CC BY
34
© Г.Ю. Гольберг, А.Б. Палкин, 2013
УДК 622.7
Г.Ю. Гольберг, А.Б. Палкин
ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ ОТХОДОВ ФЛОТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЯ И ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ ПО КРУПНОСТИ
Выполнен анализ гранулометрического состава отходов флотации углей методом лазерной дифракции. Полученные данные по массовому и численному распределению частиц по узким классам крупности в интервале от 0,3 до 300 мкм позволили прогнозироваты резулытаы флокуляции данных отходов флотации. Ключевые слова: дисперсионный анализ; отходы флотации углей; дифференци-алыные кривые распределения частиц по массе и по количеству.
дной из важнейших характеристик минералыного сырыя и продуктов его обогащения является гранулометрический состав твёрдой фазы. Информация о распределении частиц по крупности необходима на этапе технологического проектирования (для прогнозирования технологических показателей разделителыных процессов, выбора наиболее эффективного оборудования и определения оптималыных значений режимных параметров), а также для оценки эффективности разделителыных технологий на действующих предприятиях. Специфика процессов обогащения минералыного сырыя требует особого внимания к гранулометрическим характеристикам тонкодисперсных материалов (необогащенных шламов, концентратов и отходов флотации), посколыку доля частиц микронной и субмикронной крупности оказывает существенное влияние на технологические показатели процессов обогащения, классификации, сгущения и обезвоживания.
Ниже рассмотрены современные методы дисперсионного анализа, по-
лучившие наиболышее распространение в исследователыской практике.
1) Ситовый анализ [1] заключается в разделении исследуемого материала на отделыные классы по крупности при помощи набора сит с различными размерами отверстий. Метод позволяет определяты физико-химические характеристики отделыных классов крупности. Нижний предел измерений составляет 40 мкм.
2) Седиментационный анализ [2] позволяет определиты диаметр частиц твёрдой фазы в зависимости от скорости их осаждения в дисперсионной среде по закону Стокса. Аппаратурное оформление данного метода весыма разнообразно: торсионные весы; весы Фигуровского; седи-ментометр Вигнера; улытрацентри-фуги. В последнее время получили распространение седиментографы [3]. Недостатки седиментационных методов заключаются в искажении резулытатов измерений вследствие агрегации частиц, а также в значи-телыных затратах времени на анализ систем, содержащих субмикронные частицы.
Рис. 1. Общий вил лазерного анализатора размеров частил "ААна!угеИе 22"
3) Оптическая микроскопия широко применяется для дисперсионного анализа порошков и суспензий с диаметром частиц от 1 до 300—400 мкм. Цифровая обработка изображения позволяет определить не только размеры, но и параметры, характеризующие форму частиц. Для дисперсионного анализа суспензий требуется предварительная обработка с целью предотвращения образования агрегатов.
4) Электронная микроскопия применяется для исследования частиц крупностью менее 1 мкм и требует выполнения весьма трудоёмких операций по подготовке проб исследуемых материалов к измерению.
5) Турбидиметрия и нефелометрия [4] основаны на рассеянии лучей света в дисперсных системах, содержащих частицы крупностью менее 1 мкм. Существенным недостатком данных методов является низкая точность измерений.
6) Лазерная дифракция. Метод основан на зависимости величины угла отклонения лазерного луча от диаметра частицы [5]. Диапазон крупности исследуемых частиц — от 0,3 до 300 мкм. Измерение осуществляется в циркулирующем потоке суспензии при постоянном перемешивании.
По нашему мнению, последний из описанных методов является наиболее эффективным для исследования гранулометрических характеристик тонкодисперсных продуктов обогащения, содержащих частицы микронной и субмикронной крупности, благодаря: высокой точности; широкому диапазону измерений, малой трудоемкости, возможности исследования пробы без предварительной подготовки и отсутствию погрешностей, обусловленных агрегацией частиц.
Цель настоящей работы: определение гранулометрического состава отходов флотации, содержащих частицы микронной и субмикронной крупности, для прогнозирования результатов флокуляции данных продуктов.
Для проведения исследований ЦОФ "Печорская" (г. Воркута) были предоставлены три пробы суспензий отходов флотации углей марок ГЖО и 2Ж. Гранулометрический состав твёрдой фазы определяли методом лазерной дифракции на приборе "Апа^ейе 22" (общий вид приведен на рис. 1).
