СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЯ Российский патент 2024 года по МПК B03B7/00 B03D1/02 

Изобретение относится к технологиям обогащения углей, или отходов углеобогащения и может использоваться в угольной, топливной и металлургической промышленности для получения высокосортного, высококалорийного, низкозольного угля.

Известен способ обогащения угля (патент РФ № 2620503, опубликован 26.05.2017), который включает флокуляцию пульпы, кондиционирование с последовательным введением в пульпу собирателя и вспенивателя и выделение горючей массы в концентрат. Перед флокуляцией предварительно смешивают анионный сополимер акриламида с акрилатом натрия и натриевую соль карбоксиметилатов оксиэтилированного изононилфенола общей формулы С₉Н₁₉-С₆Н₄-O-(C₂H₄O)_n-COONa, где n=10-12, в соотношении 20:1. После чего полученную смесь вводят в пульпу в количестве 33-42 г/т угля.

Основные недостатки способа в сложном реагентом режиме флотации из-за применения редких реагентов, относительно низкой удельной производительности из-за низкой скорости флотационного процесса, вызванной относительно низкой скоростью всплывания, извлекаемых в пенный продукт частиц, невозможности обогащать частицы крупнее 1 мм.

Известен способ обогащения каменного угля (патент № 2014349, опубликован 15.06.1994) который включает добавление в водную дисперсию угля агломерирующей смеси легкого углеводорода с температурой кипения, не превышающей 70°С, тяжелого углеводорода - каменноугольного масла, с т.кип. 200 - 400°С, остаточных продуктов нефтеперегонки или их смеси и неионогенной добавки - маслорастворимых пропоксилированных фенольных или алкилфенольных соединений, перемешивание дисперсии и последующее выделение агломератов обогащенного угля; легкий углеводород используют в количестве 2 - 50%, неионогенную добавку - в количестве 0,02 - 1% и тяжелый углеводород в количестве 0,2 - 3% от массы каменного угля; маслорастворимые пропоксилированные фенольные и алкилфенольные соединения являются этоксилированными; тяжелый углеводород выбирают из антраценовых масел, газопромывочного масла или их смесей.

Основные недостатки способа это сложный реагентный режим из-за использования большого количества реагентов, сравнительно низкая удельная производительность процесса, из-за относительно низкой скорости всплывания, извлекаемых в пенный продукт частиц, невозможности обогащать частицы крупнее 1 мм.

Известен способ флотации угля и композиционный реагент для его реализации (патент РФ № 2333800, опубликован 20.09.2008) по которому в пульпу подают композиционный реагент, включающий реагент-собиратель и пенообразователь, производят кондиционированием пульпы, осуществляют процесс флотации, выделяют горючую массу в пенный продукт. В процессе изготовления композиционного реагента при компаундировании реагента-собирателя с пенообразователем вводят присадку, состоящую из полимера этилена с виниловым эфиром, растворенным в высококипящих углеводородах. Композиционный реагент для флотации угля состоит из смеси реагентов. Смесь реагентов включает прямогонную углеводородную фракцию керосина-абсорбента, легкий вакуумный газойль, атмосферный газойль, кубовые остатки ректификации бутиловых спиртов, продукт коксования углей - кубовые остатки ректификации сырого бензола и присадку для понижения температуры застывания.

Основные недостатки способа в сложном реагентном режиме из-за большого количества используемых реагентов, сложности приготовления композиционного реагента, а также относительно низкой удельной производительности из-за относительно низкого всплывания, извлекаемых в пенный продукт частиц, а также невозможности обогащать частицы крупнее 1 мм.

Известен способ обогащения угля (патент РФ № 2304467, опубликован 20.02.2007), который включает смешивание исходного угольного сырья и воды с получением водно-угольной суспензии, введение в нее агломерирующего агента, разделение углеродсодержащего компонента угольного сырья и золы в водно-угольной суспензии и выделение углеродсодержащего компонента путем флотации. В водно-угольную суспензию дополнительно вводят вспенивающий агент, а углеродсодержащий компонент угольного сырья и золу разделяют, обрабатывая водно-угольную суспензию водяным паром, вдуваемым отдельными струями для разуплотнения составляющей зольной фракции. Водно-угольная суспензия содержит 7,0-50,0 мас. части воды на 1 мас. часть угля, а расход водяного пара составляет не более 500 кг на 1 тонну исходного угольного сырья, причем на 1 т водно-угольной суспензии расход агломерирующего агента составляет 3-7 кг, а вспенивающего агента 0,05-0,15 кг.

