СПОСОБ ФЛОТАЦИИ УГЛЯ, ИМЕЮЩЕГО НИЗКУЮ ФЛОТИРУЕМОСТЬ Российский патент 2019 года по МПК B03D1/02 

I. Область техники

Настоящая заявка относится к способу флотации угольного шлама, в частности, к способу флотации угольного шлама, имеющего низкую флотируемость.

II. Уровень техники

С повышением уровня механизации добычи угля геологические условия добычи ресурсов ухудшаются, размеры флотационных машин увеличиваются, кроме того, в Китае широко применяют способы флотации в тяжелых средах, доля высокозольного угольного шлама, имеющего низкую флотируемость, резко возросла, причем указанная негативная тенденция продолжается, и ухудшение флотируемости угольного шлама очевидно. В настоящее время флотация является одним из важных этапов обработки угольного шлама. В традиционном процессе флотации частицы угля, обладающие лучшей гидрофобностью, сталкиваются с пузырьками, прилипают к пузырькам и всплывают вместе с пузырьками в пенную фазу, в конечном итоге превращаясь в уголь с хорошей флотируем остью; частицы пустой породы с более низкой гидрофобностью возвращаются в угольную пульпу, поскольку частицы пустой породы хуже прилипают к пузырькам, или частицы пустой породы захватываются пузырьками в пульпе, однако пузырьки в пенной фазе лопаются или разрушаются. Тем не менее, в обычном флотационном процессе трудно обеспечить эффективную флотацию высокозольного угольного шлама, имеющего низкую флотируемость, так как, с одной стороны, высокозольный угольный шлам, имеющий низкую флотируемость, трудно захватить пузырьками в процессе минерализации пузырьков, что в результате приводит к потере очищенного угля из-за низкой гидрофобности угольного шлама; с другой стороны, высокозольный угольный шлам, имеющий низкую флотируемость, может легко покрывать поверхности низкозольных угольных частиц в процессе формирования пульпы, что приводит к сильному загрязнению угля, очищенного при флотации, вследствие высокой зольности и высокого содержания мелкого шлама в угольном шламе.

В связи с проблемой низкой эффективности флотации угольного шлама, имеющего низкую флотируемость, многие эксперты и исследователи в Китае и других странах провели множество практически значимых исследований, которые в целом можно классифицировать по нескольким аспектам, включая разработку новых химических реагентов, усовершенствование известных процессов сепарации, улучшение сепарационных характеристик оборудования и так далее. Например, добавляют диспергаторы или тому подобное для уменьшения покрывания мелкого шлама на поверхности угольных частиц, тем самым снижая зольность очищенного флотацией угля; исходные химические реагенты подвергают эмульгированию, а затем добавляют в пульпу для увеличения удельной площади поверхности собирающего вещества, в результате чего улучшают эффективность флотации за счет дополнительного диспергирования капель масла; а также осуществляют флотацию при низкой концентрации загружаемого материала с учетом внутренних характеристик угольного шлама и так далее. Результатом исследований стало некоторое повышение эффективности флотации угольных шламов, имеющих низкую флотируемость, однако проблема низкой эффективности флотации угольных шламов, имеющих низкую флотируемость, не решена коренным образом. Следовательно, существует потребность в новом способе флотации, который преодолевает недостатки известных способов флотации угольного шлама, имеющего низкую флотируемость, и обеспечивает эффективную сепарацию и извлечение угольного шлама, имеющего низкую флотируемость.

