Проблема селективного извлечения мелких угольных и глинистых частиц из шламовых вод и своевременного удаления их из технологического процесса весьма актуальна для большинства углеобогатительных фабрик, поскольку решение ее предотвращает накопление высокозольных шламовых частиц в оборотной воде, что положительно сказывается на эффективности всех технологических операций водно-шламовой схемы.

Указанная проблема заметно обострилась на ряде углеобогатительных фабрик в связи с ухудшением качества рядовых углей и с внедрением спиральных сепараторов для обогащения крупнозернистого шлама. В результате этого изменились характеристики шламовой воды, поступающей на флотацию: резко возросло содержание в ней тонкодисперсных угольных и породных частиц, а плотность пульпы снизилась до 50-80 г/л. Флотация таких пульп в механических флотомашинах, не обеспечивающих достаточную аэрацию пульпы мелкими пузырьками воздуха, требует значительного увеличения фронта флотации при повышенных расходах реагентов. Кроме того, ухудшаются показатели процесса обезвоживания флотоконцентрата на вакуум-фильтрах из-за снижения его плотности до 160-200 г/л и повышенного содержания мелких частиц.

Одним из путей повышения эффективности обогащения и обезвоживания угольных шламов является использование метода масляной грануляции. Масляная грануляция угольных шламов достаточно известна в теории и практике углеобогащения и обычно используется как самостоятельный процесс обогащения мелкого угля. Процесс масляной грануляции угольных шламов основан на различной смачиваемости маслом угольных и породных частиц в воде и способности аполярных жидкостей образовывать в суспензии углемасляные комплексы за счет гидрофобной агрегации.

Механизм образования в воде агрегатов из мелких гидрофобных частиц в присутствии диспергированных капелек углеводородного масла может быть следующим. Углеводородные масла закрепляются на поверхности гидрофобных угольных частиц за счет избирательной смачиваемости с образованием краевого угла больше 90°. В этом случае на угольную частицу, закрепившуюся на границе вода-масло, согласно уравнению равновесия по­верхностных сил, действующих на трехфазной границе, будут действовать силы, направленные внутрь масляной фазы. Поэтому мелкие угольные частицы при столкновении с крупными капельками масла затягиваются внутрь капли масла с образованием углемасляных агрегатов. Следовательно, крупные капли масла являются центрами гранулообразования для мелких частиц.

В случае мелких капелек масла они налипают на относительно более крупные частицы и при контакте последних через слой масла образуют агрегаты частиц. При этом масляная пленка между частицами способствует быстрому и прочному их слипанию за счет дополнительных сил, возникающих при вогнутом мениске масла и обусловленных дефектом давления в масляной пленке.

Для осуществления процесса масляной грануляции угольных шламов необходимо интенсивное перемешивание пульпы, чтобы мелкие угольные частицы могли многократно сталкиваться с каплями масла и между собой, образуя в результате этих столкновений угле-масляные комплексы, которые, постепенно уплотняясь, преобразуются в гранулы. При недостаточной интенсивности перемешивания пульпы скорость движения твердых частиц и капель масла низкая, поэтому запаса кинетической энергии мельчайших частиц не хватает для разрушения гидратной прослойки, препятствующей образованию агрегатов. Частицы и капли при встречном движении обтекают друг друга, что приводит к резкому сокращению количества результативных столкновений.

Широкому распространению масляной грануляции, как одного из методов переработки угольных шламов, препятствует высокий расход масляных связующих, необходимый для образования крупных и прочных гранул, которые затем селективно отделяются от минеральной пульпы через просеивающую поверхность. Приведены данные по использованию масляной грануляции для обогащения высокозольных угольных шламов, где расход масляных связующих снижен до 5-10 кг/т, что, тем не менее, в несколько раз превосходит расход аполярных реагентов при флотации угля. При существующих ценах на нефтепродукты такой расход углеводородных связующих существенно ограничивает возможности использования этого эффективного метода обогащения угольных шламов.

В данной работе показана возможность применения метода масляной грануляции при низком расходе аполярного реагента для селективной агрегации мелких угольных частиц перед флотацией в разбавленных пульпах. Это позволяет заметно увеличить скорость флотации мелких угольных частиц и повысить содержание твердого в пенном продукте, что существенно улучшает условия и показатели обезвоживания флотоконцентрата.

В табл. 1 приведены результаты опытов с предварительной агрегацией угольных частиц перед флотации мелких (0,1 мм) частиц угля.

Основная сложность при проведении селективной агрегации тонких угольных шламов перед флотацией по сравнению с обычной масляной грануляцией шламов связана с меньшей концентрацией угольных частиц в суспензии и небольшим расходом масляного реагента. В таких условиях резко сокращается количество столкновений твердых частиц с каплями масла, необходимых для образования углемасляных агрегатов.

