PL233082B1

PL233082B1 - Method for obtaining low-energy mineral products in the process of froth floatation of coal slurry

Info

Publication number: PL233082B1
Application number: PL419135A
Authority: PL
Inventors: Franciszek Plewa; Marian Burek; Jerzy Iskra; Wiesław Szeja
Original assignee: Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2016-10-17
Publication date: 2019-08-30
Also published as: PL419135A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób otrzymywania niskoenergetycznych produktów mineralnych w procesie flotacji pianowej, który polega na tym, że nadawę stanowiącą wodną zawiesinę mułów węglowych, zawierającą 40% do 60% niepalnych części mineralnych i 60% do 90% materiału o składzie ziarnowym 0 - 0,1 mm zagęszcza się 30 g/dm3 do 100 g/dm3, po czym dodaje się odczynnik flotacyjny, następnie poddaje się flotacji pianowej, uzyskując frakcję węglową, koncentrat o zawartości 18 - 25% popiołu, kaloryczności powyżej 18 - 27 MJ/k i pozostałość o kaloryczności poniżej 6 MJ/kg podaje się filtracji, a osady suszy się.The subject of the application is a method for obtaining low-energy mineral products in the froth flotation process, which consists in the fact that the feed, which is an aqueous suspension of coal slurries, containing 40% to 60% of non-combustible mineral parts and 60% to 90% of material with a grain composition of 0 - 0.1 mm, is compacted from 30 g/dm3 to 100 g/dm3, after which a flotation reagent is added, then it is subjected to froth flotation, obtaining a coal fraction, a concentrate with 18 - 25% ash content, calorific value above 18 - 27 MJ/k and a residue with calorific value below 6 MJ/kg, is filtered and the sediments are dried.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania niskoenergetycznych produktów mineralnych w procesie flotacji pianowej mułów węglowych.The subject of the invention is a method of obtaining low-energy mineral products in the process of foam flotation of coal sludge.

Flotacja jest procesem rozdziału zawiesiny minerałów w wodzie i jest powszechnie stosowana między innymi do wzbogacania mułów węgli koksujących. W standardowych warunkach zawiesinę węgli koksujących (nadawę) o uziarnieniu korzystnie 0-0,5 mm i zawartości popiołu do 30%, zagęszczeniu korzystnie 50-100 g/dm³ traktuje się preparatem o właściwościach powierzchniowoczynnych i poddaje się aeracji w maszynie flotacyjnej (flotowniku). W górnej części flotownika odbiera się wysoko zmineralizowaną pianę (koncentrat węglowy), zawierający korzystnie do 7% popiołu, uzysk części palnych mieści się w granicach 65%-80%, a odpad to zawiesina minerałów niepalnych zawierająca do 80% popiołów. Poważnym problemem dla zakładów górniczych jest zagospodarowanie mułów węgli energetycznych, powstających w procesach przeróbki. Zwykle urobek poddaje się procesom przeróbki mechanicznej uzyskując frakcje o uziarnieniu powyżej 1 mm, oraz muły w których dominuje materiał o uziarnieniu poniżej 0,1 mm. Proces wzbogacania mułów węgli energetycznych jest znacznie mniej efektywny w porównaniu z procesem wzbogacania mułów węgli koksujących.Flotation is a process of separating a suspension of minerals in water and is commonly used, among others, for the upgrading of coking coal sludge. Under standard conditions, the coking coal suspension (feed) with grain size preferably 0-0.5 mm and ash content up to 30%, density preferably 50-100 g / dm ^3, is treated with a preparation with surface-active properties and aerated in a flotation machine (flotation machine) . In the upper part of the flotation plant, highly mineralized foam (coal concentrate), preferably containing up to 7% of ash, is collected, the yield of combustible parts is in the range of 65% -80%, and the waste is a suspension of non-flammable minerals containing up to 80% of ash. A serious problem for mining plants is the management of steam coal sludges produced in the processing processes. Usually, the spoil is subjected to mechanical processing, obtaining fractions with a grain size greater than 1 mm, and sludge in which the dominant material is less than 0.1 mm grain size. The process of upgrading steam coal sludge is much less effective compared to the coking coal sludge upgrading process.

