Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка новых реагентных режимов флотации углей на основе использования сульфоксидов и оксиэтилированных алкилфенолов

ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Разработка новых реагентных режимов флотации углей на основе использования сульфоксидов и оксиэтилированных алкилфенолов"

контрольный экземпляр

На правах рукописи

Юнаш Анатолий Адольфович

РАЗРАБОТКА НОВЫХ РЕАГЕНТНЫХ РЕЖИМОВ ФЛОТАЦИИ УГЛЕЙ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СУЛЬФОКСИДОВ И ОКСИЭТИЛИРОВАННЫХ АЛКИЛФЕНОЛОВ

Специальность 25.00.13 - Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск - 2004

Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И.Носова.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Петухов Василий Николаевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Байченко Арнольд Алексеевич

кандидат технических наук.доцент Медяник Надежда Леонидовна

Ведущее предприятие: Федеральное унитарное государственное

предприятие Восточный углехимический институт,

г.Екатеринбург

Защита диссертации состоится "23" декабря 2004г. в 14°°час. на заседании диссертационного совета Д212.111.02. при Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И.Носова по адресу: 455000 г.Магнитогорск, пр.Ленина, 38, малый актовый зал.Факс (3519) 29-84-26, 23-5760.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им.Г.И.Носова

Автореферат разослан ноября 2004г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Горлова О.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Залогом успешного функционирования углеобогатительных фабрик является увеличение выпуска и улучшение качества готовой продукции. В связи с высокой степенью механизации горных работ, переходом на разработку угольных пластов трудной обогатимости с повышенной зольностью, ухудшается качество рядовых углей, направляемых на обогащение. Это приводит к снижению выхода концентрата и повышению его зольности.

Резервом повышения выхода концентрата и улучшения его качества является увеличение объемов обогащения мелких классов углей и совершенствование реагентных режимов флотации.

Основные достижения в развитии теории и технологии флотации углей связаны с разработкой и внедрением новых реагентных режимов. Использование в качестве реагентов отходов нефтехимии и нефтепереработки, имеющих сложный групповой химический состав, высокую вязкость, приводит к повышению потерь органической массы с отходами флотации. При этом для получения достаточно высокого извлечения горючей массы в концентрат требуется очень большой расход собирателей, что снижает технико-экономические показатели флотации угля. Поэтому значительное внимание уделяется поиску новых реагентов и разработке на их основе эффективных реагентных режимов.

Практика флотации углей показывает целесообразность использования в качестве реагентов собирателей продуктов нефтехимии с определенным групповым химическим составом, обеспечивающих высокую флотируемость углей.

Актуальным направлением исследования является поиск селективно-действующих реагентов вспенивателей на основе изучения особенностей их молекулярного строения и электронной структуры.

В последнее время для повышения эффективности действия собирателей предлагается использование реагентов модификаторов. Изучение влияния структурных особенностей молекул модификаторов на эффективность действия собирателей при флотации углей позволит проводить их целенаправленный поиск и использование модификаторов на углеобогатительных фабриках.

Поэтому совершенствование флотации углей за счет разработки эффективных реагентных режимов на основе исследований механизма действия химических соединений различного строения и их смесей в процессе флотации является актуальной научно-практической задачей.

Цель работы. Совершенствование процесса флотации углей путем разработки новых реагентных режимов на основе установления механизма действия химических соединений различного строения и их смесей для повышения технико-экономических показателей процесса флотации.

Поставленная цель достигается путем решения следующих вопросов:

- изучения физико-химических свойств углей различных шахт и бассейнов, определяющих механизм взаимодействия поверхности частиц с химическими соединениями и водой;

- исследование влияния молекулярного строения и элементного состава органических соединений, входящих в реагенты, на их флотационные свойства при взаимодействии с органической и минеральной массой угольных частиц;

- изучение влияния молекулярной массы молекул реагентов модификаторов на их действие при совместном использовании с реагентами собирателями;

- разработка новых реагентных режимов флотации углей, обеспечивающих высокую эффективность и селективность процесса.

Идея работы заключается в использовании установленных закономерностей повышения эффективности действия реагентов на основе установления механизма действия химических соединений различной молекулярной структуры с учетом физико-химических свойств поверхности угольных частиц.

Методы исследования. При выполнении теоретических и экспериментальных исследований использованы следующие методы:

- метод электронной микроскопии для определения физико-химических характеристик поверхности углей и изучение степени и характера минерализации;

- ИК-спектроскопии по методу «Спектротеста» для определение элементного состава органической массы-и технического анализа углей;

- химические методы определения адсорбции реагентов на поверхности углей и петрографических компонентов;

- метод газовой хроматографии для изучения величины и характера адсорбции чистых химических соединений на минеральной и органической массе углей;

- метод определение теплот смачивания углей водой с применением термометрического анализатора «Directhermom»;

- симплекс-центроидный метод планирования экспериментов для определения оптимальных соотношений реагентов в смеси;

- математическая обработка результатов измерений и экспериментов. Научная новизна работы.

1. Установлены закономерности адсорбции углеводородов на угольной и минеральной поверхности в зависимости от молекулярного строения и электронной структуры молекул.

2. Обосновано использование в качестве реагентов вспенивателей сульфоксидов, на кислородном атоме которых сосредоточена высокая электронная плотность, обеспечивающая их повышенную поверхностную активность.

3. Теоретически обосновано и практически подтверждено положительное влияние оксиэтилированных алкилфенолов на флотационную активность собирателей при флотации углей за счет улучшения эмульгирования аполярных реагентов и повышения прочности закрепления пузырьков воздуха на угольной поверхности.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается представительным объемом использованной технической информации отечественных и зарубежных работ в данной области, использованием современных физико-химических и спектроскопических методов исследования, хорошей сходимостью результатов исследований, полученных различными методами, подтверждением теоретических результатов исследований показателями лабораторных флотационных экспериментов.

Практическая значимость работы заключается в том, что разработаны новые реагентные режимы флотации углей с использованием технических продуктов нефтехимии, таких как «Нефрас А - 185/215» - в качестве собирателя, «Неонол АФ9 - 6» - в качестве модификатора, смесь сульфоксидов - в качестве вспенивателя, которые позволяют:

- повысить технико-экономические показатели процесса флотации углей за счет увеличения выхода флотоконцентрата на 3-4%;

- увеличить использование при флотации углей недефицитных продуктов нефтепереработки и нефтехимии с получением показателей флотации, не уступающих с применением дефицитных и дорогостоящих реагентов;

- уменьшить расход реагентов на 30-40% и снизить зольность флотоконцентрата на 1,0-1,2%, что улучшает качество металлургического кокса, направляемого в доменное производство.

Результаты исследования обеспечивают научно-обоснованный поиск эффективных селективно действующих реагентов для флотации угля и технологию их производства.

Ряд научных положений диссертации используются в курсах лекций при подготовке инженеров по специальностям: «Обогащение полезных ископаемых» (09.03.00) и «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов» (25.04.00).

Положения, представленные к защите:

1. Повышение степени минерализации с одновременным увеличением кислородсодержащих функциональных групп в органической массе углей обуславливают повышенную теплоту смачивания их водой, что приводит к снижению их флотируемости.

2. Увеличение О - электронной плотности на кислородном атоме сульфоксидов обеспечивает их высокую поверхностную активность по сравнению с другими кислородсодержащими соединениями. Существенное снижение поверхностного натяжения на границе раздела «Ж-Г» в момент действия отрывающих усилий на комплекс «частица-пузырек» приводит к увеличению прочности комплекса и улучшению флотируемости угольных частиц.

3. Предварительная обработка ароматизированных продуктов нефтехимии оксиэтилированными алкилфенолами (АФ9-п) обуславливает изменения их физико-химических параметров, обеспечивающих повышения эмульгирования реагентов собирателей в воде и как следствие, улучшение показателей флотации углей.

Апробация работы и публикации.

По теме диссертации опубликовано 8 статей. Материалы диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях «Обогащение, переработка и комплексное использование природных ресурсов» (Кемерово, КузГТУ - 2002г.), на X Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» («Сибресурс - 2004», г.Кемерово), на научно-технических конференциях МГТУ и ОАО «ММК» по итогам НИР (1998г., 2001-2004г.), на IX Всероссийской конференции «Проблемы повышения экологической и промышленной безопасности производственно-технических комплексов промышленных регионов» (Магнитогорск, 22-25 ноября 2004г.).

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Содержание работы изложено на 142 страницах машинописного текста, включая 20 рисунков и 36 таблиц, а также библиографический список, содержащий 112 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Технико-экономические показатели процесса флотации полезных ископаемых в значительной степени определяются научно разработанными реагентными режимами.

Наиболее существенный вклад в развитие теоретических основ по разработке эффективных селективно действующих реагентных режимов при флотации углей внесли работы ученых - Н.Н.Плаксина, В.А.Глембоцкого, В.И.Мелик-Гайказяна, Я.Б.Куколева, В.И.Классена, В.И.Рябого, Н.Х.Дебердеева, Ю.Б.Рубинштейна, Н.С.Власовой, Е.Е.Рожновой, В.Н.Петухова, А.А.Байченко, Г.В.Иванова, В.П.Курбатова и др.

