Обогатяване на въглища чрез флотация

Газ, Нефт, ВъглищаТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 6, 2011

Основна задача на обогатяването на полезните изкопаеми е осигуряване на тяхното по-пълно използване и извличане на ценните компоненти. Използват се различни методи. Например, при обогатяването на въглищата за отстраняване на пепелта и пирита обикновено се използва гравитационна сепарация. За по-фини съставки с размери от порядъка на 400 mm за подходящ се счита флотационният метод. На практика, той се явява един от основните методи за обогатяване на фин въглищен прах и важен процес при регенерацията на обратните води, което подпомага да се намали вредното екологично въздействие на процесите на обогатяване върху околната среда. Методът се основава на различието във физикохимичните свойства на повърхността на минералите и способността на минералните частици да се закрепват към разделителната повърхност на две фази - течна и газообразна. Съответно, основен момент в процеса на флотация е закрепването на единична минерална частица към повърхността на въздушно мехурче в течна среда. Възможността за реализирането на този процес зависи от състоянието на граничните повърхности минерал-течност, течност-газ, минерал-газ, както и от тяхното взаимодействие с флотационните реагенти. Обикновено изходната суровина предварително се смила във водна среда и се подава във флотационна машина заедно с реагенти. Към въздушните мехурчета се закрепват трудно омокрящите се частици и се изнасят в пенен продукт, а скалните частици се отделят като камерен продукт.

Въглищата

Въглищата са изкопаеми фосилни горива. Те нямат точно определена химична формула, тъй като съдържат много функционални групи и звена. Основен съставен елемент на въглищата се явява въглеродът, а освен него в тях се съдържат още водород, азот, кислород, сяра. При обогатяването на въглища, флотацията се използва основно за отделяне на карбонатните (запалимите) вещества от пепелта. Принципно, този метод се прилага предимно за отделяне на минерални частици с размер под 0,5 mm. За по-едри частици обикновено се използват други сепарационни методи.

За закрепване на частицата към газовото мехурче е необходимо да се разруши хидратният слой между частицата и мехурчето. Закрепването на минералната частица към газовото мехурче ще е възможно, ако енергията на комплекса частица-мехурче е по-малка от свободната им енергия преди взаимодействието. Тук важна роля играе ъгълът на мокрене. За неговото регулиране в практиката обикновено се използват различни видове реагенти.

Флотационни реагенти

До голяма степен ефективността на флотацията на въглища и получаването на висококачествен концентрат зависи от флотационните свойства на използваните реагенти. Флотационните реагенти обикновено се подразделят на реагенти-събиратели, реагенти-пенообразуватели и реагенти-регулатори. Реагентите-събиратели, от своя страна, биват йоногенни и нейоногенни, като йоногенните събиратели, в зависимост от това кои от йоните изпълняват събирателни функции, биват: анионни и катионни.

Пенообразувателите са органични съединения, молекулите на които се състоят от полярна и аполярна част. Адсорбират се на граничната повърхност вода-въздух и намаляват повърхностното напрежение. Флотационният процес без използването на пенообразуватели се счита за неефективен, тъй като въздушните мехури се сливат един с друг, броят им намалява и пяната е нестабилна.

Самите пенообразуватели обикновено са хетерополярни органични съединения, съдържащи полярни групи. Подразделят се на кисели, неутрални и основни. В практиката най-широко приложение намират неутралните пенообразуватели, характеризиращи се с високи пенообразуващи свойства независимо от рН на средата.

Флотационните реагенти-регулатори се характеризират с многообразно действие. Те могат да взаимодействат с минералната повърхност и да създават адсорбционно покритие или ново съединение, което прекратява или усилва взаимодействието на тази повърхност със събирателя. По този начин те активират или депресират флотацията на определени минерални частици. Могат, също така, да променят киселинността на средата, като по този начин отново регулират взаимодействието на събирателя с минералната повърхност. В зависимост от действието си се делят на активатори, депресори и регулатори на средата.

