Структурні схеми процесів селективної флокуляції

И.М. Нікітін, П.В. Сергеєв, В.С. Білецький
Донецький національний технічний університет

Источник:  Селективна флокуляція вугільних шламів латексами. Розділ 2.3 / — Донецьк, 2001.

Дослідження процесів селективної флокуляції вугілля доцільно вести послуговуючись феноменологічним методом. Він передбачає, по-перше, апріорне або на основі по-передніх досліджень створення структурної схеми послідовно протікаючих елементарних процесів (субпроцесів), що в цілому складають процес селективної флокуляції. По-друге, докладний розгляд, вивчення кожного з субпроцесів, розкриття їх основних закономірностей. По-третє, корекцію структурної схеми (феноменологічної моделі) процесу за результатами досліджень.

Другим універсальним підходом до вивчення селективної флокуляції, як і інших масових операцій розділення у збагаченні корисних копалин, ми вважаємо статистичний, імовірнісний розгляд явищ.

Вказані методи і підходи успішно застосовані нами раніше при вивченні та ство-ренні загальних теоретичних основ процесу масляної аґреґації вугілля [1,2].

На основі аналізу існуючої інформації про процес селективної флокуляції вугілля можна запропонувати дві його феноменологічні моделі — відповідно для масляної та латексної флокуляції (рис.1 та рис.2).

Рис.1 — Структурна схема процесу селективної флокуляції вугілля маслами

Згідно першої моделі селективна флокуляція маслами являє собою сукупність послідовно протікаючих субпроцесів:

— диспергування масла в турбулентному потоці суспензії;
— зіткнення (зустрічі) вугільних зерен та крапель масла;
— закріплення масляного реаґента на вугільній поверхні;
— аґреґації обмаслених вугільних частинок у флокули;
— виділення вуглемасляних флокул з мінералізованої суспензії.

Аналогічною є й структурна схема процесу селективної флокуляції вугілля гідро-фобними полімерами (латексами), за винятком стадії диспергації реаґента, яка відсутня.

Рис.2 — Структурна схема селективної флокуляції вугілля гідрофобними полімерними флокулянтами

Для успішної флокуляції необхідне, по-перше, виникнення достатньо міцних контактів «вугілля — флокулянт», по-друге, аґреґація флокулянтом вугільних частинок у флокули. В свою чергу, ефективність контактної взаємодії флокулянта з вугільною по-верхнею визначається імовірністю реалізації двох подій — зіткнення вугільної часточки з краплею (флокуляція маслами) або ґлобулою реаґента-флокулянта (флокуляція латексами) і закріплення флокулянта на вугільній поверхні. І лише після утворення стійких комплексів «вугілля — флокулянт» можлива подальша аґреґація вугільних зерен. Використовуючи загальні положення теорії імовірностей, можна сформулювати основну умову протікання процесу селективної флокуляції таким рівнянням [1]:

P (A,B,C) = P (B) x P (A/B) x P (C/A,B) , ( 1 )

де P (A,B,C) — імовірність здійснення всіх подій, тобто, імовірність реалізації процесу селективної флокуляції; P (B) — імовірність зіткнення вугільної часточки з краплею або ґлобулою флокулянта ; P (A/B) — імовірність закріплення флокулянта на вугільній поверхні за умови, що зіткнення відбулося; P(C/A,B) — імовірність утворення флокул за умови закріплення флокулянта на вугільній поверхні.

Абсолютні значення і відносний внесок кожного з множників рівняння (1) залежать від багатьох факторів. Так, імовірність зіткнення вугільної часточки з краплею масляного флокулянта визначається закономірностями диспергування масла в присутності тонкодисперсної твердої фази суспензії, які, в свою чергу, залежать від цілого ря-ду параметрів гідродинамічного режиму перемішування суспензії. Останній фактор поряд з концентрацією ґлобул в латексі та суспензії є вирішальним при визначенні величини P(B) для селективної флокуляції вугілля гідрофобними полімерами.

Величина множника Р(А/В), визначається міцністю контакту на границі розділу «вугілля — флокулянт» і залежить, головним чином, від фізико-хімічних властивостей контактуючих фаз. І, нарешті, імовірність утворення флокул P(C/A,B) пов’язана з особливостями механізму аґреґатоутворення, який визначається природою застосовуваного флокулянта. У випадку селективної флокуляції маслами імовірність виникнення флокул залежить від фізико-хімічних властивостей тонких плівок масел на вугільних зернах, від їх спроможності до самодифузії, виникнення димплу при контакті обмаслених вугільних частинок та ін. Величина множника P(C/A,B) при селективній флокуляції латексами визначається закономірностями виникнення «місточкових» полімерних зв’язків між вугільними часточками у флокулі.

Розрахунки конкретних величин множників рівняння (2.1), враховуючи багатофакторність процесів селективної флокуляції, досить утруднені. Однак імовірнісна оцінка явищ селективної флокуляції дозволяє виділити та аналізувати основні етапи процесів.

Наші дослідження показали, що кожний з субпроцесів-аналогів селективної флокуляції вугілля маслами і полімерами має як загальні, притаманні обом різновидам процесу, так і специфічні закономірності механізму флокулоутворення, обумовлені відмінностями в природі та властивостях масляних та латексних реаґентрів. Тому подальший розгляд теоретичних основ процесів селективної флокуляції вугілля гідрофобними реаґентами передбачає послідовний аналіз спочатку загальних закономірностей, а потім специфічних особливостей кожного з виділених різновидів процесу.

Литература

1. Білецький В.С, Сергєєв П.В., Папушин Ю.Л. Теорія і практика селективної масляної агрегації вугілля. – Донецьк: Грань, 1996. – 264 с.

2. Білецький В.С. Розробка наукових основ і способів селективної масляної агрегації вугілля та вуглевміщаючих продуктів.- Дисертація на здобуття вченого ступеня докт. техн. наук.- Донецьк, 1994. – 452 с.