Основное внимание при изучении эффективности реагентов собирателей уделяется установлению их физико-химических параметров, таких как молекулярная масса, вязкость, температура кипения, групповой химический состав. В ряде работ рассмотрены теоретические аспекты использования при флотации угля реагентов модификаторов. При этом в большинстве работ недостаточное внимание уделяется исследованию механизма действия реагентов при флотации угля, особенно в случае применения реагентов модификаторов.

Поэтому в настоящее время затруднен целенаправленный, научно обоснованный поиск и разработка высокоэффективных реагентных режимов для флотации углей, что объясняется:

- значительным изменением физико-химических характеристик угольной поверхности в зависимости от минералого-петрографического состава рядовой угольной мелочи, поступающей на флотацию;

- применением в процессе флотации аполярных реагентов сложного, в большинстве случаев не установленного, группового химического состава;

- недостаточным учетом влияния структурных особенностей и физико-химических характеристик молекул реагентов на механизм их действия при флотации;

- выбором дополнительных реагентов модификаторов для интенсификации действия собирателей осуществляется в основном на основе результатов экспериментальных исследований.

В представленной работе значительное внимание уделено исследованию влияния физико-химических характеристик и молекулярного строения соединений, входящих в состав реагентов, на их пенообразующие, гидрофобизационные и адсорбционные свойства, определяющие в комплексе их флотационную активность.

На основании теоретических исследований были синтезированы новые реагенты вспениватели и проведен поиск технических продуктов нефтехимии для использования их в качестве реагентов собирателей и модификаторов.

В процессе исследования были изучены физико-химические характеристики угольной мелочи различных бассейнов и разработаны реагентные режимы, обеспечивающих не только высокую эффективность, но и селективность процесса флотации.

Исследование влияния строения и молекулярной массы углеводородов на

флотируемость углей

Исследование флотируемости угольной мелочи различной обогатимости показало, что применение реагентов собирателей, используемых на углеобогатительных фабриках, не всегда обеспечивает получение высоких показателей процесса флотации. Результаты лабораторных исследований флотируемости углей Кузбасса позволили установить, что при использовании в качестве собирателей тракторного керосина с реагентом вспенивателем КОБС выход концентрата составляет 87,0-89,5% при зольности отходов выше 60%. Для углей Карагандинского и Печорского бассейнов использование данного реагентного режима приводит к снижению выхода концентрата на 15-30%, а зольность отходов не превышает 42-57%. Низкая флотируемость труднообогатимых углей объясняется высокой минерализацией органической массы и наличием в рядовой угольной мелочи алюмосиликатов типа каолинита и монтмориллонита. Наличие данных минералов было установлено при исследовании химического состава золы рядовых углей, а также при анализе минералого-петрографических характеристик концентратов и отходов флотации с использованием электронной микроскопии.

В работе были проведены исследования флотационной активности ряда чистых химических соединений и узких температурных фракций различных классов углеводородов, отличающихся молекулярной массой и строением молекул.

Установлено, что при одинаковой молекулярной массе углеводороды по флотационной активности располагаются в повышающий ряд: циклоалканы<алканы <алкены<арены. Увеличение молекулярной массы

углеводородов приводит к закономерному повышению их флотоактивности (рис.1).

Повышение флотационной активности углеводородов с кратными улерод-углеродными связями по сравнению с предельными объясняется, вероятно, электронной структурой молекул углеводородов. В молекулах

ароматических и непредельных углеводородов кроме а-электронов имеются еще и л-электроны, которые оказывают существенное влияние на энергию адсорбции реагентов на угольной поверхности. При изучении адсорбции углеводородов на угольной поверхности с использованием газовой хроматографии установлено, что величина адсорбции П-ксилола составила 3,9*10-7 ммоль/см2, а октана - 2,75*10-7 ммоль/см2 при концентрации реагентов в газовой фазе -400*10-6 ммоль/см3. Подобные закономерности получены и для более высокомолекулярных углеводородов (рис.2), а также при адсорбции углеводородов на петрографических микрокомпонентах и минералах. Адсорбция на витрините коксово-жирных углей гептана и нонана в 1,9-1,96 раза ниже абсорбции бензола и псевдокумола. В работе установлено повышенное время удерживания и коэффициент асимметричности хроматографического пика при абсорбции аренов по сравнению с другими классами углеводородов. Это подтверждает повышение энергии межмолекулярного взаимодействия аренов с угольной поверхностью. Адсорбция углеводородов на каолине выше, чем на кварце. Величина адсорбции бензола на каолине в 2,3 раза выше, чем гексана, а на кварце - только в 1,25 раза. Повышенная адсорбция аренов на каолине объясняется структурными особенностями минерала каолинита, содержание которого в каолине ~ 80%.

На внешних сторонах кристаллической решетки каолинита имеется значительное количество гидроксильных ионов, которые взаимодействуют с я-электронным облаком бензольного кольца ароматических углеводородов за счет специфических сил. Это увеличивает общую энергию межмолекулярного взаимодействия коалинита с ароматическими углеводородами.

Флотируемость угля определяется не только величиной адсорбции реагента, но и влиянием молекулярного строения химических соединений на гидрофобизацию угольной поверхности. Исследованием установлено, что флотационная активность ароматических углеводородов во многом определяется не только длиной углеводородного радикала, но и взаимным расположением и количеством алкильных групп замещения в молекуле. Применение ксилолов предпочтительнее этилбензола. Так, например, использование П-ксилола приводит к повышению выхода флотоконцентрата с 80,3 до 83,3% по сравнению с применением этилбензола.

Рис. 1. Кинетика флотации угля углеводородами различного молекулярного строения (расход реагентов 5кг/т)

Использование 1,3,5-триметилбензола позволяет повысить выход концентрата на 0,9% по сравнению с пропилбензолом, а применение изопропилбензола увеличивает выход концентрата до 89,2%. Это объясняется тем, что при адсорбции углеводородов, в случае увеличения количества алифатических групп замещения бензольного кольца или длины углеводородных радикалов замещения и их изостроения, происходит снижение гидратированности угольной поверхности всвязи с разрыхлением гидратных слоев и, соответственно, повышается флотируемость углей. Поэтому при выборе технических продуктов нефтехимии в качестве реагентов необходимо учитывать не только их групповой химический состав, молекулярную массу, но и структурные особенности молекул, входящих в технические продукты.

Исследования флотируемости углей с использованием узких температурных фракции углеводородов подтвердили закономерности, полученные с чистыми химическими соединениями.

Рис.3.Результаты флотации угля шахты «Шахтинская» с использованием узких температурных фракций углеводородов различных классов

Рис. 2. Зависимость величины адсорбции углеводородов на витрините углей марки «КЖ» от их концентрации и строения молекул

Установлено, что независимо от средней температуры кипения фракций, использование продуктов, содержащих ароматические углеводороды, позволяет получать более высокие показатели флотации угля по сравнению с продуктами, представленными предельными углеводородами. При одинаковых расходах реагентов выход концентрата при использовании ароматических углеводородов на 8-10% выше по сравнению с применением предельных и на 4-5% выше по сравнению с нафтеновыми (рис.3). Наиболее высокие показатели флотации получены для температурных фракций 180-230°С. Это объясняется тем, что фракции с температурой кипения до 180°С содержат углеводороды (С7-С9), не обеспечивающие достаточную гидрофобизацию угольной поверхности. В температурных фракциях выше 230°С преобладают углеводороды с повышенной вязкостью, что приводит к снижению эмульгирования их в воде и уменьшению флотируемости углей.

Исследование влияния элементного состава и структурных особенностей поверхностно - активных веществ на эффективность их действия при флотации углей

Анализ исследований по совершенствованию флотации углей показывает, что более эффективными реагентами вспенивателями являются химические соединения, имеющие повышенную электронную плотность на пэлярном атоме и высокий дипольный момент.

Расчет суммарной электронной плотности на полярных атомах молекул пэ методу INDO показал, что заряд на атоме кислорода в сульфоксидах составляет 0,4 е, а в молекуле спиртов, эфиров, альдегидов и кетонов (основных компонентов КОБС) 0,26-0,3 е.

Поэтому в работе были исследованы в качестве вспенивателя сульфоксиды различного молекулярного строения и их смеси, а именно: метилгексилсульфоксид, 2-оксиэтилизопропилсульфоксид (2-ОЭИПС), смесь сульфоксидов. В качестве реагента собирателя использовали технический керосин.

Установлено, что применение в качестве реагента вспенивателя сульфоксидов вместо Т-80 повышает выход концентрата при одновременном у.гучшении селективности процесса и снижении общего расхода реагентов. При равном расходе реагентов вспенивателей 2-ОЭИПС и Т-80 выход концентрата в случае использования 2-ОЭИПС повысился на 3,8-3,9%. При этом зольность концентрата осталась на прежнем уровне (8,1-8,3%). Это можно объяснить тем, что в молекуле 2-ОЭИПС имеются гидроксильная группа и сульфогруппа, обеспечивающие повышенную поверхностную активность по сравнению с д юксановыми и пирановыми спиртами, которые входят в групповой химический состав Т-80.