Dotychczas nie wdrożono metod flotacyjnego wzbogacania mułów węgli energetycznych zawierających głównie materiał o składzie ziarnowym poniżej 0,1 mm. Jednym z kryteriów zakwalifikowania tych materiałów jako odpad jest wartość opałowa. Analiza strumienia materiału po procesie wzbogacania mechanicznego kopalni wskazuje, że kaloryczność mieści się w przedziale od około 10 MJ/kg do około 17 MJ/kg, a zawiesina mułów węglowych zawiera około 50% niepalnych części mineralnych (popiołów). Muły węgli energetycznych po procesach mechanicznego wzbogacania nie spełniają normy ustawionej dyrektywami Unii Europejskiej, której istotnym warunkiem jest niepalność odpadów, o wartości energetycznej poniżej 6 MJ/kg.So far, no methods have been implemented for the flotation enrichment of steam coal sludge containing mainly material with a grain composition below 0.1 mm. One of the criteria for classifying these materials as waste is their calorific value. The analysis of the material stream after the mine mechanical enrichment process shows that the calorific value ranges from about 10 MJ / kg to about 17 MJ / kg, and the coal slurry contains about 50% non-flammable mineral parts (ashes). Muds of power coal after mechanical enrichment processes do not meet the standard set by European Union directives, the essential condition of which is incombustibility of waste, with the energy value below 6 MJ / kg.

Ponadto nie są znane ekonomicznie uzasadnione metody flotacji nadawy węgli energetycznych o zawartości popiołu dochodzącej do 50% i dużym udziale masowym frakcji węgla i minerałów niepalnych o uziarnieniu 0-0,1 mm.Moreover, no economically justified methods of flotation of power coals with an ash content of up to 50% and a large mass fraction of coal and non-flammable minerals with a grain size of 0-0.1 mm are known.

Podczas prowadzonych badań nad mechanizmem flotacji węgli, stwierdzono nieoczekiwanie, że przez odpowiedni dobór składu odczynnika do flotacji i ilości odczynnika wprowadzanego do nadawy można zwiększyć selektywność rozdziału i wzbogacać flotacyjnie węgle energetyczne, nawet przy dużej zawartości niepalnych związków mineralnych (popiołów) w nadawie. Uzyskano przy tym nieoczekiwanie pozostałość po flotacji o właściwościach puculanowych, pozwalających na wykorzystanie materiału do uszczelniania zrobów węglowych.During the research on the mechanism of coal flotation, it was unexpectedly found that by appropriate selection of the composition of the flotation reagent and the amount of reagent introduced into the feed, it is possible to increase the separation selectivity and enrich power coals by flotation, even with a high content of non-flammable mineral compounds (ashes) in the feed. Surprisingly, a flotation residue with pozzulanic properties was obtained, making it possible to use the material for sealing goafs.

Sposób otrzymywania niskoenergetycznych produktów mineralnych według wynalazku polega na tym, że nadawę stanowiącą wodną zawiesinę mułów węglowych zawierającą 40% do 60% niepalnych części mineralnych i 60% do 90% materiału o składzie ziarnowym 0-0,1 mm zagęszcza się 30 g/dm³ do 100 g/dm³, po czym dodaje się odczynnik flotacyjny, następnie poddaje się flotacji pianowej, uzyskując frakcję węglową, koncentrat o zawartości 18-25% popiołu, kaloryczności powyżej 18-27 MJ/k, i pozostałość kaloryczności poniżej 6 MJ/kg, podaje się filtracji, a osady suszy się.The method of obtaining low-energy mineral products according to the invention consists in the fact that the feed consisting of an aqueous slurry of coal sludge containing 40% to 60% of non-flammable mineral parts and 60% to 90% of the material with a grain composition of 0-0.1 mm is compacted by 30 g / dm ³ up to 100 g / dm ³ , then the flotation reagent is added, then it is subjected to foam flotation, obtaining a carbon fraction, a concentrate with an ash content of 18-25%, calorific value above 18-27 MJ / k, and residual calorific value below 6 MJ / kg , it is filtered and the sediments are dried.

