Утвержденная правительством РФ «Долгосрочная программа развития угольной отрасли на период до 2030 г». предусматривает увеличение объемов добычи угля. Однако, интенсификация процессов подземной выемки существенно ухудшила качество рядового угля: уменьшилась теплота сгорания, увеличилась зольность, влажность и содержание серы в углях. Помимо этого, дефицит углей высокой коксуемости привел к увеличению объемов добычи труднообогатимых углей, запасы которых составляют практически половину мировых запасов угля. В связи с этим развитие процесса обогащения углей представляется как основное направления развития производственного потенциала угольных бассейнов.
Среди наиболее прогрессивных технологий обогащения следует отметить гравитационные методы и флотацию. В мировой практике на сегодняшний день единственным эффективным способом обогащения тонких шламов остается флотация. Совершенствование технико-экономических показателей флотации углей во многом определяется применяемым реагентным режимом.
В последние годы в связи с вовлечением в переработку труднообогатимых руд, а также из-за ужесточения требований к полноте использования минерального сырья, возникла необходимость пересмотра применяемых во флотационной технологии реагентных режимов. Многочисленные исследования флотации труднообогатимых углей в основном связаны с улучшением эффективности и селективности этого процесса благодаря использованию новых реагентных режимов.
Одним из определяющих факторов, обеспечивающих полноту извлечения органической массы угля при пенной флотации и себестоимость концентрата, является состав флотореагента (собиратель и вспениватель), а также их доступность на рынке и приемлемая стоимость.
Для получения концентратов, удовлетворяющих высоким требованиям коксохимической промышленности, при флотации труднообогатимой высокозольной угольной мелочи обычными флотореагентами, необходимо увеличивать расходы реагентов, или, в некоторых случаях, заменять их более эффективными [1].
В настоящее время на углеобогатительных фабриках страны в качестве реагентов-собирателей применяются, в основном, дешевые технические продукты или отходы нефтехимической промышленности, которые обладают низкой флотационной активностью и требуют значительного расхода для достижения удовлетворительных показателей обогащения. Совершенствование реагентных режимов флотации возможно, в частности, на основе использования высокоактивных собирателей, а также дополнительных реагентов — модификаторов угольной поверхности, которые позволяют интенсифицировать процесс флотации, причем не только за счет повышения извлечения ценного компонента в концентрат, но и благодаря сокращению времени флотации. В качестве модификаторов в настоящее время в процесс флотации вовлекаются новые, более эффективные, дешевые и селективно-действующие химические соединения гетерополярного строения.
Целесообразность использования гетерополярных реагентов обусловлена, в первую очередь, строением органической массы угля. С точки зрения современных представлений ископаемый уголь следует рассматривать как гетерогенный адсорбент — только в органической массе угля насчитывается до 14 отдельных микрокомпонентов, различающихся по происхождению, составу и свойствам. Между ними существует множество переходных форм, еще более усиливающих петрографическую мозаичность поверхности угля. Наличие разнообразных примесей, неупорядоченность атомов углерода, валентная ненасыщенность некоторых атомов углерода и кислорода, присутствие кислородсодержащих групп и свободных радикалов на поверхности угля сообщает ей энергетическую неоднородность [2]. Данное обстоятельство создает предпосылки для применения как аполярных, так и гетерополярных реагентов.
Наличие гетерополярного реагента приводит к иному механизму закрепления аполярного реагента на окисленных и минерализованных поверхностях угольных частиц. В начале с поверхностью взаимодействуют молекулы гетерополярного реагента, располагаясь своей активной полярной группой на поверхности и ориентируясь аполярной ветвью в сторону воды, затем по аполярным концам гетерополярных молекул закрепляется аполярный реагент.
Таким образом, одновременное применение аполярных и гетерополярных реагентов позволяет повысить эффективность флотации благодаря следующим факторам:
1) избирательная подготовленность поверхности частиц одного из минералов к преимущественному прилипанию к пузырькам;
2) подготовленность поверхности частиц остальных минералов к их неприлипанию к пузырькам;
3) подготовленность пузырьков к прочному закреплению прилипших частиц на их поверхности [3].
Для повышения эффективности реагентов — собирателей, традиционно используемых для флотации угля в Кузбассе, были исследованы химические добавки DASF различных модификаций АР — 1 ÷ АР-6 в зависимости от количества активных ингредиентов. Так, использование добавки АР-6 совместно с газойлем каталитического крекинга и коксования на ЦОФ «Березовская» позволило получить менее обводненную и легкоразрушаемую пену, при этом выход флотоконцентрата увеличился на 0,7 %, расход реагента — собирателя уменьшился на 1054,5 г/т, снизилась влажность осадка фильтра на 1,5–2 % и помимо этого стал возможен отказ от реагента — вспенивателя [2].
