PL233082B1

PL233082B1 - Sposób otrzymywania niskoenergetycznych produktów mineralnych w procesie flotacji pianowej mułów węglowych

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.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania niskoenergetycznych produktów mineralnych w procesie flotacji pianowej mułów węglowych.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

PL 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.

Przykład 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.

Tabela 1

Lp.	Rodzaj zanieczyszczenia	Wychód (%)	Popiół (%) '	Uzysk (%)	Wartość opałowa Q^a (MJ/kg)
1	Koncentrat po flotacji	44	25	64	20527
2	Frakcja mineralna	56	67	36	poniżej 6000

Przykład 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.

Tabela 2

Lp.	Rodzaj zanieczyszczenia	Wychód (%)	Popiół (%)	Uzysk (%)	Wartość opałowa Q^a (MJ/kg)
1	Koncentrat po flotacji	46,5	18	75	26000
2	Frakcja mineralna	53,5	76	25	poniżej 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.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób otrzymywania niskoenergetycznych produktów mineralnych w procesie flotacji pianowej, znamienny 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.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako odczynnik flotacyjny stosuje się mieszaninę o temperaturze zapłonu powyżej 63°C złożoną z węglowodorów takich jak izoalkany, cykloalkany, nafteny oraz powierzchniowo aktywnych związków tlenowych zawierających 10-25% mieszaniny związków tlenowych, słabo rozpuszczalnych w wodzie mieszanin wyższych alkoholi zawierających osiem do szesnastu atomów węgla w cząsteczce, estrów pochodnych wyższych alkoholi, acetali pochodnych wyższych alkoholi i aldehydów zawierających w cząsteczce 4-8 atomów węgla, eterów pochodnych polioli.