Wyniki flotacji

Flotacje laboratoryjne prowadzono dla węgla energetycznego z

kopalni Siersza. Wyniki wyniesienia węgla do koncentratu w

standaryzowanych warunkach flotacji i zmiennym pH przedstawiono na rys. 7. Strzałki na w y k resie wskazują kierunek, a odcinki wielkości zmian pH

Z b i e r a c z ; olej n a p ę d o u y S r . p i a n o t u ó r c z y RC

NaOH pH

Rys. 7. Wychód k o n cetratu (y) w zależności od pH podczas flotacji węgle z kop. Siersza. Na wykresie zaznaczono wielkość i kierunek zmian pH

podczas flotacji

Fig. 7. Yield of concentrate (r) as a function of pH during flotation of coal from the Siersza mine. Magnitude and direction of changes in pH duri n g flotation are marked in the diagram

po wprow a d z e n i u wę g l a do roztworu i w czasie flotacji. Stwierdzono, że dobra flotowalność wy s t ę p u j e w obszarze, w którym pH zawiesiny rośnie lub u t r zymuje się na niezmienionym poziomie; odpowiada to prowadzeniu procesu w pH b l i s k i m buforowego lub niższym. Próby takiego procesu w skali półtechnicznej prowadzono w kopalni Piast, w której miał powstać pierwszy w kr a j u p r zemysłowy zakład flotacji węgla energetycznego. Próbki w y s e l e k c j o n o w a n e g o ręcznie węgla z kopalni Piast, wprowadzane po sproszkowaniu do roztworu wodnego, buforowały jego pH na poziomie ok. 6,0 i Eh na p o z iomie 470 mV. Taki odczyn zawiesiny był możliwy do

utrzymania w m a s zynie flotacyjnej. obecność drobnych ziaren,

a l kalizującycn zawiesinę skały płonęj, powoduje podniesienie pH w czasie porówny w a l n y m z prz e j ś c i e m nadawy przez maszynę flotacyjną.

84 J. Girczys

Zjawisko alkalizowania zawiesin było m.in. przyczyną negatywnych w yników flotacji wykonywanych z użyciem mułów dłużej przechowywanych przed doświadczeniem. Silne alkalizowanie się zawiesin, sporządzonych z użyciem dłużej przechowywanych mułów, obserwowano w przypadkach próbek mułów pobranych w kopalniach Piast i Zofiówka. Wyniki flotacji wykonywanych w skali laborotoryjnej na świeżo pobranych próbkach mułu i w skali półtechnicznej w kopalni Piast były zgodne i zachęcające do stosowania w praktyce flotacji węgla energetycznego.

Flotację p ó ł techniczną prowadzono przy następujących parametrach:

‘ 3

- koncentracja części stałych w nadawie 100 kg/m

- odczynnik flotacyjny: olej napędowy (ON) + alkohole ciężkie (AC) w mieszaninie 85% lub 75% ON i 15% lub 25% AC

- dawka odczynnika 2,5 lub 3,0 kg/Mg

- natężenie dopływu nadawy do flotacji 40 d m 3 /min - pH: naturalne, regulowane C a ( 0 H ) 2 lub regulowane HC1

Tabela 2. Warunki i wyniki flotacji przemysłowej Conditions and results of flotation

Lp Odczynnik kg/Mg P R 0 D U K T* Koncentr. części stałych kg/m3 Wychód % wag. Popiół A a ** % Siarka S® ** % PH za-wie­ si­ ny 0» + N 82,1 100,0 35,68 1,04 7,12 1 25% AC K 260,9 55,5 10,39 0,90 2,5 O 52,3 44,5 67,22 1,18 7,11 ON + N 90,5 100,0 36,00 0,98 10,31 2 25% AC K 166,1 40,43 17,24 0,91 2,5 O 66,7 59,57 48,73 1,22 10,21 ON + N 87,6 100,0 37,35 0,96 6,27 3 25% AC K 277,8 57,61 10,93 0,82 2,5 O 43,5 42,39 73,25 1,20 6,85 ON + N 102,7 100,0 36,82 1,10 7,24 4 15% AC K 244,5 48,55 11,47 1,08 3,0 O 62,6 51,45 60,74 1,28 7,20 ON + N 95,4 100,0 35,16 1,17 6,26 5 15% AC K 244,5 59,53 11,23 0,70 3,0 O 60,6 40,47 70,36 1,38 6,65

* N-nadava , K-koncentrat , O-odpady ** wg PN 90/G 04 510

Wyniki tych doświadczeń zestawiono w tabeli 2. W zestawieniu ujęto rezultaty osiągnięte we flotacji klasy ziarnowej -0,5 mm. Analiza zachowania się w czasie flotacji klasy ziarnowej +0,5 mm wykazała, że przechodzi ona głównie do odpadów.