В основе флотации угольного шлама, имеющего низкую флотируемость, лежит явление столкновения с пузырьками и прилипания к пузырькам. Нанопузырьки имеют свойство скапливаться на поверхностях угольных частиц, обладающих более высокой гидрофобностью, что приводит к повышению вероятности столкновения частиц с пузырьками и прилипания к пузырькам и уменьшению вероятности отделения частиц, в результате значительно повышается коэффициент извлечения угольного шлама, имеющего низкую флотируемость. Кроме того, благодаря покрыванию нанопузырьков поверхностей угольных частиц значительно ослабляется эффект прилипания мелкого шлама, а также эффективно уменьшается загрязнение мелкого очищенного угля, плохо поддающегося флотации. С учетом изложенного в настоящей заявке предложен способ, усовершенствующий процесс флотации угольного шлама, имеющего низкую флотируемость, путем введения пузырьков диаметром примерно несколько десятков нанометров в процессе флотации угольного шлама, имеющего низкую флотируемость, что значительно повышает эффективность извлечения угольного шлама, имеющего низкую флотируемость.

III. Раскрытие сущности изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение способа флотации угольного шлама, имеющего низкую флотируемость, а также радикальное решение проблемы низкой эффективности флотации угольного шлама, имеющего низкую флотируемость, вследствие низкой гидрофобности угольного шлама, имеющего низкую флотируемость, путем введения нанопузырьков в процессе флотации.

Поставленная задача решается следующим образом.

Способ флотации угольного шлама, имеющего низкую флотируемость, включает следующие этапы:

подачу раствора, содержащего нанопузырьки (5), в резервуар (F) для смешивания минеральной суспензии с помощью насоса (Е) и одновременную подачу соответствующего количества угольного шлама (7) и флотационного реагента (8) в резервуар (F) для смешивания минеральной суспензии, так что нанопузырьки скапливаются на поверхностях частиц, и гидрофобность угольных частиц значительно повышается;

подачу минеральной суспензионной смеси (9) в противоточную статическую флотационную колонну с микропузырьками (Н) с помощью насоса (G) для подачи материала для осуществления флотации с получением двух продуктов: очищенного угля (10) и отходов (11).

Флотационный реагент состоит из следующих компонентов по массе: керосин 20-80% масс, изопропилэтилтионокарбамат 5-13% масс, Tween-40 1-10% масс, алкилалкоксисульфат натрия 0,01-0,05% масс, п-толуолсульфокислота 0,01-0,07% масс, Span-60 1-3% масс, фталевый ангидрид 1-3% масс, додецилбензолсульфонат натрия 0,03-0,1% масс, и бензойный ангидрид 0,01-0,06% масс.

Кроме того, размер угольного шлама составляет 325 меш.

Кроме того, вспениватель представляет собой вторичный октанол.

Кроме того, раствор, содержащий нанопузырьки, может быть легко приготовлен с помощью следующих этапов:

подачи воды (2) и вспенивателя (1) в перемешивающий барабан (А),

после смешивания подачи смеси (3) насосом (В) для подачи смеси в трубку (С) Вентури, в результате чего воздух растворяется в смеси под действием отрицательного давления, создаваемого струйным течением, и в хвостовой части трубки (С) Вентури образуется большое количество пузырьков;

подачи раствора, содержащего пузырьки (4), в верхнюю часть пеногасящего барабана (D), разделенного на две части перегородкой, установленной в середине пеногасящего барабана, причем указанные две части сообщаются только в нижней части;

инжектирования нанопузырьков с раствором в верхнюю часть пеногасящего барабана с одной стороны, а затем с другой стороны пеногасящего барабана (D) через соединительный канал в нижней части;

при этом пузырьки большого размера в смеси всплывают в верхнюю часть пеногасящего барабана под действием подъемной силы и постепенно разрушаются, так что после прохождения пузырьков, образовавшихся в трубке (С) Вентури, через пеногасящий барабан (D) пузырьки большого размера удаляются, а нанопузырьки остаются в растворе.

Кроме того, пеногасящий барабан (D) представляет собой обычный цилиндрический барабан, разделенный на две части перегородкой, установленной в средней части барабана, причем две части сообщаются друг с другом только в нижней части; причем нанопузырьки инжектируют вместе с раствором в верхней части пеногасящего барабана с одной стороны, и они направляются к другой стороне пеногасящего барабана через соединительный канал в нижней части.

