авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Обоснование выбора собирателей из группы алкенов изомерного строения для интенсификации флотации угля

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

СВЕЧНИКОВА НАТАЛЬЯ ЮРЬЕВНА

оБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СОБИРАТЕЛЕЙ

ИЗ группы АЛКЕНОВ ИЗОМЕРНОГО СТРОЕНИЯ

для интенсификации флотации угля

Специальность 25.00.13

Обогащение полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва-2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова».

Научный руководитель: доктор технических наук

Лавриненко Анатолий Афанасьевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Линёв Борис Иванович

кандидат технических наук

Иванова Татьяна Анатольевна

Ведущая организация: Федеральное государственное уни-тарное предприятие «Восточный научно-исследовательский углехимический институт», г. Екатеринбург

Защита состоится 9 декабря 2008г. в 14-00 час на заседании диссертационного совета Д.002.074.01 при УРАН Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (УРАН ИПКОН РАН) по адресу: 111020, Москва, Крюковский тупик, 4. Тел./факс (495) 360-89-60

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УРАН ИПКОН РАН

Автореферат разослан 29 октября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, доктор технических наук

В.И. Папичев

Общая характеристика работы

Актуальность. Потребление угля в мире существенно возрастает, увеличиваясь на 4-5% ежегодно. Мировые запасы каменного угля составляют свыше 900 млрд.т. (технически извлекаемого) из них треть приходится на Европу и Россию. Состояние топливно-энергетического комплекса России во многом зависит от применения современных технологий добычи и переработки угля, увеличения объемов выработки и эффективности использования добываемого сырья, в частности, мелких фракций, улучшения его потребительских свойств.

Опыт работы современных горно-обогатительных предприятий по увеличению выпуска и повышению качества угольного концентрата свидетельствует о неустойчивости показателей и недостаточной эффективности процесса флотации угля, что обусловлено нестабильностью марочного состава угольного сырья и использованием в качестве флотореагентов технических продуктов, имеющих сложный и непостоянный групповой химический состав.

Актуальность работы обусловлена необходимостью обеспечения полноты использования добываемых углей за счет повышения эффективности флотационного обогащения на основе применения новых реагентов-собирателей для флотации коксовых углей, а также смесей углей различных технологических марок. Подбор реагентов-собирателей, обеспечивающих повышение эффективности процесса флотации углей, чаще всего носит эмпирический характер и не имеет достаточного теоретического обоснования, что связано, во-первых, с неоднозначностью подхода к подбору флотореагентов и, во-вторых, c тем что механизм взаимодействия реагентов с угольной поверхностью недостаточно изучен. В связи с этим актуален научно-обоснованный подход к выбору новых реагентов для флотации углей различных марок и их смесей на основе учёта энергетических параметров молекул реагентов при их взаимодействии с углем.

Цель работы - повышение технико-экономических показателей процесса флотации коксовых углей, а также смесей углей различных марок путем разработки новых реагентных режимов с использованием научно-обоснованного подбора собирателей.

Задачи исследования:

-изучение физико-химических свойств коксовых и газовых углей Кузнецкого бассейна;

-обоснование выбора собирателей из класса алкенов с сопряженной системой двойных связей и выявление механизма их действия при флотации углей различной стадии метаморфизма на основе изучения термодинамических и квантово-химических параметров молекул реагентов;

-разработка высокоэффективных реагентных режимов флотации коксовых углей с использованием новых технических продуктов.

Идея работы заключается в определении и сопоставлении термодинамических характеристик, квантово-химических параметров и флотационной активности аполярных собирателей с целью научного обоснования выбора новых реагентов для флотации углей различных марок.

Объекты исследования:

- каменноугольная мелочь различных шахт и разрезов Кузнецкого бассейна крупностью - 0,5 мм, на базе которой формируется основная часть всех угольных шихт коксохимических предприятий России, а также исходное питание флотации УОФ КХП ОАО «Северсталь» и ЦОФ «Сибирь»;

-реагенты-собиратели: чистые химические соединения из ряда – алканы, арены, алкены, а также технические продукты нефтехимии, содержащие в своем составе алкены изостроения: УФ-2 и полимер-дистиллят, и используемые на обогатительных фабриках - термогазойль и ТС-1.