Основные недостатки способа относительно низкая удельная производительность процесса из-за низкой скорости флотационного процесса, вызванной относительно низкой скоростью всплывания, извлекаемых в пенный продукт частиц, сложность осуществления способа из-за необходимости использования пара, т.е. необходимости вырабатывать пар, утилизировать, образующееся тепло, невозможности обогащать частицы крупнее 1 мм.

Известен способ обогащения угля (патент РФ № 2739182, опубликован 21.12.2020), принятый за прототип, в котором измельченное сырье подвергают грохочению с выделением крупных и мелких классов, крупные классы обогащают гравитационными процессами с получением концентратов, которые отправляют на дальнейшую переработку и хвостов, которые отправляют в отвал и мелкие классы, которые смешивают с водой с получением водно-угольную суспензии, в которую вводят агломерирующие агенты, в качестве которых используют собиратель из смеси углеводородов ациклического и ароматического типов нефтяного происхождения, при его расходе от 2400 до 2600 г/т, депрессор - жидкое стекло, при его расходе от 500 до 600 г/т, вспениватель - реагент Montanol 800, при его расходе от 190 до 210 г/т, далее проводят аэрацию водно-угольной суспензии и затем ее обогащают флотацией в центробежном поле, с получением угольного концентрата, который отправляют на дальнейшую переработку и отвальных хвостов.

Основные недостатки способа в относительно невысокой эффективности разделения из-за отрывания пузырьков воздуха от поверхности гидрофобных частиц в турбулентном центробежном поле.

Техническим результатом является повышение эффективности разделения материала.

Технический результат достигается тем, в качестве реагента собирателя используют комплексную эмульсию, состоящую из смеси изомерных соединений фракций С12 - С18, выделенных из тяжелой нефти, и керосина, которую приготавливают ультразвуковой кавитацией при частоте от 20 до 22 кГц в течении от 2 до 5 минут, при расходе собирателя от 2200 до 2800 г/т, в качестве депрессора используют жидкое стекло и пирофосфат натрия с соотношением от 1:1 до 2:1, при расходе от 450 до 650 г/т, в качестве вспенивателя - смесь реагентов неонола АФ 9-10 с формулой C₉H₁₉C₆H₄O(C₂H₄O)_n и берола 556 в соотношении от 1:1 до 1,5:1 и расходом от 150 до 200 г/т, при этим флотацию проводят с одновременной гравитационной концентраций с получением угольного концентрата, который направляют на дальнейшую переработку и отвальных хвостов.

Способ осуществляется следующим образом. Исходный рядовой уголь поступает на дробилку и после дробления на грохот, на котором материал разделяют на крупный и мелкий класс крупности. Крупность разделения, в зависимости от марки находится в пределах от 6 до 13 мм. Крупные классы обогащают на тяжелосредном сепараторе с получением концентратов, которые отправляют на дальнейшую переработку и хвостов, отправляемых в отвал. Мелкие классы крупности, смешивают с водой в контактном чане и в виде водно-угольной пульпы обрабатывают флотационными реагентами собирателями, депрессами и вспенивателями в этом же контактном чане. В качестве реагента собирателя используют комплексную эмульсию, состоящую из смеси изомерных соединений фракций С12 - С18, выделенных из тяжелой нефти, и керосина при расходе собирателя от 2200 до 2800 г/т. Эмульсия приготавливается методом ультразвуковой кавитации при частоте от 20 до 22 кГц в течении от 2 до 5 минут. В качестве депрессора используют жидкое стекло и пирофосфат натрия с соотношением от 1:1 до 2:1, при расходе от 450 до 650 г/т. В качестве вспенивателя используется смесь реагентов неонола АФ 9-10 - оксиэтилированный нонилфенол с формулой C₉H₁₉C₆H₄O(C₂H₄O)_n и берола 556 - катионактивное поверхностно-активное вещество алкилполигликолевого эфира аммония метил хлорид, в соотношении от 1:1 до 1,5:1 и расходом от 150 до 200 г/т. Затем аэрированную водно-угольную пульпу обогащают флотацией, при этим флотацию проводят с одновременной гравитационной концентраций, например, на концентрационном столе. В результате разделения получают угольный концентрат, который отправляют на дальнейшую переработку и отвальные хвосты.

