Анализ современного состояния техники и технологии обогащения коксующихся углей

Хорошо смачиваемые поверхности, отличающиеся большим сродством с водой, называются гидрофильными, а не смачивающиеся — гидрофобными. Угольное вещество по своей природе является гидрофобным материалом, а породообразующие минералы, как правило, гидрофильны. На этой контрастности поверхности минералов и базируется флотация.

При диспергировании в  пульпе воздуха образуются газовые  эмульсии с большой поверхностью раздела фаз жидкость — газ. В  условиях межфазного взаимодействия, соударения твердых частиц с пузырьками газа при перемешивании, гидрофобные частицы угля и пузырьки, соединяясь, образуют воздушно-минеральные комплексы, которые, всплывая, накапливаются в виде концентратной пены. Хорошо смачиваемой водой порода остается в виде механической взвеси в жидкой фазе.

Для успешного образования  флотирующего воздушно-минерального комплекса требуется модификация поверхности пузырька, снижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз жидкость — газ. В конечном итоге прилипание минеральной частицы к пузырьку сопровождается снижением свободной поверхностной энергии системы.

Приведенная схематическая  модель процесса не отражает всего многообразия явлений, происходящих при флотации. Достаточно сказать, что гидрофобный уголь в условиях практической флотации без применения средств воздействия на границы раздела фаз (флотационными реагентами) флотирует неудовлетворительно. Между крайними состояниями поверхности от гидрофобного (флотируемого) до гидрофильного (нефлотируемого) имеется много переходных, каждое из которых характеризуется своей степенью флотируемости.

Реальная поверхность  частиц подлежащих флотации, имеет  мозаичное строение, в котором  соседство участков с различной  степенью флотируемости формирует  определенный совокупный показатель флотируемости.

Степень флотируемости принято  объяснять на основании теории гидратных  слоев. На границе раздела фаз  твердое — жидкость в воде возникает  слой особым образом ориентированных  молекул. Чем выше флотируемость минерала, тем ниже ею смачиваемость и тем менее устойчив гидратный слой.

На состояние гидратного слоя оказывают влияние различные  факторы, в конечном итоге определяющие результат флотации. Со стороны твердой  фазы это: степень метаморфизма угля, окисленность поверхности, содержание на ней различных функциональных групп, характер минерализации, степень  прорастания угольного вещества породообразующими минералами, крупность  отдельных частиц. Со стороны жидкой фазы гидратацию определяют свойства воды: содержание минеральных включений, ионный состав, рН, температура, наличие  в воде органических соединений и  ПАВ.

Естественная флотируемость  минералов может быть скорректирована изменением любого из выше названных параметров. Это достигается с помощью различных флотационных реагентов — веществ, обусловливающих изменение поверхностных свойств минералов, образование воздушных пузырьков и избирательное достаточно прочное прилипание к ним угольных частиц, подлежащих флотации. Реагенты воздействуют на гидратные слои, уменьшая или увеличивая их устойчивость.

Задача подготовки минеральных  поверхностей к флотации сводится к  увеличению контрастности в смачиваемости  разделяемых минералов, с тем, чтобы  флотируемые минералы становились  бы как можно более гидро-фобными, а нефлотируемые, наоборот, как можно  более гидрофильными.

В практике флотации угля чаще воздействуют только на флотируемый  минерал, вызывая усиление его гидрофобности с помощью реагентов-собирателей, при этом флотируемость породообразующих минералов специально не меняется.

Для контроля поверхности  пузырьков используют поверхностно-активные вещества. Теоретически возможно предположение, что все минералы могут быть разделены  флотацией.

При обычном процессе флотации угля осуществляется следующий порядок  операций:

• доведение до требуемого содержания твердой фазы, например 10%, угольного шлама крупностью менее 0,5 мм, замоченного в воде;
• добавление реагентов — аполярного собирателя (керосина) не более 0,5% и гетерополярного пенообразователя — менее 0,1% в количествах, определяемых в каждом отдельном случае спецификой флотируемого угля;
• перемешивание смеси;
• аэрация смеси воздухом и перемешивание для того, чтобы привести во взаимосвязь частички флотируемого минерала и пузырьки воздуха. Эта операция может осуществляться одновременно с предыдущей в процессе общего перемешивания (агитации);
• отстой минерализованной пены и ее удаление.