Методы исследования: газово-адсорбционной хроматографии при определении термодинамических параметров адсорбции углеводородов на угле, калориметрического определения теплоты смачивания угольной поверхности, флотационных исследований с использованием лабораторной механической машины, ИК-спектроскопии углей. Кроме того, определены краевые углы смачивания методом висячего пузырька, электрокинетический (-потенциал) угольной поверхности электрофоретическим методом и поверхностное натяжение вспенивателей методом максимального давления в газовом пузырьке (метод П.А. Ребиндера). При определении дисперсности эмульсии реагентов использована промышленная система обработки и анализа изображений SIAMS-600, а для расчета квантово-химических параметров реагентов - программа Hyper Chem 7.0.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. На основе изучения особенностей строения, определения и сопоставления термодинамических параметров и квантово-химических расчетов молекул собирателей с их флотационной активностью установлено, что взаимодействие молекул собирателей содержащих сопряженную систему двойных связей с угольной поверхностью может происходить по двум механизмам:

- наличие сопряженной системы двойных связей атомов углерода в боковой цепи молекулы реагента приводит к делокализации электронной плотности (мезомерный эффект) и способствует появлению неспецифического дисперсионного взаимодействия с –электронным облаком гидрофобных ароматических структур угольной поверхности;

- при взаимодействии с протонизированной угольной поверхностью происходит смещение электронной плотности на крайнем атоме сопряженной системы молекулы и ее закрепление на угле по специфическому электростатическому типу.

2. Повышенная эффективность собирателя из класса алкенов изомерного строения с сопряженной системой двойных связей для флотации смесей каменных углей различной стадии метаморфизма обеспечивается сочетанием наибольших значений термодинамических и наименьших квантово-химических параметров его молекулы.

3. Выявлен характер зависимости флотируемости коксовых углей от расхода нового технического реагента-собирателя – полимер-дистиллята и определен его оптимальный расход (0,29 кг/т). Высокая эффективность действия реагента обусловлена содержанием в его составе 100 % алкенов изомерного строения.

Практическая значимость работы и реализация результатов работы.

Предложен метод выбора эффективных флотационных собирателей из алкенов изомерного строения с сопряженной системой двойных связей, учитывающий зависимость флотационной активности реагента от сочетания наибольших значений термодинамических и наименьших квантово-химических параметров его молекулы, обеспечивающий их наибольшую эффективность при флотации смесей углей различной стадии метаморфизма

При флотации угольной мелочи в промышленных условиях ОАО КХП «Северсталь» с использованием в качестве реагента-собирателя УФ-2 увеличился выход флотоконцентрата на 1,62%, повысилась зольность отходов флотации на 7,1%, возросло извлечение горючей массы углей в концентрат на 4,4%, снизился расход реагента-собирателя на 40-50% и расход вспенивателя ВПП-86 - на 60%. Ориентировочный экономический эффект от использования нового реагентного режима составляет 23,9 млн. руб./год.

Основные научные положения диссертации нашли отражение в содержании курса лекций, читаемых при подготовке инженеров по специальности 240403 – «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов» в ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И.Носова».

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов исследований подтверждается:

-использованием современных физико-химических методов исследования;

-удовлетворительной сходимостью статистически обработанных результатов исследований, высокой доверительной вероятностью;

-соответствием результатов термодинамических исследований и квантово-химических расчетов результатам лабораторных и промышленных флотационных экспериментов.

К защите представляются следующие положения:

1. Высокая флотационная активность 2-винилгексадиена-1,5 по отношению к каменным углям различной стадии метаморфизма обусловлена особенностями механизма его взаимодействия с неоднородной поверхностью угля:

- наличие сопряженной системы двойных связей атомов углерода в боковой цепи молекулы реагента приводит к делокализации электронной плотности (мезомерный эффект) и способствует появлению неспецифического дисперсионного взаимодействия с –электронным облаком гидрофобных ароматических структур угольной поверхности;

- при взаимодействии с протонизированной угольной поверхностью происходит смещение электронной плотности на крайнем атоме сопряженной системы молекулы и ее закрепление на угле по специфическому электростатическому типу.

2. Реагент-собиратель 2-винилгексадиен-1,5 обладает повышенной флотационной активностью по отношению к углям различной стадии метаморфизма и может наиболее эффективно использоваться на УОФ в смеси с техническими продуктами при флотации каменноугольной мелочи смешанного марочного состава. При оптимальном соотношении 30:70 смеси реагента 2-винилгексадиена-1,5 с термогазойлем повышается выход флотационного концентрата на 25,4%, возрастает извлечение горючей массы на 26,5% и снижается расход смеси на 18,5% по сравнению с использованием одного термогазойля.

3.Сочетание наибольших значений термодинамических и наименьших квантово-химических параметров молекулы собирателя из класса алкенов изомерного строения с сопряженной системой двойных связей, обеспечивает его повышенную эффективность при флотации смесей каменных углей различной стадии метаморфизма.