Способ поясняется следующим примером. Обогащению подвергались коксующиеся угли марки «К» Кемеровского угольного месторождения. Исходный рядовой уголь, крупностью - 300 мм, дробился на щековой дробилке до - 150 мм и разделялся на крупные классы -150 + 13 мм, - 13 + 6 мм и мелкие классы - 6 мм на грохоте. Зольность пробы рядового угля составляла около 32 %, зольность класса - 5 мм около 30 %. Класс - 6мм в виде водно-угольной пульпы обрабатывался реагентами. Флотация проводилась одновременной гравитационной концентраций на концентрационном столе. При этом получался удельно-легкий и одновременно гидрофобный продукт, являющийся концентратом флотогравитации, и удельно-тяжелый, одновременно гидрофильный продукт, являющийся хвостами флотогравитации.

Влияние различных параметров на результаты разделения приведены в таблицах 1 - 7.

Влияние расхода реагента собирателя на результаты разделения приведены в таблице 1. При этом расходы депрессора составляют 550 г/т, вспенивателя - 175 г/т.

Таблица 1 - Влияние расхода реагента собирателя на результаты разделения Расход реагентов, г/т Наименование продуктов Выход γ_i, % Зольность А,% Извлечение золы ε_i, % Собиратель 2100 Концентрат флотогравитации 60,8 7,6 14,8 Хвосты флотогравитации 39,2 68,3 85,2 Итого исходное питание: 100,0 31,4 100,0 Собиратель 2200 Концентрат флотогравитации 63,2 8,1 16,4 Хвосты флотогравитации 36,8 70,8 83,6 Итого исходное питание: 100,0 31,2 100,0 Собиратель 2500 Концентрат флотогравитации 65,8 8,2 17,3 Хвосты флотогравитации 34,2 75,5 82,7 Итого исходное питание: 100,0 31,2 100,0 Собиратель 2800 Концентрат флотогравитации 66,9 8,8 19,0 Хвосты флотогравитации 33,1 75,9 81,0 Итого исходное питание: 100,0 31,0 100,0 Собиратель 2900 Концентрат флотогравитации 70,2 10,2 24,5 Хвосты флотогравитации 29,8 74,2 75,5 Итого исходное питание: 100,0 29,3 100,0

Используемый реагент - собиратель обеспечивает лучшую селективность флотации, чем обычно использующиеся для флотации угля дизельное топливо. Расход собирателя меньше 2200 г/т не обеспечивает достаточного качества получаемого концентрата, расход реагента больше 2800 г/т не улучшает технические показатели.

Влияние расхода реагента депрессора на результаты разделения приведены в таблице 2. При этом расходы собирателя составляют 2500 г/т, вспенивателя - 175 г/т.

Таблица 2 - Влияние расхода реагента депрессора на результаты разделения Расход реагентов, г/т Наименование продуктов Выход γ_i, % Зольность А,% Извлечение золы ε_i, % Депрессор 430 Концентрат флотогравитации 69,7 11,7 27,9 Хвосты флотогравитации 30,3 69,5 72,1 Итого исходное питание: 100,0 29,2 100,0 Депрессор 450 Концентрат флотогравитации 66,2 9,3 20,4 Хвосты флотогравитации 33,8 71,1 79,6 Итого исходное питание: 100,0 30,2 100,0 Депрессор 550 Концентрат флотогравитации 65,4 8,2 17,7 Хвосты флотогравитации 34,6 71,9 82,3 Итого исходное питание: 100,0 30,3 100,0 Депрессор 650 Концентрат флотогравитации 64,9 8,1 17,4 Хвосты флотогравитации 35,1 71,2 82,6 Итого исходное питание: 100,0 30,3 100,0 Депрессор 670 Концентрат флотогравитации 61,4 7,9 15,0 Хвосты флотогравитации 38,6 71,2 85,0 Итого исходное питание: 100,0 32,3 100,0

Использование в качестве депрессора комбинированного реагента жидкое стекло - пирофосфат натрия повышает селективность процесса разделения.

Расход депрессора меньше 450 г/т снижает селективность процесса. Расход больше 650 г/т снижает извлечение органической части сырья в концентрат.

Влияние расхода реагента вспенивателя на результаты разделения приведены в таблице 3. При этом расходы собирателя составляют 2500 г/т, , вспенивателя - 175 г/т.