Wpływ pH na flotację węgli energetycznych 85

4. OMÓWIENIE

W roztworze wodnym NaCl o stężeniu C,02 m, który znajdzie tię w ko n t a k c i e z próbką drobnoziarnistego węgla_, rejestruje się zmiany przewod n i c t w a pH i Eh; charakteryzują się one różną szybkością. Najszybciej, bo po kilku minutach, ustala się przewodnictwo, potem pH, a potencjał redox stabilizuje się dopiero po około 20 min. Wprowadzenie węgla do roztworu alkalicznego powoduje spadek pH roztworu przy równoc z e s n y m wzroście Eh. W i e lkość zmian potencjału redox, odpowiadająca jednostkowej zmianie pH, jest w zakresie kwaśnym wielokrotnie większa niż w. zakresie alkalicznym. Każdy z badanych czterech węgli buforował zawiesinę do c harakterystycznego dla siebie pH, leżącego w obszarze neutralnym. Obecność w jednej z próbek mineralnych wtrąceń skały alkalicznej powodowała w y ż s z ą wartość pH równowagowego zawiesiny tego węgla. Po obróbce stężonym kwasem solnym i wymyciu produktów reakcji u z yskiwano d e m i n e r alizowane próbki węgla, które buforowały zawiesinę do pH znacznie niższego niż węgle surowe, t j . do pH w granicach 3,4-4,5. Zawiesiny węgla surowego i deminerrlizowanego charakteryzują jednakowe zmiany p r z ewodnictwa w zakresie alkalicznym i różne w obszarze kwaśnym. Poc z y n i o n e obserwacje w s k a z u j ą na to, że alkalizowanie zawiesiny, zachodzące w pH n i ż szym od buforowego, może przebiegać z udziałem substancji niewęglowej. Obniżenie pH natomiast następuje głównie w w y n i k u k o n t a k t u roztworu z p o wierzchnią węglową.

Al k a l i z o w a n i e r o z tworów wodnych przez zawiesiny węglowe może w y n i k a ć z :

- sorpcji jonów H+ i anio n ó w elektrolitu stabilizującego siłę jonową^ - sorpcji jonów H* z r ó w noczesną desorpcją kationów osadzonych na gru­

p a c h funkcyjnych.

Ten drugi me c h a n i z m potwierdzają pomiary zmian przewodnictwa i p o t encjału redox. W p r z ypadku wyłącznie pierwszego mechanizmu zmiana pot e n c j a ł u redox na jednostkową zmianę pH nie przekroczyłaby 59 mV. T y m c z a s e m spadek Eh był w i e lokrotnie większy; może on być spowodowany a n alitycznie ustalonym wyprowad z e n i e m z powierzchni do roztworu jonów

2+ •

Fe . Stwierdzone w obszarze kwaśnym duże różnice przewodnictwa dla zawiesin i czystych r o z tworów również przemawiają za tym, że mechanizm p r otonowania grup funkcyjnych na powierzchni węgla ma decydujące znaczenie dla buforowania pH w zakresie dobrej flotowalności. Można przyjąć, że w obszarze dobrej flotowalności w fazie powierzchniowej p o j awia się kwas humusowy w formie n i e z d y s o c j o w a n e j . W y r aźnie gorszy przebieg flotacji obserwuje się w obszarze alkalicznym, t j . w obszarze, w któ r y m wprow a d z e n i e węgla do roztworu powoduje zakwaszenie zawiesiny. Zakwaszenie to mogłoby być związane z:

86 J. Girczys

- adsorpcją równoczesną jonów OH' i kationów na powierzchni węgla, - roztwarzaniem kwasów humusowych i dyfuzją ich do roztworu.

Zmiany potancjaiu redox i przewodnictwa, towarzyszące zakwaszeniu zawiesiny przez wprowadzenie węgla, potwierdzają mechanizm drugi. R oztwór czysty, o tyra samym pH, ma wyższe przewodnictwo niż zawiesina węglowa, co może wynikać z buforowania zawiesiny przez kwasy humusowe, jak sugerują to również Wenn i Sun (1977). Zanikowi naturalnych w łasności flotacyjnych węgla towarzyszy roztwarzanie i dysocjacja substancji kwasowych na powierzchni węgla.

Obserwacja kinetyki zmian własności elektrochemicznych zachodzących

w zawiesinach węglowych wskazuje, że stabilizacja warstwy

powierzchniowej, naruszonej przez zmianę składu jonowego w roztworze, trwa do kilkunastu minut. Jest to czas porównywalny z czasem flotacji

przemysłowej. Jeżeli w tym czasie warstewka hydratacyjna jest

zdeorientowana (nieuporządkowana), to stan ten powinien mieć w p ł y w na wskaźniki flotacji. Zgodnie z mode l e m Yarara i Lej i (1982) ciśnienie filmu cieczy na powierzchni ziaren, związane z grubością warstwy h y d r a t a c y j n e j , może decydować o skutecznym dostępie pęcherzyka powietrza do ziarna. Półtechniczne próby flotacji wykazały, że regulacja pH zawiesiny m o ż e mieć zastosowanie w skali p r z e m y s ł o w e j . Przez niewielkie zakwaszenie, które nie powinno pociągnąć za sobą negatywnych skutków technicznych (korozja), uzyskano znaczną poprawę uzysku i jakości koncentratu. Wyniki umieszczone w tab. 2. w y k azują znaczną poprawę flotacji przy u m i arkowanym zużyciu zbieracza i środka pianotwórczego. Tego rzędu poprawy wyni k ó w nie osiąga się przez p o d niesienie zużycia tradycyjnych odczynników. Jedynie zastosowanie tzw. p r o motorów może prowadzić do równorzędnej poprawy wyników.

5. WNIOSKI

1. Badania flotacyjne, wykonywane na zawiesinach dłużej

przechowywanych, nie zawsze odwzorowują proces prowadzony na świeżej zawiesinie m u ł ó w pozyskiwanych w układzie przemysłowym.

2. Świeża zawiesina węglowa w kontakcie z wodą ma własności