PL140420B1 - Method of separating mineral ultrafine grains from coal processing washing or coal slurry - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oddzielania mineralnego ultradrobnego ziarna z popluczyn podczas przeróbki wegla lub ze szlamów weglo¬ wych.Nowoczesne metody eksploatacji w górnictwie weglowym i stosowane coraz wieksze i silniejsze maszyny przy pozyskiwaniu wegla powoduja przy¬ rost najdrobniejszego ziarna <05 mm podczas przeróbki wegla kamiennego oraz przy przeróbce hald. Zawartosc najdrobniejszego ziarna moze wy¬ nosic znacznie powyzej 20%, zas zawartosc ultra¬ drobnego ziarna <0,5 /im, moze dochodzic do 30°/o.Ultradrobne ziarno ma bardzo wysokie zawartosci popiolu i sklada sie w przewazajacej czesci z obo¬ jetnych skladników mineralnych.Prawie koloidalna wlasciwosc tej ultradrobnej substancji mineralnej przeszkadza w sortowaniu najbrobniejszego wegla, które przeprowadza sie zwykle za pomoca flotacji. Wyraza sie to w zwie¬ kszonym zuzyciu odczynników i dlugich czasach przebywania w maszynach flotacyjnych, oraz w zwiekszeniu zawartosci popiolu w koncentracie flo¬ tacyjnym.Znacznie wiekszy problem stanowi obecnosc tej ultradrobnej substancji mineralnej przy odwadnia¬ niu koncentratu flotacyjnego. Wskutek duzej po¬ wierzchni ultradrobnej substancji mineralnej oraz z powodu struktury mineralogicznej„ np. struktur warstwowych zanieczyszczen zawierajacych ily, zostaje zwiazana bardzo duza ilosc wody, co wply- 10 15 20 wa niekorzystnie w szczególnosci na zawartosc wody w koncentracie flotacyjnym. Oprócz tego substancja mineralna sprawia duze trudnosci przez zapychanie kapilar placka filtracyjnego jak rów¬ niez otworów tkaniny filtracyjnej, wskutek czegG czesto nie mozna sprowadzic zawartosci wody resztkowej w koncentracie ponizej 20%.Próby usuniecia ultradrobnej substancji mine¬ ralnej albo z surowego urobku weglowego albo z najdrobniejszego wegla za pomoca flotacji przy¬ niosly dotychczas niewielki rezultat. Próby prze¬ prowadzenia rozdzielania za pomoca srodków me¬ chanicznych, takich jak wirówki albo oddzielacze cyklonowe albo przez przemywanie lub klasyfi¬ kacje pradowa w polu grawitacyjnym nie powiodly sie prawdopodobnie dlatego, ze drobne czastki zostaja skupione przez powierzchniowe i masowe sily przyciagania na grubszych czastkach obecnych w zmetnieniu. Wiazanie to jest bardzo silne i nie daje sie naderwac za pomoca dzialania mechanicz¬ nego, np. scierania. Metody rozdzielania, które po¬ legaja na procesach elektrochemicznych, lub na które wplywaja istotne procesy elektrochemiczne, napotykaja na te trudnosc, ze ultradrobne czastki zanieczyszczajace wegiel najdrobniejszej substancji mineralnej w obojetnym zakresie pH, które stosuje sie zwykle przy przeróbce wegla, maja wysoki ujemny potencjal powierzchniowy, podczas gdy sam wegiel ma potencjal dodatni albo tylko nie¬ znacznie ujemny. Ta róznica potencjalów miedzy 14*420140 420 3 czastkami substancji mineralnej i wegla prowadzi do koagulacji czastek wegla z czastkami substancji mineralnej.Mozliwe rozwiazanie problemu moglaby tutaj stanowic selektywna flokulacja. Celem selektywnej flokulacji jest flokulowanie i osadzanie jednego skladnika w zawiesinie z kilkoma skladnikami mi¬ neralnymi, podczas gdy inne pozostaja w stanie zdyspergowanym. W przeróbce rud lub przeróbce szlamów mineralnych zaproponowano tez juz spo¬ soby przeprowadzenia za pomoca dzialajacych se¬ lektywnie srodków flokulujacych zarówno pocho¬ dzenie nieorganicznego