Korzystnie jako odczynnik flotacyjny stosuje się mieszaninę o temperaturze zapłonu powyżej 63°C złożoną z węglowodorów takich jak izoalkany, cykloalkany, nafteny, zawierające 10-25% mieszaniny związków tlenowych, słabo rozpuszczalnych w wodzie mieszaniny wyższych alkoholi zawierających osiem do szesnastu atomów węgla w cząsteczce, estrów pochodnych wyższych alkoholi, acetali pochodnych wyższych alkoholi aldehydów zawierających w cząsteczce 4-8 atomów węgla, eterów pochodnych polioli.Preferably, as the flotation reagent, a mixture with a flash point above 63 ° C is used, consisting of hydrocarbons such as isoalkanes, cycloalkanes, naphthenes, containing 10-25% mixtures of oxygen compounds, poorly water-soluble mixtures of higher alcohols containing eight to sixteen carbon atoms in the molecule, esters from higher alcohols, acetals from higher alcohols, aldehydes containing 4-8 carbon atoms in the molecule, ethers from polyols.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala na prowadzenie eksploatacji górniczej praktycznie w sposób bezodpadowy. Stwierdzono, że selektywność flotacji można kontrolować poprzez właściwy dobór składników odczynnika flotacyjnego. Opracowany odczynnik stanowi mieszanina węglowodorów o temperaturze zapłonu powyżej 63°C, oraz powierzchniowo aktywnych związków tlenowych. Mieszaninę węglowodorów stanowiły produkty naftowe, praktycznie pozbawione kancerogennych węglowodorów aromatycznych takich jak benzen, toluen. Główne składniki to izoparaf iny, cykloparafiny, nafteny. Jako składniki tlenowe stosowano słabo rozpuszczalne w wodzie mieszaniny wyższych alkoholi zawierających osiem do szesnastu atomów węgla w cząsteczce, estry pochodne wyższych alkoholi, acetale pochodne wyższych alkoholi i aldehydów zawierających w cząsteczce 4-8 atomów węgla, etery pochodne polioli w tym glikoli. Wysoką selektywność uzyskuje się przy zawartości związków tlenowych co najmniej 10% wagowych w masie odczynnika. Nadawa do procesu flotacji zawiera około 80% frakcji o uziarnieniu poniżej 0,1 mm.The solution according to the invention allows to conduct mining operations in a virtually waste-free manner. It was found that the selectivity of flotation can be controlled by the proper selection of the components of the flotation reagent. The developed reagent is a mixture of hydrocarbons with a flash point above 63 ° C and surface active oxygen compounds. The mixture of hydrocarbons consisted of petroleum products, practically devoid of carcinogenic aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene. The main ingredients are isoparaffins, cycloparaffins, naphthenes. The oxygen components used were poorly soluble in water mixtures of higher alcohols containing eight to sixteen carbon atoms in the molecule, esters derived from higher alcohols, acetals derivatives of higher alcohols and aldehydes containing 4-8 carbon atoms in the molecule, ethers derived from polyols, including glycols. High selectivity is obtained with an oxygen content of at least 10% by weight by weight of the reagent. The feed for the flotation process contains about 80% of the fraction with grain size below 0.1 mm.

PL 233 082 Β1PL 233 082 Β1

W sposobie według wynalazku nadawę o zagęszczeniu 20-100 g/dm³, zawartości popiołu około 50%, wprowadza się do flotownika w sposób ciągły, następnie dodaje się odczynnik flotacyjny w ilości 300-2000 g na Mg nadawy i prowadzi flotację odbierając frakcję węglową o zawartości popiołu 18%-25% i kaloryczności odpowiednio 27 MJ/kg do 18 MJ/kg. Koncentrat zagęszcza się, poddaje filtracji i kieruje do zakładu energetycznego jako paliwo. Pozostałość kieruje się na sita i wydziela frakcję ziaren węglowych nie ulegających flotacji o zawartości popiołu poniżej 20% i kaloryczności 24-26 MJ/kg. Odciek stanowi wodna zawiesina drobnoziarnistych krzemianów i glinokrzemianów. Materiał jest praktycznie niepalny, o czym świadczy brak możliwości oznaczenia ciepła spalania w bombie kalorymetrycznej bez dodatku substancji o wysokim cieple spalania. Uzyskany produkt posiada znakomite parametry rozpływania oraz zestalania i może być z powodzeniem wykorzystany do uszczelniania zrobów węglowych.In the method according to the invention, the feed with a density of 20-100 g / dm ³ , ash content of about 50%, is continuously introduced into the flotation plant, then the flotation reagent in the amount of 300-2000 g per Mg of feed is added and flotation is carried out, collecting the carbon fraction of ash content 18% -25% and calorific value 27 MJ / kg to 18 MJ / kg, respectively. The concentrate is thickened, filtered and sent to the utility company as fuel. The residue is passed to sieves and the fraction of non-flotable carbon grains is separated with an ash content below 20% and a calorific value of 24-26 MJ / kg. The effluent is an aqueous suspension of fine-grained silicates and aluminosilicates. The material is practically non-flammable, as evidenced by the inability to determine the heat of combustion in a calorimetric bomb without the addition of a substance with a high heat of combustion. The obtained product has excellent spreading and setting parameters and can be successfully used for sealing goafs.

