Обогащение угольного шлама флотационным методом

Флотацией угольного шлама называется процесс его обога­щения, основанный на избирательном прилипании частиц угля, взвешенных в воде, к поверхности пузырьков воздуха. Минераль­ные же частицы не прилипают к пузырькам воздуха, обладая другими поверхностными свойствами, чем частицы угля.

Для обогащения угольного шлама применяется так называемая пенная флотация, сущность которой заключается в следующем. Смесь воды и угольного шлама, называемая пульпой, тща­тельно перемешивается и поступает во флотационную машину, где происходит процесс флотации. Здесь в пульпу вводится воздух в виде мельчайших пузырьков диаметром 1,5—2 мм (0,3—0,5 м³ на 1 м³ пульпы) и флотационный реагент, создающий условия, при которых пузырьки воздуха в пульпе не разрушаются. Пред­варительно обработанные реагентом частицы угля прилипают к этим пузырькам и выносятся вместе с ними на поверхность пульпы.

Образующийся слой пенного продукта (толщина слоя дости­гает 100—150 мм) довольно устойчив и насыщен частицами угля. В его состав входят: 25—30% воды, 55—65% воздуха и 5—20% угля. Такая пена, называемая минерализованной, сни­мается специальным устройством — пеноснимателем.

Частицы породы смачиваются водой и, не прилипая к пузырь­кам воздуха, оседают на дно машины и непрерывно удаляются из нее.

Различные угли смачиваются водой по-разному: блестящие—хуже, матовые—лучше. Поэтому угольные шламы, которые (в условиях обогащения на коксохимических заводах) пред­ставляют собой шихты, состоящие из углей разных марок, тем лучше флотируются, чем в них содержится больше блестящих углей. Окисленные на складе угли флотируются хуже, чем угли свежего поступления, так как у них меняются поверхностные свой­ства при взаимодействии с кислородом воздуха.

Поверхностные свойства частиц (их смачиваемость) можно искусственно изменять введением в пульпу специальных жидко­стей, называемых флотационными реагентами, которые обра­зуют на поверхности частиц смачиваемые или несмачнваемые мо­лекулярные пленки.

Аппараты, в которых осуществляется процесс флотации, назы­ваются флотационными машинами. По способу перемеши­вания пульпы и создания в ней пузырьков воздуха флотационные машины подразделяются на механические, пневматические, эрлифтные и эжекторные.

В настоящее время на углеобогатительных фабриках России находятся в эксплуатации около 300 флотационных машин раз­личных конструкций, среди них наибольшее распространение по­лучили механические флотационные машины Ф.М-2,5 (около 100), Гипрококс-52 и Гипрококс—ХГИ-57 (более 80).

Флотационная машина конструкции Гипрококс—ХГИ-57 (рис. 5) имеет следующую характеристику: глубина ванны 1000 мм, число оборотов импеллера 750 об/мин, исполнение ма­шины прямоточное, длина камеры 13200 мм, ширина 3600 мм, объем камеры 5 м³, применен импеллер нового типа (закрытый), с помощью которого разделен поток воздуха и пульпы.

В последние годы изобретена и вводится в практику флота­ционная машина ФМУ-80Г конструкции Днепропетровского гор­ного института, которая внедрена на Запорожском коксохимиче­ском заводе. Она состоит из трех ванн емкостью 8 м³ каждая, соединенных последовательно между собой.

Каждая ванна в зоне аэрации делится перегородкой на две камеры, имеющие общие карманы для приема исходной и выдачи флотированной пульпы. Каждая камера ванны имеет трубчатый аэратор, установленный горизонтально, с воздухозаборными уст­ройствами и два двухлопастных пеноснимателя.

Аэратор состоит из трубы, на которой крепятся резиновые реб­ристые насадки—импеллеры. Труба и импеллер перфорированы рядами отверстий диаметром 8 мм. Импеллер диаметром 170 мм имеет восемь рядов ребер. На аэраторах установлены осевые ко­леса, которые нагнетают пульпу в зону аэрации.

Пенный продукт лопастями пеногона сбрасывается в желоба, 'хвосты удаляются из камеры через карманы и шиберное устрой­ство.

Техническая характеристика флотомашины ФМУ-80Г следую­щая: производительность по твердому продукту 40 т/ч; объем одной камеры 8 м³, длина 13100 мм, ширина 3240 мм, высота ,'1985 мм, удельная производительность по твердому 1,7 т/(мЭ-ч), удельный расход электроэнергии 2,8 кВт-ч/т.

Пневматические флотационные машины не нашли при­менения в России, хотя они просты в конструктивном отношении. В этих машинах аэрация пульпы осуществляется путем непосред­ственного ввода в нее сжатого воздуха. В них не достигается по­лучение концентрата хорошего качества, к тому же они являются недостаточно производительными.

В настоящее время созданы флотационные машины нового принципа: эрлифтные и эжекторные.

