Введение к работе
Актуальность темы. Федеральным законом "О государственном регулировании в области добычи и использования угля ..." от 20.06,1996г н соответствующими государственными научно-техническими программами Мнн-науки РФ перед углеперерабатывающими предприятиями выдвигаются задачи создания ресурсосберегающих, высокоэффективных и экологически чистых технологий переработки угольного сырья различного качества. Развитие углеобогащения является одним из наиболее приоритетных паправлешга реструктуризации производственного потенциала отрасли.
Наблюдаемое в последнее время ухудшение сырьевой базы УОФ, связанное с ростом объёма переработки труднообогатимых, высокозольных, вьісокосерішстьк и низкометаморфнзованных углей и высоким содержанием в них тонких классов при одновременном повышении требований к качеству угольной продукции, вызывает необходимость непрерывного совершенство-вашга и интенсификации флотационного обогащения углей, особенно низкой стадии метаморфизма. Это связано с тем, что в угольных шихтах, поступающих на коксование всё более возрастает доля газовых углей, большинство которых имеют низкую природную флотируемость.
В связи с вышеизложенным задача создания технологий флотационного обогащения углей, обеспечивающих максимальное извлечение горючей массы в концентрат при одновременном удалении наиболее токсичных, в частности, серосодержащих соединений с отходаші флотации является весьма агауальной. Одним из рациональных и экономичных способов решения этой задачи является разработка высокоэффективных реагентов и оптимальных реагентных режимов флотации углей.
Цепь работы. Совершенствование технологического режима флотации газовых углей за счёт повышения эффективности и селективности действия реагентов на основе изучения физико-химических свойств поверхности кузнецких и донецких углей и механизма закрепления на ней органических со-единешш различного молекулярного состава и строения.
Основные задачи исследования:
изыскание эффективно действующих реагентов для флотации углей низкой стадии метаморфизма на основе комплексного исследования состава и физико-химических свойств поверхности газовых углей и технических продуктов, содержащих органические соединения различного молекулярного состава и строения;
повышение селективности процесса флотационного извлечения ценного компонента в концентрат из угольного сырья различного качества и максимального удаления минеральной серы с отходами флотащш;
- обоснование механизма закрепления органических соединений различного состава и строения на поверхности угольных частиц с целью обеспечения избирательности действия реагентов, повышения извлечения горючей массы в концентрат и удаления шгрнтных включений с отходами флотации.
Объект и методы исследования. Объектами исследования выбраны угли низкой стадии метаморфизма, преимущественно газовые, Кузнецкого и Донецкого бассейнов. Для расширения области применения получаемых закономерностей проведён ряд параллельных исследоваїшй для углей средней стадии метаморфизма названных бассейнов.
В работе использован комплекс физігческих, химических и физико-химических методов исследования, позволяющих с достаточной полнотой раскрыть механизм взаимодействия молекул реагентов с поверхностью угольных частиц, а именно: метод инфракрасной спектроскопии; метод просвечивающей электронной микроскопии; газожидкостной хроматографии; методы определения изменений энергии Гиббса для построения изотерм адсорбции реагентов на угольной поверхности; оценки сорбционной ёмкости углей; определения иенообразующей способности и поверхностного натяжения; метод определения потенциала протекания (усовершенствованный автором применительно к угольным дисперсиям) и потенциометрические методы, флотация, химические методы для изучения количества и состава органической и минеральной части угля и продуктов флотации, петрографические методы исследования макролитотипов углей и вмещающих минералов, методы математігческой статистики и теории вероятности.
Научные положения, представленные к защите:
механизм действия органических соединений, входящих в состав гетерополярного флотационного реагента ФОАС при флотации углей низкой стадии метаморфизма;
механизм действия производных бензолсульфокислоты, входящих в состав реагента ФОАС, на пирит при флотации углей;
технологический режим флотации углей низкой стадии метаморфизма с применением в качестве флотореагента нового технического продукта ФОАС, обес-печівзающин повышение качестаешіо-кодачественньгх показателей процесса.
Научная новизна:
установлены особенности состава и строения углей низкой стадии метаморфизма, обусловливающие химическую и энергетическую неоднородность их поверхности и определяющие характер взаимодействия угольных частиц с флотационными реагентами;
разработана'методика тестирования природных углей по параметрам: сорбционная ёмкость, структурный тип и степень координационой ненасыщенности;
Ш показано, что наиболее флотоактивными соединениями по отношению к углям низкой стадии метаморфизма являются сложные эфиры ароматических кислот с длиной углеводородных радикалов СГС8;
И" установлено, что введением в состав флотационных пульп ионоген-ных присадок (модификаторов) из числа прошводных бензолсульфокислоты можно регулировать процесс подавления пирита при флотации углей;
И предложен способ повышения эффективности процесса флотации низкометаморфизовалных углей, основанный на использовании. фракции оборотных алифатических спиртов производства пластификаторов в качестве флотационного реагента (патент РФ № 2019300).
Практическая значимость работы заключается в том, что па основании теоретических и экспериментальных исследований разработан новый флотационный реагент комплексного действия, применение которого позволит:
значительно улучшить качество угольного концентрата и повысить технико-экономические показатели флотационного процесса;
улучшить экологическую обстановку промышленной зоны металлургических предприятий за счёт сокращения выбросов серосодержащих продуктов при термической переработке угольной шихты;
обеспечить применение не использованного до настоящего времени побочного продукта производства пластификаторов.
Реализация рекомендаций: результаты исследований опробованы на ЦОФ "Восточная" Карагандинского металлурпіческого комбината, на "Башкирском медно-серном комбинате", на УОФ Магнитогорского металлургического комбішата Промышленные испьггагаїя нового peareirra на УОФ ММК показали, что годовая экономическая эффективность от применения ФОАС при флотации углей, достигаемая при полной замене традиционно применяемых реагентов (тракторного керосина и Т-80) составит в среднем 1,3 млн.руб.
Апробация работы и публикации: Основные положения и результаты работы отражены в 11 публикациях и доложены на научно-технических конференциях Магнитогорского горно-металлургического института (1991-1993 гг.), Международном совещании "Экологические проблемы в области обогащения минерального сырья^ (Плаксинские чтения), Апатиты, 1994; Межгосударственных научно- технических конференциях "Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона" и "Развитие сырьевой базы промышленных предприяпш Урала", Магнитогорск: 1994 и 1995; Межгосударственной научно-техішческой конференции "Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века", Магнитогорск, 1996; Международной научно-технической конференции "Эхологические проблемы промышленных зон Урала", Мапштогорск:, 1997; Международной науч-
но-пракгаческой конференции "Технологические и экологические аспекты комплексной переработки минерального сырья", Иркутск, 1998.
Структура и объём работы: Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, приложения, библиографического списка из137 наименований и содержит 160 с. машинописного текста, 80 рисунков, 35 таблиц.
Работа выполнена в межвузовской лаборатории физико-химических методов исследований Магнитогорского государственного технического им. Г.И. Носова. Исследования, представленные в диссертации, выполнялись в рамках госбюджетных и хоздоговорных НИР в соответствии с государственной научно-технической программой Миннауки РФ «Новые материалы».