Таблица 3 - Влияние расхода реагента вспенивателя на результаты разделения Расход реагентов, г/т Наименование родуктов Выход γ_i, % Зольность А,% Извлечение золы ε_i, % Вспениватель 140 Концентрат флотогравитации 60,8 7,7 14,9 Хвосты флотогравитации 39,2 68,4 85,1 Итого исходное питание: 100,0 31,5 100,0 Вспениватель 150 Концентрат флотогравитации 62,2 7,9 15,5 Хвосты флотогравитации 37,8 70,8 84,5 Итого исходное питание: 100,0 31,7 100,0 Вспениватель 175 Концентрат флотогравитации 63,8 7,9 16,3 Хвосты флотогравитации 36,2 72,0 83,7 Итого исходное питание: 100,0 31,1 100,0 Вспениватель 175 Концентрат флотогравитации 64,8 8,1 17,2 Хвосты флотогравитации 35,2 71,8 82,8 Итого исходное питание: 100,0 30,5 100,0 Вспениватель 175 Концентрат флотогравитации 66,9 10,9 23,6 Хвосты флотогравитации 33,1 71,2 76,4 Итого исходное питание: 100,0 30,8 100,0

Использование в качестве вспенивателя - смеси реагентов неонола АФ 9-10 и берола 556 обеспечивает большую селективность процесса по сравнению с реагентами обычно используемые при флотации угля.

Расход вспенивателя меньше 150 г/т снижает извлечение органической части в концентрат. Расход больше 200 г/т снижает качество, получаемого концентрата.

Влияние времени кавитации на результаты разделения приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Влияние времени кавитации на результаты разделения

Время кавитации, мин. Наименование продуктов Выход γ_i, % Зольность А,% 1 Концентрат флотогравитации 61,8 8,7 Хвосты флотогравитации 38,2 68,8 Итого исходное питание: 100,0 31,6 2 Концентрат флотогравитации 63,2 8,4 Хвосты флотогравитации 36,8 70,8 Итого исходное питание: 100,0 31,4 3,5 Концентрат флотогравитации 65,9 7,1 Хвосты флотогравитации 34,1 76,7 Итого исходное питание: 100,0 30,9 5 Концентрат флотогравитации 65,8 7,1 Хвосты флотогравитации 34,2 76,8 Итого исходное питание: 100,0 31,0 6 Концентрат флотогравитации 66,0 7,2 Хвосты флотогравитации 34,0 76,5 Итого исходное питание: 100,0 30,8

Время кавитационной обработки меньше 2 минут не обеспечивает достаточную степень эмульгации. Время обработки больше 5 минут не увеличивает степень эмульгации.

Влияние частоты кавитации на результаты разделения приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Влияние частоты кавитации на результаты разделения

Частота кавитации, кГц Наименование продуктов Выход γ_i, % Зольность А,% Извлечение золы ε _i, % 18 Концентрат флотогравитации 60,8 9,8 18,2 Хвосты флотогравитации 39,2 68,1 81,8 Итого исходное питание: 100,0 32,6 100,0 20 Концентрат флотогравитации 62,9 8,5 17,0 Хвосты флотогравитации 37,1 70,6 83,0 Итого исходное питание: 100,0 31,5 100,0 21 Концентрат флотогравитации 65,8 7,1 15,1 Хвосты флотогравитации 34,2 76,8 84,9 Итого исходное питание: 100,0 31,0 100,0 22 Концентрат флотогравитации 65,7 7,2 15,3 Хвосты флотогравитации 34,3 76,7 84,7 Итого исходное питание: 100,0 31,1 100,0 23 Концентрат флотогравитации 66,3 8,4 18,0 Хвосты флотогравитации 33,7 75,8 82,0 Итого исходное питание: 100,0 31,1 100,0

Частоты ультразвуковой кавитации, выходящие за пределы 20 - 22 кГц ухудшают качество получаемой эмульсии.

Влияние соотношения компонентов реагента депрессора на результаты разделения приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Влияние соотношения компонентов реагента депрессора на результаты разделения Соотношение компонентов депрессора Наименование продуктов Выход γ_i, % Зольность А,% Извлечение золы ε _i, % 1,9:1 Концентрат флотогравитации 62,7 9,7 19,3 Хвосты флотогравитации 37,3 68,6 80,7 Итого исходное питание: 100,0 31,7 100,0 1:1 Концентрат флотогравитации 64,9 8,7 18,5 Хвосты флотогравитации 35,1 71,2 81,5 Итого исходное питание: 100,0 30,7 100,0 1:1,5 Концентрат флотогравитации 65,4 7,3 15,5 Хвосты флотогравитации 34,6 75,1 84,5 Итого исходное питание: 100,0 30,8 100,0 1:2 Концентрат флотогравитации 65,3 7,3 15,4 Хвосты флотогравитации 34,7 75,2 84,6 Итого исходное питание: 100,0 30,8 100,0 1:2,1 Концентрат флотогравитации 65,2 7,3 15,2 Хвосты флотогравитации 34,8 75,5 84,8 Итого исходное питание: 100,0 31,0 100,0

Соотношение реагентов, выходящее за пределы от 1:1 до 2:1 снижает извлечение органической части сырья в концентрат.