В практике принято называть предварительную обработку пульпы кондиционированием; получение селективных гидрофобных пленок — собирательным действием; введение воздуха — аэрацией; минерализация пузырьков, образование воздушно-минеральных комплексов и всплывание их в пену обычно объединяют в общий термин пенообразование.

Существует много видов  аппаратов для проведения этих операций: кондиционеров, флотационных машин, дозаторов  реагентов, пеногасителей, также разнообразно и число применяемых реагентов: собирателей, пенообразователей.[8]

Следует иметь в виду некоторую  условность деления реагентов на собиратели и пенообразователи, так как обычно применяемые в качестве реагентов-собирателей вещества всегда содержат примеси поверхностно-активных веществ, воздействующих на границу раздела фаз жидкость — газ, а применяемые в качестве пенообразователей поверхностно-активные вещества часто обладают явно выраженным собирательным действием, что связано с адсорбцией этих веществ на границе раздела твердое — жидкость.

Особые разновидности  флотации угля — масляная флотация, называемая иногда агломерационной, и  флотация с помощью селективной  агломерации.

Спецификой масляной флотации является повышенный расход аполярного собирателя, в качестве которого используют эмульсии более вязких масел, стабилизированные  добавками тензидов. При специально организованном перемешивании масляных пульп достигается селективное закрепление масляных капель на угле с последующим их агрегированием. Вследствие малой плотности агрегатов возможно их всплывание и выделение в омасленный угольный концентрат. Для повышения эффективности процесса разделения агрегированная пульпа может подвергаться аэрации, что позволяет также уменьшить расход собирателя. Минералы пустой породы остаются в жидкой фазе. Показатели процесса весьма чувствительны к режиму перемешивания в процессе агрегирования угольных частиц реагентом. Слишком быстро образующиеся крупные агрегаты способны к механическому захвату породы, что снижает избирательность процесса.

Масляная флотация нередко  оказывается весьма эффективным  при обогащении труднофлотируемых  углей, отличающихся высоким метаморфизмом, тонкой минерализацией и окисленностью. В этом случае негативная особенность процесса, связанная с повышенным расходом аполярного собирателя, представляется несущественной, так как компенсируется при обогащении энергетических углей увеличением энергетической составляющей концентрата.

Процесс флотации углей с  помощью селективной агломерации  разработан недостаточно. Он несколько  похож на масляную флотацию, только в качестве реагента-собирателя в  нем используют специально подобранные короткоцепочечные полимеры, способные набирать на себя частицы угля. Флотация таких образований в присутствии пенообразователя позволяет эффективно флотировать частички угля крупностью менее 10 мкм. Традиционная флотация частиц такой крупности малоэффективна.

При флотации углей применяют  в основном реагенты двух типов:

• аполярные — собиратели, действующие на поверхности раздела твердой и жидкой фаз;
• гетерополярные — пенообразователи, действующие на поверхности раздела жидкой и газообразной фаз.

В настоящее время применяют  следующие аполярные реагенты: осветительный керосин, ААР-2, печное бытовое топливо (ТПБ), РСО, дизельное топливо и др.

Гетерополярные реагенты. На углеобогатительных фабриках в настоящее  время используют следующие гетерополярные реагенты (пенообразователи или вспениватели). Оксаль Т-80, кубовый остаток производства бутилового спирта (КОБС), кубовые остатки  МИБК и ВПП-86, а также "пенореагент". За рубежом широко применяют реагент  метилизобутилкарбинол (MIBC) и мон-танол-300. При применении последних снижается  общий расход реагентов (аполярного и гетерополярного) на флотацию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11.Оборудование для обогащения углей.

Оборудование  для обогащения крупного угля в тяжелых  средах.

