Способ обогащения угольных шламов Российский патент 2004 года по МПК B03D1/02 

Изобретение относится к способам селективной концентрации и выделения мелких угольных частиц из водоугольной суспензии и может быть использовано для обогащения угольных шламов на обогатительных фабриках, переработки шламов с гидроотвалов, регенерации шламовых вод предприятий.

Известна технология обогащения высокозольного, мелкого угля методом масляной селекции (ОВЗУМС) [1, с. 33-41], которая включает: обработку суспензии регулятором среды и масляным реагентом при расходе последнего 0,5-1,5%, масляную селекцию в модернизированной флотоячейке, разделение концентрата и отходов в следующей флотоячейке за счет аэроэффекта без доступа воздуха. Основным недостатком данной технологии является высокий расход масляного реагента, приходящийся на 1 т полученного концентрата (при выходе концентрата 20% расход масла составляет 2,5-7,5% от массы сухого концентрата). Такой расход масляного реагента необходим для образования углемасляных флокул с высоким содержанием масляной составляющей, чтобы обеспечить действие аэроэффекта при разделении продуктов селекции. Это существенно ограничивает использование данного способа при обогащении шламов рядовых углей, из-за необходимости резкого увеличения расхода реагента в связи с повышением в угле доли органической части, которая переходит в углемасляные гранулы.

Известна также технология обогащения угольных шламов [2], которая включает подачу в суспензию масляного реагента (дизельное топливо или его смеси с тяжелыми маслами) в количестве 0,3-1,5%, масляную агломерацию частиц угля, проходящую при скорости вращения мешалки 1600-2400 об/мин в течение времени до 4 мин, отделение образовавшихся угольных микроагломератов с помощью пенной флотации в присутствии пенообразователя.

Недостатками этого способа являются большой расход масляного реагента (до 1,5%) при масляной агломерации шлама и высокие энергозатраты на перемешивание суспензии. Добавление большого количества масляного реагента вызвано необходимостью увеличения числа капель масла в суспензии для повышения вероятности их столкновения с частицами и обеспечения достаточного количества масла для полного извлечения всех угольных частиц (включая микрочастицы) в углемасляные агломераты за ограниченный отрезок времени.

Наиболее близким по сущности и достигаемому результату является метод отделения органических компонентов угля от неорганического вещества, содержащегося в предварительно сформированных углемасляных агломератах [3], включающий:

1) перемешивание в воде предварительно сформированных агломератов для их разрушения и формирования вторичной водной суспензии;

2) перемешивание вторичной гидросмеси при добавлении дополнительного связующего и введении достаточного количества воздуха, чтобы:

- объединить отдельные частицы угля в более плотные и прочные вторичные агломераты с пониженным количеством неорганического вещества в них по сравнению с предварительно сформированными агломератами;

- захватить достаточно пузырьков воздуха внутрь агломератов, чтобы сделать их более плавучими по сравнению с предварительно сформированными агломератами;

3) отделение вторичных агломератов от суспензии.

Основным недостатком этого метода является повышенный расход масляного связующего, который составляет более 1% от массы сухого угля. Большой расход связующего в процессе агломерации необходим для того, чтобы, во-первых, обеспечить достаточно полное извлечение частиц угля в углемасляные агломераты, во-вторых, образовать прочный контакт углемасляных агломератов с пузырями воздуха при транспортировке их на поверхность суспензии в условиях интенсивного перемешивания и, в-третьих, поддерживать необходимую концентрацию масляных реагентов в объеме суспензии в течение всего процесса.

Указанные причины высокого расхода связующего вызваны тем, что в известном методе процессы образования агломератов с пузырьками воздуха внутри, их всплывание и накапливание на поверхности суспензии происходят одновременно и в одном аппарате. Поскольку для осуществления этих процессов требуются различные время и скорость перемешивания суспензии, то для их реализации в одном аппарате необходимо подавать избыточное количество масляных реагентов для повышения скорости образования вторичных агломератов и достижения устойчивой связи их с пузырями воздуха. Кроме того, при переходе в процессе агломерации образовавшихся углемасляных комплексов на поверхность суспензии в ее объеме снижаются концентрации масляного реагента и твердых частиц, поэтому для поддержания процесса масляной агломерации требуется дополнительная подача реагентов.

Задача изобретения - сокращение расхода масляного реагента при обогащении угольных шламов с использованием процессов масляной агломерации частиц угля и флотации образованных агломератов.

Указанная задача достигается тем, что процесс обогащения угольных шламов, включающий одновременную подачу в водоугольную суспензию масляного реагента и пенообразователя, операцию селективной масляной агломерации угольных частиц при непрерывной подаче в суспензию диспергированного воздуха, разделение продуктов селекции с помощью флотации осуществляют в камере агломерации при перемешивании суспензии в течение от 2 до 3 мин вращающейся мешалкой при окружной скорости ее вращения, равной 6 м/с, при этом масляный реагент и пенообразователь вводят в суспензию при весовом соотношении реагентов от 5:1 до 40:1 и общем их количестве 0,1-0,25% от массы сухого угля, а разделение продуктов селекции флотацией проводят во флотационной камере по окончании перемешивания суспензии.