Исследование пенообразующей способности реагента 2-ОЭИПС показало, что она выше пенообразующей способности Т-80. Высота двухфазной пены при равной концентрации реагентов вспенивателей в воде возрастает с 80160 до 125-180 мм в случае использования 2-ОЭИПС. Смещение электронной плотности в группе =S=0 в сульфоксидах к кислородному атому способствует значительному повышению дипольного момента молекул и их адсорбционной и поверхностной активности, что в совокупности обеспечивает улучшение флотационной активности сульфоксидов.

Существенное снижение поверхностного натяжения на границе «хидкость - газ» в момент действия отрывающих усилий на комплексе «частица-пузырек» приводит в случае использования сульфоксидов к заметному росту краевого угла смачивания и, как следствие - к увеличению прочности комплекса и улучшению флотируемости углей.

Высокие показатели флотации углей с использованием сульфоксидов позволили предложить в качестве вспенивателя технические продукты нефтехимии, содержащие в групповом составе смесь сульфоксидов. Полученная смесь содержит сульфоксиды состава: этилбутилсульфоксид (ЭБС),

изопропилбутилсульфоксид (ИПБС), пропилбутилсульфоксид (ПБС) и изобутилбутилсульфоксид (ИББС).

Содержание ЭБС в технической смеси сульфоксидов изменялось с 19 до 26%, ИПБС от 35 до 45%, ПБС от 15 до 24%, ИББС от 16 до 20%.

Лучшие результаты флотации углей получены со смесью сульфоксидов при их соотношении ЭБС:ИПБС:ПБС:ИББС 24:45:15:16. Это объясняется повышенным содержанием в смеси сульфоксидов с изостроением углеводородного радикала, которые в большей степени оказывают влияние на снижение поверхностного натяжения воды на границе «Ж-Г».

При равном выходе концентрата в пределах 69,5% зольность концентрата, в случае применения в качестве реагента вспенивателя смеси сульфоксидов в установленном соотношении, снижается с 12,8% до 10,7%, а зольность отходов повышается с 70,1% до 74,5%. Коэффициент селективности процесса флотации повышается с 380 до 468-487 по сравнению с использованием в качестве вспенивателя КОБС.

Фотографии продуктов флотации, полученные с использованием электронной микроскопии, свидетельствуют о повышении селективности процесса при использовании смеси сульфоксидов в качестве вспенивателей.

Таким образом, лабораторные исследования показали повышенную флотационную активность сульфоксидов при использовании их в качестве реагентов вспенивателей по сравнению с широко используемыми в настоящее время техническими продуктами КОБС и Т-80.

Совершенствование флотации коксующихся углей за счет разработки новых реагентных режимов

Исследования влияния структурных особенностей молекул углеводородов на показатели флотации позволили наметить направления поиска эффективных реагентов для флотации коксующихся углей, а именно:

- применение в качестве реагентов собирателей технических продуктов нефтехимии, содержащих в групповом составе углеводороды гомологического ряда аренов и алкенов со средней температурой кипения в пределах 180-250°С;

- использование технических продуктов, содержащих ароматические углеводороды, в молекулах которых должно быть 2-4 радикала замещения с общим числом углеродных атомов в молекуле в пределах 912.

Исходя из вышеуказанных требований, для исследования были выбраны следующие побочные продукты нефтехимии: кубовые остатки производства этилбензола; «Нефрас А-185/215»; «Нефрас А-150/330».

В качестве исходных углей была использована угольная мелочь различных шахт Карагандинского бассейна и разрезов Кузнецкого бассейна.

Установлено, что использование технических продуктов нефтехимии, содержащих ароматические углеводороды, позволяет повысить флотируемость

углей по сравнению с применением в качестве реагента собирателя тракторного керосина (смесь углеводородов).

Наиболее высокие показатели флотации получены при применении в качестве реагента собирателя технического продукта «Нефрас А-185/215», содержащего в групповом химическом составе 100% аренов, число углеродных атомов в которых от 9 до 12.

При флотации угольной мелочи разреза «Черниговский» ( Айнох:= 22,6%) использование реагента «Нефрас А-185/215» с КОБС позволяет повысить выход концентрата с 74,8-80,6% до 80,0-82,6% при незначительном увеличении зольности с 9,2-10,1% до 9,5-10,6% по сравнению с использованием тракторного керосина. Лучшие результаты по эффективности и селективности процесса флотации получены в случае использования в качестве реагента вспенивателя смеси сульфоксидов. Применение реагента «Нефрас А-185/215» со вспенивателем смесью сульфоксидов (при общем расходе реагентов 1,26-1,46 кг/т) позволило повысить извлечение горючей массы в концентрат с 93,5-94,9% до 94,9-96,2%, и снизить его зольность с 9,5-10,3% до 8,9-9,6% по сравнению с использованием в качестве вспенивателя КОБС.

Установлено, что в случае равного расхода реагентов собирателей применение «Нефрас А-185/215» со смесью сульфоксидов позволяет повысить извлечение горючей массы в концентрат на 3,8-6,3% по сравнению с использованием тракторного керосина с КОБС (рис.4). При этом зольность флотоконцентрата, в случае равного выхода, снижается на 1,2-1,3%.

Использование в качестве реагентов собирателей кубовых остатков производства этилбензола или «Нефрас А-150/330» приводит к более низким показателям флотации по сравнению с «Нефрас А-185/215», что объясняется более высокой вязкостью реагентов собирателей, влияющей на эмульгирование аполярного реагента в воде.

Установлено, что одной из причин повышенной флотационной активности «Нефрас А-185/215» является его более высокая адсорбция на угольной поверхности по сравнению с тракторным керосином. При равной

исходной концентрации в воде адсорбция «Нефрас А-185/215» на угольной поверхности в 1,2-1,7 раза выше по сравнению с адсорбцией тракторного керосина. Это объясняется тем, что в групповом химическом составе «Нефрас А-185/215» содержится 100% аренов, а тракторный керосин состоит из смеси предельных, нафтеновых углеводородов и незначительного количества аренов.

Новый реагентный режим флотации был апробирован на угольном шламе, поступающем во флотоотделение УОФ ОАО «Северсталь».

Получены более высокие показатели флотации при использовании в качестве собирателя «Нефрас А-185/215» со вспенивателем КОБС по сравнению с дефицитным собирателем - тракторным керосином, а именно выход концентрата повышается на 1,8% при одинаковой его зольности. При этом расход собирателя снижается с 1,6 кг/т до 1,4 кг/т (табл.).

Новый разработанный реагентный режим флотации угля рекомендуется для промышленной апробации.

Таблица-Показатели флотации угольной мелочи, поступающей на обогащение на _УОФ^ ОАО «Северсталь»_

Реагентный режим Показатели флотации

Собиратель вспениватель Расход реагентов, кг/т Выход концентрата, % Зольность концентрата, % Зольность отходов, Извлечение горючей массы в концентрат, % Коэффициент селективности флотации Зольность исходного угля, %

собирателя вспенивателя общий

Технический керосин КОБС 1,2 0,06 1,26 67,5 8,8 56,3 81,3 431,8 24,25

1,4 1,46 72,7 9,1 64,6 87,2 516,1

1,6 1,66 75,4 9,7 68,8 89,9 534,0

«Нефрас А-185/215» КОБС 1,2 0,06 1,26 74,5 9,3 68,7 89,4 550,0 24,45

1,4 1,46 77,2 9,8 74,0 92,2 582,9

1,6 1,66 79,0 10,6 76,5 93,5 570,0

Повышение эффективности действия аполярных реагентов при флотации углей путем их модифицирования

Исследование флотируемости углей с использованием технических продуктов нефтехимии позволило установить пониженную флотационную активность собирателей, содержащих высокомолекулярные соединения. К таким продуктам относится полиалкилбензольная смола (ПАБС) и смолы пиролиза.

Основной причиной их низкой флотационной активности следует считать высокую вязкость, что снижает эффективность эмульгирования реагентов в воде.

Нами были исследованы в качестве стабилизаторов эмульсии оксиэтилированные алкилфенолы «Неонолы АФ9-п», структурной формулы н19с9-(-с6н<-)-о-(-о-с2н4)пн, где п - степень оксиэтилирования алкилфенолов.

Данные соединения хорошо растворяются в ароматических углеводородах.

Исследованием установлено, что добавка АФ9-п в ароматические продукты нефтехимии - «Нефрас А-185/215» или ПАБС позволяет повысить флотируемость угля. При использовании реагентов собирателей в смеси с «Неонол АФ9-6» в количестве 0,5% выход концентрата повышается на 2,6-3,2% при одинаковой зольности, а зольность отходов увеличивается на 6,6-7,8%. Это объясняется улучшением эмульгирования аполярных реагентов в воде, предварительно обработанных «Неонол АФ9-п». Установлено, что при добавке в аполярные реагенты «Неонол АФ9-п» в количестве 1% содержание капель эмульсии реагента в воде размером менее 3,0мкм увеличивается на 8-13% для собирателей с пониженной вязкостью и на 20-25% для высоковязких реагентов. В работе установлено, что одной из основных причин улучшения эмульгирования собирателей при обработке их модификатором «Неонол АФ9-п» является снижение поверхностного натяжения собирателей на границе раздела «масло-воздух».