Тяжелосредные сепараторы для  обогащения крупного угля выпускаются  на Луганском машиностроительном заводе им. Пархоменко, ПО Коломенским заводом тяжелого станкостроения, предприятием Спецтехномаш (г.Красноярск). Выпускают три типоразмера тяжелосредных сепараторов — СТК-12, СКВП 20 (рис. 13) и СКВП 32 (рис. 14), двух модификаций — с короткой и длинной ванной. [11]

Рис. 13. Сепаратор СКВП-20: 1 — ванна; 2 — выпускное устройство; 3 — колосниковая решетка; 4 — сливной желоб; 5 — привод колеса; 6 — привод гребковой рамы; 7 — рама; 8 — элеваторное колесо.[8]

Рис. 14. Сепаратор СКВП-32 с длинной ванной: 1 — ванна; 2 — загрузочная часть; 3 — привод колеса; 4 — элеваторное колесо; 5 — гребковая рама; 6 — опорный ролик.

Тяжелосредные циклоны для  обогащения мелких углей. Для обогащения мелких углей используют двух- и  трехпродуктовые тяжелосредные  циклоны (рис. 15 и 16). [8]

Рис. 15. Двухпродуктовый тяжелосредный циклон: 1 — сливной патрубок; 2 — загрузочный патрубок; 3 – корпус.[8]

Рис. 16. Трехпродуктовый тяжелосредный циклон:

1 — цилиндрический циклон (I ступень); 2 — конический циклон(II ступень).

 

 

Для регенерации магнетитовой суспензии используют барабанные электромагнитные сепараторы типа ЭБМ (рис.17).[8]

Рис. 17. Электромагнитный регенерационный сепаратор: 1 — загрузочный карман; 2 — барабан; 3 — корпус.[8]

 

Конструкции и  типы отсадочных машин определяются сочетанием характерных технических и компоновочных признаков, среди которых первичным является способ возбуждения колебаний среды.

Различают:

• отсадочные машины с подвижным решетом, в которых относительное перемещение среды и разрыхляющее действие ее на рабочую постель достигается за счет колебательных (качательных) движений решета с находящимся на нем слоев обогащаемого материала. Традиционно этот тип машин применяют при обогащении вязких руд типа марганцевой, но в последние годы машины с подвижным решетом начинают применять в угольной промышленности для грубого обогащения крупных классов горной массы (механического удаления крупной породы перед обогащением);
• отсадочные машины с неподвижным решетом, в которых колебательные движения среды создаются ее механическим перемещением.

По виду применяемого привода (возбудителя колебаний) отсадочные машины этой группы относятся к одному из следующих типов: поршневые; диафрагмовые; воздушно-пульсационные.

По взаимному пространственному  расположению воздушной камеры и  отсадочного решета воздушно-пульсационные  машины подразделяют на:

• машины с боковым расположением воздушного отделения, к которому относят отечественные отсадочные машины типов БОМ, ОМК, "Гипрококс", а также зарубежные "Вено-Пик" (Франция), "Ведаг" (Германия), "Нортон" (Великобритания), "Шкода" (Чехия и Словакия), ОДМ (Польша), "Мак-Нели" (США) и др.;
• машины с подрешетным расположением воздушных камер, серийно выпускаемые и наиболее широко применяемые в отечественной практике: ОМП-18, ОМА-10, зарубежные модели машин этого типа: "Такуб" (Япония), "Батак" (Германия), "Тема-250" (Польша), "Боко" (Нидерланды) и др.

Рис. 18. Отсадочная машина Мак-Нелли Джайент: 1 — воздушная камера; 2 — отсадочное решето; 3 – загрузочное устройство; 4 — клапанный пневмопривод; 5 — авторегулятор разгрузки; 6 — разгрузочное устройство; 7 — коллектор подрешетной воды; 8 — сливной порог; 9 — запорный клапан; 10 — датчик заполнения.[8]

 

 Рис. 19. Отсадочная машина "Гумбольдт-Ведаг": 1 — корпус; 2 — качающееся решето; 3 — привод элеваторных колес; 4 — пневмопривод; 5,6 — элеваторные колеса.[8]

 

Флотационные  машины.

Все различия в конструкции флотационных машин, в основном, определяются способом аэрации пульпы. По этой общепринятой характеристике все многообразие типов машин делят на три группы: механические, пневмомеханические и пневматические.

Распространенный типоразмерный  ряд флотационных машин составляют МФУ — машины флотационные угольные (рис. 20).