Федосєєва - З
О.А. МОРОЗІВ,канд. техн. наук
(Україна, Луганськ, ДП «Укрнівуглезбагачення»)
ВПЛИВ ПОВЕРХНІЙ АКТИВНОСТІ І ПІНОУТВОРЮВАЛЬНОЇ ЗДАТНОСТІ ГЕТЕРОПОЛЯРНИХ РЕАГЕНТІВ НА ЇХ ФЛОТАЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ
Проблема та її зв'язок з науковими та практичними завданнями.Результати флотації багато в чому залежать від реагентного режиму, тобто. від правильного підбору поєднання реагентів, їх витрати та місця подачі у процес. Для вивчення механізму взаємодії флотаційних реагентів з поверхнею вугільних частинок важливо знати не лише сумарний флотаційний ефект, але й причини, що його зумовлюють, до яких відносяться піноутворювальна та збірна здатність реагентів. Пошук нових реагентів для ведення флотації вугілля різного ступеня метаморфізму, що мають різні властивості поверхні, вибір правильного поєднання речовин, як правило, складного хімічного складу є актуальним завданням.
Аналіз досліджень та публікацій.Аналіз численних досліджень показав [1. 7], що найбільш перспективними спінювачами слід вважати гетерополярні неіоногенні сполуки, що містять полярні кисневмісні групи: гідроксильну, карбонільну, ефірну та кетогрупу. Зазначені групи з'єднань слабо закріплюються на межі розділу твердо-рідина, що сприятливо впливає на селективність флотації. При цьому наявність таких речовин на поверхні розділу фаз і в складі аполярних реагентів-збирачів сприятливо позначається на їх адсорбції та гідрофобізуючу дію. Отже, необхідно вибирати реагенти-спінювачі, які відповідають цим вимогам.
Постановка задачі.Метою даної роботи є визначення впливу поверхневої активності та піноутворюючої здатностігетерополярних реагентів з їхньої флотаційні властивості.
Викладення матеріалу та результати.Дослідження поверхневої активності та піноутворюючої здатності гетерополярних реагентів спрямоване, головним чином, на вирішення задачі про встановлення зв'язку між фізико-хімічними характеристиками реагентів спінювачів та їх флотаційною активністю, що дозволить визначити нові та уточнити існуючі критерії їхньої флотаційної активності. Для дослідження прийняті кисневмісні гетерополярні сполуки, що охоплюють практично всі класи неіоногенних сполук. У табл. 1 представлено характеристику реагентів, прийнятих до дослідження.
У цій роботі піноутворююча здатність спінювачів вивчалася як на двофазних (газ-рідина), так і на трифазних (газ-рідина-тверде) пінах. При дослідженні двофазних пін піноутворювальна здатність реагентів оцінювалась за кількістю рідкої фази, винесеної повітряними бульбашками в пінний шар [8].
Формула чи склад
Щільність кг/м 3
Межі википання, 0 С
Побічний продукт виробництва полігліцидолу
Суміш полігліцидолу та моноалілового ефіру гліцерину
Суміш циклогексанолу, дициклогексанолу, циклогексанону, циклогексилових ефірів дикарбонових кислот та висококиплячих смол
Суміш нормального амілового спирту та вуглеводнів
Суміш одно- та двоатомних спиртів діоксанового та піранового рядів
ОПСБ (окис пропілену спирт бутиловий)
Суміш монобутилових ефірів поліпропіленгліколей
Реагент ВС-1 (спирт теломеризації)
Побічний продукт виробництва олійного альдегіду
Суміш альдегідів та ацеталів лінійного та ізобудування С12–С15
Суміш первинних спиртів аліфатичного та етиленового ряду та альдегідів.ізобудування
Суміш 2-етилгексанолу та інших октилових спиртів, альдегідів, ацеталів, ефірів та невеликої кількості ненасичених вуглеводнів
Визначення виконувалося в такий спосіб. Досліджуваний реагент протягом 1 хвилини перемішувався з водою в камері лабораторної флотаційної машини об'ємом 0,5 л. Потім в машину подавалося повітря протягом 30 сек. проводився знімання пінного продукту. Оцінка отриманих результатів проводилася у відносних одиницях порівняно з еталонним реагентом, в якості якого обрано МІБК відповідно до ISO 8858-1 «Вугілля кам'яне-Випробування пінної флотації, що вводиться в дію в Україні. Частина 1". Концентрація реагентів становила 50 мг/л, що близько значення їх у виробничих флотаційних пульпах.
Піноутворююча здатність трифазних пін оцінювалася за кількістю пінного шару, що утворюється, у флотоконцентраті (об'ємні %). Твердою фазою служили шлами газового вугілля та антрациту близького гранулометричного складу.
