ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 622.794.2
DOI: 10.18503/1995-2732-2024-22-2-58-70
Аннотация
Применение синтетических полимерных флокулянтов является одним из перспективных направлений интенсификации процессов разделения тонкодисперсных суспензий, в том числе в водно-шламовых системах углеобогатительных фабрик. Цель работы заключается в анализе теории и практики и выявлении перспективных направлений совершенствования технологий разделения суспензий продуктов обогащения углей с применением флокулянтов. Приведены сведения о современном состоянии теории взаимодействия флокулянтов с минеральными частицами, свойствах флокуляционных структур. Рассмотрены технологические аспекты применения флокулянтов в таких процессах разделения суспензий тонкодисперсных продуктов обогащения углей, как флокуляционное кондиционирование, сгущение, обезвоживание на вакуум-фильтрах и ленточных фильтр-прессах, центрифугирование. Приведены сведения по значениям расходов флокулянтов. Указаны значения технологических показателей сгущения отходов флотации и шламов. Отмечено, что для процессов обезвоживания фильтрованием под вакуумом характерно применение индивидуальных флокулянтов с расходом до 100 г/т и снижение удельного объёмного сопротивления осадка в 1,5-3 раза, для обезвоживания на ленточных фильтр-прессах – комбинаций анионоактивного и катионоактивного флокулянтов с суммарным расходом до 1000 г/т, что обусловлено необходимостью получения осадка с предельным статическим напряжением сдвига не менее 90 Па и удельным объёмным сопротивлением порядка 3·1010-2·1011 м-2. Показано, что перспективными направлениями совершенствования технологий сгущения и обезвоживания продуктов обогащения углей с применением флокулянтов являются: оптимизация расходов флокулянтов и режимов их перемешивания с суспензиями; разработка способов и средств для контроля остаточного содержания флокулянтов в осветлённой воде; дробная подача флокулянтов; предварительная обработка суспензий коагулянтами, содержащими многозарядные катионы.
Ключевые слова
флокуляция, флокулянты, коагулянты, разделение суспензий, угольный флотационный концентрат, отходы флотации углей, сгущение, обезвоживание, фильтрование
Для цитирования
Лавриненко А.А., Гольберг Г.Ю. Современное состояние и направления совершенствования процессов разделения суспензий продуктов обогащения углей с применением флокулянтов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2024. Т. 22. №2. С. 58-70. https://doi.org/ 10.18503/1995-2732-2024-22-2-58-70
1. A Review on Coagulation/Flocculation in Dewatering of Coal Slurry / Khazaie A., Samali B., Mazarji M., Minkina T., Sushkova S., Mandzhieva S., Osborne D., Soldatov A.A. // Water. 2022, vol. 14, no. 6, 918.
2. Ульрих Е.В., Баркова А.С. Использование флокулянтов для очистки сточных вод // Трансформация экосистем. 2023. Т. 6. №1. С. 168-187.
3. Обзор рынка полиакриламида (ПАА) в России. 3-е изд. М.: Инфомайн, 2023. 101 с.
4. A review of flocculants as an efficient method for increasing the efficiency of municipal sludge dewatering: Mechanisms, performances, influencing factors and perspectives / Hyrycz M., Ochowiak M., Krupińska A., Włodarczak S., Matuszak M. // Science of The Total Environment. 2022, vol. 820, 153328.
5. Гольберг Г.Ю. Развитие теории образования и разрушения флокуляционных структур в процессах разделения суспензий тонкодисперсных продуктов обогащения углей: автореф. дис. … д-ра техн. наук. М., 2019. 48 с.
6. The Fractal Analysis of Aggregates Formed via a Bridging Flocculation Mechanism / Biggs S., Habgood M., Jameson G.J., Yao-de Yan // Proceedings of the 26th Australian Chemical Engineering Conference (Chemeca 98), Port Douglas, Australia, 1998.
7. Fellows C.M., Doherty W.O.S. Insights into Bridging Flocculation // Macromol. Symp., 2006, vol. 231, pp. 1-10.
8. Polymer Molecular Weight and Mixing Effects on Floc Compressibility and Filterability / Glover S.M., Yan Y.D., Jameson G.J., Biggs S. // 6th World Congress of Chemical Engineering. Melbourne, 2001.