4. Повышение эффективности флотации коксовых углей обеспечивается в результате использования технических реагентов, содержащих алкены изомерного строения:

-  нового собирателя полимер-дистиллята при оптимальном расходе 0,29 кг/т, что позволяет получить выход концентрата 80,1% при извлечении горючей массы 94,3% и обеспечить зольность отходов 77,6% при снижении расхода полимер-дистиллята в 4,8 раза по сравнению с использованием термогазойля;

- собирателя УФ-2 совместно со вспенивателем ВПП-86, что позволяет получить выход концентрата 88,5%, зольность отходов 77,5% и при этом на 40-50% снизить расход собирателя и на 60% - вспенивателя по сравнению с результатами флотации с использованием ТС-1. При этом извлечение горючей массы углей в концентрат повышается на 4,4%.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены на Международной научно-технической конференции (Магнитогорск, 2002г.), 62-й научно-технической конференции (Магнитогорск, МГТУ, 2004г.), Х Международной научно-практической конференции (Кемерово 2004г.), 64-й научно-технической конференции (Магнитогорск, МГТУ, 2006г.), Международной научной конференции «Химия, химическая технология и биотехнология на рубеже тысячелетий» (Томск, 2006г.), VI Конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва, МИСиС, 2007 г.), 65-й научно-технической конференции (Магнитогорск, МГТУ, 2007 г.), VII Московском международном салоне инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, 2007 г.).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 13 научных статьях и одном патенте на изобретение.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Содержание работы изложено на 147 страницах машинописного текста, включая 20 рисунков и 28 таблиц, а также библиографический список, содержащий 120 наименований.

Личный вклад автора заключается в проведении анализа современного состояния флотации углей, экспериментальных и теоретических исследований, а также в научном обосновании выбора эффективных реагентов-собирателей изомерного строения для флотации углей.

Автор выражает благодарность доктору технических наук Петухову В.Н., профессору кафедры «Химической технологии неметаллических материалов и физической химии» ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И.Носова» за оказанную помощь при выполнении работы, а также зав. кафедрой, профессору, доктору физ.-мат. наук Смирнову А.Н. и коллективу кафедры за содействие в проведении экспериментальной части работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе представлен анализ работ в области флотации каменных углей. Показано, что в отношении эффективности действия углеводородов с различным строением молекул имеются разные точки зрения. В ряде работ указывается на повышенную эффективность действия ароматических и непредельных углеводородов, в других, наоборот, обосновывается использование предельных углеводородов и снижение флотоактивности технических реагентов при повышении в их составе содержания ароматических углеводородов.

Основной причиной такого положения, по-видимому, является то, что исследователи недостаточно полно учитывали как особенности строения молекул, входящих в состав аполярных реагентов, так и физико-химические свойства поверхности изучаемых углей. Недостаточно глубоко рассматривались энергетические характеристики аполярных молекул и их влияние на взаимодействие с поверхностью углей различной стадии метаморфизма. В связи с этим в работе обосновывается метод выбора реагентов-собирателей из числа алкенов с системой сопряжённых двойных связей, способных к взаимодействию с энергетически неоднородной поверхностью углей, а также технических продуктов из алкенов изомерного строения.

Большой вклад в изучение механизма действия реагентов при флотации углей и разработки новых реагентных режимов внесли ученые И.Н.Плаксин, В.И.Тюрникова, В.И.Мелик-Гайказян, А.А.Байченко, Н.С.Власова, В.И.Классен, А.А.Абрамов, А.В.Глембоцкий, В.Н.Петухов и др.

Вторая глава посвящена изучению строения и физико-химических характеристик исследуемых углей, а также физико-химических свойств исследуемых реагентов.

Анализ физико-химических характеристик исследуемых углей указывает на значительные отличия в их элементном, петрографическом и минералогическом составе. Установлено, что в органической массе исследуемых углей различной стадии метаморфизма изменяется содержание кислорода. Например, содержание кислорода в органической массе коксовых углей разреза Березовский (6,41%) меньше, чем в газовых углях шахты Комсомолец (8,89%) (табл.1). Исследование минералого-петрографического состава коксовых углей показало, что для углей

Таблица 1

Элементный состав исследуемых углей

Уголь, марка Элементный состав, % Зольность, Ad,%
С Н N O S
Разрез Березовский, «К» 84,61 5,80 2,54 6,41 0,40 21,7
Шахта Комсомолец, «Г» 82,35 5,78 2,76 8,89 0,22 11,4


Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.