Патент на изобретение №2346750

(54) СПОСОБ ФЛОТАЦИИ УГЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано при флотации угольных шламов. Способ включает кондиционирование пульпы с последовательным введением модификатора, собирателя и вспенивателя, выделение горючей массы в концентрат. В кондиционирование пульпы в качестве модификатора вводят натриевые соли карбоксиметилатов оксиэтилированного изононилфенола, общей формулы C₉H₁₉-C₆H₄-O-(C₂H₄O)_n-COONa, где n=10-12 в количестве 0,01-1,00 г/т. Технический результат – повышение извлечения горючей массы в концентрат, снижение расхода модификатора. 1 табл.

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано на углеобогатительных фабриках для флотации угольных шламов.

Известен способ флотации угля, включающий обработку угольной пульпы модификатором – смесью натриевых солей моно-, ди- и трибутилнафталин-1-сульфокислот и последующее введение в пульпу собирателя – тракторного керосина и вспенивателя, в качестве которого используются кубовые остатки производства бутиловых спиртов, причем собиратель, вспениватель и модификатор вводят в соотношении 96,4:2,7:0,9 – 95,3:3,5:1,2 (см. а.с. СССР №1787560, B03D 1/02).

Недостатками данного способа является низкое извлечение горючей массы в концентрат за счет того, что модификатор – смесь моно-, ди- и трибутилнафталин-1-сульфокислот не позволяет значительно повысить гидрофобность поверхности угольных частиц вследствие недостаточной длины аполярного радикала его молекул, а также наличия в них одной функциональной группы -SO₃ ^–, способной к взаимодействию с угольной поверхностью, что обуславливает высокий расход реагента.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ флотации угля, включающий кондиционирование угольной пульпы с последовательным введением модификатора, собирателя и вспенивателя и выделение горючей массы в концентрат. В качестве модификатора в кондиционирование вводят технический продукт Олеокс-5 общей формулы С₁₇Н₃₃СОО(С₂Н₄O)_n-СН₂СН₂OH, где n=1-4, в качестве собирателя – тракторный керосин, а в качестве вспенивателя – кубовые остатки производства бутиловых спиртов. Причем соотношение количества собирателя, вспенивателя и модификатора составляет 94,5:3,4:2,1-96,2:2,9:0,9 (см. пат. РФ №2014150, B03D 1/004).

Недостатком известного способа является низкое извлечение горючей массы в концентрат при высоком расходе модификатора за счет того, что при взаимодействии с поверхностью угольных частиц молекулы модификатора незначительно повышают ее гидрофобность вследствие нормального строения углеводородного радикала, низкого содержания функциональных групп -C₂H₄O-, способных взаимодействовать с протонизированными атомами угольной поверхности, а также отсутствия в молекулах модификатора функциональных групп, способных к диссоциации в воде на ионы, что затрудняет диффузию молекул к поверхности угольных частиц при кондиционировании пульпы.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении извлечения горючей массы в концентрат при одновременном снижении расхода модификатора.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе флотации угля, включающем кондиционирование пульпы с последовательным введением модификатора, собирателя и вспенивателя и выделение горючей массы в концентрат, согласно изобретению в кондиционирование в качестве модификатора вводят натриевые соли карбоксиметилатов оксиэтилированного изононилфенола общей формулы C₉H₁₉-C₆H₄-O-(C₂H₄O)_n-COONa, где n=10-12 в количестве 0,01-1,00 г/т.

Натриевые соли карбоксиметилатов оксиэтилированного изононилфенола представляют собой прозрачную жидкость с желтым оттенком и плотностью 1020-1200 кг/м³ при 20°С, которая кристаллизуется при температуре 25°С и имеет эмульгирующую активность не менее 95%.

В заявляемом способе флотации угля модификатор – натриевые соли карбоксиметилатов оксиэтилированного изононилфенола общей формулы C₉H₁₉-C₆H₄-O-(C₂H₄O)_n-COONa, где n=10-12, проявляет новое техническое свойство, заключающееся в повышении гидрофобности поверхности угольных частиц. Это происходит вследствие адсорбции молекул заявляемого модификатора на угольной поверхности за счет образования водородных связей между функциональными группами -C₂H₄O- и кислородсодержащими функциональными группами макромолекул органической массы угля, при которой молекулы модификатора ориентируются в сторону водной фазы аполярными радикалами. При этом изомерное строение изононильного радикала молекул модификатора и наличия в них фенильного радикала приводит к большей дезинтеграции молекул воды вблизи угольной поверхности, что значительно повышает гидрофобность последней. За счет этого улучшается растекание пленки аполярного собирателя по поверхности угольных частиц при столкновении его капель с углем в процессе кондиционирования, а также повышается количество реализованных контактов «угольная частица – пузырек воздуха» при флотации, что увеличивает извлечение горючей массы в концентрат.