Установлено, что на эффективность флотации угля оказывает влияние способ подачи реагента модификатора. Более высокие показатели флотации углей получены при использовании реагентов собирателей предварительно обработанных реагентом модификатором «Неонол АФ9-п». Использование «Неонол АФ9-п» в качестве реагента вспенивателя не позволяет получать высокие показатели флотации угля.

В работе проведены исследования по влиянию степени оксиэтилирования алкилфенолов на флотационные свойства собирателей, содержащих ароматические углеводороды. Установлено, что лучшие показатели по выходу концентрата можно получить, используя для модифицирования собирателей «Неонол АФ9-6» (рис.5). Это объясняется тем, что устойчивые эмульсии в воде дают оксиэтилированные алкилфенолы, со степенью оксиэтилирования 6 и более. Использование для модифицирования собирателей «Неонол АФ9-4» приводит к получению малоустойчивой эмульсии собирателей в воде, что снижает эффективность действия модифицированного собирателя при флотации углей. Использование «Неонол АФ9-12» для модифицирования аренов обеспечивает очень устойчивую эмульсию собирателя, что также приводит к снижению флотирумости углей.

С использованием симплекс-центроидного метода планирования экспериментов найдено, что для получения наиболее высоких показателей процесса флотации необходимо поддерживать соотношение собирателя (ПАБС), вспенивателя (Т-80) и модификатора («Неонол АФ9-6») как: (94,9-96,05):(3,9-3,3):(1,2-0,65).

Использование установленных соотношений реагентов при флотации углей Кузнецкого бассейна с зольностью 20,5% позволило значительно улучшить эффективность действия собирателя ПАБС. При расходе реагентов в количестве 0,82кг/т и соотношении ПАБС:Т-80: АФ9-6 как 94,9:3,9:1,2 выход концентрата повышается с 76,1% до 79,4% по сравнению с традиционных реагентов - тракторного керосина с Т-80 в соотношении 94,9:5,1. Подобные закономерности прослеживаются так же при увеличении расхода собирателей. В

случае использования ПАБС, предварительно обработанного модификатором «Неонол АФ9-6» и вспенивателем Т-80, с соотношением реагентов 96,05:3,3:0,65 при общем расходе реагентов 0,974 кг/т, выход концентрата повышается с 78,2% до 80,7% по сравнению с использованием тракторного керосина с Т-80. При использовании ПАБС с Т-80 (96:4) без обработки собирателя «Неонолом АФ9-6» выход концнтрата снизился на 7,3%. Снижение флотируемости углей без предварительной обработки ПАБС модификатором «Неонол АФ9-6» объясняется ухудшением эмульгирования собирателя в воде из-за высокой его вязкости.

Применение в качестве реагента вспенивателя смеси сульфоксидов и соотношении реагентов ПАБС: смесь сульфоксидов: АФ9-6 в пределах 94,9:3,9:1,2 (при общем расходе реагентов 0,82 кг/т) выход концентрата составил 81,8% при его зольности 8,2% и зольности отходов 75,8%. Эти показатели значительно выше по сравнению с использованием дефицитного собирателя тракторного керосина с Т-80 (ук=76,1%; а<|1<=8,4%; а"от,=59,0%).

Рис.5. Влияние степени оксиэтилирования алкилфенолов и содержания АФ9-п в ПАБС на выход концентрата.

Подача ПАБС и АФ9-п совместно при расходе 1,2 кг/т, соотношение собирателя и пенообразователя (Т-80) 95:5

Применение ПАБС с реагентом вспенивателем - смесью сульфоксидов, без предварительной обработки ПАБС модификатором АФ9-6, обеспечивает выход концентрата не более 77,5% даже при увеличении общего расхода реагентов до 0,974кг/т.

Таким образом, применение оксиэтилированных алкилфенолов АФ9- п в качестве реагентов модификаторов обеспечивает получение высоких показателей флотации углей при использовании в качестве собирателей отходов нефтехимии.

Это расширяет ресурсы технических продуктов нефтехимии, которые можно эффективно использовать в качестве реагентов при флотации углей.

Новый реагентный режим предлагается апробировать в промышленных условиях на углеобогатительных фабриках.

Заключение

На основе выполненных исследований решена актуальная научно-техническая задача - разработаны новые реагентные режимы флотации углей с использованием технических продуктов нефтехимии, обеспечивающие высокую селективность и эффективность процесса.

Основные научно-практические результаты проведенных исследований заключаются в следующем:

1. Установлены физико-химические свойства поверхности углей различных каменноугольных бассейнов и особенности их структурно-группового состава, обуславливающих их флотируемость. Показано, что повышенное содержание силикатных минералов типа каолинита в углях Карагандинского бассейна с одновременным увеличением минерализации органической массы обуславливают повышенную теплоту смачивания их водой и, соответственно, снижение их флотируемости.

2. Теоретически обоснована и экспериментально определена адсорбционная способность органических соединений на угольной поверхности.

При одинаковой молекулярной массе углеводороды по величине адсорбции на угольной поверхности можно расположить в ряд: ароматические>непредельные>предельные>нафтеновые. Установлено, что повышение величины адсорбции реагентов на угольной поверхности определяется увеличением а - электронной плотности на полярных атомах поверхностно-активных веществ и их дипольного момента, наличием в молекуле углеводородов кратных углерод-углеродных связей и увеличением их молекулярной массы.

3. Изучено влияние основных физико-химических параметров и структурных особенностей углеводородов на их флотационную активность и селективность действия при флотации углей. Установлено, что флотируемость углей повышается в случае:

- использования углеводородов с изостроением радикала в алифатических соединениях или увеличения количества радикалов замещения в ароматических углеводородах с суммарным содержанием не менее 10-12 углеродных атомов в молекуле;

- применения аполярных реагентов с температурой кипения фракций в пределах 180-230°С.

4. На основании теоретических положений и лабораторных экспериментов впервые предложены для флотации углей:

- «Нефрас А-185/215» в качестве реагента собирателя;

- оксиэтилированные алкилфенолы «Неонол АФ9-п» в качестве реагентов модификаторов;

- смесь сульфоксидов с длиной углеводородного радикала 0,-^ в качестве реагентов вспенивателей.

5. Разработаны новые реагентные режимы флотации каменных углей:

- применение «Нефрас А-185/215» в качестве реагента собирателя с КОБС позволило повысить выход концентрата при флотации угольной мелочи

разреза «Черниговский» на 4,4-6,9% по сравнению с использованием тракторного керосина с КОБС;

- использование собирателя «Нефрас А-185/215» со смесью сульфоксидов в качестве вспенивателя обеспечило повышение выхода концентрата с 75,379,4% до 80,4-82,2% при одновременном снижении его зольности на 0,30,5% и повышении зольности отходов с 63,1-70,0% до 71,7-74,4% по сравнению с использованием тракторного керосина с КОБС;

- использование нового реагента собирателя «Нефрас А-185/215» с КОБС при флотации угольного шлама, поступающего на флотацию на УОФ ОАО «Северсталь», позволило повысить выход концентрата на 4,5 % по сравнению с применением тракторного керосина с КОБС, при увеличении зольности концентрата на 0,9%, а зольности отходов на 7,7%;

6. Установлено, что предварительная обработка собирателей, содержащих ароматические углеводороды, оксиэтилированными алкилфенолами («Неонол АФ9-п») приводит к снижению поверхностного натяжения собирателей. При эмульгировании модифицированных собирателей «Неонолом АФ9-6» значительно увеличивается дисперсность эмульсии собирателя, что приводит к улучшению флотируемости углей. Применение реагента модификатора «Неонол АФ9-6» с реагентом собирателем ПАБС и вспенивателем Т-80 при их соотношении 0,65:96,05:3,3 позволило повысить выход концентрата с 78,2% до 80,7% при снижении его зольности с 8,7% до 8,3% по сравнению с использованием дефицитного тракторного керосина с Т-80 (96,0:4,0).

7. Ожидаемый экономический эффект от использования нового реагентного режима с использованием в качестве собирателя «Нефрас А-185/215» с КОБС на УОФ ОАО «Северсталь» составит 32,25 млн.руб. в год.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Петухов В.Н., Юнаш А.А. Разработка новых реагентных режимов флотации углей//Кокс и химия. - 1998. - №3. - С.5-8.

2. Петухов В.Н., Юнаш А.А. Совершенствование реагентного режима флотации труднообогатимых углей//Экологические проблемы промышленных зон Урала: Сб.науч.тр. Межд.науч.-техн.конф. - Магнитогорск, 1998. -том 2. -С.57-61.

3. Юнаш А.А., Осина Н.Ю., Короткова О.Б. Влияние группового химического состава реагентов собирателей на эффективность и селективность действия при флотации углей//Матер.62и науч.-техн.конф. по итогам науч.исслед. работы за 2002-2003г.г./Сб.докл. под ред. Г.С.Гуна. - Магнитогорск: МГТУ, 2003.-С.123-125.

4. Использование симплекс-центроидного метода планирования экспериментов при исследовании многокомпонентных смесей/Волощук Т.Г., Вейнский В.В., Юнаш А.А. и др.//Литейные процессы: Межрегион.сб.науч.тр.//под ред. В.М.Колокольцева. Вып.З. - Магнитогорск: МГТУ, 2003. - С.99-103.