Влияние соотношения компонентов реагента вспенивателя на результаты разделения приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Влияние соотношения компонентов реагента вспенивателя на результаты разделения Соотношение компонентов вспенивателя Наименование продуктов Выход γ_i, % Зольность А,% Извлечение золы ε _i, % 1,4:1 Концентрат флотогравитации 63,4 8,7 18,0 Хвосты флотогравитации 36,6 68,8 82,0 Итого исходное питание: 100,0 30,7 100,0 1,5:1 Концентрат флотогравитации 63,8 7,9 16,4 Хвосты флотогравитации 36,2 70,9 83,6 Итого исходное питание: 100,0 30,7 100,0 1,25:1 Концентрат флотогравитации 63,9 7,8 16,1 Хвосты флотогравитации 36,1 72,0 83,9 Итого исходное питание: 100,0 31,0 100,0 1,5:1 Концентрат флотогравитации 64,1 7,9 16,5 Хвосты флотогравитации 35,9 71,8 83,5 Итого исходное питание: 100,0 30,8 100,0 1,6:1 Концентрат флотогравитации 65,4 8,9 19,3 Хвосты флотогравитации 34,6 70,3 80,7 Итого исходное питание: 100,0 30,1 100,0

Соотношение реагентов, выходящее за пределы от 1:1 до 1,5:1 снижает извлечение органической части сырья в концентрат.

Заявляемый способ позволяет повысить эффективность разделения сырья за счет увеличения разности в плотностях и флотируемости разделяемых компонентов сырья.

Предложенное изобретение относится к технологиям обогащения углей, или отходов углеобогащения и может использоваться в угольной, топливной и металлургической промышленности для получения высокосортного, высококалорийного, низкозольного угля. Способ обогащения угля включает дробление исходного угля, последующее грохочение с выделением крупных и мелких классов, крупные классы обогащают гравитационными процессами с получением концентратов, которые отправляют на дальнейшую переработку, и хвостов, которые отправляют в отвал и мелкие классы, которые смешивают с водой с получением водно-угольной пульпы, в которую вводят реагенты-собиратели, депрессоры и вспениватели, аэрацию пульпы и ее флотацию. В качестве реагента-собирателя используют комплексную эмульсию, состоящую из смеси изомерных соединений фракций С12 – С18, выделенных из тяжелой нефти, и керосина, которую приготавливают ультразвуковой кавитацией при частоте от 20 до 22 кГц в течение от 2 до 5 минут, при расходе собирателя от 2200 до 2800 г/т. В качестве депрессора используют жидкое стекло и пирофосфат натрия с соотношением от 1:1 до 2:1, при расходе от 450 до 650 г/т. В качестве вспенивателя используют смесь реагентов неонола АФ 9-10 с формулой C₉H₁₉C₆H₄O(C₂H₄O)_n и берола 556 в соотношении от 1:1 до 1,5:1 и расходом от 150 до 200 г/т. Флотацию проводят с одновременной гравитационной концентраций с получением угольного концентрата, который направляют на дальнейшую переработку и отвальных хвостов. Технический результат - повышение эффективности разделения материала. 7 табл., 1 пр.

Способ обогащения угля, включающий дробление исходного угля, последующее грохочение с выделением крупных и мелких классов, крупные классы обогащают гравитационными процессами с получением концентратов, которые отправляют на дальнейшую переработку, и хвостов, которые отправляют в отвал, и мелкие классы, которые смешивают с водой с получением водно-угольной пульпы, в которую вводят реагенты-собиратели, депрессоры и вспениватели, аэрацию пульпы и ее флотацию, отличающийся тем, что в качестве реагента-собирателя используют комплексную эмульсию, состоящую из смеси изомерных соединений фракций С12 – С18, выделенных из тяжелой нефти, и керосина, которую приготавливают ультразвуковой кавитацией при частоте от 20 до 22 кГц в течение от 2 до 5 минут, при расходе собирателя от 2200 до 2800 г/т, в качестве депрессора используют жидкое стекло и пирофосфат натрия с соотношением от 1:1 до 2:1, при расходе от 450 до 650 г/т, в качестве вспенивателя – смесь реагентов неонола АФ 9-10 с формулой C₉H₁₉C₆H₄O(C₂H₄O)_n и берола 556 в соотношении от 1:1 до 1,5:1 и расходом от 150 до 200 г/т, при этом флотацию проводят с одновременной гравитационной концентраций с получением угольного концентрата, который направляют на дальнейшую переработку, и отвальных хвостов.