СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ Российский патент 2025 года по МПК B03B7/00 B03D1/02 

Изобретение относится к технологиям обогащения углей, в частности мелких угольных шламов, 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, сравнительно высокой зольности получаемых концентров из-за плохой флотируемости мелких частиц.

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, сравнительно высокой зольности получаемых концентров из-за плохой флотируемости мелких частиц.

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, сравнительно высокой зольности получаемых концентров из-за плохой флотируемости мелких частиц.

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, сравнительно высокой зольности получаемых концентров из-за плохой флотируемости мелких частиц.

Известен способ обогащения угля (патент РФ № 2812378, опубликован 30.01.2024), принятый за прототип, 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, аэрации пульпы и ее флотации, отличающиеся тем, что в качестве реагента собирателя используют комплексную эмульсию, состоящую из смеси изомерных соединений фракций С12 - С18, выделенных из тяжелой нефти, и керосина, приготовленную 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 (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, при этим флотацию проводят с одновременной гравитационной концентраций с получением угольного концентрата, направляемого на дальнейшую переработку и отвальных хвостов.

Основные недостатки способа в относительно невысокой эффективности разделения особенно самых мелких частиц из-за их плохой флотируемости, сравнительно сложном реагентном режиме, сравнительно низкой удельной производительности.

Техническим результатом является повышение эффективности разделения материала, упрощение реагентного режима.

Технический результат достигается тем, что аэрацию проводят путем подачи пульпу под давлением, в качестве собирателя и вспенивателя используют комплексную эмульсию, которую получают из веретенного масла эмульгированого в неоноле АФ 9-10 путем ультразвуковой кавитации при частоте от 18 до 24 кГц в течении от 4 до 6 минут, при расходе веретенного масла от 1,5 до 3 кг/т, а неонола от 150 до 250 г/т, в качестве депрессора используют пирофосфат натрия при его расходе от 150 до 300 г/т.

Способ осуществляется следующим образом. Мокрую угольную пульпу смешивают с флотационными реагентами собирателями, депрессами и вспенивателями в контактном чане. В качестве собирателя и вспенивателя используют комплексную эмульсию, полученную из веретенного масла эмульгированого в неоноле АФ 9-10 путем ультразвуковой кавитации при частоте от 18 до 24 кГц в течении от 4 до 6 минут. Эмульсию комплексного реагента вводят в угольную пульпу в виде струи под давлением, что обеспечивает аэрацию пульпы и ее смешение с реагентами. Расход веретенного масла составляет от 1,5 до 3 кг/т, а неонола от 150 до 250 г/т. В качестве депрессора используют пирофосфат натрия при его расходе от 150 до 300 г/т. После перемешивания получается пульпа, органическая часть которой образует с флотационными реагентами агломераты оптимальные по крупности для флотации. Затем обработанную реагентами пульпу подвергают флотации одновременно с гравитационной концентрацией в свободнодвижущемся центробежном поле. Это достигается путем тангенциальной подачи пульпы в коническую чашу в виде струи под давлением, что обеспечивает аэрацию пульпы. На агломератах закрепляются пузырьки воздуха. Агрегат агломерат - воздух разгружают частично переливом через борта чаши, частично через разгрузочные отверстия в верхней части чаши. Разгруженный продукт является угольным концентратом, который поступает на дальнейшую переработку. Неорганическая часть, которая содержит кварц или кальцит и на которой не закрепились пузырьки воздуха, разгружают через разгрузочное отверстие в нижней части чаши - отвальные хвосты.

Способ поясняется следующими примерами. Обогащению подвергались угольные шламы длиннопламенного угля марки «Д» крупностью - 0,2 мм. Кузнецкого угольного бассейна около с зольностью около 25 %.

Влияние различных параметров на результаты разделения приведены в таблицах 1 - 5.

Влияние расхода расходе веретенного масла на результаты разделения приведены в таблице 1. При этом расходы неонола составляли 200 г/т, пирофосфата - 220 г/т.

Таблица 1 - Влияние расхода веретенного масла на результаты разделения

№ опыта Расход веретенного масла, кг/т Наименование продуктов Выход γ_i, % Зольность А,% Извлечение золы ε_i, % 1 1,4 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 2 1,5 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 3 2,2 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 4 3,0 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 5 3,1 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

Расход веретенного масла меньше 1,5 кг/т не обеспечивает достаточного полного извлечения органической части угля в концентрат, расход больше 3,0 кг/т ведет к заметному увеличению зольности концентрата.