5. Повышение эффективности использования сырьевых ресурсов путем разработки новых режимов флотации углей/ Юнаш А.А., Горохов А.В.,

Волощук Т.Г. и др.//Теория и технология металлургического производства: Межрегион.сб.науч.тр.//под ред. В.М.Колокольцева. Вып.З. - Магнитогорск: МГТУ,2003.-С.99-105.

6. Юнаш А.А., Петухов В.Н., Иванов Г.В. Повышение эффективности действия аполярных реагентов их модифицированием// Вестник Кузбасс.гос.техн.ун-та. - Кемерово, 2004. - №4. - С.76-78.

7. Юнаш А.А., Петухов В.Н. Разработка реагентного режима флотации углей с использованием симплекс-центроидного метода планирования экспериментов / Теория и технология металлургического производства: Межрегион.сб.науч.тр.//под ред. В.М.Колокольцева. Вып.4. - Магнитогорск: МГТУ,2004.-С.100-103.

8. Юнаш А.А., Иванов Г.В., Горохов А.В. Повышение технико-экономических показателей процесса флотации углей путем разработки эффективных реагентных режимов // X Междун. науч.-практ.конф. «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири: Сб.тез.докл. - Кемерово, 2004. - С.39.

Подписано в печать 22.11.04. Формат 60x84 1/16. Бумага тип.№ 1.

Плоская печать. Усл печ.л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ 811.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок МГТУ

"Íí (, *247 83

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Юнаш, Анатолий Адольфович

Введение

1. Критический анализ исследований по совершенствованию реагентных режимов при флотации углей

1.1. Исследования влияния физико-химических характеристик аполярных реагентов на их флотационную активность

1.2. Исследования действия реагентов-вспенивателей при флотации

1.3. Совершенствование процесса флотации с использованием реагентов модификаторов

Выводы

2. Объекты и методы исследования

2.1. Характеристика исследуемых углей

2.2. Характеристика реагентов, исследуемых в работе 42 2.2.1.Физико-химические характеристики новых исследованных реагентов

2.3. Методы исследования

2.3.1. Методика проведения флотационных опытов 5 О

2.3.2. Методика по определению адсорбции химических соединений на угольной поверхности с использованием метода газоадсорбционной хроматографии

2.3.3. Методика планирования эксперимента при определении оптимального соотношения реагентов

2.3.4. Методика определения микроструктуры угольной поверхности исследуемых углей

2.3.5. Турбидиметрический метод определения дисперсности эмульсии аполярных реагентов

2.3.6. Методика электронной микроскопии для оценки степени и характера минерализации отходов и концентратов флотации

3. Исследование влияния группового химического состава реагентов собирателей на флотируемость углей

3.1. Исследование флотируемости угольной мелочи шахт различных каменноугольных бассейнов

3.2. Исследование флотационной активности различных классов углеводородов, отличающихся строением и молекулярной массой молекул

3.3. Исследование флотируемости углей с использованием различных температурных фракций углеводородов

3.4. Исследование влияния элементного состава и структурных особенностей поверхностно-активных веществ на эффективность и селективность их действия при флотации углей 79 Выводы

4. Совершенствование флотации коксующихся углей за счет применения новых реагентных режимов

4.1. Исследование флотационной активности побочных продуктов производства ароматических углеводородов

4.2. Разработка технологического режима флотации углей с использованием нового реагента собирателя

4.2.1. Исследование влияния плотности исходного питания на показатели флотации

4.2.2. Исследование влияния расхода реагента собирателя «Нефрас А

185/215» на эффективность и селективность флотации углей

4.2.3. Исследование влияния расхода вспенивателя на эффективность и селективность процесса флотации углей

4.2.4. Исследование эффективности действия нового реагента собирателя с использованием различных реагентов вспенивателей

Выводы

5. Повышение эффективности действия аполярных реагентов при флотации углей путем их модифицирования

5.1 Исследование влияния реагентов модификаторов «Неонол АФ9-п» на эффективность действия аполярных реагентов при флотации углей

5.2. Определение оптимального соотношения реагентов методом симплекс-центроидного планирования

5.3. Экономическая эффективность использования разработанного нового реагентного режима флотации труднообогатимых углей

Выводы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка новых реагентных режимов флотации углей на основе использования сульфоксидов и оксиэтилированных алкилфенолов"

Залогом успешного функционирования углеобогатительных фабрик, является увеличение выпуска и улучшение качества готовой продукции.

В связи с высокой степенью механизации горных работ, переходом на разработку пластов с повышенной зольностью ухудшается качество углей, направляемых на обогащение, а также увеличивается количество мелких классов.

Одновременно повышаются требования к содержанию минеральных компонентов в концентратах, направляемых на коксования, так как интенсификация процесса выплавки чугуна требует применения прочного кокса с минимальным содержанием золы и постоянными физико-механическими характеристиками.

Одновременно с улучшением качества концентрата необходимо стремится к снижению потерь угля с отходами обогащения, подвергать обогащению весь уголь, поступающий на углеобогатительные фабрики. Следует отметить, что в практике обогащения углей, количество мелочи дополнительно увеличивается (особенно при флотации труднообогатимых углей) в результате их тонкого дробления с целью разделения сростков.

Основными требованиями, предъявляемыми к флотационному обогащению углей, является достижение высокого извлечения горючей массы в концентрат при его низкой зольности и достаточно высокой зольности отходов.

Однако, вследствие несовершенства технологических схем отдельных обогатительных фабрик, неудовлетворительной работой флотационных машин и трудной флотируемости исходного сырья, потери угля с отходами флотации еще достаточно высоки. Себестоимость тонны флотоконцентрата значительно выше, чем при других методах обогащения угля.

Для снижения потерь угля с отходами и себестоимости получаемого концентрата, необходимо совершенствование флотационного процесса за счет внедрения высокопроизводительного оборудования, более совершенных технологических схем, а также применения эффективных селективно-действующих реагентов.

Основные достижения в развитии теории и практики флотации, связаны с внедрением новых реагентов. Поэтому вопросам их эффективного и рационального использования всегда уделялось большое внимание. В настоящее время выбор реагентов осуществляется исходя из их физико-химических параметров и механизма действия при флотации с учетом особенностей угольной мелочи, поступающей на обогащение. Экономически и технологически обоснована целесообразность эмульгирования реагентов, дробная и раздельная подачи собирателя и пенообразователя в процессе флотации.

Однако, в ряде случаев, особенно при флотации труднообогатимых углей с высокой степенью минерализации органической массы, наблюдаются очень высокие расходы реагентов (2,5-3,0кг/т) и низкое качество продуктов обогащения. Одной из основных причин такого положения является использование в качестве реагентов отходов нефтеперерабатывающих заводов и нефтехимии, которые имеют непостоянный групповой химический состав и, в большинстве случаев, высокую вязкость. Поэтому для получения высоких технико-экономических показателей флотации разрабатываются новые технологические схемы флотации, внедряются новые реагентные режимы, используются более совершенные типы флотомашин, проводятся мероприятия по изменению физико-химических характеристик пульпы.

Одним из наиболее перспективных направлений в вопросе совершенствования технологии флотации углей является использование новых реагентных режимов.

Хотя флотационные реагенты входят в число основных загрязнителей окружающей среды, обогащение мелких классов углей без их применения невозможно, поскольку, именно, от реагентов во многом зависят показатели флотационного процесса. Поэтому, проблема изыскания новых нетоксичных избирательно действующих реагентов, а также снижение их расхода путем составления флотоактивных смесей из продуктов химических производств является актуальной для обогащения угольной мелочи.

Кроме того, в большинстве случаев, при изменении реагентного режима отпадает необходимость в реконструкции флотационного отделения и в крупных материальных затратах.

Флотация легкообогатимых углей не представляет сложности и применяемые реагентные режимы довольно эффективны при их обогащении.

Напротив, флотация труднообогатимых углей, с повышенным количеством и степенью дисперсности минеральных включений, с содержанием глинистых, а также с окисленной поверхностью зерен требует серьезного внимания. Поэтому поиску селективно - действующих реагентов при флотации углей придается серьезное значение.

Для углей с высокой минерализацией органической массы исследователями предлагается использовать дополнительные реагенты модификаторы, которые позволяют интенсифицировать процесс флотации, но при этом селективность процесса флотации снижается. Это объясняется недостаточно глубоким изучением механизма действия реагентов модификаторов при флотации с учетом изменения физико-химических свойств угольной поверхности. Ряд исследователей предлагают использовать при флотации углей реагенты комплексного действия, имеющие в молекуле гетероатомы или функциональные группы, обеспечивающие поверхностную активность комплексного реагента.

Несмотря на разработку теоретических и практических вопросов обогащения углей остаётся огромное пространство для исследований, позволяющих обосновать конкретные пути совершенствования процесса флотации.

Исследования и практика работы УОФ установили практическую целесообразность применения в качестве флотационных реагентов продуктов химических производств, представляющих смесь углеводородов различного состава. Однако, направленному улучшению флотационных свойств реагентов масел при использовании совместно с ними реагентов вспенивателей и модификаторов уделяется недостаточно внимания.

Целью данной работы являлось совершенствование процесса флотации углей путем разработки новых реагентных режимов на основе установления механизма действия химических соединений различного строения и их смесей для повышения технико-экономических показателей процесса флотации.

