Jerzy Sablik, Marek Lenartowicz

Monografia nr 22
Gliwice 2007, s.1-81, 
ISBN  978-83-60708-15-6

cena egz. 30,00 zł

W pracy przedstawiono wyniki badań aktywności flotacyjnej węgli o różnym stopniu uwęglenia w korytowej pneumomechanicznej maszynie flotacyjnej w funkcji napięcia powierzchniowego zwilżania ziaren węglowych.

Celem pracy było wykazanie, że w turbulentnych warunkach procesu kolejność flotowania ziaren zależy od stanu energetycznego ich powierzchni, którego miarą może być napięcie powierzchniowe zwilżania, a wyniki uzyskane metodą frakcjonowanej flotacji powierzchniowej można wykorzystać do badania parametrów technologii flotacji i sprawności technologicznej maszyn flotacyjnych typu IZ. Przeprowadzono opróbowanie w warunkach rzeczywistych maszyn flotacyjnych typu IZ pracujących w zakładach przeróbczych wzbogacających węgle o różnym stopniu uwęglenia, a mianowicie węgiel gazowo-płomienny typu 32.1, gazowy typu 33, gazowo-koksowy typu 34.2 i ortokoksowy typu 35.1. Badano próbki nadawy, koncentratów z po- szczególnych sekcji dwuwirnikowych flotowników oraz odpady. Dla celów porównawczych badano także próbki brył węgla o możliwie dużej czystości (małej zawartości popiołu, czyli małej zawartości substancji popiołotwórczych), które po rozdrobnieniu badano podobnie jak produkty uzyskane z opróbowania maszyn flotacyjnych typu IZ. Energetyczne właściwości powierzchniowe ziaren w próbkach badano metodą frakcjonowanej flotacji powierzchniowej, a liczba oznaczeń tą metodą wyniosła 1491. Ponadto wykonano analizy technologiczne i fizykochemiczne obejmujące oznaczenie zawartości węgla, zawartości siarki, zawartości części lotnych, wilgoci, zawartości popiołu w bryłach, nadawach i koncentratach oraz odpadach.

Wykorzystując wyniki badań obliczono dla wszystkich próbek średnie krytyczne napięcie powierzchniowe zwilżania, niejednorodność energetyczną powierzchni w badanych zbiorach ziaren oraz udział w nich ziaren o powierzchniach hydrofilowych. Wykazano, że mimo turbulentnych warunków, w jakich przebiega proces flotacji w korytowych maszynach flotacyjnych kolejność flotowania ziaren węglowych zależy od napięcia powierzchniowego zwilżania. W pierwszej kolejności (w pierwszych przedziałach wirnikowych) flotują ziarna o najmniejszym napięciu powierzchniowym zwilżania (najmniejszej energii powierzchniowej), które charakteryzują się największą aktywnością flotacyjną, a w dalszych przedziałach wirnikowych flotują ziarna o coraz większej energii powierzchniowej, a więc mniejszej aktywności flotacyjnej. Wykazano również, że do koncentratów przedostają się ziarna o powierzchniach hydrofilowych, a do odpadów nadmierne ilości ziaren hydrofobowych, co zmniejsza efektywność procesu wzbogacania. Udział poszczególnych rodzajów ziaren w produktach flotacji zależy od stopnia uwęglenia wzbogacanego węgla. Analizowano także przyczyny, które powodują niekorzystne zjawisko przechodzenia ziaren hydrofilowych do koncentratów oraz ziaren hydrofobowych do odpadów. Ponadto wykazano ścisłą zależność między napięciem powierzchniowym zwilżania, a zawartością popiołu i zawartością ziaren hydrofilowych w danym zbiorze ziaren (produkcie wzbogacania) oraz na tej podstawie stwierdzono, że przechodzące do koncentratów ziarna hydrofilowe nie są zawierającymi dużo połączeń tlenowych ziarnami substancji organicznej węgla, ale ziarnami substancji mineralnej.

Zgromadzone w wyniku badań i obliczeń wyniki umożliwiły analizę zastosowanych w zakładach przeróbczych technologii flotacji (ocenę prawidłowego doboru parametrów technologii) oraz ocenę sprawności technologicznej maszyn IZ. Wykorzystując tego typu analizy określono i opisano działania umożliwiające poprawę warunków procesu i uzyskiwanie bardziej korzystnych wyników wzbogacania mułów węglowych we flotownikach pneumomechanicznych typu IZ.

Power properties of particles surface in the product of industrial coal flotation

Results of testing the flotation activity of coals of different coalification degree in a pneumomechanical flotation machine in a function of surface tension of wetting of coal particles were presented. The work objective was to indicate that a sequence of particles flotation in turbulent conditions of process depends on power state of their surface, measure of which can be the surface tension of wetting, and results obtained by film flotation method can be used for testing the parameters of flotation technology and technological efficiency of IZ type flotation machines.

Sampling of IZ type flotation machines, which operate in processing plants and enrich coal of different coalification degree, i.e. gas-and-flame coal of 32.1 type, gas coal of 33 type, gas-and-coking coal of 34.2 type and ortho-coking coal of 35.1 type, was carried out in real conditions. Samples of feed, concentrates from each section of two-rotor flotation machines and failings, were tested. For comparison purposes, the sam- ples of coal lumps as clean as possible (of low ash content, i.e. of low content of ash-generating substances) were also tested after grinding, similarly to the products obtained from sampling the IZ type flotation machines. Power properties of surface of particles in samples were tested by film flotation method and a number of determinations by this method was equal to 1491. Moreover, technological and physical-and-chemical analyses, which include determination of coal content, sulphur content, content of volatile compounds, moisture content, ash content in lumps, feed and concentrates as well as failings, were conducted.

Using the tests results, average critical surface tension of wetting, power heterogeneity of surface in tested groups of particles and share of particles of hydrophilic surfaces were calculated for all samples. It was indicated that despite turbulent conditions, in which flotation process takes place in flotation machines, a sequence of coal particles flotation depends on surface tension of wetting. Particles of the lowest surface tension of wetting (of the lowest surface energy), which are of the highest flotation activity, flotate at first (in the first rotor compartments) and the particles of higher surface energy, thus of lower flotation activity, flotate in further rotor compartments. It was also indicated that particles of hydrophilic surfaces move to concentrates, and excessive number of hydrophobic particles moves to failings, what reduces effectiveness of enrichment process. Share of each type of particles in flotation products depends on a degree of coalification of the processed coal. The reasons of disadvantageous phenomenon of moving of hydrophilic particles to concentrates and hydrophobic particles to failings were also analysed. Moreover, direct relationship between surface tension of wetting and ash content and hydrophilic particles in a given group of particles (product of enrichment) was indicated and, on this basis, it was found that hydrophilic particles which move to concentrates are not the particles of organic coal, which have a lot of oxygen bonds, but they are the particles of mineral coal.    

Collected results from tests and calculations enabled an analysis of flotation technologies used in processing plants (assessment of proper selection of technology parameters) as well as assessment of techno- logical efficiency of IZ type machine. With the use of such analyses, the operations, which enable improvement of process conditions and obtaining more advantageous results of coal slurry enrichment in pneumomechanical flotation machines of IZ type, were determined and described.