Кроме того, соотношение воды и вспенивателя составляет 0,01-0,1 г вспенивателя на литр воды; соотношение компонентов раствора, содержащего нанопузырьки, угольный шлам и флотационный реагент, составляет 60-90 г сухого угольного шлама и 0,01-0,04 г флотационного реагента на литр раствора, содержащего нанопузырьки.

Кроме того, флотационный реагент содержит следующие компоненты по массе: керосин 76% масс, изопропилэтилтионокарбамат 9% масс, Tween-40 7% масс, алкилалкоксисульфат натрия 0,03% масс, п-толуолсульфокислота 0,02% масс, Span-60 2,1% масс, фталевый ангидрид 1,6% масс, додецилбензолсульфонат натрия 0,07% масс, и бензойный ангидрид 0,03% масс.

Кроме того, флотационный реагент содержит следующие компоненты по массе: керосин 48% масс, изопропилэтилтионокарбамат 9% масс, Tween-40 3% масс, алкилалкоксисульфат натрия 0,045% масс, п-толуолсульфокислота 0,046% масс, Span60 2,6% масс, фталевый ангидрид 1,7% масс, додецилбензолсульфонат натрия 0,067% масс, и фталевый ангидрид 0,022% масс.

Кроме того, соотношение воды и вспенивателя составляет 0,016 г вспенивателя на литр воды; причем соотношение компонентов раствора, содержащего нанопузырьки, угольный шлам и флотационный реагент, составляет 80 г сухого угольного шлама и 0,024 г флотационного реагента на литр раствора, содержащего нанопузырьки.

Настоящая заявка устраняет недостатки традиционных способов флотации угольного шлама, имеющего низкую флотируемость, и обеспечивает способ флотации угольных шламов, имеющих низкую флотируемость, с помощью нанопузырьков, в котором используют свойство нанопузырьков (а именно, скапливание на гидрофобных поверхностях) увеличивать разность гидрофобности между низкозольными частицами и высокозольной породой, а также решает проблемы низкой селективности, высокого расхода химических реагентов, низкой эффективности извлечения и не соответствующей спецификации зольности очищенного угля в процессе флотации угольного шлама, имеющего низкую флотируемость. Кроме того, способ, раскрытый в настоящей заявке, имеет следующие преимущества.

Способ флотации, раскрытый в настоящем изобретении, на основе инновационной и оригинальной концепции улучшения селективности процесса флотации угольного шлама, имеющего низкую флотируемость, решает проблему низкой эффективности традиционного процесса пенной флотации и имеет большое значение для реализации эффективного способа флотации угольного шлама, имеющего низкую флотируемость.

Флотационные реагенты в соответствии с настоящим изобретением подобраны оптимальными; в частности, состав и соотношение флотационного реагента улучшают флотацию угольного шлама, имеющего низкую флотируемость, повышают эффективность флотации и обеспечивают очевидно лучший эффект по сравнению с традиционными флотационными реагентами.

В соответствии с изобретением используют специально разработанный пеногасящий барабан, в котором возможно образование большого количества нанопузырьков. Пеногасящий барабан, несмотря на простоту конструкции, способен обеспечить высокую эффективность удаления пузырьков большого размера и повысить производительность.

Таким образом, способ и устройство для флотации, раскрытые в настоящей заявке, являются простыми, требуют меньших инвестиций, меньших эксплуатационных затрат и обеспечивают значительные экономические преимущества.

IV. Краткое описание чертежей

На Фигуре 1 представлена схема способа в соответствии с настоящей заявкой.

На Фигурах:

1 - вспениватель;

2 - вода;

3 - смесь вспенивателя и воды;

4 - смесь пузырьков;

5, 6 - раствор, содержащий нанопузырьки;

7 - угольный шлам;

8 - флотационный реагент;

9 - минеральная суспензионная смесь после формирования пульпы;

10 - очищенный флотацией уголь;

11 - отходы флотации;

А - перемешивающий барабан; В - насос для подачи смеси; С - трубка Вентури;

D - пеногасящий барабан для пузырьков большого размера собственного изготовления;

Е - насос для подачи раствора, содержащего нанопузырьки;

F - резервуар для перемешивания минерального шлама;

G - насос для подачи минерального шлама; Н - флотационная колонна.