Использование разработанных реагентов позволило увеличить качественно - количественные и экономические показатели процесса, а также улучшить экологическую обстановку за счет снижения сброса химических продуктов с отходами флотации.

Предложены решения теоретических и прикладных задач, связанных с установлением особенностей механизма действия реагентов модификаторов и вспенивателей при использовании их с аполярными реагентами различного группового химического состава.

Работа включает теоретические и экспериментальные исследования процесса флотации угля с применением в качестве реагентов чистых химических соединений, продуктов химических производств, сочетаний технических продуктов, а также разработку и совершенствование реагентных режимов.

Заключение Диссертация по теме "Обогащение полезных ископаемых", Юнаш, Анатолий Адольфович

Выводы

1. Исследованием установлено, что эффективность действия аполярных реагентов при флотации угля, имеющих повышенную вязкость, может значительно улучшена за счет использования реагентов модификаторов.

2. В качестве реагента модификатора исследованы технические продукты «Неонолы АФ9-П», использование которых позволяет получать высокие показатели флотации при применении в качестве реагентов собирателей высоковязких реагентов, таких как полиалкилбензольные смолы и пиролизные остатки.

Лучшие результаты получены в случае применения в качестве реагента модификатора «Неонол АФ9-6».

3. С использованием симплекс-центроидного метода планирования эксперимента определены значения соотношений реагентов собирателя, вспенивателя и модификатора, обеспечивающие получения наиболее высоких показателей процесса флотации углей.

При использовании в качестве реагента собирателя ПАБС, в качестве вспенивателя Т-80 и реагента модификатора - «Неонол АФ9-6», эти соотношения находятся в пределах 96,05:3,3:0,65.

Использование реагента модификатора в реагентной смеси позволяет при равном расходе собирателя повысить выход концентрата на 5,3-7,3% в зависимости от используемого реагента вспенивателя.

4. Лучшие показатели флотации угля с использованием реагента модификатора «Неонол АФ9-6» получены в случае применения в качестве реагента вспенивателя смеси сульфоксидов. В этом случае применение реагента собирателя ПАБС позволило при равном расходе реагентов повысить выход концентрата с 78,2 до 82,8%, снизить его зольность с 8,7 до 8,4% и повысить зольность отходов с 62,8 до 78,7% по сравнению с использованием тракторного керосина с Т-80.

5. Ориентировочный экономический эффект от использования разработанного нового реагентного режима флотации угля (собиратель «Нефрас А-185/215», а вспениватель КОБС) составит 32,25 млн.руб.в год.

Новый реагентный режим рекомендуется для промышленных испытаний на углеобогатительных фабриках.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ исследовательских работ по выбору новых реагентов и разработке реагентных режимов для флотации углей показал, что в данном вопросе еще нет достаточно ясного направления в связи со сложностью минералогопетрографического состава и энергетической неоднородности угольной поверхности, что требует глубокого изучения процесса флотации углей в направлении:

- изучение влияния особенностей электронной структуры и строения молекул аполярных и гетерополярных соединений на показатели флотации углей различной степени минерализации;

- совершенствование флотации коксующихся углей на основе выбора новых реагентов определенного молекулярного строения с учетом особенностей физико-химических характеристик поверхности обогащаемого угольного шлама.

2. Установлено, что лучшие показатели при флотации сильноминерализованных углей достигаются при использовании углеводородов с кратными углерод-углеродными связями, имеющими 10-12 углеродных атомов в молекуле и 2-4 радикала замещения в циклических соединениях. Это объясняется повышенной величиной адсорбции данных углеводородов на угольной поверхности за счет взаимодействия 7г-электронов кратных углерод-углеродных связей с протонизированными центрами поверхности адсорбента по сравнению с предельными углеводородами, обладающими только <т-электронами. Другой причиной высокой флотационной активности указанных углеводородов является снижение их межфазного натяжения с водой за счет наличия 7г-электронов, а также улучшения собирательных свойств при определенном количестве и расположении радикалов в молекуле.

3. Исследование влияния структурных особенностей молекул собирателей, их молекулярной массы и температуры кипения на показатели флотации углей позволило выбрать из большого числа продуктов и отходов нефтехимии технические продукты, позволяющие повысить эффективность флотации коксующихся углей по сравнению с тракторным керосином. Выбранные нами реагенты содержат в групповом химическом составе в преобладающем количестве углеводороды с кратными углерод-углеродными связями. Наиболее высокие показатели флотации получены при использовании в качестве собирателя «Нефрас А-185/215».

При флотации углей Кузнецкого и Карагандинского бассейна использование «Нефрас А-185/215» с реагентом вспенивателем КОБС позволило повысить выход концентрата на 1,5-6,0% по сравнению с использованием тракторного керосина с КОБС.

4. Установлено, что повышенная флотационная активность собирателя «Нефрас А-185/215» объясняется не только высокой адсорбцией на угольной поверхности, но также наличием в реагенте химических соединений с изостроением алифатических радикалов в замещенных ароматических углеводородах.

5. Исследование влияния структурных особенностей и электронного строения молекул, используемых в качестве вспенивателей, показало, что эффективность действия реагента вспенивателя повышается с увеличением электронной плотности на полярном атоме молекулы и ее дипольного момента. Наиболее высокая эффективность и селективность действия установлена для реагентов вспенивателей - сульфоксидов. Их использование с тракторным керосином вместо КОБС и Т-80 позволило повысить выход концентрата на 4,0-6,5%. В работе предложено в качестве реагента вспенивателя использовать технический продукт - смесь сульфоксидов, содержащая сульфоксиды с изостроением и нормальным строением радикалов Сб-Cg.

Использование при флотации угольной мелочи разреза «Черниговский» (Ad=22,6%) нового реагентного режима - «Нефрас А-185/215» со смесью сульфоксидов вместо тракторного керосина с КОБС позволило повысить выход концентрата с 70,1-80,6% до 78,5-83,1%. Зольность отходов повысилась с 54,774,5% до 74,8-83,6%, а коэффициент селективности процесса флотации с 481594 до 681-707.

6. Анализ влияния ПАВ на эффективность действия аполярных реагентов позволил наметить новое направление совершенствования флотации углей за счет использования реагентов модификаторов. Предварительная обработка собирателей незначительным количеством «Неонола АФ9-6» позволяет повысить их флотационную активность за счет улучшения дисперсности эмульсии собирателя в воде и повышения прочности агрегата «частица-пузырек».

7. С использованием симплекс-центроидного метода планирования экспериментов установлено, что для получения наиболее высоких показателей процесса по эффективности и селективности соотношение собирателя (полиалкилбензольной смолы) вспенивателя (Т-80) и модификатора («Неонола АФ9-6») должно находиться в пределах 94,9-96,05: 3,9-3,3:1,2-0,65, при общем расходе реагентов 0,82-0,974 кг/т. В этом случае выход концентрата повышается с 76,1-78,2% до 79,4-80,7% по сравнению с использованием дефицитного тракторного керосина с КОБС.

Обработка данным модификатором забалансных отходов нефтехимии позволяет получать показатели флотации, сопоставимые с применением дефицитного тракторного керосина.

8. Разработанные новые реагентные режимы позволяют не только улучшить технико-экономические показатели флотации углей, но и снизить загрязнение водоемов органическими химическими соединениями за счет уменьшения их концентрации в отходах флотации.

9. Ориентировочный экономический эффект от использования разработанного нового реагентного режима флотации угля (собиратель «Нефрас А-185/215», а вспениватель КОБС) составит 32,25 млн.руб.в год.

Новый реагентный режим рекомендуется для промышленных испытаний на углеобогатительных фабриках.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Юнаш, Анатолий Адольфович, Магнитогорск

1. О влиянии химического состава реагентов, применяемых при флотации угля на активность их действия/ Белов К.А., Волкова О.Б., Максимова М.И. и др. // Кокс и химия. 1962.- №8.- С.8-12.

2. Володин Г.А., Оглоблин Н.Д. Внедрение нового флотационного реагента на углеобогатительных фабриках// Обогащение и брикетирование угля. -М.: ЦИТИ угольной промышленности, 1962. №1. - С.7-9.

3. К установлению параметров, характеризующих флотоактивность реагентов масел/ Мелик-Гайказян В.И., Ворончихина В.В., Байченко А.А. и др.// Кокс и химия. 1962. - №8. - С. 13-16.

4. Циперович М.В., Зубарева JI.H. Исследование влияния строения органических реагентов на флотацию углей различной стадии метаморфизма// Подготовка и коксование углей. М.: Металлургиздат, 1959. - С.52-65.

5. Глембоцкий В.А. Изыскание эффективных реагентов для флотации углей// Проблемы обогащения твердых горючих ископаемых. М.: Недра, 1975. - T.IX. - Вып.1. - С.25-34.

6. Петухов В.Н., Шохин В.Н. Влияние некоторых физико-химических свойств реагентов на селекцию петрографических ингредиентов// Обогащение и брикетирование угля. М.: Недра, 1966. - №1.- С. 19-21.

7. Рожнова Е.Е., Могилевская Е.Е., Шантер Ю.А. К вопросу о влиянии химического состава аполярных реагентов на их флотационную активность// Техника и технология обогащения углей. М.: Недра, 1971. -№7.- С.139-155.