Влияние расхода реагента неонола на результаты разделения приведены в таблице 2. При этом расходы веретенного масла составляют 2,2 кг/т, пирофосфата -220 г/т.

Таблица 2 - Влияние расхода реагента неонола на результаты разделения

№ опыта Расход неонола, г/т Наименование продуктов Выход γ_i, % Зольность А,% Извлечение золы ε_i, % 1 140 Концентрат флотогравитации 67,8 7,6 20,4 Хвосты флотогравитации 32,2 62,4 79,6 Итого исходное питание: 100,0 25,2 100,0 2 150 Концентрат флотогравитации 67,9 7,8 20,7 Хвосты флотогравитации 32,1 63,1 79,3 Итого исходное питание: 100,0 25,6 100,0 3 200 Концентрат флотогравитации 68,8 7,9 21,4 Хвосты флотогравитации 31,2 64,3 78,6 Итого исходное питание: 100,0 25,5 100,0 4 250 Концентрат флотогравитации 68,9 8,0 21,3 Хвосты флотогравитации 31,1 65,3 78,7 Итого исходное питание: 100,0 25,8 100,0 5 260 Концентрат флотогравитации 70,9 8,8 24,6 Хвосты флотогравитации 29,1 65,8 75,4 Итого исходное питание: 100,0 25,4 100,0

Расход неонола меньше 150 г/т не обеспечивает достаточного полного извлечения органической части угля в концентрат, расход больше 250 г/т ведет к увеличению зольности концентрата.

Влияние расхода пирофосфата на результаты разделения приведены в таблице 3. При этом расходы веретенного масла составляли 2,2 кг/т, неонола - 200 г/т.

Таблица 3 - Влияние расхода пирофосфата на результаты разделения

№ опыта Расход пирофосфата, г/т Наименование продуктов Выход γ_i, % Зольность А,% Извлечение золы ε_i, % 1 135 Концентрат флотогравитации 76,8 11,7 35,8 Хвосты флотогравитации 23,2 69,5 64,2 Итого исходное питание: 100,0 25,1 100,0 2 150 Концентрат флотогравитации 73,8 9,2 27,0 Хвосты флотогравитации 26,2 70,2 73,0 Итого исходное питание: 100,0 25,2 100,0 3 220 Концентрат флотогравитации 71,3 6,7 18,9 Хвосты флотогравитации 28,7 71,3 81,1 Итого исходное питание: 100,0 25,2 100,0 4 300 Концентрат флотогравитации 69,9 6,1 16,6 Хвосты флотогравитации 30,1 71,3 83,4 Итого исходное питание: 100,0 25,7 100,0 5 320 Концентрат флотогравитации 68,2 4,3 11,5 Хвосты флотогравитации 31,8 71,2 88,5 Итого исходное питание: 100,0 25,6 100,0

Расход пирофосфата меньше 150 г/т увеличивает зольность концентрата. Расход больше 300 г/т снижает извлечение органической части сырья в концентрат.

Влияние времени кавитации на результаты разделения приведены в таблице 4. При этом расходы веретенного масла составляют 2,2 кг/т, неонола - 200 г/т, пирофосфата -220 г/т.

Таблица 4 - Влияние времени кавитации на результаты разделения

№ опыта Время кавитации, мин. Наименование продуктов Выход γ_i, % Зольность А,% Извлечение золы ε_i, % 1 3 Концентрат флотогравитации 71,4 8,3 23,3 Хвосты флотогравитации 28,6 68,2 76,7 Итого исходное питание: 100,0 25,4 100,0 2 4 Концентрат флотогравитации 71,8 7,6 21,5 Хвосты флотогравитации 28,2 70,8 78,5 Итого исходное питание: 100,0 25,4 100,0 3 5 Концентрат флотогравитации 72,8 6,2 17,8 Хвосты флотогравитации 27,2 76,7 82,2 Итого исходное питание: 100,0 25,4 100,0 4 6 Концентрат флотогравитации 72,9 6,1 17,6 Хвосты флотогравитации 27,1 76,8 82,4 Итого исходное питание: 100,0 25,3 100,0 5 7 Концентрат флотогравитации 72,9 6,0 17,3 Хвосты флотогравитации 27,1 76,9 82,7 Итого исходное питание: 100,0 30,8 100,0

Время кавитационной обработки меньше 4 минут не обеспечивает достаточную степень эмульгации, что ведет к снижению извлечения органической части в концентрат. Время обработки больше 6 минут не увеличивает степень эмульгации.