В разбавленных пульпах для повышения вероятности столкновений и эффективности захвата при агрегации мелких угольных частиц капельками масла требуется более высокая степень турбулентности суспензии. Для исследований использовали угольные шламы марок ОС и ГЖ, содержащие более 60 % частиц менее 50 мкм, поступающие на флотацию ЦОФ «Сибирь». Масляная грануляция проводилась в цилиндрической камере с двумя отражательными перегородками при окружной скорости вращения турбинной мешалки 5,5 м/с, а флотация - в механической флотомашине с объемом камеры 1 л.

 

Таблица 1 Влияние грануляции на результаты флотации угольных шламов (марка ГЖ)

 

№ оп.	Расход кг/т		tгр, мин	tфл, мин	Продукты	γ, %	Аd, %	Ст, г/л
	ТГ	КОБС
1	2,5	0,06	-	7,0	К-т	62,7	6,9	241
					Отх	37,3	29,4	47
					Питание	100,0	15,3	94
2	2,5	0,06	3	3,1	К-т	81,0	6,3	263
					Отходы	19,0	53,5	23
					питание	100,0	15,3	94
3	2,5	0,06	5	2,5	К-т	83,0	6,3	295
					Отходы	17,0	60,0	20
					питание	100,0	15,4	94

 

 

Таблица 2 Гранулометрический состав отходов флотации

 

Классы крупности, мм	Номер опыта
	1		2		3
	γ, %	Аd, %	γ, %	Аd, %	γ, %	Аd, %
+ 0,2	7,4	10,8	6,1	32,9	4,1	34,0
0,1 - 0,2	22,1	14,8	15,7	33,1	6,1	34,8
- 0,1	70,5	35,9	78,2	59,2	89,8	62,9
Всего	100,0	29,4	100,0	53,5	100,0	60,0

 

В качестве масляного реагента использовали термогазойль (ТГ), а в качестве вспенивателя - КОБС.

За счет предварительной грануляции тонких угольных шламов (оп. 2 и 3, табл. 1) заметно сократилось время флотации t_фл и выросли как выход флотоконцентрата, так и содержание Ст в нем твердых частиц. С увеличением продолжительности процесса грануляции tгр с 3 до 5 мин. улучшились все показатели флотации шламов.

Процесс агрегации мелких угольных частиц протекает достаточно селективно, о чем свидетельствует гранулометрический состав отходов флотации (табл. 2): сокращаются потери крупных (+0,2 мм) угольных частиц с отходами и повышается выход и избирательность время флотации t_фл и выросли как выход флотоконцентрата, так и содержание Ст в нем твердых частиц. С увеличением продолжительности процесса грануляции t_гр с 3 до 5 мин. улучшились все показатели флотации шламов.

Процесс агрегации мелких угольных частиц протекает достаточно селективно, о чем свидетельствует гранулометрический состав отходов флотации (табл. 2): сокращаются потери крупных (+0,2 мм) угольных частиц с отходами и повышается выход и избирательность рации флотоконцентрата приведены в табл. 3. Заметное улучшение показателей флотации достигается при окружной скорости вращения мешалки более 5 м/с: зольность отходов повышается на 20 %, а время флотации сокращается почти в три раза.

При такой скорости перемешивания пульпы обеспечивается эффективное столкновение самых мелких угольных частиц с капельками масла и между собой и происходит интенсивное образование углемасляных агрегатов. Высокая зольность отходов флотации свидетельствует о практически полном переходе всех угольных частиц в углемасляные комплексы.

При низкой скорости перемешивания пульпы зольность отходов меньше, т.к. самые мелкие угольные частицы не могут попасть в углемасляные образования из-за недостатка запаса кинетической энергии при столкновении с ними и остаются в объеме пульпы.

 

 

Таблица 3 Влияние скорости перемешивания V_гр на процессы грануляции, флотации и фильтрации.

 

№ Оп.	Vгр, м/с	Флотация				Фильтрация
		tфл, мин	Продукты	γ, %	Аd, %	Продукты	γ, %	Wo, %	Сф, г/л	Gф, кг/(м2*ч)
1	-	5,7	к-т	92,18	6,56	Осадок	48,84	34,6	-	641
			отх.	7,82	55,6	фильрат	42,30	-	56,5	-
			Исх.	100,0	11,06	к-т	92,18	-	231,7	-
2	3,7	2,5	к-т	92,81	6,57	Осадок	40,17	30,7	-	1248
			отх.	7,19	69,79	фильт-т	52,64	-	46,0	-
			Исх.	100,0	11,06	к-т	92,81	-	254,0	-
3	5,5	2,2	к-т	93,06	6,37	Осадок	58,48	27,5	-	1016
			отх.	6,94	75,48	фильт-т	34,58	-	35,3	-
			Исх.	100,0	11,06	к-т	93,06	-	283,5	-
4	9,6	2,4	к-т	93,71	6,79	Осадок	58,58	26,1	-	1364
			отх.	6,29	76,78	фильт-т	35,13	-	33,7	-
			Исх.	100,0	11,06	к-т	93,71	-	298,6	-