8. Чижевский В.Б. Физико-химические основы и интенсификация процесса флотации графитовых руд: Дис.докт. техн.наук. Л.: Механобр, 1990. -375с.

9. Циперович М.В., Плюснин В.Г. К вопросу рационального выбора реагентов для флотации углей// Науч.тр./Свердл. ин-т химии. -Свердловск, 1960. -Вып.4. С. 17-26.

10. Петухов В.Н. Флотационная активность химических соединений различного состава и строения при флотации угля// Кокс и химия. 1982. - №7. - С.18-21.

11. Глембоцкий В.А., Дмитриева Г.М., Сорокин М.М. Аполярные реагенты и их действие при флотации. М.: Наука, 1968. - С.50-63.

12. Тихонов С.А., Попова P.M. Влияние вязкости аполярных реагентов на флотацию минералов и руд// Обогащение полезных ископаемых. Киев: Техника, 1975. - №17. - С.30-35.

13. Карбини П. Флотация низкокачественных углей с использованием коммерческих масел// 1-й Междунар. конгресс по обогащению углей. -1990.- С.57-60.

14. Волощук Т.Г. Интенсификация флотации труднообогатимых углей на основе синергизма действия углеводородов. Дис.канд.техн.наук. -Магнитогорск, 1997. 178 С.

15. Назаренко В.М., Могилевская Е.Е., Шантер Ю.А. К вопросу о зависимости между физико-химическими параметрами некоторых аполярных реагентов и их флотационной активностью //Науч.труды/Укр.НИИУглеобогащение. М.: Недра, 1972. - С. 140-149.

16. Дебердеев И.Х., Пиккат-Ордынский Г.А., Рудановская JI.A. О применении новых эффективных реагентов во флотации//Уголь, ноябрь. -1988. №11. - С.49-50.

17. Тропман Э.П., Самохвалов А.А., Селиванова Н.В. Новый спиртовой пенообразователь ОФС//Цветные металлы, 2001. №1.

18. Новый флотационный реагент КЭТГОЛ/ Дебердеев И.Х., Пиккат-Ордынский Г.А., Рудановская JI.A. и др.// Кокс и химия. 1986. -№11. -С.13-15.

19. А.с. 1611447 Россия, МКИ В 03 Д 1/02. Способ флотации угля/И.Х. Дебердеев, JT.A. Рудановская. 1990. - №45. - С.42

20. Патент 2190481 Россия МКИ В 03 Д 1/008. Композиция для флотации полезных ископаемых/Щелкунов О.А., Малышев О.А., Дубовский Е.М. и др. 2002. - №28. - С.230-231.

21. Власова Н.С., Классен В.И., Плаксин И.Н. Исследование действия реагентов при флотации каменных углей. М.: АН СССР, 1962. - 170с.

22. А.с. 1153990 СССР, МКИ В 03Д 1/02. Реагент для флотации угля/

23. B.Н.Петухов, В.В.Зорин, Н.А.Батырбаев и др. 1985. - №37. - С.30.

24. А.с.735301 СССР, МКИ В 03Д 1/02. Реагент для флотации угля/ А.Ф.Сорокин. 1980. - №23. - С.23.

25. А.с.810288 СССР, МКИ В 03Д 1/02. Реагент для флотации угля/ А.А.Данчина, Н.М.Овчинникова. 1981. - №12. - С.8.

26. А.с.882626 СССР, МКИ В 03Д 1/00. Собиратель-вспениватель для флотации угля/ Б.Т.Калакуцкий, А.Ф.Сорокин и В.Е.Блохин. 1981. -№17.- С.21.

27. О новых синтетических реагентах для флотации углей/ Власова Н.С., Овчинникова Н.М., Данчина А.А. и др.// Физические и химические основы переработки минерального сырья. М.: Наука, 1982. - С.82-89.

28. А.с.1071320 СССР, МКИ В 03Д 1/02. Реагент для флотации угля/ И.Х.Дебердеев, Г.А.Пиккат-Ордынский. 1984. - №5. - С. 19.

29. А.с. 1263354 СССР, МКИ В 03Д 1/02. Способ флотации угольных шламов/ И.М.Кузнецов,А.П.Тутубалина и Н.Ф.Чепенко. 1986. - №38.1. C.23.

30. Власова Н.С., Чепасова Т.П., Савинчук Л.Г. Об использовании реагента комплексного действия КОЦ при флотации углей// Уголь, декабрь. 1990. С.47-50.

31. Власова Н.С., Чижевский В.Б., Савинчук Л.Г. Переработка и качество углей/Уголь, июль. 1986. С.42-44.

32. А.С.1641438 МКИ В 03 Д 1/02. Способ флотации угля/Петухов В.Н., Имашев У.Б. и др. 1991. №14. - С.34

33. А.С.1611448 СССР, МКИ В 03 Д 1/00. Реагент собиратель-вспениватель для флотации угля/Петухов В.Н., Недогрей Е.П. 1990. - №45. - С.42.

34. Saleh Abdel-hady, .Влияние типа пенообразователя на кинетику флотации низкокачественных углей/Fezy Kochem/ probb/ mineralyrg. -1993. №27. - С. 107-116.

35. Поткина Т.Н. Пенообразующая способность некоторых бициклических ПАВ/Вестник Беларуссии.- 1995. №1. - С.90-93.

36. Щелкунов О.А., Малышев О.А. Особенности флотации руд цветных металлов на реагентных режимах, включающих диметил (изопропенил) карбинол/Горн, инф.-анал. Бюл. МГГУ. 200. - №8. - С.217-219.

37. Патент 2179480 Россия МКИ В 03 Д 1/02. Способ флотации угля/Петухов В.Н., Недогрей Е.П. 2002. - №5. - С.148

38. Патент 1039762 Россия МКИ В 03 Д 1/02. Способ флотации угля/Петухов

39. B.Н., Недогрей Е.П. и др. 1990. - №38. - С.40.

40. Кукушкин В.В. Совершенствование технологии флотации труднообогатимых углей путем разработки новых реагентных режимов. Дис.канд. техн. наук. Магнитогорск: МГТУ, 2003. - 165с.

41. Основы теории и практика применения флотационных реагентов/

42. C.В.Дуденков, Л.Я.Шубов, Л.А.Глазунов и др. М.: Недра, 1969. - 185с

43. Сорокин А.Ф. Исследование технологических свойств аполярных реагентов при флотации углей: Дис.канд.техн.наук.- Свердловск, 1965.-169с.

44. Гончарова Г.М. Совершенствование флотации угольного шлама повышением эффективности использования реагентов: Дис.канд.техн.наук. -М., 1973. 129с.

45. Соложенкин П.М., Небера Б.П. Использование микроорганизмов и продуктов их метаболизма при флотации/Цветные металлы. 1998. - №7. - С.57.

46. Соложенкин П.М. и др. Биомодификация поверхности минералов в технологии обогащения и гидрометаллургии/3-й конгресс обогатителей стран СНГ. Москва. 20-23 марта 2001. М.: Альтекс, 2001. - С.38-39.

47. Zkang Xing Депрессирующее действие 3-х видов бактерий на пирит в процессе флотации угля/Chin Narferrous Metals. 1997. - №4.

48. Патент 1599098 Россия МКИ В 03 Д 1/02. Способ флотации угля/Малышева Н.Г., Винокуров В.Н. 1991. - №38. - С.

49. Патент 1579569 Россия МКИ В 03 Д 1/02. Способ флотации высокозольных углей/Савинчук Л.Г., Касимова Н.Н. 1990. - №27. -С.38.

50. А.с.1510936 СССР, МКИ В ОЗД 1/02. Реагент модификатор для флотации угольных шламов/ Никитин И.Н., Рубинштейн Ю.Б. и др. 1989. - № 36. -С. 48.

51. А.с. 1084078 СССР, МКИ В ОЗД 1/02. Способ флотации газовых углей низкой стадии метаморфизма/ Петухов В.Н., Мухаметшарипов Р.В. -1984. №13. - С.24.

52. А.с.526786 Австралия, МКИ В ОЗД 1/00. Процесс пенной флотации угля.

53. Chander S.Mc.Graw Hill's// Coal lech International. - 1994. - №13.

54. Тюрникова В.И., Наумова М.Е. Развитие теории и практики модифицирования флотационных реагентов// Физические и химические основы переработки минерального сырья. М.: Наука, 1982. - С.70-75.

55. Иванов Г.В. Повышение эффективности действия аполярных реагентов при флотации угля: Автореф.дис.канд.техн.наук.- М., 1977. 19с.

56. Пат.4820406 США, МКИ В ОЗД 1/2. Способ пенной флотации угля/ Hansen R.D., Keimpll R.R.

57. Stahe H. Die Wirkung von Tensiden in Flotation Sreagenzien// Aufbereit-Techn. - 1985.-26. - №11. - C.640-644.

58. Пат.5507394 США, МКИ В ОЗД 1/019. Водная эмульгированная собирательная смесь/ Laskowski J.S., Wang Q.

59. Kurkov A.V., Shatalov V.V., Molodkina I.А. Новые классы реагентов для несульфидных руд//СоН£ 1995. - №3.- С.259-261.

60. Аглямова Э.Р. Повышение селективности флотации газовых углей с применением органических и неорганических соединений: Автореф.дис. канд.техн.наук. Магнитогорск, 2002. - 17с.