jak równiez organicznego, selektywnej flokulacji poszczególnych skladników zmetnienia (Muller i inni, Erzmetall 33, 1980, str. 94—99). Nie bylo jednak mozliwe osiagniecie wysokiej selektywnosci tego rodzaju, ze jeden skladnik zostaje wyflokulowany mozliwie ilosciowo i tym samym moze zostac oddzielony, szczególnie w przypadku wysokoczasteczkowych srodków flo¬ kulujacych na bazie polielektrolitów, poniewaz praktycznie zawsze wystepuje nieselektywna ad¬ sorpcja przez niejonotwórcze grupy, jak równiez wplyw jonów okreslajacych potencjal w zmetnie¬ niu mineralnym.Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu, który umozliwia selektywne oddzielanie ultradrob- nej substancji mineralnej ze zmetnien wodnych, które otrzymuje sie przy przeróbce wegla, w szcze¬ gólnosci wegla kamiennego, takich jak poluczyny z przeróbki wegla kamiennego.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze do popluczyn zawierajacych wegiel i ultradrobna sub¬ stancje mineralna (odpady), dodaje sie selektywnie dzialajacy srodek dyspergujacy na bazie anionoak- tywnego, organicznego, syntetycznego polimeru o ciezarze czasteczkowym korzystnie nie wiekszym niz 10 000, a nastepnie skladnik weglowy zmetnie¬ nia i grube czastki substancji mineralnej flokuluje sie za pomoca znanego, korzystnie anionowego srodka flokulujacego. Dzieki temu osiaga sie nie¬ oczekiwanie bardzo daleko idace, dotychczas nieosia¬ galne oddzielenie wegla i zanieczyszczajacego we¬ giel najdrobniejszego ziarna mineralnego.Za pomoca specjalnych anionowych srodków dyspergujacych zostaja ustabilizowane oddzielane od wegla czastki substancji mineralnej selektywnie w wodnej zawiesinie, i to w ciagu dluzszego czasu i tym samym staja sie niewrazliwym na nieselek¬ tywna adsorpcje dodanych pózniej srodków floku¬ lujacych. Srodki flokulujace flokuluja wtenczas selektywnie niezdyspergowane czastki wegla.Zastosowanie wielkoczasteczkowych srodków koagulujacych powoduje tworzenie stosunkowo duzych plotków, tak ze wymagany proces rozdzie¬ lania, np. sedymentacja w polu ciezkosci, przebie¬ ga odpowiednio szybko. Skraca sie przez to po¬ trzebny czas, w którym zawiesina mineralna musi byc stabilna i tym parnym nieuchronnie potrzebna ilosc dodanego srodka dyspergujacego.Wobec dotychczas niezadowalajacych wyników selektywnej flokulacji sposobem wedlug wynalazku uzyskano nieosiagalne dotychczas oddzielenie wegla i ultradrobnego ziarna, a takze jednoczesnie uzy¬ skano mozliwosci ciaglego prowadzenia procesu.Proces prowadzony w sposób ciagly wobec ilosci otrzymywanych popluczyn stanowi istotny warunek dla zastosowania w górnictwie weglowym. Poza tym sposób wedlug wynalazku ma te zalete, ze 5 moze byc stosowany bez wymagajacej nakladów mechanicznej aparatury i wymaga- tylko porówny¬ walnie niewielkiej ilosci dodatków, takich jak srodki dyspergujace lub koagulujace.Jako selektywny srodek dyspergujacy stosuje sie io produkt anionowo czynny na bazie organicznego, syntetycznego polimeru o ciezarze czasteczkowym ^10 000 g/mol. Stopien anionowosci, to znaczy za¬ wartosc jednostek anionowych w procentach wa¬ gowych, moze sie wahac w szerokich granicach 15 i wynosi zwykle 5—100%. Ciezar czasteczkowy srodka dyspergujacego jest istotny dla osiagnietego efektu. W przypadku ciezarów czasteczkowych 10 000 efektywnosc silnie maleje. Szczególnie dobre wyniki otrzymuje sie za pomoca srodków dysper- 20 gujacych, których ciezar czasteczkowy miesci sie w zakresie 3000—7000. Dla skutecznosci srodka dys¬ pergujacego obok ciezaru czasteczkowego odgrywa role naturalnie równiez sklad chemiczny.Odpowiednimi srodkami dyspergujacymi sa: 25 1. Kwas poliakrylowy, kwas polimetakrylowy. 