V. Осуществление изобретения

Далее предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения описаны подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, при этом чертежи составляют часть настоящей заявки и используются вместе с вариантами реализации настоящей заявки для иллюстрации принципов настоящего изобретения.

Вариант реализации 1

Как показано на ФИГ. 1, воду (2) и вторичный октанол в качестве вспенивателя (1) подают в перемешивающий барабан (А) и смешивают в соотношении 0,07 г вспенивателя на 1 литр воды; после смешивания смесь (3) подают насосом (В) для подачи смеси в трубку (С) Вентури, в результате чего воздух растворяется в смеси под действием отрицательного давления, создаваемого струйным потоком, и в хвостовой части трубки (С) Вентури образуется большое количество пузырьков; раствор, содержащий пузырьки (4), подают в верхнюю часть пеногасящего барабана (D), разделенного на две части перегородкой, установленной в средней части пеногасящего барабана, причем две части сообщаются только в нижней части; нанопузырьки поступают вместе с раствором в правую часть пеногасящего барабана (D) через соединительный канал в нижней части, таким образом, пузырьки большого размера в смеси всплывают в верхнюю часть пеногасящего барабана под действием подъемной силы и постепенно разрушаются, так что после прохождения пузырьков, образовавшихся в трубке (С) Вентури, через пеногасящий барабан (D) пузырьки большого размера удаляются, а нанопузырьки остаются в растворе; раствор, содержащий нанопузырьки (5), подают в резервуар (F) для перемешивания минеральной суспензии с помощью насоса (Е), соответствующее количество угольного шлама (7) размером 325 меш (0,043-0,044 мм) и флотационного реагента (8) одновременно подают в резервуар (F) для перемешивания минеральной взвеси; в растворе, содержащем нанопузырьки, содержание угольного шлама и флотационного реагента составляет 77 г сухого угольного шлама и 0,018 г флотационного реагента на 1 литр раствора, содержащего нанопузырьки; так как нанопузырьки скапливаются на поверхностях частиц, гидрофобность частиц угля значительно повышается; смесь минерального шлама после формирования (9) пульпы подают в противоточную статическую флотационную колонну (Н) с микропузырьками с помощью насоса (G) для подачи материала для осуществления флотации и, наконец, получают два продукта (очищенный уголь (10) и отходы (11));

Флотационный реагент содержит следующие компоненты: керосин 55% масс, изопропилэтилтионокарбамат 8,6% масс, Tween-40 5,6% масс, алкилалкоксисульфат натрия 0,027% масс, п-толуолсульфокислота 0,033% масс, Span-60 2,68% масс, фталевый ангидрид 2,6% масс, додецилбензолсульфонат натрия 0,055% масс, и бензойный ангидрид 0,04% масс.

Вариант реализации 2

Как показано на ФИГ. 1, воду (2) и вторичный октанол (1) подают в перемешивающий барабан (А) и смешивают в соотношении 0,033 г вспенивателя на 1 литр воды; после перемешивания смесь (3) подают насосом (В) для подачи смеси в трубку (С) Вентури, в результате чего воздух растворяется в смеси под действием отрицательного давления, создаваемого струйным потоком, и в хвостовой части трубки (С) Вентури образуется большое количество пузырьков; раствор, содержащий пузырьки (4), подают в верхнюю часть пеногасящего барабана (D), разделенного на две части перегородкой, установленной в средней части пеногасящего барабана, причем две части сообщаются только в нижней части; нанопузырьки поступают вместе с раствором в правую часть пеногасящего барабана (D) через соединительный канал в нижней части, таким образом, пузырьки большого размера в смеси всплывают в верхнюю часть пеногасящего барабана под действием подъемной силы и постепенно разрушаются, в результате после прохождения пузырьков, образовавшихся в трубке (С) Вентури, через пеногасящий барабан (D) пузырьки большого размера удаляются, а нанопузырьки остаются в растворе; раствор, содержащий нанопузырьки (5), подают в резервуар (F) для перемешивания минеральной суспензии с помощью насоса (Е), соответствующее количество угольного шлама (7) размером 325 меш (0,043-0,044 мм) и флотационного реагента (8) одновременно подают в резервуар (F) для перемешивания минеральной взвеси; в растворе, содержащем нанопузырьки, содержание угольного шлама и флотационного реагента составляет 80 г сухого угольного шлама и 0,027 г флотационного реагента на 1 литр раствора, содержащего нанопузырьки; так как нанопузырьки скапливаются на поверхностях частиц, гидрофобность угольных частиц значительно повышается; смесь минерального шлама после формирования (9) пульпы подают в противоточную статическую флотационную колонну с микропузырьками (Н) с помощью насоса (G) для подачи материала для осуществления флотации и, наконец, получают два продукта (очищенный уголь (10) и отходы (11)).