Эрлифтный способ флотации осуществляется путем аэра­ции пульпы и минерализации воздушных пузырьков в подъемной трубе эрлифта и выделения минерализованных пузырьков в виде пены в поле центробежных сил.

Эрлифтный способ флотации имеет некоторые недостатки; наи­более существенный заключается в использовании воздуха для транспортирования пульпы между пеноотделителями.

Этого недостатка лишена эжекторная флотационная машина. Однако и в ней трудно поддерживать стабильность процесса фло­тации и регулирования режима работы.

Флотация является наиболее дорогим из существующих мето­дов обогащения угля. Удельная производительность механических флотационных машин колеблется в пределах 0,4—1,9 т/м³ч). Важно создавать благоприятные условия для повышения удель­ной производительности флотационных машин этого типа, так как ими в основном оснащены углеобогатительные фабрики России в настоящее время, а также продолжать фундаментальные иссле­дования для того, чтобы найти эффективные реагенты для сниже­ния сернистости флотоконцентратов. В результате флотации угля иногда происходит некоторое повышение сернистости флотоконцентрата по сравнению с исходным шламом, поступающим на фло­тацию.

Это объясняется тем, что пиритно-угольные сростки при фло­тации легко переходят во флотоконцентрат.

Применение флотации угольных шламов позволило организо­вать работу водно-шламового хозяйства углеобогатительных фабрик на замкнутом цикле.

Замкнутым называется такой цикл, при котором в качестве оборотных используются для технологического процесса все воды после их обработки в сгустительно-осветлительных устройствах.

При работе на замкнутом цикле необходимо удалять из си­стемы столько шлама, сколько его образуется в процессе обога­щения угля. В настоящее время многие фабрики работают на замкнутом цикле.

При достаточной производительности флотационного отделения флотируется весь шлам, а в отстойник выпускаются только вы­сокозольные хвосты флотации. Такой цикл является замкну­тым и по воде, и по шламу.

В результате перевода на замкнутый цикл значительно уве­личивается количество флотоконцентрата, являющегося наи­более влагоемким продуктом. Поэтому фабрика должна иметь мощную обезвоживающую аппаратуру, а также термосушильное отделение.

Для получения транспортабельных хвостов флотации реко­мендуется внедрять центрифуги для их сгущения, фильтрпрессы и другую современную аппаратуру.

Флотационный концентрат обезвоживается методом фильтро­вания. Наибольшее применение для фильтрования получили шестидисковые вакуум-фильтры (рис. 6). На дисках 1 натянута ткань (сетка). При вращении вала 2 с дисками секторы, находящиеся под вакуумом, переходят в зону отдувки, а затем снова в зону вакуума и т.д. Вал с дисками расположен над ванной 4 так, что нижняя половина дисков погружена в ванну а верхняя находится вне ее.

В ванну непрерывно поступает пульпа. Избыток пульпы из ванны уходит через перелив 5 в трубопровод 6. Каждый сектор диска представляет собой плоскую коробку стенками которой служит штампованное сито с отверстиями 6 мм. На это ситонатягивается фильтровальная ткань из медной сетки (или другая ткань).

Сущность процесса фильтрования состоит в том, что твердые частицы пульпы задерживаются тканью, а вода проходит через нее под влиянием разности давлений по обе стороны ткани и по­падает в трубопровод 7. На ткани секторов образуется корка флотоконцентрата, которая выходит из пульпы вместе с сектором. В это время секторы находятся еще под вакуумом. При дальней­шем вращении дисков каждый сектор с обезвоженной коркой попадает под давление. Сжатый воздух проходит внутрь сектора и при выходе через поры ткани отдувает корку, которая отва­ливается и попадает в бункер. Затем секторы погружаются в пульпу и цикл повторяется. Вал с дисками вращается от элек­тродвигателя 8 через редуктор 9.

Повторение цикла производится автоматически с помощью рас­пределительной головки 3, в которой имеются золотниковые кольца для распределения вакуума и давления по соответствую­щим каналам вала 2. Сжатый воздух поступает в распределитель­ную головку из ресивера по трубам 10 и 11.

Вакуум создается вакуум-насосом, а давление—воздуходув­кой. Применяются насосы и воздуходувки типа РМК-4.

Фильтрующая поверхность шестидискового фильтра составляет 27 м² при диаметре дисков 1,8 и 51 м² при диаметре 2,8 м.

Фильтрат с вакуум-фильтров возвращается в контактные чаны для разжижения исходной пульпы до 250—280 г/л.

Полезными для обезвоживания флотоконцентрата могут явиться вещества, значительно снижающие поверхностное натя­жение на границе воздух—вода. Сотрудники ВНИИуглеобогащения рекомендуют применять мылонафт (2—3 кг/т угля), обеспечивающий снижение влажности флотоконцентрата примерно на 7%.

2