Wydział Geoinżynierii Wrocław, 28.11.2014
Górnictwa i Geologii
Politechnika Wrocławska
PRZERÓBKA KOPALIN II
Sprawozdanie z ćwiczenia laboratoryjnego
pt. ,,Flotacja węgla kamiennego”
1. WPROWADZENIE
Flotacja jest metodą wzbogacania stosowaną do rozdziału bardzo drobnych ziaren mineralnych, w której wykorzystuje się fizykochemiczne różnice we własnościach powierzchniowych minerałów. Proces flotacji przebiega w ten sposób, że przez zawiesinę wodną drobno zmielonego surowca mineralnego przepływają zdyspergowane pęcherzyki powietrza. Odpowiednie cząstki mineralne w wyniku zderzeń z pęcherzykami powietrza przyczepiają się do nich i są wynoszone na powierzchnię zawiesiny. Na powierzchni tej tworzy się tzw. piana zmineralizowana, czyli piana nasycona minerałami przyczepionymi do pęcherzyków powietrza, którą zbiera się mechanicznie. Flotację stosuje się do wzbogacania kopalin, zawierających ziarna drobne poniżej 0,3 mm w przypadku rud i poniżej 1 mm dla węgla.
We flotacji wykorzystuje się różnice we własnościach powierzchniowych minerałów, w szczególności różnice w zwilżalności ich powierzchni przez wodę i różnice w zdolności adsorbowania na swej powierzchni różnych jonów i związków chemicznych. Zwilżalność wodą mierzona jest tzw. kątem zwilżenia Θ. Ze względu na kąt zwilżenia powierzchnie mineralne dzielą się na zwilżalne (hydrofilne; Θ = 0), i niezwilżalne (hydrofobowe; Θ > 0). Pęcherzyki powietrza łączą się tylko z powierzchniami hydrofobowymi natomiast większość minerałów posiada powierzchnie słabo hydrofobowe lub hydrofilne. Dlatego do zawiesiny wprowadzamy odczynniki chemiczne, które adsorbując się na powierzchniach mineralnych czynią je hydrofobowymi. Odczynniki te nazywamy odczynnikami flotacyjnymi.
Do stworzenia odpowiednich warunków fizykochemicznych podczas tego procesu stosuje się odpowiednie odczynniki:
kolektory (odczynniki zbierające),
spieniacze (odczynniki pianotwórcze),
aktywatory (wywołują i usprawniają flotację w obecności stosowanego kolektora),
depresory (podnoszą selektywność procesu).
Celem wzbogacania węgla kamiennego jest usunięcie z niego zanieczyszczeń mineralnych, które obniżają jego kaloryczność i mogą być źródłem składników toksycznych przechodzących do atmosfery w reakcji jego spalania. Podstawowym wskaźnikiem jakościowym węgla jest oznaczenie zawartości w nim popiołu. Im wyższa jest zawartość popiołu w ziarnach węglowych, tym najczęściej gorsza jest ich flotowalność
(Łuszczkiewicz, 2014).
2. METODYKA
Przygotowano naważkę 200g drobno uziarnionego węgla kamiennego i odmierzono odpowiednią objętość emulsji wodnej oleju napędowego w ilości 4,7 ml. Odmierzono wyliczoną dla 200g węgla objętość roztworu odczynnika pianotwórczego w ilości 26,6 ml. Odczynnikiem tym był α-terpineol. Wsypano odważony węgiel do komory maszynki flotacyjnej i umocowano w maszynce Następnie dodano wodę i przez 1 minutę mieszano w celu całkowitego zwilżenia węgla. Później dodano odczynnik zbierający, olej napędowy a następnie substancję pianotwórczą. Kolejną czynnością było częściowe otworzenie zaworu doprowadzającego zasysane powietrze. Zaobserwowano powstawanie na powierzchni zawiesiny pianę i rozpoczęto jej zgarnianie do podstawionego naczynia przy pomocy ręcznego zgarniaka. Z chwilą pierwszego zgarnięcia piany rozpoczęto pomiar czasu flotacji. Produkty pianowe zbierano do oddzielnych, kolejno podstawianych naczyń w tzw. sposób frakcjonowany w ciągu następujących odcinków czasu: 30 s; 1 min; 6 min. Ostatni produkt pozostający w komorze stanowi czwartą frakcję – odpad. Podczas zbierania piany uzupełniano ubytek zawiesiny w komorze przez dolewanie wody z tryskawki. Po zakończeniu zgarniania piany, zamknięto dopływ powietrza i wyłączono napęd. Obniżono komorę zatrzymując ją pod wirnikiem a następnie tryskawką spłukano (do komory) wirnik i jego obudowę. Pozostałość w komorze, stanowiącą odpad, przelano do szklanego naczynia. Pozostałe zebrane do oddzielnych naczyń produkty po zgaszeniu piany i zdekantowaniu umieszczono w suszarce.
3. OPRACOWANIE WYNIKÓW
Tabela nr 2. Wyniki doświadczenia flotacji frakcjonowanej węgla kamiennego.
| Produkt | Wychód | Popiół w koncentracie | Substancja palna w koncentracie | Popiół w odpadach |
|---|---|---|---|---|
| g | γ, % | Σγ, % | λ(A), % | |
| 0,00 | ||||
| K-1 | 63,50 | 31,78 | 31,78 | 5,61 |
| K-2 | 17,70 | 8,86 | 40,64 | 14,47 |
| K-3 | 28,10 | 14,06 | 54,70 | 21,51 |
| Odpad | 90,50 | 45,30 | 100,00 | 62,10 |
| Nadawa | 199,80 | 100,00 | 34,22 |
3.1. Schemat jakościowo-ilościowy.
3.2. Obliczenia
αA = 34,22 %
αL = 65,78 %
βA = 12,00 %
βL = 100,00 - βA [%] βL = 100,00 – 12,00 = 88,00 %
γK = 57,00 %
γO = 100,00 - γK [%], γO = 100,00 - 57, 00 = 43,00 %
εA =
εL =
4. WNIOSKI
Proponowany podział na koncentrat i odpad:
zawartość popiołu w koncentracie: 12,00 %,
ZESTAWIENIE WSKAŹNIKÓW:
αA = 34,25 % αL = 65,78 %
βA = 12,00 % βL = 100,00 – 12,00 = 88,00 %
γK = 57,00 % γO = 43,00 %
εA = 19,99 % εL = 76,25 %
F = 0,55
Gdy F = 1, wtedy wzbogacanie jest przeprowadzone idealnie, natomiast gdy F˂1, wzbogacanie rzeczywiste.
Wskaźniki przedstawione powyżej bilansują się nawzajem.
5. LITERATURA
Łuszczkiewicz A. ,, Flotacja węgla kamiennego. Instrukcja do ćwiczeń”.
Drzymała J. ,,Podstawy mineralurgii”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2001
Wyszukiwarka