Кроме того, большое содержание функциональных групп -С₂Н₄O- в молекулах заявляемого модификатора, а также наличие в них функциональной группы -СОО^–, способной к диссоциации в воде и образованию крупных органических ионов, выталкивающихся в первую очередь из раствора на границу раздела «угольная частица – вода» позволяет значительно повысить гидрофобность угольной поверхности при малых расходах реагента в количестве 0,01-1,00 г/т.

Таким образом, специфическое взаимодействие заявляемого модификатора – натриевых солей карбоксиметилатов оксиэтилированного изононилфенола с угольной поверхностью приводит к повышению извлечения горючей массы в концентрат при одновременном снижении расхода реагента.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ флотации угля не следует явным образом из известного уровня техники и, следовательно, соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА

Для осуществления способа берут навеску угля, например 50 г, перемешивают ее с водой в камере лабораторной флотационной машины типа “Механобр” объемом 0,5 л в течение 1 мин. Затем подают модификатор – натриевые соли карбоксиметилатов оксиэтилированного изононилфенола в количестве 0,01-1,00 г/т и производят кондиционирование угольной пульпы модификатором в течение 1 мин. После этого в кондиционирование вводят собиратель, затем через 40 секунд вспениватель и продолжают кондиционирование пульпы еще 20 с. В качестве собирателя и вспенивателя могут быть использованы любые известные реагенты, например в качестве собирателя – тракторный керосин, а в качестве вспенивателя – кубовые остатки производства бутиловых спиртов, описанные в книге (Г.А.Пиккат-Ордынский, В.А.Острый. Технология флотационного обогащения углей. – М.: Недра, 1972. – С.8, 21). Затем в камеру флотационной машины подают воздух и производят выделение горючей массы в концентрат. Общее время проведения флотации составляет 3 минуты. Расход собирателя и вспенивателя определяется степенью минерализации органической массы угля.

Для обоснования преимуществ заявляемого способа флотации угля по сравнению с прототипом были проведены лабораторные испытания. Обогащению подвергался угольный шлам, являющейся исходным питанием флотации углеобогатительной фабрики КХП ОАО «Северсталь», зольностью 17,8%. В качестве модификатора использовали натриевые соли карбоксиметилатов оксиэтилированного изононилфенола общей формулы С₉Н₁₉-С₆Н₄-O-(C₂H₄O)_n-COONa, где n=10-12, в качестве собирателя – тракторный керосин, а в качестве вспенивателя – кубовые остатки производства бутиловых спиртов. Результаты лабораторной флотации приведены в таблице.

Результаты испытаний показали, что заявляемый способ флотации угля по сравнению с прототипом позволяет увеличить извлечение горючей массы в концентрат на 0,8-4,7% при одновременном снижении расхода модификатора в 24,4-2440,0 раз (опыты №2-4). При этом выход концентрата увеличивается на 0,2-3,9% при одновременном снижении его зольности на 0,3-0,5% (опыты №2-4) по сравнению с прототипом (опыт №7).

Использовать модификатор с расходом меньше 0,01 г/т (опыт №1) нецелесообразно, так как при этом извлечение горючей массы в концентрат снижается с 94,5 до 87,3% вследствие незначительного повышения гидрофобности угольных частиц при низкой концентрации модификатора. Использовать модификатор в количестве большем 1,00 г/т (опыты №5 и 6) также нецелесообразно из-за снижения извлечения горючей массы в концентрат с 94,5 до 87,8-88,6% вследствие повышения гидрофильности угольных частиц за счет полимолекулярной адсорбции молекул модификатора, в результате чего они ориентируются гидрофильными функциональными группами в сторону жидкой фазы пульпы.

Формула изобретения

Способ флотации угля, включающий кондиционирование пульпы с последовательным введением модификатора, собирателя и вспенивателя и выделение горючей массы в концентрат, отличающийся тем, что при кондиционировании в качестве модификатора вводят натриевые соли карбоксиметилатов оксиэтилированного изононилфенола общей формулы C₉H₁₉-C₆H₄-O-(C₂H₄O)_n-COONa, где n=10-12, в количестве 0,01-1,00 г/т.