Флотационный реагент содержит следующие компоненты: керосин 65% масс, изопропилэтилтионокарбамат 5,65% масс, Tween-40 2,2% масс, алкилалкоксисульфат натрия 0,026% масс, п-толуолсульфокислота 0,044% масс, Span-60 1,26% масс, фталевый ангидрид 2,1% масс, додецилбензолсульфонат натрия 0,034% масс, и бензойный ангидрид 0,026% масс.

Настоящая заявка проиллюстрирована и описана со ссылкой на некоторые предпочтительные варианты реализации, приведенные выше, однако объем защиты настоящей заявки не ограничен указанными вариантами реализации. Специалисту в данной области техники понятно, что различные модификации и изменения, которые могут быть сделаны в пределах технического объема, раскрытого в настоящей заявке, следует рассматривать как включенные в объем защиты настоящей заявки.

9. Способ по п. 6, согласно которому соотношение воды и вспенивателя составляет 0,016 г вспенивателя на литр воды;

причем соотношение компонентов раствора, содержащего нанопузырьки, угольный шлам и флотационный реагент, составляет 80 г сухого угольного шлама и 0,024 г флотационного реагента на литр раствора, содержащего нанопузырьки.

Предложенное изобретение относится к способу флотации угольного шлама, в частности, имеющего низкую флотируемость. Способ флотации угольного шлама, имеющего низкую флотируемость, включает следующие этапы: подачу раствора, содержащего нанопузырьки, в резервуар для перемешивания минеральной суспензии с помощью насоса, а также подачу соответствующего количества угольного шлама и флотационного реагента в резервуар для перемешивания минеральной суспензии, так что нанопузырьки скапливаются на поверхностях частиц, и гидрофобность угольных частиц значительно повышается; подачу минеральной суспензионной смеси после формирования пульпы в противоточную статическую флотационную колонну с микропузырьками с помощью насоса для подачи материала для осуществления флотации с получением двух продуктов, очищенного угля и отходов. Флотационный реагент содержит следующие компоненты, мас.%: керосин 20-80, изопропилэтилтионокарбамат 5-13, Tween-40 1-10, алкилалкоксисульфат натрия 0,01-0,05, п-толуолсульфокислота 0,01-0,07, Span-60 1-3, фталевый ангидрид 1-3, додецилбензолсульфонат натрия 0,03-0,1 и бензойный ангидрид 0,01-0,06. Технический результат – повышение эффективности флотации угольного шлама. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ флотации угольного шлама, имеющего низкую флотируемость, включающий следующие этапы:

подачу раствора, содержащего нанопузырьки (5), в резервуар (F) для перемешивания минеральной суспензии с помощью насоса (Е), а также подачу соответствующего количества угольного шлама (7) и флотационного реагента (8) в резервуар (F) для перемешивания минеральной суспензии, так что нанопузырьки скапливаются на поверхностях частиц, и гидрофобность угольных частиц значительно повышается;