61. Медяник H.JI. Совершенствование реагентных режимов флотации углей низкой стадии метаморфизма: Дис.канд.техн.наук. Магнитогорск: МГТУ, 1998. - 170с.

62. Браун Г. Рентгеновские методы изучения и структура глинистых минералов. М.: Мир, 1965. - С.125.

63. Справочник химика. JI-M.: Госуд. науч. техн. изд-во химической литературы. 1962. - т. 1,5. - с. 1070.

64. Дебердеев И.Х., Меркулова М.С., Волкова А.А. О применении метилизобутилкарбинола при флотации угля.//Кокс и химия. 1976. - №8. - С.10-12.

65. Чижевский В.Б., Власова Н.С., Савинчук Л.Г. Флотационные свойства Т-66, Т-80, Т-81// Цветная металлургия. 1981. - №18. - С.12-14.

66. Пиккат-Ордынский Г.А., Острый В.А. Технология флотационного обогащения углей. М.: Недра, 1972. - С.21-22.

67. Петухов В.Н., Юнаш А.А. Разработка новых реагентных режимов флотации углей// Кокс и химия. 1998. - №3. - С.5-8.

68. А.С. 1319908 СССР МКИ В 03 Д 1/02. «Реагент собиратель для флотации полезных ископаемых»/Петухов В.Н., Куковицкий М.М., Сушко Р.Ш. и др. 1985. - №24. - С.28.

69. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1982. - 400с.

70. Методы исследования флотационного процесса/ Мелик-Гайказян В.И., Абрамов А.А., Рубинштейн Ю.Б. и др. М.: Недра, 1990. - С.26-40.

71. Рубинштейн Ю.Б., Волков Л.А. Математические методы в обогащении полезных ископаемых. -М.: Недра, 1987. С.295.

72. Рыскин М.Я., Самыгин В.Д. Прибор для беспенной флотации. Цветная металлургия, 1964. - №17. - С.18-19.

73. Способ определения элементного состава углей с помощью ИК-спектроскопии/Попов В.К., Бутакова В.И., Капусткин В.К. и др.//Всерос. конф. «Химия твердого топлива и новые материалы» Екатеринбург, 1986. Сб. докл. Т.1. - с.314.

74. Попова Л.А., Петухов В.Н. Исследование флотируемости углей различных стадий метаморфизма путем замера тепловых эффектов смачивания// Химия твердого топлива. 1976. - №1. - С.29-32.

75. Петухов В.Н., Попова Л.А. Оценка флотационной активности углей методом теплот смачивания // Химия твердого топлива. 1975. - №1. -С. 160-162.

76. Классен В.И., Невская В.А., Власова Н.С.// Уголь. 1961. - №7. - С.41.

77. Джон Р.Дайер. Приложения адсорбционной спектроскопии органических соединений.- М.: Химия, 1970.

78. Шантер Ю.А., Назаренко В.М.// Техника и технология обогащения углей. М.: Недра, 1965. - T.IX. - С.152.

79. А.с. 517835 СССР, МКИ G 01№21/24. Способ количественного определения 1,3-диоксанов в водных растворах// С.В. Луговой, В.Н.Петухов, В.И.Луговая и В.Н.Шохин. 1976. - №22. - С.22.

80. Вяжирев Д.А., Шушунова А.Ф. Руководство по газовой хроматографии. -М.: Высш.шк., 1975. 302с.

81. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизпция эксперимента в химии и химической технологии. М.: Высшая школа, 1978, с.254-288.

82. Scheffe Н. The Simnlex-Centroid Design for Experiments with Mixtures. I. Roy. Statist. Soc. Ser. В., 1963, 25, №2, p.74.

83. Власова H.C., Лукина H.C., Чепасова Т.П. Опыт флотации Карагандинских углей в минерализованных средах. В кн.: Обогащение и брикетирование угля: Науч.техн.реф. сб/ЦНИЭИ уголь, 1985. - №6. -с.21.

84. Глембоцкий В.А., Классен В.И. Флотационные методы обогащения. М.: Недра, 1981. - С.304.

85. Попова Л.А. Исследование влияния физико-химических свойств углеводородов и 1,3-диоксанов на флотируемость углей разных стадий метаморфизма: Автореф. дис.канд.техн.наук. Люберцы, 1980. -23с.

86. Темникова Т.И. Курс теоретических основ органической химии. М.: Химия, 1968. - 1006с.

87. Гофтман М.В. Прикладная химия твердого топлива. М.: Металлургиздат, 1963. - 283с.

88. Классен В.И. Флотация углей. М.: Госгортехиздат, 1963. - 379с.

89. Дир И.А., Хаун Р.А., Зусман Дж. Породообразующие минералы. М.: Мир, 1966.-482с.

90. Петухов В.Н., Илатовская В.Н., Попова JI.A. Влияние химического состава и строения органических реагентов на краевой угол смачивания при флотации.- Науч. труды/Магнитогорск, горно-металлург. ин-т Вып 104.Магнитогорск, 1972, С.8-17.

91. Мелик-Гайказян В.И., Плаксин И.Н., Ворончихина В.В. К механизму действия аполярных собирателей и некоторых ПАВ при пенной флотации. Докл.АН СССР, 1967, т.173. - №4. - С.883-886.

92. Абрамзон А.А. Поверхностно-активные вещества. Ленинград: Химия, 1981.-305с.

93. Мелик-Гайказян В.И., Емельянова Н.П., Глазунова З.И. О капиллярном механизме упрочнения контакта «частица-пузырек» при пенной флотации/Юбогащение руд. 1976. №1. - С.25-31.

94. Убизская Л.И. Изучение взаимодействия аполярных реагентов с поверхностью минералов при флотации руд. Автореф. дис. канд. техн. наук.-М., 1969.-27с.

95. Петухов В.Н. Исследование кремнийорганических соединений в качестве реагентов при флотации угля//Кокс и химия. 1984. - №1. - С. 11-14.

96. Глембоцкий В.А. Изыскание эффективных реагентов горючих ископаемых. Сб. науч. Ст. М.: Недра, 1975.

97. А.С. 1766522 СССР МКИ В 03 Д 1/02. Способ флотации угля/Петухов В.Н., Ахметов Л.И., Клобин A.M. и др.//Б.И. 1992. №37.

98. Pople I.A., Beveridge D.L. Approximate Molecular Orbital Theory. New York: M.C. Crow Book CO, 1970. - P.617.

99. Касаточкин В.И., Ларина H.K. Строение и свойства природных углей. -М.: Недра, 1975.-159с.

100. Krichko А.А., Gagarin S.G. Fuel. 1990. - V.68. - № 7. - C.1211-1223.

101. Русьянова Н.Д. Развитие представлений о структуре углей и механизма пиролиза// Кокс и химия. 1991. - №3. - С.8-12.

102. Обобщенная модель структуры органической массы углей// Гюльманов

103. A.M., Головин Г.С., Гладун Т.Г., Скопенко С.М. ХТТ. 1994. - №45. -С. 14-27.

104. Петухов В.Н.Интенсификация процесса флотации труднообогатимых и низкометоморфизированных углей путем направленного изменения электронной структуры и стереохимии молекул реагентов. Автореф.дис.докт.техн.наук. Санкт-Петербург: Механобр, 1992. -51с.

105. Кукушкин В.В. Совершенствование технологии флотации труднообогатимых углей путем разработки новых реагентных режимов. Автореф. дис.канд.техн.наук.- Магнитогорск, 2003. 17с.

106. А.С. 1289552 СССР. Способ флотации угля/Петухов В.Н., Гулиянц С.Т., Михайлова Т.В. и др.//Б.И. 1985. №6. - с.37.

107. Рубинштейн Ю.Б., Рыжиков Ю.И., Кладов М.С. Эмульгирование нерастворимых реагентов. В кн.: Проблемы обогащения твердых горючих ископаемых. - М.: Недра. - 1980. т.9. - С.57-61.

108. Васько Н.П., Коткин A.M., Рожнова Е.Е. Применение ароматизированных реагентов собирателей для флотации углей// Уголь. -1986. -№1.- С.50-51.

109. Мелик-Гайказян В.И. К расчету параметров системы частица-пузырек// Обогащение руд.-1991. №3. - С. 16-20.

110. Юнаш А.А., Иванов Г.В., Петухов В.Н. Повышение эффективности действия аполярных реагентов их модифицированием//Вестник Кузбас. гос. техн. ун-та.- 2004. №4. - С.76-78.

111. Электронная микроскопия в минералогии/ Под общ. ред. Г.В.Венка. -М.: Мир, 1979.-С.345.

112. Применение электронной микроскопии для изучения структуры поверхности углей разной стадии метаморфизма/ Петухов В.Н., Моисеева

113. B.Н., Попова JI.A. и др.// Сб.науч.тр. № 152. Магнитогорск: МГМИ, 1975.- С.7-11.

114. Анализ качества углей, шихт и прогноз качества кокса с использованием ИК-спектроскопии/Попов В.К., Бутакова В.И., Капусткин В.К. и др.//Кокс и химия. 2001. - №3. - С.26-31.