Развитието на флотационните процеси и прилагането им при преработката на въглища с различни характеристики води и до необходимостта от разработването на реагенти, характеризиращи се с по-добри селективни свойства при сепарацията на фин въглищен прах. При флотацията на въглища едни от най-често използваните реагенти в ролята на събиратели се явяват аполярните реагенти, които са продукти от нефтопреработвателната промишленост. Тези реагенти могат да окажат различно въздействие, изразяващо се в хидрофобизация на повърхността на въглищата, усилване на силата на комплекса частица-въздушен мехур, регулиране на пенообразуването и други.

Флотационни машини

Флотационните машини обикновено се подразделят на механични, пневматични и пневмомеханични. Характерно за механичните флотационни машини е, че ежектирането и диспергирането на въздушните мехурчета от атмосферата се постига чрез въртене на импелер, който може да бъде с различна конструкция. При пневматичните флотационни машини въздухът се подава принудително посредством въздуходувки, помпи, вентилатори и т. н. В пневмомеханичните флотационни машини въздухът се подава принудително под налягане, а импелерът се върти с много малка скорост.

В практиката една от най-широко използваните конструкции е колонната флотационна машина, която се причислява към пневматичните машини. Според специалисти в областта, внедряването на подобни машини в практиката значително е допринесло за развитието на флотационното обогатяване. Като предимства на колонните флотационни машини в сравнение с механичните и пневмомеханичните обикновено се посочват: повишената производителност, подобрената хидродинамика, селективността на процеса, получаването на концентрат с необходимото качество с минимално количество пречистващи и контролни операции, съкращаване обема на производствената площ, икономия на електроенергия.

Колонна флотационна машина

Обикновено представлява квадратна или кръгла камера, в долната част на която е монтиран дифузор, през който се подава въздух. Потокът от въздушни мехурчета се движи в посока противоположна на тази на минералните частици.

Прилепването на минералните частици към въздушните мехурчета се осъществява в ниската част на машината, между точката на подаване на пулпа, което обикновено е в средната част, и подаването на въздушни мехурчета. Това на практика е флотационната зона. Пулпът се подава, предварително обработен с реагенти. Пяната от флотационната зона се предвижда към горната част, където се оросява с чиста вода.

Колонните флотационни машини са с голяма височина, което осигурява по-голяма вероятност за контакт между газовите мехурчета и минералните частици. Принципно, повишаването на флотоактивността на въздушните мехури е свързано с увеличаване времето на тяхното кондициониране, т. е. интервала между момента на образуване и минерализацията на мехурчетата. По тази причина немалката височина на колоната, позволяваща по-голяма продължителност на пребиваване на въздушните мехурчета в нея, позволява протичането на процеса на минерализация при оптимална флотоактивност на мехурчетата.

Характерът на движение на частицата и мехурчето е важен фактор, от който зависят вероятността на образуване на флотокомплекса, степента на минерализация, скоростта на флотация и енергоемкостта на процеса. При използването на колонна флотационна машина, поради липсата на разбъркване и ниската турбулентност на пулповия поток, инерционните сили, разрушаващи комплекса частица-мехурче, са незначителни.

Ролята на аераторите за ефективността на машините

Върху ефективността на флотационните машини сериозно влияние оказват условията на диспергиране на въздуха. По тази причина, към използваните аератори се предявяват редица изисквания като осигуряване на максимално газосъдържание при оптимална средна едрина на мехурчетата, мехурчетата да са с размер, който да осигури изплуване на флотокомплекса, да имат стабилна аерационна характеристика и други. Обикновено, използваните в колонните машини аератори, в зависимост от принципа си на действие се подразделят на пневматични, хидравлични (струйни) и пневмохидравлични. Една от най-разпространените конструкции аератори са перфорирани тръби или пластини, в които под налягане се подава въздух. Друг тип аератори, намиращи приложение в колонните флотационни машини, се явяват и аераторите от тъкани, които се характеризират с ниска цена, но при тях се наблюдава неравномерна аерация, както и възможност за поява на едри мехурчета.


Top