Дифференциальные кривые распределения частиц отходов флотации по крупности представлены на рис. 2, причём интервал разбиения по оси абсцисс был принят равным 0,1 мкм. Количество частиц п для каждого 1-го узкого класса крупности рассчитывалось по формуле:
1.0
0.8
DJ CJ
CJ
ra
о с
ij?
П О X
3 £2
0.6
0.4
0.2
0,0
-•-Проба!
• Проба 2 -*- Проба 3 -^-
t
0.! I 10 100
Крупность частиц, м км
1000
Рис. 2. Дифференциальные кривые распределения
частил отходов флотации по крупности
1.0E+15
ю о
CL
с
- 1.0Е+10 о
Я !Г
О Я
н £
т
1 ,№+05
и о bi
I .ОЕ+ОО
«м
X я ■ ч о Проба 1 х Проба 2 - Проба 3
Я я Яя я
я я *
0,1 I 10 100
Крупность частиц, мкм
Рис. 3. Распределение количества частил отходов флотатии по классам крупности
6 m
п. =-з—
' пр сРср
где: т1 — масса .-го класса крупности; р — плотность частиц; оЪр — средний диаметр частиц .го класса крупности.
На рис. 3 представлено распределение количества частиц отходов флотации по классам крупности (в пересчёте на 1 кг пробы).
Как можно видеть на рис. 2, в твёрдой фазе исследованных отходов флотации содержится 4,8—5,7 % (по массе) частиц крупностью менее 1 мкм; наибольший выход соответствует классу 1—2 мкм. В соответствии с данными, представленными на рис. 3, количество частиц крупностью менее 1 мкм в исследованных пробах составляет в среднем 2,5-1014 на 1 кг, т.е. около 90 % от общего количества частиц.
Полученные данные по гранулометрическому составу отходов флотации позволили предположить возможность раздельного по времени образования агрегатов ортокинетической (крупность частиц свыше 1 мкм) и перикинетической (частицы субмикронной крупности) флокуляции, поскольку, согласно [6], суммарное время адсорбции полимера и образования флокул по второму механизму значительно больше, чем по первому. Результаты опытов по осаждению исследованных суспензий с применением флокулянта позволили установить следующее.
1) Частицы крупностью свыше 1 мкм образуют флокулы диаметром 200—1000 мкм в течение 3—5 с; скорость осаждения — до 6 мм/с.
1000
2) Для субмикронных частиц время образования флокул составило 600900 с; скоросты осаждения — не более 0,5 мм/с. В отличие от агрегатов ортокинетического процесса, образуются флокулы, состоящие из одной макромолекулы полимера и несколы-ких десятков частиц.
Выводы. 1) Методом лазерной дифракции определены гранулометри
ческие характеристики отходов флотации углей. Установлено, что выход частиц крупностью менее 1 мкм составляет 4,8—5,7 % по массе и около 90 % по количеству.
2) Резулытаты опытов по флокуля-ции отходов позволили выявиты различия в скорости образования и в строении флокул частиц микронной и субмикронной крупности.
1. ГОСТ2093-82. Топливо твердое. Ситовый метод определения гранулометрического состава.
2. Ходаков Г.С., Юдкин Ю.П. Седимен-тационный анализ высокодисперсных систем. — М.: Химия, 1981. — 192 с.
3. Коузов П.А., Скрябина Л.Я. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей. — Л.: Химия, 1983. — 143 с.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. Учебник для вузов. — 2-е изд., пе-рераб. и доп. — М.: Химия, 1988. — 464 с.
5. ISO 13320:2009. Particle size analysis — Laser diffraction methods.
6. Мягченков В.А. и др. Полиакрила-мидные флокулянты. — Казань: КГГУ, 1998.—288 с. S3S
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ _
Гольберг Г.Ю. —кандидат технических наук, доцент, докторант, [email protected], Палкин А.Б. —кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Институт проблем комплексного освоения недр РАН.
- РУКОПИСИ,
ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ «ГОРНАЯ КНИГА»
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГОРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА КАРСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ОСВОЕНИИ НЕДР И ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
(№ 950/03-13 от 25.12.12, 13 с.)
Батугин Андриан Сергеевич — Московский государственный горный университет, [email protected],
Хотченков Евгений Викторович — ГГМ им. В.И. Вернадского РАН.
IMPROVEMENT OF MINING AND ENVIRONMENTAL MONITORING OF KARST PROCESSES IN THE DEVELOPMENT OFMINERAL RESOURCES AND THE EARTH'S SURFACE
Batugin Andrian Sergeevich, Khotchenkov Evgeny Viktorovich
