1 Строение и классификация синтетических ПАВ Поверхностно активными веществами называют такие химические соединения, которые при растворении или диспергировании в жидкости избирательно адсорбируются на поверхности роздила фаз, которая определяет совокупность их физико-химических или химических свойств, которые имеют практическое значение. На свойстве ПАВ очень влияет не только число, но и порядок соединения отдельных атомов, которые входят в состав молекул. Отличительными свойствами поверхностно активных веществ является:
-снижение поверхностного натяжения в очень разведенных растворах, по сридствам адсорбции и ориентации молекул на поверхности раздела фаз;
-возникновение мицелл при превышении определенной концентрации раствора ПАВ, в результате снижения свободной энергии системы;
-солюбилизация мицеллами водонерастворимых веществ.
Все синтетические ПАВ является дифильными соединениями, которые состоят из гидрофобной и гидрофильной частей.
Все ПАВ в зависимости от свойств, которые проявляются ими при растворении в воде, принято классифицировать на анионактивные (АПАВ), катионактивные (КПАВ) , амфолитные (амфотерни) (АМПАВ) и нейоногенни (НПАВ). В зависимости от молекулярной массы все ПАВ разделяются на низько- и высокомолекулярные соединения.[2]

2.1.2 Влияние ПАВ на отделение влаги при фильтровании Жидкая фаза в осадке подразделяется на пленочную, капиллярную, поровую связанную и поровую несвязанную.[3] Пленочная влага, удерживаемая на поверхности частиц молекулярными силами,, и капиллярная влага, расположенная в мелких капиллярах оседания, не отдаляются при продуве его воздухом. Создаваемая на фильтре разница давлений способствует удалению из осадка лишь незвязаной и части звязаной поровой влаги. В звязку с этим при витисненни жидкой фазы из пор осадка воздухом в процессе обезвоживания количество влаги в осадке может быть снижено только к определенному значению, называемому остаточной влажностью. Физико-химическая интенсификация процесса обезвоживания способствует снижению остаточной влажности осадка, а в некоторых случаях позволяет достичь влажности даже более малой, чем ММВ. Исследование влияния гидрофобизации на увеличение скорости течения жидкости по капиллярам разных длин и диаметров показало, что процесс фильтрования можно интенсифицировать путем добавления в суспензию ПАВ. Как отмечалось выше, в случае гидрофобизации поверхности частиц наступает скользящее движение фильтрата по мижфазной поверхности столкновения жидкости с зернами осадка. Подобного рода явления описываются в современной технике смазки. Это «межфазное» скольжение значительно уменьшает трение жидкости о гидрофобни стенки капиллярных каналов осадка, в результате чего увеличивается скорость фильтрования.
Рис. 2.1 Схема сил, которые действуют на жидкость а гидрофобному (а) и гидрофильному (б) каналах при отсосе влаги:
1- капилляр; 2 - фильтровальная перегородка.
Молекулы ПАВ сорбуються на поверхности зерен осадка, образуя слой, который охраняет ее от непосредственного контакта с жидкостью. В результате такого покрытия снижаются силы молекулярного взаимодействия между жидкостью и поверхностью твердых частиц и обеспечивается легкое скольжение жидкости.
Снижение конечной влажности осадков также зависит от степени гидрофобизации поверхности. При отсоси влаги из осадка у устях капилляров образуются мениски. В гидрофильных капиллярах мениски будут вогнутыми. Они создают дополнительное, статического характера сопротивление отсосу влаги из осадка. Часто оно превышает ту границу, при котором имеющийся движущий напор может перебороть мениску силы. При наличии гидрофобной поверхности мениски будут выпуклыми. Потому при гидрофобизации поверхности частиц осадка мениску силы принимают обратное направление, то есть мениску силы будут активно помогать удалению влаги из осадка. При этом большое значение имеет степень гидрофобизации поверхности частиц, то есть полнота покрытия ее ПАВ.При недостаточным покрытии поверхности частиц осадка гидрофобизатором значительная часть поверхности будет гидрофильной. В этом случае робота адгезии жидкости до твердой поверхности будет больше работы когезии, а суммарные мениску силы будут направлены в сторону, обратную движению жидкости.

2.2 Водорастворимые полимеры в процессах обезвоживания мелких продуктов обогащения.