2. Kopolimery kwasu akrylowego i akrylamidu, kwasu metakrylowego i metakrylamidu o za¬ wartosci 5—99% wagowych kwasu akrylowego i kwasu metakrylowego. 30 3. Kopolimery z kwasu akrylowego i akrylanów, np. kwas akrylowy i izopropyloakrylan (z 5— —99°/o wagowych kwasu akrylowego) i ich sole. 4. Kwas poli-2-akryloamido-2-metylopropanosulfo- nowy i jego sole 35 5. Kopolimery kwasu poli-2-akryloamido-2-mety- lopropanosulfonowego i ich sole z akryloamidem (z 5—99°/o wagowych kwasu). 6. Polimery akroleinowe. 7. Kwas polimaleinowy, jego kopolimery z akrylo- 40 amidem i kwasem akrylowym i ich sole.Srodek dyspergujacy dodaje sie do zawiesiny wegla celowo przy jednoczesnym mieszaniu i ewen¬ tualnie dalszym rozcienczaniu woda. Typowe po¬ pluczyny z przeróbki wegla maja zawartosc sub- 45 stancji stalej wynoszaca do 50 g/l.Ilosc srodka dyspergujacego podaje sie tak samo jak ilosc uzytego do flokulacji srodka koaguluja- cego na ilosc wagowa substancji stalej [kg/tone cieczy myjacej zawierajacej substancje stala]. Ilosc so srodka dyspergujacego wynosi zwykle 0,2—1,0 kg/ /tone cieczy myjacej zawierajacej substancje stala.Po dodaniu srodka dyspergujacego wegiel floku¬ luje sie za pomoca konwencjonalnego, korzystnie wielkoczasteczkowego srodka koagulujacego. ss Odpowiednie srodki koagulujace sa znane. Moga one byc niejonowe albo anionowe, przy czym dja celów wynalazku korzystne sa jednak anionowe srodki koagulujace. Przyklady odpowiednich selek¬ tywnych srodków koagulujacych stanowia: 69 1. wielkoczasteczkowy poliakryloamid, 2. wielkoczasteczkowy 5—40% wagowych aniono¬ wo czynny srodek koagulujacy na bazie czescio¬ wo hydrolizowahego poliakryloamidu.Podczas flokulowania pozostaje mineralne mial- gj kie ziarno stabilnie zdyspergowane w znajdujacymiMMO *« efe w &temj mttMutone jmetoKniu. ©opie*o .dzieki i odpadów skaly plucnej.Wyflokulowany i osadzony wegiel odciaga sie razem z osadzonymi grubszymi czastkami mineral- jguai gfto .ezagc .deana i doprowadza do ^wyiklej Oferóbfci ^iotaeyfceg W przelewie odciaga -sie zdys- .peggofliWMW artteractetftpne jjjarno, które w razie po¬ grzeby j^wne t^c j^wniez zagesaczooe .przez zasto- atqpajne 4ftgo .celu *jkaa»Ly sie CRsyidatne kationowe srodki kaBgulujaee. Wynsrlaaak wyjasniaja »nastepujace fi-cyiicjte*! I. Fjopluczyay z przeróbki wegfla ka- BaenBego o fja^arj^oi jfljiib&tipaeji ataleg «(su**a sub- jtapeia) -wwoossn^N &8 «g/l Uafciuie sie srodkiem dfwpe^&u^aGygp fcopalimaram akrylanu sodu i akry- 'Ipanattu 489f& akrylanu Na, afi% ;ak^loa«ii4a; oie- zar czasteczkowy okolo ,6&ftg .g/rnoi) w ilosci 1# kg na t. substancji stalej (=0,5 kg/tone cieczy myja¬ cej 40wi0fla$q«ej substancje siala) i ^poddaje .do¬ kladnemu »VJnias*Acau. I^aatepnie dodaje £ie ando- nowo czynny srodek koagulujacy, zlozony z poli- akryloamidu, który jest w 40% czesciowo hydroli- zowany, reszta stanowi niezmydlony poliakrylo- amid, o ciezarze czasteczkowym 700.000 g/mol w ilosci 360 g/tone cieczy myjacej zawierajacej sub¬ stancje stala. Po serymentacji pozostaje w znajdu¬ jacym sie w górnej warstwie zmetnieniu 8,3 g/l zdyspergowanej substancji stalej. Zawartpsc po¬ piolu w tej substancji stalej wynosi 83,7% (do¬ swiadczalna ilosc popluczyn : 250 ml).Przyklad II. Stosuje sie poza tym takie same warunki, jak w przykladzie I, jednakze jako