2 VI 2016

ELEMENTY PRZERÓBKI MINERALNEJ

SPRAWOZDANIE Z ZAJĘĆ LABORATORYJNYCH

FLOTACJA WĘGLA KAMIENNEGO

Dyląg Joanna Jasiński Maciej Krupa Damian	247789 238361 254492

Inżynieria Mineralna:

Wstęp i cel ćwiczenia

Flotacja to metoda separacji zaliczana w przeróbce kopalin do metod fizykochemicznych. W metodzie flotacyjnego wzbogacania wykorzystuje się różnice we własnościach powierzchniowych minerałów, dodatkowo zwiększone przez zastosowanie substancji powierzchniowo czynnych. Model jakościowy procesu flotacji jest następujący: ziarna hydrofobowe, słabo zwilżalne wodą, przyczepione do pęcherzyków powietrza wynoszone są nad powierzchnię mętów flotacyjnych – do piany. Ziarna hydrofilne, dobrze zwilżane przez wodę – toną. Dla umożliwienia tworzenia się trwałych w pewnym określonym stopniu pęcherzyków powietrza oraz umożliwienia powstawania zjawiska przyczepiania się do nich określonych ziarn materiału surowego – wprowadza się do zawiesiny flotacyjnej odczynniki flotacyjne, stanowiące w procesie wzbogacania flotacyjnego istotny czynnik technologiczny rozdziału kopaliny surowej.

Odczynniki flotacyjne ze względu na swoją rolę i działanie w procesie flotacji można podzielić na:

• zbierające (zbieracze)

• pianotwórcze (spieniacze)

• modyfikujące (regulatory)

Zbieraczami nazywamy związki organiczne, które gromadząc się na granicy faz ciało stałe-ciecz, selektywnie zwiększają hydrofobowość powierzchni cząstek mineralnych. Odczynniki zbierające, zwane też kolektorami, można usystematyzować – ze względu na ich własności jonowe, następująco:

1. jonowe:

• anionowe: zawierają grupę:

• tiolową (-SH), np. merkaptany, ksantogeniany, dwutiokarbamlniany,

• karboksylową (-COOH), np. olejan sodu;

• grupę sulfonową (-SO₃H),

• siarczanową (-SO₃OH),

• fosforanową (-OPO₃H₂).

• kationowe:

• o pierwszo-, drugo-, trzeciorzędowe aminy, o sole amonowe o organiczne związki azotowe, w których atom azotu wchodzi w skład struktury cyklicznej, np. pirydyna, chinolina).

• amfoteryczne: np. kwas cetyloaminooctowy.

1. niejonowe: są nierozpuszczalne w wodzie i dlatego są stosowane w postaci emulsji, np. nafta czy olej napędowy.

Odczynniki, które nie są zdolne do wymiany elektronów oraz mają budowę symetryczną, noszą nazwę apolarnych. Takie własności są podstawą ich małej aktywności chemicznej, niedużej rozpuszczalności w wodzie oraz bardzo wysokiej hydrofobowości i niedużej aktywności powierzchniowej. Są one używane w formie emulsji i w takiej postaci oddziałują z powierzchnią ziarn przy flotacji. Przytwierdzanie się kropelek odczynników apolarnych do ziarenek węglowych następuje dzięki siłom van der Waalsa. Proces przyczepiania się apolarnego zbieracza do ziarna węgla jest tym bardziej prawdopodobny, im hydratacja powierzchni jest mniejsza. W pierwszym etapie następuje hydrofobizacja powierzchni ziaren wzdłuż krawędzi kontaktu trzech faz, a następnie ich flokulacja. Proces flokulacji węgla można zaobserwować nieuzbrojonym okiem. Flokuły węgla posiadają dużą aktywność flotacyjną, z uwagi m.in. na znaczną ilość w sobie pęcherzyków powietrza.

Celem niemniejszego ćwiczenia było zbadanie kinetyki flotacji węgla kamiennego przy użyciu oleju napędowego, jako zbieracza i oleju sosnowego – spieniacza. Porównano również wyżej wymieniony kolektor na tle innych takich jak: nafta, alkohol ciężki czy Corflot. Sprawdzono także zależność między uzyskiem składnika użytecznego (węgla) a rodzajem użytego odczynnika zbierającego.