2.2.1 Характеристика водорастворимых полимеров и особенности их действия
Широкое использование высокомолекулярных флокулянтов в разных отраслях народного хозяйства - в горнорудной, угольной, нефтяной, пищевой и другой отраслях промышленности, в частности, для очистки стоковых и оборотных вод, а также для улучшения фильтрацийних свойств осадков, способствовало глубокому изучению физико-химических свойств этого класса соединений. Особенное внимание уделялось таким свойствам водорастворимых полимеров, как адсорбция их на разделе фаз, механизм их действия при стабилизации и дестабилизации разных дисперсных систем.[4]
Следует отметить, что основная часть работ в этой области проводилась относительно процессов посветлел оборотных и стоковых вод путем осаждения твердой фазы из суспензий. Механизм действия флокулянтив при фильтровании мелких продуктов обогащения изучен недостаточно. Первичный акт взаимодействия полимеров с твердыми частицами (адсорбция на поверхности частиц) протекает в обоих процессах одинаково: и в том, и в другом случае обеднання отдельных частиц в агрегаты под воздействием полиэлектролитив протекает по одном механизме. Однако явления, наблюдаемые на следующих стадиях обоих процессов, существенно отличаются один от одного. При посветлел суспензий происходит свободное падение в жидкости образованных под действием реагентов флокул. В этом случае важно получить достаточно чистый слив сгустителя (осветлителя), влажность осадка практически не учитывается.
Молекулы полимеров представляют собой серии повторяемых групп атомов, повязаних с помощью ковалентних звязкив.
Если повторяются части соединения имеют одинаковую структуру, то вещество зовется гомополимера. Полимерная макромолекула может иметь или линейную, или разветвленную структуру.

2.2.2 Действие полимеров при интенсификации процеса обезвоживания
Структурообразующая способность полимеров является важнейшим фактором при интенсификации процессов как фильтрования, так и осаждения.
В. П. Небера исследовал действие синтетических ионогенных и неиногенних полимеров на суспензиях шеелита, флюориту, молибдениту и кварцу. Он показал, что в зависимости от потенциала поверхности твердых частиц в суспензии существуют по крайней мере четыре стадии структуроутворення: электрокинетична коагуляция электрокинетична стабилизация, мостиковая флокуляция и коллоиднозащитна стабилизация избытком полимера.
Коагуляционна действие полимеров (в результате снижения потенциала) установлено им для анионных флокулянтив и положительно заряженных частиц минералов, катионних флокулянтив и негативно заряженных частиц, ПОЭ и для частиц, заряженных как положительно, так и негативно.
Электрокинетична коагуляция происходит за счет сжатия двойного диффузионного слоя, который окружает твердые частицы в суспензии и препятствует их сближению. В результате действия полимеров, которые владеют поверхностной активностью, расстояние между частицами может уменьшиться, что будет способствовать возникновению сил Ван-дер-Вальса и обеднанню отдельных частиц в агрегаты. Как правило, коагуляцию вызывают полимеры, заряд активных групп которых противоположен заряду твердой поверхности, или неионогенни полимеры.
Мостиковая флокуляция характеризуется образованием молекулярных связей в результате адсорбции макромолекулы на нескольких частицах и наблюдается при взаимодействии полимеров даже одноименного с твердой поверхностью заряда.[4]
Использование полимеров при фильтровании угольной суспензии приводит к образованию в области коагуляции компактных малогидратированных агрегатов, влажность которых немного повышается при переходе к образованию флокул под действием молекулярных мостиков; более резкий прыжок влажности осадка наблюдается при стабилизации избытком полимера.

2.3 Масляные реагенты которые используют для селективной агрегации угля

Существует три аспекта проблемы выбора масляных связывающих веществ для селективной агрегации угля - технологический, связанный со способностью собственно агрегации масел, экологический и экономический.
Способность агрегации связывающих веществ главным образом определяется:
- возможностью их диспергации и образование тонких пленок что обусловливается вязкостью вещества;
- поверхностной активностью;
- высоким родством или минимальной разницей в полярности с углем ( по известному правилу Дебройна-Гувинка прочность адгезийного связи „адгезив-субстрат“ тем выше, чем меньшая разница в полярности контактирующих фаз )
- способностью удерживать омасленые угольные зерна в одном агрегате за счет высокой когезии.[5]
Можно выделить такие четыре группы масляных реагентов используемых для селективной агрегации угля;
1) реагенты - нафтопродукти;
2) реагенты из твердого палива;
3) вторичные масла;
4) реагенты - смеси.

2.4 Интенсификация процессов обезвоживания с помощью синтетических латексов.

2.4.1 Синтетические латексы и их свойства
Эффективность селективной флокуляции угля гидрофобними полимерами, и в том числе синтетическими латексами, в значительной мере определяется их природой и физико-химическими свойствами. Синтетические латексы – микрогетерогенные системы, которые представляют собой водные дисперсии коллоидных каучуковых частиц (глобул), стабилизированные поверхностно активными веществами-эмульгаторами. В разных отраслях промышленности широко применяются изопреновые, бутадиеновые, бутадиен-стироловые, бутадиен-метилстирольные, акриловые и другие латексы.
Форма и размеры частиц латексов тесно связаны с закономерностями процесса эмульсионной полимеризации исходных мономеров. [6] Частицы синтетических латексов чаще всего имеют сферическую, или близкую к ней форму.

