СПОСОБ ФЛОТАЦИИ УГЛЯ Российский патент 2001 года по МПК B03D1/02 B03D1/08 B03D101/00 B03D103/08 

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано при флотации угля.

Известен способ флотации угля, включающий введение в кондиционирование исходного сырья в качестве собирателя-вспенивателя фракции оборотных алифатических спиртов (ФОАС) производства диалкилфталата путем этерификации алифатических спиртов фталевым ангидридом в присутствии катализатора (см., например, патент РФ N 2019300, МКИ⁶ B 03 D 1/004).

Недостатком указанного способа является низкое качество получаемого концентрата из-за повышенного содержания в нем пиритной серы, что обусловлено недостаточной прочностью закрепления солей бензолсульфокислоты, входящих в состав ФОАС, на поверхности пирита и отсутствием углеводородного радикала, необходимого для формирования на поверхности пиритных частиц полислойного каркаса с достаточной гравитационной составляющей для усиления депрессии пирита.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ флотации угля, включающий предварительное кондиционирование исходного сырья с собирателем-спенивателем, в качестве которого используют олигомеры синтеза хлорэтила (см., например, авт.св. СССР N 1364367, МКИ⁶ B 03 D 1/02).

Недостатками указанного способа являются низкая пенообразующая способность реагента, обусловленная наличием углеводородных цепочек большой длины, которые уменьшают жизнеспособность пузырьков за счет увеличения их механической жесткости, а следовательно, снижают способность реагирования на внешние воздействия, а также низкое качество получаемого концентрата вследствие того, что известный реагент обладает собирательными свойствами не только по отношению к угольным частицам, но и по отношению к минеральным примесям, в том числе и к сульфидным минералам (пириту, марказиту). Вследствие большого сродства углеводородов, входящих в состав реагента, к угольным частицам и малого сродства - к пиритным частицам происходит закрепление молекул реагента на угольных частицах в большем количестве, чем на пиритных. Это приводит к тому, что гравитационные составляющие частиц угля и пирита стремятся к выравниванию, что снижает вероятность перехода пиритных частиц в отходы флотации, а следовательно, получаемый угольный концентрат имеет высокое содержание общей и пиритной серы.

В основу изобретения поставлена задача разработать способ флотации угля с использованием такого реагента, который одновременно обладал бы высокими комплексными свойствами, а именно, вспенивающими и собирательными по отношению к угольной поверхности и модифицирующими по отношению к сульфидным минералам железа в исходном сырье, что позволит повысить выход концентрата высокого качества.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе флотации угля, включающем предварительное кондиционирование исходного сырья с олигомерами синтеза хлорэтила, согласно изобретению в кондиционирование дополнительно вводят изоамиловый эфир изомасляной кислоты.

Заявляемый реагент - изоамиловый эфир изомасляной кислоты получается путем этерификации γ -метилбутилового спирта 2-метилпропановой кислотой в присутствии катализатора серной кислоты по схеме, приведенной в конце описания

(см. Н. Н. Лебедев. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. - М.: Химия, 1988, с. 201- 206).

В ходе реакции образуется эфир - сырец, который по технологической схеме направляют на очистку от воды и спирта. Очистку проводят в ректификационной колонне путем отгонки низкокипящей тройной азеотропной смеси эфира, спирта и воды. Кубовый остаток, состоящий из непрореагировавшего спирта, возвращают в процесс этерификации. Очищенный эфир охлаждается и поступает в сборник чистого продукта - изоамилового эфира изомасляной кислоты.

Изомиловый эфир изомасляной кислоты представляет собой прозрачную бесцветную жидкость со слабым запахом.

Физико-химическая характеристика
Плотность, г/см³ - 0,876
Молекулярный вес - 158,24
Температура начала кипения, ^oC - 168,8
Анализ патентной и технической информации показал, что заявляемый реагент - изоамиловый эфир изомасляной кислоты известен и используется в качестве растворителя, компонента гидравлических жидкостей и смазочных масел, пластификатора и мономера для химического синтеза (см. Н.Н.Лебедев. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. - М.: Химия, 1988, с.199).

В способе флотации угля заявляемый реагент - изоамиловый эфир изомасляной кислоты проявляет комплекс новых технических свойств, заключающихся в том, что наряду с высокими вспенивающими и собирательными свойствами по отношению к поверхности угольных частиц исходного сырья, он проявляет модифицирующее свойство, обеспечивающее депрессию сульфидных минералов железа (пирита) исходного сырья.

Это объясняется следующим. Наличие в молекулах заявляемого реагента - изоамилового эфира изомасляной кислоты углеводородного радикала позволяет закрепляться ему за счет неспецифического взаимодействия, то есть за счет дисперсионных сил Ван-дер-Ваальса.

Гетерополярные молекулы заявляемого реагента имеют функциональную группу где в карбонильной группе электронное облако смещено к атому кислорода. Благодаря этому смещению у атома кислорода возникает некоторый отрицательный заряд δ-, а у атома углерода - дробный положительный заряд δ+. B алкоксильной группе электронное облако также смещено к атому кислорода. Таким образом, кислород алкоксильной группы -O-R, так же как и карбонильной способен к специфическому взаимодействию с положительными адсорбционными центрами угольной поверхности.

Специфическому взаимодействию молекул заявляемого реагента способствует также присутствие изомерных структур, в которых проявляется смещение электронной плотности +J-типа от метильных групп к углеродным атомам главной цепи

Наличие энергетически активного водорода в боковых структурах изомерных молекул способствует повышению прочности их закрепления на активных центрах угольной поверхности, имеющих атомы с большей электроотрицательностью.