Metodyka

Naważono 80 g sproszkowanego węgla kamiennego (nadawę) do komory roboczej maszyny flotacyjnej a następnie zalano 0,5 l wody (”kranówki”). Mieszano przez 5 min. tak otrzymaną zawiesinę za pomocą zbieraka. Następnie dolano do zawiesiny dodatkowej 0,5 l wody otrzymując ostatecznie męty flotacyjne o gęstości 80 g/l , które wirowano za pomocą maszyny flotacyjnej przez kolejne 5 min. W międzyczasie spreparowano papierowy wiatraczek (wspomagający równomierne rozprowadzenie spieniacza w koloidzie) z 4 skrzydełkami, na którego dozowano 1 kropę oleju sosnowego. Po 5 minutach mieszania, zaaplikowano 2 krople zbieracza, tj. oleju napędowego oraz papierowy wiatraczek nasączony spieniaczem, po czym mieszano przez 0,5 min. Po tym czasie doprowadzono powietrze do komory roboczej maszyny flotacyjnej tudzież zaczęto zbierać pianę zbierakiem do uprzednio przygotowanych 5 parownic (4 na produkty koncentratu: K1, K2, K3, K4) i 1 na odpad (O)) przez 15 sek.; pomagano sobie gruszką z wodą, którą spłukiwano pianę ze ścian komory roboczej, szczególnie za wirnikiem maszyny flotacyjnej. Po 15 sek. zaczęto zbierać kolejny produkt (K2) przez 15 sek. Po tym czasie powtórzono czynność dwukrotnie z tą różnicą, że dla K3 zbierano przez 30 sek. a dla K4 – 1 min. Po wszystkim, maszynę wyłączono a pozostałość w komorze flotacyjnej i z wirnika maszyny dokładnie spłukano wodą do ostatniej z parownic. Próbki suszono przez 4 dni a następnie je zważono.

Wyniki i obliczenia

Otrzymano następujące wyniki z ważenia produktów:

• Produkt pianowy: 20,8 g

• Odpad: 56,2 g

Produkt flotacji	Wychód
	Masa produktu [g]
K1	6,0
K2	7,8
K3	2,8
K4	4,2
O	56,2
Σ	77,0

• Obliczono wychód każdego z otrzymanych produktów: pianowego oraz odpadu.

$$\gamma_{K/O} = \frac{Q_{K/O}}{Q_{N}} \bullet 100\%$$

γ_K/O– wychód produktu pianowego/odpadu [%],

Q_K/O - masa produktu pianowego/odpadu [g]

Q_N - masa nadawy [g]

• Otrzymano następujące wyniki:

γ_k = 27, 01 %

γ_O = 72, 99 %

1. Zestawienie wyników pod względem zastosowania różnych zbieraczy

t [sek.]	Olej napędowy [%]	Nafta [%]	Alkohol ciężki [%]	Corflot [%]
15	28,85	47,77	26,29	19,52
30	66,35	58,30	59,19	58,57
60	79,81	76,92	88,79	83,81
120	100,00	85,43	100,00	100,00
240		100,00

1. Wykres kinetyki flotacji węgla kamiennego

2. WNIOSKI

• Jak można wnioskować z wykresu powyżej, skuteczność flotacji maleje w czasie wraz z kolejnymi interwałami zbierania produktów pianowych. Po pierwszej fazie (po 15 sek.) najmniej skuteczny okazał się olej napędowy (20% wychodu), natomiast nafta – najskuteczniejsza (48%). W kolejnych fazach wszystkie badane tu pod względem skuteczności we flotacji kolektory apolarne, wykazywały podobne zdolności flotowania, przy czym na wyróżnienie zasługuje alkohol ciężki, który po 60 sek. uzyskał wychód niemal 90%. Dla nafty wykonano dodatkowy pobór produktu flotacji, gdyż uznano, że po upłynięciu umownych 120 sekund flotowania, należy

• Ilość dodawanego zbieracza (kolektora) podczas procesu flotacji jest jednym z parametrów warunkujących efektywność flotacji.

• Suma wag otrzymanych produktów wynosi 77 g. Różnica pomiędzy zadaną nadawą o wadze 80 g a zważonymi produktami może wynikać z niemożliwości dokładnego zważenia produktów, bądź niedokładnego oczyszczenia flotownika.

• Analiza powyższego wykresu zależności wychodu koncentratu od czasu wskazuje tendencje rosnąca.

• W przypadku spieniacza - nafty wychód w pierwszych sekundach najszybciej wzrasta, jednak po 15 sekundach wykres wypłaszcza się. Wychód spieniacza- corflotu wzrasta najwolniej, natomiast po 30 sekundach równa się w wychodem spieniacza naftowego.

• Podczas flotacji pianowej na wyniesienie mechaniczne wpływają takie czynniki jak gęstość ziaren, wielkość tych ziaren, geometria komory flotacyjnej, właściwości piany flotacyjnej oraz sposób prowadzenia flotacji.