2.4.2 Структурная схема процесса селективной флокуляции угля латексом На основе анализа существующей информации о процессе селективной флокуляции угля латексами можно предложить феноменологическую модель как совокупность последовательно протекающих субпроцессов:
- частичной коагуляции латексных глобул в турбулентном потоке суспензии с образованием агрегатов и цепных структур;
- столкновение (встречи) угольных зерен из глобулами и их агрегатами;
- закрепления глобул и их агрегатов на угольной поверхности;
- агрегации угольных частиц в микрофлокули по “мостиковому” механизму;
- выделение углелатексных флокул из минерализованой суспензии.[7]

2.4.3 «Мостиковый» механизм образования углелатексних микрофлокул
Мостикова флокуляция характеризуется образованием молекулярных звязкив в результате адсорбции макромолекулы на нескольких частицах.
Для углей используется флокуляция полимерами (мостиковая флокуляция). Молекулы полимеров имеют цепочечное строение. Атомы углерода соединены ковалентными связями под углом 1090 и образуют зигзагообразные цепи. Цепи имеют ответвления – функциональные (или боковые) группы. Ими макромолекула закрепляется на флокулирующих частицах, объединяя их во флокулу.
Анимация 1. Цепочка флокулянта при флокуляции угля. (gif_animator: кадров - 4, циклов - 10)

2.4.4 Обезвоживание флотационного концентрата с применением латексного флокулянта
При проведении промышленных испытаний флокуляционно-флотационого способа разделения угольных шламов было установлено незначительное увеличение влажности флотацийного концентрата (на 1,5-2,0%). В связи с этим возник вопрос о выяснении влияния латексного флокулянта на процесс обезвоживания пульпы флотацийного концентрата. На углеобогатительной фабрике Ясинивского коксохимического завода были проведены исследования по изучению влияния латексного флокулянта на процесс обезвоживания пульпы флотацийного концентрата на дисковых вакуум-фильтрах "Украина-80". Испытания проводили за следующей технологической схемой. Латексные флокулянт подавали в зумпф флотационного концентрата. Потом пульпу с латексом перекачивали центробежным насосом на фильтры. Контакт латекса с пульпой и процесс селективной флокуляции шлама начинался в зумпфи флотоконцентрата и продолжался в трубопроводе. В ванны вакуум-фильтров поступала селективно-сфлокулированная пульпа.
Данные исследований показали, что при расходах латекса от 165 до 245 г/т происходит снижение влажности обезвоженного продукта на 0,9% при увеличении выхода кека на 4,65% и производительности фильтров в 1,6 раза. При этом эффективность процесса обезвоживания с использованием латекса больше на 3,9% в сравнении с традиционной фильтрацией. При уменьшении расходов латекса до 125 г/т влажность обезвоженного осадка снижается на 0,6% при увеличении выхода кеку на 2,8% и производительности фильтров в 1,5 разы. Процесс обезвоживания на фильтрах селективно сфлокулированной пульпы флотационного концентрата снижает зольность кека на 0,2%.
Таким образом, промышленные исследования показали, что применение синтетического латексного флокулянта позволяет снизить влажность, увеличить производительность вакуумных фильтров и выход кека, а также уменьшить содержание твердое в фильтрате.[7]

Значительные перспективы для интенсификации процеса обезвоживания имеют физико-химические методы.Они позволяют повысить эффективность обезвоживания без значительных капитальных расходов.
Опыт промышленного применения реагентов - интенсификаторов на обогатительных фабриках дало позитивные результаты. Физико-химические методы интенсификации обезвоживания позволяют повысить производительность фильтровального оборудования, уменьшить унос твордого с фильтратом и снизить влажность осадка. Это приведет к улучшению технологических показателей процессов обогащение в целом благодаря снижению степени зашламованности оборотной воды.
Таким образом, применение реагентов - интенсификаторов является одним из существенных факторов в решении проблемы улучшения водный - шламового хозяйства на обогатительных фабриках.
1. Бейлин М.И. Теоретические основы процессов обезвоживания углей.-М.: Недра, 1969.-240 с.
2. Долина Л.Ф. Интенсификация технологических процессов углеобогащения с применением поверхностно-активных веществ.- Черматинформация,1977,М., сер. 10, вып.2.
3. Batel W.Vorausberechung der Restfeuchtsgkest – Chem. ING, 1959., 28, р.343.
4. Ройтер И., Крефкльд Ф.Полимерные синтетические флокулянты и ихприменение при обогащении минерального сырья-Глюкауф,1976,№3, с. 25
5. Білецький В.С, Сергєєв П.В., Папушин Ю.Л. Теорія і практика селективної масляної агрегації вугілля. – Донецьк: Грань, 1996. –264 с
6. Елисеева В.И. Полимерные дисперсии.- М.:Химия, 1980.-296 с.
7. І.М. Нікітін, П.В. Сергеев,В.С. Білецькиц. Селективна флокуляція вугільних шламів латексами. –Донецьк . «Східний видавничий дім»,2001.-152с.
© ДонНТУ 2008 Уманец С.С.

---