Лекції No 16-17 Селективна аґреґація гідрофобних корисних копалин
Селективна аґреґацiя гідрофобних корисних копалин, в першу чергу вугiлля, поєднує сукупнiсть процесiв структурування тонкої (до мікрон) або полiдисперсної (0-1 мм) гідрофобної мінеральної речовини у водному середовищi за допомогою реаґентів. Застосовується як самостійний і як допоміжний процес.
На рис. 16-17.1 показана класифікація процесів селективної аґреґації. Основні їх різновиди:
аґреґація електролітами-коагулянтами;
аґреґація полімерними сполуками;
аґреґація маслами.
Рис.
16-17.1. Класифікація процесів селективної
агрегації вугiлля
1. Аґреґація електролітами-коагулянтами
Процес селективної аґреґацiї електролiтами пов'язаний зi змiною стану подвiйного електричного шару (ПЕШ) вугiльних та (або) мiнеральних частинок суспензiї. Введення в суспензiю коагулянту приводить до стиску ПЕШ, зменшення ζ - потенцiалу вугiльних частинок, що забезпечує можливiсть їх зближення на вiдстань дiї ван-дер-ваальсових сил притягування. Це пояснюється руйнуванням молекулами електролiту граничного шару води на повернi вугiлля, що й спричиняє можливiсть зближення вугiльних зерен та їх коагуляцiю. Для селективної електролітичної коагуляції (СЕК) вугiльних зерен в залежностi вiд природи поверхневих кисеньвмiсних сполук i характеру їх дисоцiацiї у водному середовищi можуть бути застосованi нейтральнi, лужнi або кислотнi електролiти.
Застосовують електролiти: карбонати, тетраборат оксалату, пiрофосфат, триполiфосфат, гексаметафосфат натрiю, полiсiлiкат натрiю (рiдке скло), вапно, кальциновану соди та iн.
На вуглезбагачувальних фабриках (ВЗФ) Донбасу i Приднiпров'я при витратах реаґенту 3-11 кг/т iз шламiв зольнiстю 16-28% одержано коагульований концентрат i вiдходи зольнiстю вiдповiдно 10-19%, 53-70%. Промислова апробація процесу здійснена на рядi об'єктiв - Макiївський КХЗ, Днiпропетровському КХЗ, Селидiвській ЦЗФ, шахті „Анна" (Польща), Череповецькому МК (Росія) та iн.
Визнано доцільність використання процесу для підготовки перед флотацiєю вугiлля.
2 Аґреґація полімерними сполуками
Процеси селективної флокуляцiї полiмерами – СФП можуть здiйснюватися як водорозчинними, так i нерозчинними полiмерними флокулянтами. В обох випадках має мiсце мiсточковий механiзм структуроутворення.
2.1. Водорозчинні полімери
Серед водорозчинних розрiзняють анiоннi, катiоннi та нейоногеннi полiмернi флокулянти. Основу анiонних полiмерiв сладають полiакрилова кислота, її солi або акриламiди. Катіоннi полiмернi флокулянти мiстять позитивно заряджені групи амiну, iмiну або четвертинного амiну. Нейоногеннi полiмери складаються головним чином з полiспиртів, негiдролiзованих полiефiрiв i полiамiдiв. З них у процесах СФП найширше використовується негiдролiзований полiакрил-амiд (ПАА) та полiоксиетилен (ПОЕ). Довжина макромолекули нейоногенного флокулянту повинна бути вдвiчi бiльшою від радiусу дiї йонноелектростатичних сил, що забезпечує механiзм мiсточкового зв'язку мiж вугiльними частинками.
На рядi вуглезбагачувальних фабрик Росiї як селективнi флокулянти використовуються ПАА, ПОЕ, полiелектролiти катiонного типу ВПК-101 (полiвiнiлбензилтриметиламонiйхлорид) i ВПК-402 (диметилдіалiламонiй-хлорид), а також бiнарнi сумiшi катiонного та нейоногенного флокулянтiв. На ЦЗФ „Березовська" застосування флокулянту ПОЕ для вловлювання вугiльних частинок менше 5 мкм iз фiльтрату вакуум-фiльтра „Україна-80" дозволило при вихiднiй зольностi твердої фази Adв=11% одержати кондицiйний концентрат зольнiстю Ad = 8,4% та високозольнi вiдходи Adхв=79.0%. Аналогiчнi результати одержанi на ЦЗФ "Абашевська".
За кордоном використовують гiдролiзовані ПАА угорського виробництва (NIKE ПАА), катiонний полiмерний флокулянт „Суперфлок-310", в Україні також натрiєву сiль сульфiнованого полiстиролу (НССПС) разом з гiдроксилом Na i кальцинованою содою, а також гiпан, метас, триполiфосфат Na (розробки Днiпропетровського національного гірничого університету).
Шлами оборотних вод Днiпродзержинського та Днiпропетровського КХЗ оброблялися гiпаном (0,092 кг/т) i метасом (0,092 кг/т) при рН> 8-9. При зольностi вихiдного 21-26% одержано концентрат зольнiстю 14-20% та вiдходи зольністю 72-77% /36/. При цьому кальцинована сода (8-10 кг/т) виконувала роль пептизатора. Найвищi коефiцiєнти селективностi (77-79%) при роздiленнi вугiльного шламу одержанi при одночасному використаннi електролiтiв - коагулянтiв та полiмерiв, тобто при сполученнi двох методiв агрегацiї – СЕК та СФП.
Процес аґреґацiї iнтенсифiкується пiд дiєю ультразвуку.
В цiлому технологiя СМА тонкого вугiлля водорозчинними полімерами отримала розвиток, але її широке промислове впровадження стримується дифiцитнiстю реаґентiв i недостатньою в рядi випадкiв селективнiстю роздiлення. Принциповий недолiк процесу СФП водорозчинними полiмерами – його сильна залежнiсть вiд товщини граничних водних плiвок на поверхнi вугiльних зерен. Нестабiльнiсть параметра рН суспензiї викликає нестабiльнiсть флокул i, зрозумiло, результатiв флокуляцiї. При цьому метод СФП позитивно вiдрiзняється вiд СЕК iснуванням двох механiзмiв агрегатування – за рахунок молекулярних сил притягування i мiсточкового зв'язку.