подачу минеральной суспензионной смеси после формирования (9) пульпы в противоточную статическую флотационную колонну (Н) с микропузырьками с помощью насоса (G) для подачи материала для осуществления флотации с получением двух продуктов, очищенного угля (10) и отходов (11),

при этом флотационный реагент содержит следующие компоненты, мас.%: керосин 20-80, изопропилэтилтионокарбамат 5-13, Tween-40 1-10, алкилалкоксисульфат натрия 0,01-0,05, п-толуолсульфокислота 0,01-0,07, Span-60 1-3, фталевый ангидрид 1-3, додецилбензолсульфонат натрия 0,03-0,1 и бензойный ангидрид 0,01-0,06.

2. Способ по п. 1, согласно которому размер угольного шлама составляет 325 меш.

3. Способ по п. 2, согласно которому вспениватель представляет собой вторичный октанол.

4. Способ по п. 2, согласно которому раствор, содержащий нанопузырьки, получают в результате следующих этапов:

подачи воды (2) и вспенивателя (1) в перемешивающий барабан (А);

после перемешивания подачи смеси (3) насосом (В) для подачи смеси в трубку (С) Вентури, так что воздух растворяется в смеси под действием отрицательного давления, создаваемого струйным потоком, и в хвостовой части трубки (С) Вентури образуется большое количество пузырьков;

подачи раствора (4), содержащего пузырьки, в верхнюю часть пеногасящего барабана (D), разделенного на две части перегородкой, установленной в средней части пеногасящего барабана, причем указанные две части сообщаются только в нижней части;

инжектирования нанопузырьков вместе с раствором в верхнюю часть пеногасящего барабана с одной стороны, а затем с другой стороны пеногасящего барабана (D) через соединительный канал в нижней части;

при этом пузырьки большого размера в смеси всплывают в верхнюю часть пеногасящего барабана под действием подъемной силы и постепенно разрушаются, так что после прохождения пузырьков, образовавшихся в трубке (С) Вентури, через пеногасящий барабан (D) пузырьки большого размера удаляются, а нанопузырьки остаются в растворе.

5. Способ по п. 4, согласно которому пеногасящий барабан (D) представляет собой обычный цилиндрический барабан, разделенный на две части перегородкой, установленной в средней части барабана, причем две части сообщаются только в нижней части;

причем нанопузырьки инжектируют вместе с раствором со стороны верхней части пеногасящего барабана с одной стороны и их направляют к другой стороне пеногасящего барабана (D) через соединительный канал в нижней части.

6. Способ по п. 4, согласно которому соотношение воды и вспенивателя составляет 0,01-0,1 г вспенивателя на литр воды;

причем соотношение компонентов раствора, содержащего нанопузырьки, угольный шлам и флотационный реагент, составляет 60-90 г сухого угольного шлама и 0,01-0,04 г флотационного реагента на литр раствора, содержащего нанопузырьки.

7. Способ по п. 1, согласно которому флотационный реагент содержит следующие компоненты, мас.%: керосин 76, изопропилэтилтионокарбамат 9, Tween-40 7, алкилалкоксисульфат натрия 0,03, п-толуолсульфокислота 0,02, Span-60 2,1, фталевый ангидрид 1,6, додецилбензолсульфонат натрия 0,07 и бензойный ангидрид 0,03.

8. Способ по п. 1, согласно которому флотационный реагент содержит следующие компоненты, мас.%: керосин 48, изопропилэтилтионокарбамат 9, Tween-40 3, алкилалкоксисульфат натрия 0,045, п-толуолсульфокислота 0,046, Span-60 2,6, фталевый ангидрид 1,7, додецилбензолсульфонат натрия 0,067 и бензойный ангидрид 0,022.

9. Способ по п. 6, согласно которому соотношение воды и вспенивателя составляет 0,016 г вспенивателя на литр воды;

причем соотношение компонентов раствора, содержащего нанопузырьки, угольный шлам и флотационный реагент, составляет 80 г сухого угольного шлама и 0,024 г флотационного реагента на литр раствора, содержащего нанопузырьки.