9. Gungoren C., Unver I.K., Ozdemir O. Investigation of flocculation properties and floc structure of coal processing plant tailings in the presence of monovalent and divalent ions // Physicochemical Problems of Mineral Processing, 2020, vol. 56, no. 5, pp. 747-758.
10. A Review of Floc Strength and Breakage / Jarvis P., Jefferson B., Gregory J., Parsons S.A. // Water Research. 2005, vol. 39, no. 14, pp. 3121-3137.
11. Лавриненко А.А., Гольберг Г.Ю. Гидродинамический режим течения минеральных суспензий, обеспечивающий сохранность флокуляционных структур // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2019. №3. C. 106-112.
12. Liang Wen, Duoxi Yao. The Effect of Flocculants and Water Content on the Separation of Water from Dredged Sediment // Water. 2023, vol. 15, no. 13, 2462.
13. Ксенофонтов Б.С., Сазонов Д.В. Усовершенствование способа экспресс-контроля водоотдающих свойств осадков сточных вод // Сантехника. 2014. №2. C. 44-46.
14. Filtration of kaolinite and coal mixture suspension: Settling behavior and filter cake structure analysis / Yijiang Li, Yuting Chen, Wencheng Xia, Guangyuan Xie // Powder Technology. 2021, vol. 381, pp. 122-128.
15. Линев Б.И., Гольберг Г.Ю., Панфилов П.Ф. К вопросу об эффективности перемешивания суспензий с флокулянтами в статических перемешивающих устройствах. М.: МГГУ, 2005. Деп. в Горном информационно-аналитическом бюллетене 15.09.2005, №429/12-05.
16. Временные нормы технологического проектирования обогатительных фабрик ВНТП 3-92. М.: Министерство топлива и энергетики Российской Федерации, 1993. С. 52.
17. Соколова А.А. Оптимизация работы участков сгущения углеобогатительных фабрик // Материалы международной конференции «Современные проблемы комплексной и глубокой переработки природного и нетрадиционного минерального сырья» (Плаксинские чтения-2023), Москва, 02-05 октября 2023. М.: НИТУ «МИСиС», 2023. С. 347-349.
18. Woodruff D., MacNamara L. Treatment of coal tailings // The Coal Handbook: Towards Cleaner Coal Supply Chains (Second edition). Edited by Dave Osborne. Cambridge, US – Kidlington, UK: Woodhead Publishing Series in Energy, 2023, vol. 1, pp. 529-560.
19. Нормы технологического проектирования флота-ционных фабрик для руд цветных металлов ВНТП 21-86. М.: Министерство цветной металлургии СССР, 1986.
20. Антипенко Л.А. Технологические регламенты обогатительных фабрик Кузнецкого бассейна. 2-е изд., перераб. и доп. Прокопьевск: Прокопьевское полиграфическое производственное объединение, 2007. 463 с.
21. Enhancement of the Efficiency of Flotation Tailings Dewatering on the Belt Presses using new Combinations of Flocculants and Coagulants / Lobanov F.I., Kanev N.I, Golberg G.Yu., Panfilov P.F. // Proc. XV International Coal Preparation Congress and Exhibition. Beijing: China University of Mining and Technology Press, 2006, vol. 2, pp. 537-544.
22. Азопков С.В. Комплексные титаносодержащие коагулянты: синтез и применение: автореф. дис. … канд. техн. наук. М., 2023. 18 с.
23. Read A.D. Selective flocculation separations involving hematite // Institution of Mining and Metallurgy Transactions. Section C. 1971, vol. 80, pp. 24-31.
24. Обоснование применения полиакриламидных флокулянтов для селективного разделения угольных шламов / Рубинштейн Ю.Б., Яровая О.В., Гольберг Г.Ю., Новак В.И. // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2011. №2. C. 97-102.
25. Новак В.И. Обоснование и разработка рациональной технологии флокуляционного разделения тонкодисперсных угольных шламов: автореф. дис. … канд. техн. наук. М., 2012. 22 с.