Влияние частоты кавитации на результаты разделения приведены в таблице 5. Расходы веретенного масла составляют 2,2 кг/т, неонола - 200 г/т, пирофосфата -220 г/т, время кавитационной обработки - 5 мин.

Таблица 5 - Влияние частоты кавитации на результаты разделения

№ опыта Частота кавитации, кГц Наименование продуктов Выход γ_i, % Зольность А,% Извлечение золы ε _i, % 1 16 Концентрат флотогравитации 71,9 9,1 25,5 Хвосты флотогравитации 28,1 68,1 74,5 Итого исходное питание: 100,0 25,7 100,0 2 18 Концентрат флотогравитации 71,5 7,7 21,5 Хвосты флотогравитации 28,5 70,6 78,5 Итого исходное питание: 100,0 25,6 100,0 3 21 Концентрат флотогравитации 72,3 6,2 17,7 Хвосты флотогравитации 27,7 75,3 82,3 Итого исходное питание: 100,0 25,3 100,0 4 24 Концентрат флотогравитации 73,1 6,2 18,0 Хвосты флотогравитации 26,9 76,6 82,0 Итого исходное питание: 100,0 25,1 100,0 5 26 Концентрат флотогравитации 73,2 6,8 19,7 Хвосты флотогравитации 26,8 75,6 80,3 Итого исходное питание: 100,0 25,2 100,0

Частоты ультразвуковой кавитации, выходящие за пределы от 18 до 24 кГц ухудшают качество получаемой эмульсии, что снижает эффективность разделения.

Заявляемый способ позволяет повысить эффективность разделения мелких шламов сырья за счет увеличения разности в плотностях разделяемых компонентов и повышения флотируемости разделяемых образующихся в результате обработки комплексным реагентом агломератов уголь-эмульсия.

Предложенное изобретение относится к технологиям обогащения углей, в частности мелких угольных шламов, и может использоваться в угольной, топливной и металлургической промышленности для получения высокосортного, высококалорийного, низкозольного угля. Способ обогащения угольных шламов включает смешение шламов с флотационными реагентами собирателями, депрессорами и вспенивателями, в виде комплексной эмульсии на основе неонола АФ 9-10, приготовленной путем ультразвуковой кавитации, и депрессора пирофосфата натрия, аэрации пульпы и ее флотации, проводимой с одновременной гравитационной концентрацией в свободнодвижущемся центробежном поле с получением угольного концентрата, направляемого на дальнейшую переработку, и отвальных хвостов. Аэрацию проводят путем подачи пульпы под давлением. В качестве собирателя и вспенивателя используют комплексную эмульсию, которую получают из веретённого масла эмульгированого в неоноле АФ 9-10 путем ультразвуковой кавитации при частоте от 18 до 24 кГц в течение от 4 до 6 минут, при расходе веретённого масла от 1,5 до 3 кг/т, а неонола от 150 до 250 г/т. В качестве депрессора используют пирофосфат натрия при его расходе от 150 до 300 г/т. Технический результат - повышение эффективности разделения материала. 5 табл.

Способ обогащения угольных шламов, включающий смешение шламов с флотационными реагентами собирателями, депрессорами и вспенивателями в виде комплексной эмульсии на основе неонола АФ 9-10, приготовленной путем ультразвуковой кавитации, и депрессора пирофосфата натрия, аэрации пульпы и ее флотации, проводимой с одновременной гравитационной концентрацией в свободнодвижущемся центробежном поле с получением угольного концентрата, направляемого на дальнейшую переработку, и отвальных хвостов, отличающийся тем, что аэрацию проводят путем подачи пульпы под давлением, в качестве собирателя и вспенивателя используют комплексную эмульсию, которую получают из веретённого масла эмульгированого в неоноле АФ 9-10 путем ультразвуковой кавитации при частоте от 18 до 24 кГц в течение от 4 до 6 минут, при расходе веретённого масла от 1,5 до 3 кг/т, а неонола АФ 9-10 от 150 до 250 г/т, в качестве депрессора используют пирофосфат натрия при его расходе от 150 до 300 г/т.