Одновременное закрепление кислородсодержащих групп молекул заявляемого реагента на положительных центрах угольной поверхности и активных атомов водорода на отрицательных участках угольной поверхности способствует повышению общей прочности закрепления реагента на угольных частицах.

Таким образом, заявляемый реагент может закрепляться на поверхности угольных частиц одновременно как за счет специфического, так и универсального неспецифического взаимодействия с положительными и отрицательными центрами угольной поверхности, что приводит к высокой прочности закрепления реагента, обеспечивающего высокую гидрофобизацию поверхности угольных частиц, а следовательно, собирательное действие заявляемого реагента при флотации угля.

Кроме того, присутствие в молекулах заявляемого реагента карбонильных групп алкоксильных групп -O-R и метильных радикалов, приводящих к поляризации молекул, обеспечивает наличие у реагента пенообразующих свойств, необходимых для флотации угля.

Также заявляемый реагент - изоамиловый эфир изомасляной кислоты обладает депрессирующим действием по отношению к минеральным пиритизированным поверхностям. Эффект подавления сульфидных минералов (пирита) основан на создании на поверхности указанных частиц пирита гидрофильной пленки и заключается в следующем.

Пирит является кристаллической структурой с ионной химической связью, в то время, как в углях преобладает ковалентная химическая связь. В процессе переработки угольного сырья (дробление, измельчение и т.д.) происходит нарушение стабильности кристаллической решетки частиц пирита, в результате чего система стремится к компенсации энергии недостающего аниона, имеющимися в заявляемом реагенте носителями повышенной электронной плотности δ-, в частности карбонильными группами алкоксильными группами -O-R, а катиона - предпочтительно наибольшими положительными зарядами δ+ алкильных группировок. Карбонильные, алкоксильные и алкильные группы, находясь под действием диполей воды, гидратируются и гидрофилизуют поверхность минерала, образуя гидратный слой. Гидрофилизированные частицы укрупняются за счет действия водородных связей между гидратными слоями и осаждаются под действием собственной силы тяжести.

Таким образом, проведенными исследованиями установлено, что заявляемый реагент - изоамиловый эфир изомасляной кислоты при флотации угля наряду с высокими вспенивающими и собирательными свойствами проявляет модифицирующее свойство, заключающееся в обеспечении депрессии сульфидных минералов железа (пирита) путем образования на их поверхности гидрофильной пленки, что ведет к селективности извлечения пиритной серы из исходного сырья в отходы.

Кроме того, заявляемый реагент усиливает флотационные свойства олигомеров синтеза хлорэтила за счет увеличения пенообразующей активности малополярных молекул реагента - олигомеров синтеза хлорэтила.

Сведений о том, что изоамиловый эфир изомасляной кислоты проявляет вспенивающие и собирательные свойства по отношению к угольной поверхности и модифицирующее свойство по отношению к сульфидным минералам в известных технических решениях, не обнаружено.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ флотации угля не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа. При проведении экспериментальных исследований были использованы угли средней степени обогатимости по ГОСТ 10100-84.

Для осуществления флотации берут навеску угля, например 0,07 кг, перемешивают с водой в лабораторной машине типа "Механобр" с емкостью камеры 0,5 л в течение 1 мин. Затем в пульпу совместно с олигомерами синтеза хлорэтила подают дополнительно изоамиловый эфир изомасляной кислоты. Время агитации - 3 мин. После контакта навески угля с реагентами в точение 4 мин во флотационную машину подают воздух и производят флотацию угля.

Результаты опытов приведены в таблице.

Из данных таблицы видно, что наилучшие показатели флотации угля получены по заявляемому способу, в кагором используют олигомеры синтеза хлорэтила совместно с изоамиловым эфиром изомасляной кислоты.

Оптимальный расход реагентов при флотации угля, кг/кг ·10^-6:
Олигомеры синтеза хлорэтила - 1016
Олигомеры синтеза хлорэтила с изоамиловым эфиром изомасляной кислоты - 1002
Результаты испытаний, приведенные в таблице, показывают, что использование при флотации угля заявляемого реагента - изоамилового эфира изомасляной кислоты совместно с олигомерами синтеза хлорэтила позволяет повысить выход концентрата с 87,32 до 88,37%, с одновременным снижением зольности с 7,04 до 6,31%.

Кроме того, использование при флотации угля заявляемого реагента позволяет по сравнению с прототипом повысить качество получаемого концентрата за счет селективности извлечения пиритной серы в отходы. При этом извлечение общей серы в отходы повышается с 23,7 до 51,03%, а пиритной - соответственно с 26,2 до 72,64%. Использование в коксохимическом производстве углей, получаемых по заявляемой технологии, позволит значительно уменьшить количество вредных выбросов.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ флотации угля работоспособен и может быть использован в горной промышленности при обогащении полезных ископаемых.

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано при флотации угля. Технический результат - улучшение качества концентрата. Сущность изобретения: в кондиционирование исходного сырья совместно с олигомерами синтеза хлорэтила вводят изоамиловый эфир изомасляной кислоты. 1 табл.

Способ флотации угля, включающий кондиционирование исходного сырья с олигомерами синтеза хлорэтила и последующее разделение с выделением горючей массы в пенный продукт, отличающийся тем, что в кондиционирование дополнительно вводят изоамиловый эфир изомасляной кислоты.