26. Tao D., Groppo J.G., Parekh B.K. Enhanced Ultrafine Coal Dewatering using Flocculation Filtration Processes // Minerals Engineering. 2000, vol. 13, no. 2, pp. 163-171.
27. Yuping Fan, Xianshu Dong, Hui Li. Dewatering effect of fine coal slurry and filter cake structure based on particle characteristics // Vacuum. 2015, vol. 114, pp. 50-57.
28. Барабанные вакуум-фильтры: сайт компании Intech GmbH LLC. URL: https://oil-filters.ru/ drum_filters/ (дата обращения: 14.02.2024).
29. Na Zhang, Xumeng Chen, Yongjun Peng. Effects of froth properties on dewatering of flotation products – A critical review // Minerals Engineering. 2020, vol. 155, 106477. DOI: 10.1016/j.mineng.2020.106477
30. Effects of Flocculant, Surfactant, Coagulant, and Filter Aid on Efficiency of Filtration Processing of Copper Concentrate: Mechanism and Optimization / Rezaei A., Abdollahi H., Gharabaghi M., Mohammadzadeh A.A. // Journal of Mining and Environment. 2020, vol. 11, no. 1, pp. 119-141.
31. Влияние поверхностно-активных веществ на остаточную влажность продуктов фильтрования / Зимбовский И.Г., Погосян Э.С. // Материалы международной конференции «Современные проблемы комплексной и глубокой переработки природного и нетрадиционного минерального сырья» (Плаксинские чтения-2023), Москва, 02-05 октября 2023. М.: НИТУ «МИСиС», 2023. С. 353-354.
32. Mathewson D., Eschebach D. Belt Press Filter Handbook. Brisbane, Australia: Australian Coal Industry's Research Program (ACARP), 2022.
33. Calculation of sludge dewatering capacity of belt filter press: сайт Shandong Vinson Machinery Co., LTD. URL: http://www.zmmachinery.com/news_ show.asp?id=12 (дата обращения: 14.02.2024).
34. Fester V., Werner R. Optimization of Polymer Dosing for Improved Belt Press Performance in Wastewater Treatment Plants. In: Advances in Slurry Technology. Ed. By Trevor Jones. London: Intech Open, 2023. DOI: 10.5772/intechopen.108978.
35. Засядько А.В., Панфилов Ф.А., Гольберг Г.Ю. Опыт эксплуатации ленточных фильтр-прессов на операции обезвоживания концентратов и промпродуктов флотации коксующихся углей ОФ «Нерюнгринская» // Кокс и химия. 2000. №9. C. 9-11.
36. Meiring S. Thickeners versus centrifuges – a coal tailings technical comparison // Paste 2015: Proceedings of the 18th International Seminar on Paste and Thickened Tailings. Perth: Australian Centre for Geomechanics, 2015, pp. 55-65.
37. Advanced solid-liquid separation for dewatering fine coal tailings by combining chemical reagents and solid bowl centrifugation / Nguyen C.V., Nguyen A.V., Doi A., Dinh E., Nguyen T.V., Ejtemaei M., Osborne D. // Separation and Purification Technology. 2021, vol. 259, no. 15, pp. 118-172.
38. Теоретическое обоснование способа измерения концентрации флокулянтов в технологических водах обогатительных фабрик / Лавриненко А.А., Кунилова И.В., Гольберг Г.Ю., Резчикова П.С., Комарова С.Г. // Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых: материалы 15-й Международной научной школы молодых ученых и специалистов, Москва, ИПКОН РАН, 25-28 октября 2021 г. М.: ИПКОН РАН, 2021. С. 252-255.
39. Адсорбционные и флокулирующие свойства модифицированного полиакриламида в водных дисперсиях каолина / Воробьёв П.Д., Крутько Н.П., Чередниченко Д.В., Воробьёва Е.В., Буча С.В., Липай Ю.В. // Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Серыя хімічных навук. 2022. Т. 58. №3. C. 273-279.
40. Лавриненко А.А., Гольберг Г.Ю. Состояние про-цессов сгущения и обезвоживания отходов флота-ции углей // Вестник Магнитогорского государ-ственного технического университета им. Г.И. Но-сова, 2023. Т. 21. №3. C. 27-41.