При перемешивании суспензии в указанных условиях повышается дисперсность масляных капель и воздушных пузырьков и увеличивается их количество. При контакте капель масла с пузырьками последние покрываются масляной пленкой, при этом общая площадь поверхности омасленных пузырьков в несколько раз превышает площадь поверхности капель масла при постоянном количестве его в суспензии. За счет этого резко возрастает число столкновений твердых частиц с омасленными пузырьками воздуха. Мелкие гидрофобные частицы угля при столкновении с такими пузырьками закрепляются на пленке масла, образуя микрофлокулы. Омасленные микропузырьки и микрофлокулы при столкновении с более крупными частицами угля закрепляются на их поверхности. В результате, в суспензии образуются комплексы, состоящие из микропузырьков, пленок и капель масла и частиц угля различной крупности. При этом снижается расход масляного реагента и повышается скорость перевода аэрокомплексов в пенный продукт при разделении продуктов селекции флотацией.

Предлагаемый способ обогащения угольных шламов осуществляют следующим образом. В водоугольную суспензию добавляют масляный реагент и пенообразователь в необходимом количестве, суспензию перемешивают с высокой скоростью в течение определенного времени при непрерывном насыщении ее диспергированным воздухом без образования пены на поверхности суспензии. Образовавшиеся в процессе масляной агломерации в объеме суспензии углемасляные аэрокомплексы отделяют по окончании перемешивания с помощью процесса флотации.

Пример. В лабораторных условиях проводят обогащение угольных шламов, находящихся в суспензии, содержащей 70 г/л твердой фазы. Твердая фаза суспензии представлена углем марки КС зольностью 13,5% и крупностью - 0,5 мм, при содержании класса - 0,1 мм, равном 67%.

Водоугольную суспензию заливают в камеру агломерации, включают мешалку и добавляют масляный реагент - термогазойль и пенообразователь - кубовые остатки производства бутиловых спиртов (КОБС). Термогазойль и КОБС не дефицитны и применяются на углеобогатительных фабриках в качестве флотационных реагентов. Пенообразователь добавляют в количестве от 0,0025 до 0,03% от массы сухого угля. Увеличение расхода пенообразователя положительно влияет на результаты обогащения и способствует сокращению расхода масляного реагента, однако при добавлении его в количестве более 0,03% образуется устойчивая флотационная пена, которую трудно обезвоживать, и возможно накопление пенообразователя в оборотной воде.

Воздух поступает в камеру агломерации за счет его эжекции через полую трубу из атмосферы и диспергируется в результате турбулентного воздействия потоков жидкости на газовую фазу, кинетическую энергию которым передает вращающаяся мешалка. Перемешивание проводят в течение заданного времени при постоянной окружной скорости вращения мешалки, равной 6 м/с. Продолжительность процесса масляной агломерации заметно влияет на показатели обогащения, поэтому в каждом случае необходимо определить минимальное время перемешивания суспензии, увеличение которого уже практически не влияет на конечные результаты. По окончании перемешивания суспензию переводят во флотационную камеру и флотируют без добавления реагентов до полного прекращения минерализации пены.

При обогащении угольного шлама по предлагаемому способу при расходе масляного реагента 0,18% и пенообразователя 0,02% от массы сухого угля, времени перемешивания суспензии 2 мин и окружной скорости вращения мешалки 6 м/с получен угольный концентрат с выходом 87,3% и зольностью 6,5% и отходы зольностью 61,6%.

Таким образом, обогащение угольных шламов по предлагаемому способу позволяет сократить расход масляных реагентов по сравнению с известным методом.

Источники информации

1. Елишевич А.Т. Обогащение ультратонких углей /Елишевич А.Т., Оглоблин Н.Д., Белецкий B.C., Папушин Ю.Л. - Донецк: Донбас: 1986 - 64 с.

2. Ignasiak L., Szymocha К., Pawlak W., Kramer J. Engineering development of selective agglomeration technology. Proc. 12-th International Coal Preparation Congress "New trends in coal preperation technologies and eguipment", 1994, Cracow, vol. 2, 809-816.

3. Патент США № 4998624, кл. B 03 D 1/02, опубл. 12.03.1991.

Изобретение может быть использовано при обогащении угольных шламов на обогатительных фабриках, переработки шламов с гидроотвалов, регенерации шламовых вод предприятий. Технический результат - сокращение расхода масляного реагента и снижение энергозатрат. Способ включает одновременную подачу в водоугольную суспензию масляного реагента и пенообразователя, операцию селективной масляной агломерации угольных частиц при подаче воздуха. Операцию агломерации осуществляют в камере агломерации при перемешивании суспензии в течение 2 - 3 мин вращающейся мешалкой при окружной скорости ее вращения 6 м/с. Масляный реагент и пенообразователь вводят в суспензию при весовом соотношении от 5:1 до 40:1 и общем их количестве 0,1-0,25% от массы сухого угля. Разделение продуктов селекции флотацией проводят во флотационной камере по окончании перемешивания суспензии.

Способ обогащения угольных шламов, включающий одновременную подачу в водоугольную суспензию масляного реагента и пенообразователя, операцию селективной масляной агломерации угольных частиц при непрерывной подаче в суспензию диспергированного воздуха, разделение продуктов селекции с помощью флотации, отличающийся тем, что операцию селективной масляной агломерации осуществляют в камере агломерации при перемешивании суспензии в течение 2-3 мин вращающейся мешалкой при окружной скорости ее вращения, 6 м/с, при этом масляный реагент и пенообразователь вводят в суспензию при весовом соотношении реагентов от 5:1 до 40:1 и общем их количестве 0,1-0,25% от массы сухого угля, а разделение продуктов селекции флотацией проводят во флотационной камере по окончании перемешивания суспензии.