Przykład 1Example 1

Flotownik laboratoryjny o pojemności komory flotacyjnej 1 dm³ napełniono nadawą pochodzącą z procesu mechanicznej przeróbki węgla. Materiał nadawy stanowią muły węglowe typ 32, o wartości opałowej 12 MJ/kg. Ponadto nadawa zawiera: 88% materiału o składzie ziarnowym od 0-0,1 mm, natomiast zagęszczenie nadawy wynosi 50 g/dm³. Po wprowadzeniu nadawy do flotownika dodano odczynnik flotacyjny w ilości 15 mg. Odczynnik flotacyjny zawierał 25% związków tlenowych powierzchniowo aktywnych oraz 75% węglowodorów naftowych o temperaturze zapłonu powyżej 63°C. W czasie flotacji w sposób ciągły usuwano zmineralizowaną pianę zawierającą jako główny składnik węgiel. Pozostałość przepuszczono przez sito o średnicy 0,1 mm uzyskując frakcje węglową. Odciek stanowiła zawiesina minerałów niepalnych. Koncentrat i pozostałość poddano filtracji, osady osuszono. Oznaczono wagę osadów oraz wartość opałową. Wyniki przedstawiono w tabeli 1.A laboratory flotation machine with a flotation chamber capacity of 1 dm ^{3 was} filled with the feed coming from the mechanical processing of coal. The feed material is type 32 coal sludge with a calorific value of 12 MJ / kg. Moreover, the feed contains: 88% of the material with a grain composition from 0-0.1 mm, while the feed density is 50 g / dm ³ . After the feed was introduced into the flotation machine, 15 mg of flotation reagent was added. The flotation reagent contained 25% of surface-active oxygen compounds and 75% of petroleum hydrocarbons with a flash point above 63 ° C. During the flotation, mineralized foam containing carbon as the main component was continuously removed. The residue was passed through a 0.1 mm sieve to obtain the carbon fractions. The effluent was a suspension of non-flammable minerals. The concentrate and residue were filtered, and the precipitates were dried. The sludge weight and calorific value were determined. The results are presented in Table 1.

Tabela 1Table 1

Lp. No. Rodzaj zanieczyszczenia Type of contamination Wychód (%) Revenue (%) Popiół (%) ' Ash (%) ' Uzysk (%) Yield (%) Wartość opałowa Q^a (MJ/kg)Calorific value Q ^a (MJ / kg) 1 1 Koncentrat po flotacji Concentrate after flotation 44 44 25 25 64 64 20527 20527 2 2 Frakcja mineralna Mineral fraction 56 56 67 67 36 36 poniżej 6000 less than 6000