Порівнюючи піноутворювальну здатність реагентів у двофазних пінах (табл. 2 – Піноутворююча здатність та поверхнева активність водних розчинів гетерополярних реагентів), можна відзначити низьке її значення у багатоатомних спиртів (побічний продукт виробництва полігліцидолу) та первинних одноатомних спиртів (СФК). Несиметричні ацеталі (синтанол БВ) та прості олігоефіри (лапрол 1601) відрізняються найбільш високою піноутворювальною здатністю. Реагент оксаль Т-66 і обраний як зразок МІБК, мають близьку піноутворювальну здатність.
Коефіцієнт поверхневої активності, Ка*10 3 (Дж*м/кг)
Трифазні піни, % про.
Тверда фаза – газове вугілля
Тверда фаза – антрацити
Побічний продукт виробництва полігліцидолу
Побічний продуктвиробництва олійного альдегіду
Слід зазначити, що метод дослідження двофазних пін у порівнянні з трифазними відрізняється вищою чутливістю. Межі зміни піноутворюючої здатності реагентів для двофазних пін - 8 ... 583 відн. од., а трифазних – 11…37% про. Зіставляючи піноутворювальну здатність реагентів на трифазних пінах, необхідно підкреслити, що природа і дисперсність твердої фази істотно впливають на обсяг пінного продукту. При використанні в якості твердої фази антрацитових шламів порівняно зі шламами газового вугілля обсяг пінного продукту в більшості випадків в 1,5...2,0 рази більше.
Поверхнева активність досліджених реагентів оцінювалася коефіцієнтом поверхневої активності (Ка), що характеризує здатність реагентів знижувати поверхневе натяг їх водних розчинів при зміні концентрації. Поверхневе натяг водних розчинів флотаційних реагентів визначалося методом максимального тиску у бульбашці [9].
Результати дослідження поверхневої активності різних технічних продуктів представлені на рис. 1. Виходячи з лінійної залежності зниження поверхневого натягу від концентрації спінювача в області низьких значень останньої, розраховані коефіцієнти поверхневої активності (табл. 2).
Мал. 1. Залежність поверхневого натягу від концентрації водяних розчинів гетерополярних реагентів (t=25 0 С)
З наведених даних видно, що в ряді досліджених класів технічних продуктів найбільшу поверхневу активність мають представники одноатомних вторинних аліфатичних спиртів (КОБС, КЕТГОЛ, ВС-1), несиметричних ацеталей і альдегідів (побічний продукт виробництва масляного альдегіду), а найменшіаліфатичні спирти (побічний продукт виробництва полігліцидолу) та циклічні спирти (олія ПІД). Це дозволяє дійти невтішного висновку у тому, що поверхнева активність гетерополярних реагентів залежить лише від кількості функціональних груп та його будови, а й від будови вуглеводневого радикала. Так, наприклад, аліфатичні та циклічні спирти, маючи одну й ту саму полярну групу, суттєво відрізняються за значенням поверхневої активності. Результати досліджень, наведені у табл. 2 і на рис.1 дозволяють класифікувати досліджені технічні продукти, виходячи зі значень коефіцієнта поверхневої активності (Ка), на 2 групи:
1 – поверхнево-активні реагенти;
11 – поверхнево-малоактивні реагенти
На рис. 2 схематично представлені ізотерми поверхневого натягу для обох груп технічних продуктів області низьких значень концентрацій їх водних розчинів.
Запропонована класифікація може бути керівництвом під час виборів реагентів для флотації вугілля.
Мал. 2. Залежність поверхневого натягу від концентрації водних розчинів для поверхнево-активних (І) та поверхнево-малоактивних (II) реагентів.
Оцінка флотаційної активності досліджуваних продуктів проводилася безпосередньо при флотації зазначених шламів газового вугілля та антрацитів у порівнянних умовах. Як збирач в обох випадках застосовувався аполярний реагент легкий газойль каталітичного крекінгу, як аналог використовуваного раніше найбільш ефективного збирача ААР-2.
Результати дослідження флотаційної активності досліджуваних спінювачів реагентів наведені в табл. 3.
Вилучення паливної маси концентрат, %
Коефіцієнт ефективності за Циперовичем
Шлам газового вугілля
Побічний продуктвиробництва олійного альдегіду
Побічний продукт виробництва полігліцидолу
Побічний продукт виробництва олійного альдегіду
З представлених у табл. 2 і 3 даних видно, що найбільшу флотаційну активність, яка є найбільш надійним показником ефективності реагенту, мають такі реагенти: побічний продукт виробництва масляного альдегіду, КЕТГОЛ, реагент ВС-1, КОБС. Особливістю перерахованих реагентів є висока поверхнева активність та помірна піноутворювальна здатність. Практично всі досліджені продукти, що мають більш високі в порівнянні з оксаль Т-66 значення флотаційної активності (№ 6 ... 8, 12 ... 15), відрізняються і більш високим значенням поверхневої активності, а піноутворювальна здатність їх не перевищує її значення у Т-66 прийнятого за зразок МІБК.