sro¬ dek koagulujacy stosuje sie czesciowo hydrolizo- wany poliakryloamid, jak w przykladzie I, jednak zawierajacy tylko 30% wagowych anionowego, to znaczy hdrolizowanego skladnika i 70% akrylo- amidu o ciezarze czasteczkowym 7X108 w ilosci 90 g/tone cieczy zawierajacej substancje stala. Za¬ wartosc substancji stalej w popluczynach znajdu¬ jacych sie w górnej warstwie po sedymentacji wy- x nosi 5,1 g/l o zawartosci popiolu wynoszacej 95%.Przyklad III. W poza tym takich samych wa¬ runkach jak w przykladzie II stosuje sie jako sro¬ dek koagulujacy czesciowo hydrolizowany w 40% wagowo poliakryloamid o ciezarze czasteczkowym 7X10f jak w przykladzie II, w ilosci 30 g/tone cieczy zawierajacej substancje stala. Zawartosc substancji stalej w popluczynach znajdujacych sie w górnej warstwie wynosi 11,6 g/l przy zawartosci popiolu wynoszacej okolo 76%.Przyklad IV. W takich samych warunkach jak w przykladzie I stosuje sie srodek dyspergu¬ jacy na bazie kopolimeru z 10% akrylanu Na i 90% akryloamidu o ciezarze czasteczkowym wynosza¬ cym okolo 5000 g/mol. Flokuluje sie za pomoca 30% wagowo anionowo czynnego polimeru jak w przykladzie II w ilosci 180 g/tone cieczy zawiera¬ jacej substancje stala W popluczynach znajduja¬ cych sie w górnej warstwie pozostaje 5,2 g/l zdys¬ pergowanej substancji stalej. Zawartosc popiolu wynosi 89%j Przyklad V. Popluczyny o zawartosci sub¬ stancji stalej 55 g/l poddaje sie obróbce za pomoca 45 30 35 40 45 55 60 srodka eitguja«ego wedlug -przykladu t w ilosci 544 g/tone cieczy zawieraj$Be§ -wrtbfciftncfe stala: flokuluje sie za pomoca 34 -g^tone cieczy za¬ wierajacej substancje -stala -do *JW#»-wagowo anio¬ lkowego polimeru jak w przykladzie II. Zdysperge- wana substancja stala: 8,4 ^g/1; .popiól: 66%. {Do¬ swiadczalna ilosc popluczyn: 4 1).Przyklad VI. W poza tym takich samjrch warunkach jak w przykladzie V stosuje sie srodek dyspergujacy na bazie kopolimeru zlozonego -z $$% akryloamidu o ciezarze czasteczkowym -wynosza¬ cym okolo 400 g/mol. Flokuluje sie za pomoca, do 30% wagowo amonowego polimeru Aak w przykla¬ dzie Ii. Zdyspergowana substancja stala: 5,4 ©fi, popiól: 86%.Przyklad VII. W tafkich samych warunkach jak w przykladzie V stosuje sie jako srodek dys¬ pergujacy polihydroksykarboksylan sodu o ciezarze czasteczkowym okolo 3800 gtooi. Zdyspergowana substancja &&&: 2,0 g/l; popiól 89%, IPrzyJtla-d VIII. W takich samych w1arlUflkacft jak w przykladzie V stosuje sie jakp srodek dysj- pergujacy polimer tcójskjaó^nikowy z akryloamidii, kwasu akrylowego i kwasu poli-2-aKryloamido-2<- -metylopropanosulfonowego (40/50/10), Zdyspergol- wana substancja s|tala: i,5 g/l: popiól: 81*/©. i Przyfcla^ IX. Do popluczyn z przeróbki zwa¬ lowej o £aw#rtosqi substancji stalej 62 g/l i 5$% .popiolu .dodaje sie srodek .dyspergujacy na .bazie kopolimeru akrylanu Na i akryloamidu (85% akry¬ lanu Na, 15% akryloamidu; ciezar czasteczkowy okolo 6000 g/mol) w ilosci 500 g/tone cieczy zawie¬ rajacej substancje stala i poddaje dokladnemu wy¬ mieszaniu. Nastepnie dodaje sie 40% wagowo anio¬ nowo czynnego srodka koagulujacego jak w przy¬ kladzie III w ilosci 15 g/tone cieczy zawierajacej substancje stala. Po sedymentacji pozostaje w po¬ pluczynach znajdujacych sie w górnej warstwie substancja stala o zawartosci popiolu wynoszacej 81% Zawartosc popiolu w osadzie wynosi 26%.Przyklad X. Ten przyklad opisuje sposób wedlug wynalazku w eksploatacji ciaglej (zaklad doswiadczalny). Schemat urzadzenia do selektyw¬ nej