Przykład 2Example 2

Flotownik laboratoryjny o pojemności komory flotacyjnej 1 dm³ napełniono nadawą pochodzącą z procesu mechanicznej przeróbki węgla. Materiał nadawy stanowią muły węglowe typ 33 o wartości opałowej 15 MJ/kg. Nadawa zawiera 80% materiału o ziarnistości poniżej 0,1 mm, natomiast zagęszczenie nadawy wynosiło 70 g/dm³. Po wprowadzeniu nadawy do flotownika wprowadzono odczynnik flotacyjny w ilości 12 mg. Odczynnik flotacyjny zawierał 15% związków tlenowych powierzchniowo aktywnych oraz 85% węglowodorów naftowych o temperaturze zapłonu powyżej 63°C. W czasie flotacji w sposób ciągły usuwano zmineralizowaną pianę, koncentrat zawierającą jako główny składnik węgiel. Pozostałość i koncentrat poddano filtracji, osady suszono. Oznaczono wagę osadów oraz wartość opałową. Wyniki przedstawiono w tabeli 2.A laboratory flotation machine with a flotation chamber capacity of 1 dm ^{3 was} filled with the feed coming from the mechanical processing of coal. The feed material is type 33 coal sludge with a calorific value of 15 MJ / kg. The feed contains 80% of the material with a grain size below 0.1 mm, while the feed density was 70 g / dm ³ . After the feed was introduced, the flotation reagent in the amount of 12 mg was introduced into the flotation machine. The flotation reagent contained 15% of surface-active oxygen compounds and 85% of petroleum hydrocarbons with a flash point above 63 ° C. During the flotation, mineralized foam was continuously removed, the concentrate containing carbon as the main component. The residue and concentrate were filtered and the precipitates were dried. The sludge weight and calorific value were determined. The results are presented in Table 2.

Tabela 2Table 2

Lp. No. Rodzaj zanieczyszczenia Type of contamination Wychód (%) Revenue (%) Popiół (%) Ash (%) Uzysk (%) Yield (%) Wartość opałowa Q^a (MJ/kg)Calorific value Q ^a (MJ / kg) 1 1 Koncentrat po flotacji Concentrate after flotation 46,5 46.5 18 18 75 75 26000 26,000 2 2 Frakcja mineralna Mineral fraction 53,5 53.5 76 76 25 25 poniżej 6000 less than 6000

W wyniku procesu flotacji wodnej zawiesiny mułów węgli energetycznych, a następnie separacji niepalnych składników mineralnych na sitach o oczkach powyżej 0,1 mm otrzymuje się zawiesinę minerałów niepalnych, glinokrzemianów i krzemianów spełniającą warunki dyrektywy europejskiej definiującej odpad jako substancję o wartości energetycznej poniżej 6 MJ/kg. Uzyskany produkt o tak niskiej kaloryczności (popiół) może być stosowany do uszczelniania zrobów węglowych. Frakcja węglowa o kaloryczności 17-22 MJ/kg (koncentrat) jest wykorzystana jako paliwo w energetyce zawodowej oraz procesach termicznego przetwarzania węgla. Proponowane rozwiązanie pozwala na pełne zagospodarowanie mułów węglowych z procesu mechanicznej przeróbki węgla.As a result of the water flotation process of steam coal slurry, followed by the separation of non-flammable minerals on sieves with mesh above 0.1 mm, a suspension of non-flammable minerals, aluminosilicates and silicates is obtained, which meets the requirements of the European directive defining waste as a substance with an energy value below 6 MJ / kg . The obtained product with such a low calorific value (ash) can be used for sealing goafs. The coal fraction with a calorific value of 17-22 MJ / kg (concentrate) is used as a fuel in the power industry and in thermal coal processing. The proposed solution allows for full management of coal sludge from the mechanical processing of coal.

Claims

Patent claims

1. The method of obtaining low-energy mineral products in the froth flotation process, characterized in that the feed consisting of an aqueous slurry of coal sludge containing 40% to 60% of non-flammable mineral parts and 60% to 90% of the material with a grain composition of 0-0.1 mm is thickened 30 g / dm ³ to 100 g / dm ³ , then the flotation reagent is added, then it is subjected to foam flotation, obtaining a carbon fraction, a concentrate with an ash content of 18-25%, calorific value above 18-27 MJ / k, and a residue with calorific value below 6 MJ / kg, it is filtered and the sediments are dried.

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the flotation reagent is a mixture with a flash point above 63 ° C composed of hydrocarbons such as isoalkanes, cycloalkanes, naphthenes and surface active oxygen compounds containing 10-25% of a mixture of oxygen compounds, poorly soluble mixtures of higher alcohols in water containing eight to sixteen carbon atoms in the molecule, esters derived from higher alcohols, acetals from higher alcohols and aldehydes containing 4-8 carbon atoms in the molecule, ethers derived from polyols.