Реагенти-спінювачі, що мають одночасно відносно високі значення та поверхневої активності та піноутворюючої здатності (Синтанол БВ і Лапрол 1601) виявляють низьку флотаційну активність. Ці реагенти мають високу спінювальну здатність, т.к. обсяг двофазної піни порівняно з іншими дослідженими речовинами більший у 2-20 разів, а трифазний – лише на 30-40%. Порівняно з еталоном МІБК обсяг двофазної піни вищий у 5,8 раза, а поверхнева активність – у 1,7 раза. Зазначені реагенти, мабуть, недостатньо адсорбуються на поверхні вугілля, чим і пояснюється їхня низька флотаційна активність. При цьому поверхнева активність цих реагентів у 3,3-3,9 рази нижча, ніж у реагенту КОБС.
З точки зору фізико-хімічних властивостей найбільш ефективні реагенти спінювачі повинні мати досить високу поверхневу активність (не менше 0,005 Дж*м/кг) і оптимальну піноутворювальну здатність. Отримані результатиперебувають у згоді з літературними даними. Авторами роботи [1] зазначалося, що у ряді випадків відсутня однозначна пряма залежність між піноутворюючими та флотаційними властивостями сполук.
Висновки та напрями подальших досліджень.Таким чином, результати досліджень широкого асортименту кисневмісних гетерополярних реагентів, що належать до різних класів сполук, показали, що їх флотаційна активність істотно залежить як від складу полярної групи, так і від будови вуглеводневого радикалу. Реагенти, що відносяться до різних класів сполук, можуть мати близьку флотоактивність і навпаки, маючи одну і ту ж функціональну групу, показувати різну флотоактивність. Високу флотоактивність виявляють реагенти з винаходом радикала і ненасичені вуглеводні, що містять. Найбільш перспективними слід вважати спінювачі, що містять у своєму складі вторинні одноатомні спирти, прості моноефіри або їх поєднання.
Слід підкреслити, що ефективність застосування зазначених класів спінювачів залежить від властивостей поверхні твердої фази, що флотується. При флотації антрацитових шламів більш високу флотоактивність виявляють спінювачі, що містять вторинні одноатомні спирти. У разі флотації малометаморфізованого газового вугілля високу флотаційну активність забезпечує застосування ефіровмісних спінювачів.
Фізико-хімічні властивості найбільш ефективних реагентів зазначених класів повинні забезпечувати поверхневу активність не менше 0,005 Дж * м / кг і помірну піноутворювальну здатність: по відношенню до газового вугілля не більше 20% відн., По відношенню до антрацитів не більше 30% відн.
Подальші дослідження можуть бути спрямовані на підбір поєднань реагентів та способів їх подання з урахуваннямспецифічних властивостей не тільки реагентів, а й твердої фази, що флотується, особливо для такого складного об'єкта як окислені вугільні шлами.
1. Н.С. Власова, В.І. Классен, І.М. Плаксин. Дослідження дії реагентів при флотації кам'яного вугілля. - М.: Вид-во АН СРСР, 1962, с. 81.
2. Глембоцький В.А., Классен В.І. Флотаційні способи збагачення – М.: Надра, 1981. – 304 з.
3. Гарковенко Є.Є., Назимко Є.І., Самойлов А.І., Папушин Ю.Л. Особливості флотації та зневоднення тонкодисперсних вуглесодержащих матеріалів. - Донецьк: НОРД-ПРЕС, 2002. - 266 с.
4. В.О. Смирнов, В.С. Білецький. Флотаційні методи збагачення корисних копалин. - Донецьк: Східний видавничий дім, 2010. 492 с.
5. Саранчук В.І., Аровін І.А., Галушко Л.Я. Флотування вугілля реагентами з продуктів коксохімії. – Донецьк: Східний видавничий дім, Кальміус. - 2006. - 192 с.
6. Пілов П.І., Анісімов Н.Т. Флотаційний процес, перспективи розвитку технології та техніки у вугільній промисловості // Збагачення корисних копалин. Дніпропетровськ. - 2003. - Вип. 18(59). - С. 93-95.
7. Васько І.П., Морозов О.А. Ефективний реагент-спінювач для флотації вугілля // Кокс та хімія. - 1991. - № 2. - С. 8-10.
8. Madigan D.C. Notes о the testing of Flotation frothers, AMDEZ Bull, 1972 № 13, р.н. 41-50.
9. Практикум з колоїдної хімії: Навч. Посібник для хім.-технол. спец. вузів / Баранова В.І., Бібік Є.Є., Кожевнікова Н.М. та ін.; за ред. Лаврова І.С. - М.: Вищ. шк., 1983 - 216 с.