flokulacji szlamu weglowego jest przedstawio¬ ny na zalaczonym rysunku, na którym 1 oznacza zbiornik do kondycjonowania, 2 mieszadlo, 3 zbior¬ nik sedymentacyjny, 4 mieszadlo, 5 pompe wypo¬ rowa, 6 przenosnik slimakowy, 7 zawiesine zasila¬ jaca, 8 wode dodatkowa, 9 srodek dyspergujacy, 10 srodek koagulujacy, 11 przelew, 12 srodek koa¬ gulujacy, 13 ciecz klarowna, 14 zageszczone odpady skaly plonnej, 15 przelew denny. W zbiorniku do kondycjonowania 1 poddaje sie dokladnemu wy¬ mieszaniu zawiesine zasilajaca, wode i srodek dys¬ pergujacy za pomoca mieszadla 2. W zbiorniku se¬ dymentacyjnym 3, który jest równiez zaopatrzony w mieszadlo 4, dodaje sie dawki srodka koagulu¬ jacego. Wegiel poddaje sie flokulacji i sedymen¬ tacji i transportuje z grubszymi skladnikami mine¬ ralnymi za pomoca przenosnika slimakowego 6 i odciaga jako wyplyw denny. Substancja stala w zmetnieniu znajdujacym sie w górnej warstwie sklada sie w zasadzie z ziarna ultradrobnego. Zdys- pergowane ultradrobne ziarno mozna równiez wy-7 dodanie 140 420 8 odpowiedniego srodka 1,8 m« flokulowac przez koagulujacego.Dane techniczne.Pojemnosc zbiornika sedymentacyj¬ nego: Pojemnosc zbiornika do kondycjono- wania Przepustowosc: Czas przebywania w zbiorniku do kondycjonowania: Czas przebywania w zbiorniku sedy¬ mentacyjnym: 4,5—3 min.Srodek dyspergujacy: kopolimer z 85°/o kwasu akrylowego i 1510/© akryloamidu: ciezar czasteczko¬ wy okolo 6000 g/l; Srodek koagulujacy: do 30% wagowo anionowe¬ go polimeru o duzym ciezarze czasteczkowym, jak w przykladzie II. 0,5 m* 0,4^0,6 mtyh okolo 1 min. 10 Wynik Zasilanie: Odciaganie denne: Przelew: Przepustowosc [l/min] 440 40 400 [kg cie¬ czy my- ' jacej/ /min] 30,0 21,5 8,5 Sucha sub¬ stancja [g/l] 68 537 21 Popiól P/t] 49 42 66 1 20 Przelew zawierajacy najdrobniejsze ziarno mozna klarowac przez dodanie dalszego srodka koagulu¬ jacego i nastepna sedymentacja.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób oddzielania mineralnego ultradrobnego ziarna <32 ^um z popluczyn przeróbki wegla i wy¬ sypisk lub szlamów weglowych, znamienny tym, ze popluczyny lub szlam weglowy traktuje sie anionowo czynnym selektywnym srodkiem dysper¬ gujacym dla mineralnego ultradrobnego ziarna, ewentualnie przy jednoczesnym mieszaniu i roz¬ cienczaniu, i z otrzymanej trwalej zawiesiny flo- kuluje sie wegiel selektywnie z zastosowaniem znanego srodka koagulujacego, przy czym jako srodek dyspergujacy stosuje sie anionowo czynny organiczny syntetyczny polimer o ciezarze czastecz¬ kowym <10 000 g/mol i o stopniu anionowosci wy¬ noszacym 5—100°/o wagowych. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze proces przeprowadza sie w sposób ciagly.140 420 PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób oddzielania mineralnego ultradrobnego ziarna <32 ^um z popluczyn przeróbki wegla i wy¬ sypisk lub szlamów weglowych, znamienny tym, ze popluczyny lub szlam weglowy traktuje sie anionowo czynnym selektywnym srodkiem dysper¬ gujacym dla mineralnego ultradrobnego ziarna, ewentualnie przy jednoczesnym mieszaniu i roz¬ cienczaniu, i z otrzymanej trwalej zawiesiny flo- kuluje sie wegiel selektywnie z zastosowaniem znanego srodka koagulujacego, przy czym jako srodek dyspergujacy stosuje sie anionowo czynny organiczny syntetyczny polimer o ciezarze czastecz¬ kowym <10 000 g/mol i o stopniu anionowosci wy¬ noszacym 5—100°/o wagowych.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze proces przeprowadza sie w sposób ciagly.140 420 PL