Использование в качестве реагента-модификатора водорастворимого сополимера метилметакрилата с метакриламидом и аммонийной солью метакриловой кислоты (дэман), строение гидрофобной части макромолекулы которого схоже со строением молекул триммеров изобутилена. Основное назначение данного модификатора заключается в повышении гидрофобности угольной поверхности, происходящем вследствие ориентации гидрофобной части его макромолекулы в жидкую фазу пульпы при взаимодействии адсорбционно-активных кислородсодержащих центров угольной поверхности с функциональными группами модификатора. Результаты флотации угольного шлама углеобогатительной фабрики «Сибирь» собирателем газойль с применением пенообразователя КОБС (0,06 г/т) показали, что использование модификатора «дэман» в количестве 0,1 г/т твердого позволяет при равном расходе собирателя повысить выход концентрата на 0,8–5,3 %, а также снизить расход собирателя на 11–13 % при одинаковом выходе концентрата [4].
Использование сложных эфиров изомерного строения в качестве реагентов — модификаторов также позволяет повысить селективность флотации газовых углей, при этом наиболее эффективным является изоамилизобутират, использование которого совместно с ВКП позволяет повысить выход концентрата на 3,15 % (кузнецкий уголь) и 2,79 % (донецкий уголь) и снизить зольность концентрата на 1,60 % и 1,45 % по сравнению с индивидуальным использованием реагента ВКП. Наличие изомерии в структуре сложных эфиров способствует увеличению специфической компоненты межмолекулярного взаимодействия их молекул с угольными частицами, что создаёт возможность специфического закрепления энергетически активного водорода на отрицательных сорбционных центрах угольной поверхности [5, 6, 7].
Наряду с использованием в качестве реагентов — модификаторов органических соединений, возможно применение неорганических солей. В частности, изучение влияния сульфатов на физико-химические и флотационные свойства газовых углей показывает, что их применение позволяет не только улучшить качественно-количественные показатели флотации, но и повысить извлечение серы в отходы флотации. Данное обстоятельство обусловлено депрессией пиритсодержащих примесей углей за счет повышения гидратированности их поверхности благодаря образованию водородных связей между координированными молекулами воды гидроксоаквакомплексов катионов исследуемых солей и молекулами воды жидкой фазы пульпы [8, 9].
Таким образом, интенсификация флотационного обогащения на современном этапе развития возможна благодаря разработке новых реагентных режимов, предполагающих использование реагентов — модификаторов угольной поверхности, которые позволят улучшить технико-экономические показатели флотации как за счет повышения извлечения ценного компонента в концентрат, так и благодаря сокращению времени флотации.
Литература:
1. Гиззатов А. А., Ибрагимов А. А., Давлетгареев К. Ф., Рахимов М. Н. Разработка флотационных реагентов для процесса обогащения высокозольных углей // Башкирский химический журнал. — 2013. — т. 20. — № 4. — С. 86–89.
2. Меркушева Л. Н., Удовицкий В. И., Лысенко О. Н., Фролов В. С., Кравцова Т. А. Технологические и экономические предпосылки применения новых реагентов на ЦОФ «Березовская» // ГИАБ. -2003. — № 12. — С. 196 -198.
3. Мелик-Гайказян В. И., Емельянова Н. П., Козлов П. С., Юшина Т. И., Липная Е. Н. К исследованию процесса пенной флотации и подбору реагентов на основе механизма их действия. Сообщение 1. Обоснование выбранных методов исследования процесса // Обогащение руд цветных металлов. — 2009. — № 2. — С. 7 -18.
4. Лавриненко А. А., Сирченко А. С. Повышение эффективности действия собирателей при флотации углей // ГИАБ. — 2008. — № 3. — С. 70–72.
5. Аглямова Э. Р., Савинчук Л. Г. Способ флотации угля // патент на изобретение RUS 2165799. 23.11.1999.
6. Аглямова Э. Р. Повышение селективности флотации газовых углей с применением органических и неорганических соединений // диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Магнитогорск, 2002.
7. Чупрова Л. В., Муллина Э. Р., Мишурина О. А. Влияние органических и неорганических соединений на флотацию углей низкой стадии метаморфизма // Современные проблемы науки и образования. — 2013. — № 4. С. 24; URL: http://www.science-education.ru/110–9663 (дата обращения: 04.05.2015).
8. Муллина Э. Р., Чупрова Л. В., Мишурина О. А. Исследование влияния химических соединений различного состава на процесс флотации газовых углей // Сборник научных трудов Sworld. — 2013. — Т. 12, № 3. — С. 4–8
9. Муллина Э. Р., Мишурина О. А., Чупрова Л. В. Изучение влияния неорганических солей на извлечение серосодержащих примесей при флотации углей низкой стадии метаморфизма // Технические науки — от теории к практике. 2013. № 22. С.64–69.
