RU2165799C1

RU2165799C1 - Coal flotation process

Info

Publication number: RU2165799C1
Application number: RU99125296/03A
Authority: RU
Inventors: мова Э.Р. Агл; Э.Р. Аглямова; Л.Г. Савинчук
Original assignee: Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
Priority date: 1999-11-23
Filing date: 1999-11-23
Publication date: 2001-04-27

Abstract

FIELD: coal benefication. SUBSTANCE: process is distinguished by that, in the stage of conditioning of raw material jointly with the ethyl chloride synthesis oligomers, isoamyl isobutyrate is added. EFFECT: improved quality of beneficate. 1 tbl

Description

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано при флотации угля. The invention relates to mineral processing and can be used in the flotation of coal.

Известен способ флотации угля, включающий введение в кондиционирование исходного сырья в качестве собирателя-вспенивателя фракции оборотных алифатических спиртов (ФОАС) производства диалкилфталата путем этерификации алифатических спиртов фталевым ангидридом в присутствии катализатора (см., например, патент РФ N 2019300, МКИ⁶ B 03 D 1/004).A known method of coal flotation, including introducing into the conditioning of the feedstock as a collector-foaming agent the fraction of circulating aliphatic alcohols (FOAC) for the production of dialkyl phthalate by esterification of aliphatic alcohols with phthalic anhydride in the presence of a catalyst (see, for example, RF patent N 2019300, MKI ⁶ B 03 D 1/004).

Недостатком указанного способа является низкое качество получаемого концентрата из-за повышенного содержания в нем пиритной серы, что обусловлено недостаточной прочностью закрепления солей бензолсульфокислоты, входящих в состав ФОАС, на поверхности пирита и отсутствием углеводородного радикала, необходимого для формирования на поверхности пиритных частиц полислойного каркаса с достаточной гравитационной составляющей для усиления депрессии пирита. The disadvantage of this method is the low quality of the resulting concentrate due to the increased content of pyrite sulfur in it, which is due to the insufficient strength of the fixation of the benzenesulfonic acid salts that make up the FOAS on the pyrite surface and the absence of a hydrocarbon radical necessary for the formation of a multilayer skeleton on the surface of pyrite particles with sufficient gravitational component to enhance the depression of pyrite.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ флотации угля, включающий предварительное кондиционирование исходного сырья с собирателем-спенивателем, в качестве которого используют олигомеры синтеза хлорэтила (см., например, авт.св. СССР N 1364367, МКИ⁶ B 03 D 1/02).Closest to the technical nature of the claimed object is a method of flotation of coal, including pre-conditioning of the feedstock with a collector-foaming agent, which is used as the oligomers of the synthesis of chloroethyl (see, for example, ed. St. USSR N 1364367, MKI ⁶ B 03 D 1 / 02).

Недостатками указанного способа являются низкая пенообразующая способность реагента, обусловленная наличием углеводородных цепочек большой длины, которые уменьшают жизнеспособность пузырьков за счет увеличения их механической жесткости, а следовательно, снижают способность реагирования на внешние воздействия, а также низкое качество получаемого концентрата вследствие того, что известный реагент обладает собирательными свойствами не только по отношению к угольным частицам, но и по отношению к минеральным примесям, в том числе и к сульфидным минералам (пириту, марказиту). Вследствие большого сродства углеводородов, входящих в состав реагента, к угольным частицам и малого сродства - к пиритным частицам происходит закрепление молекул реагента на угольных частицах в большем количестве, чем на пиритных. Это приводит к тому, что гравитационные составляющие частиц угля и пирита стремятся к выравниванию, что снижает вероятность перехода пиритных частиц в отходы флотации, а следовательно, получаемый угольный концентрат имеет высокое содержание общей и пиритной серы. The disadvantages of this method are the low foaming ability of the reagent due to the presence of long hydrocarbon chains, which reduce the viability of the bubbles by increasing their mechanical stiffness, and therefore reduce the ability to respond to external influences, as well as the low quality of the resulting concentrate due to the fact that the known reagent has collective properties not only in relation to coal particles, but also in relation to mineral impurities, including s lfidnym minerals (pyrite, marcasite). Due to the high affinity of the hydrocarbons that make up the reagent to coal particles and the low affinity to pyrite particles, the reagent molecules are fixed on coal particles in a larger amount than on pyrite ones. This leads to the fact that the gravitational components of the particles of coal and pyrite tend to equalize, which reduces the likelihood of the transition of pyrite particles into flotation waste, and therefore, the resulting coal concentrate has a high content of total and pyrite sulfur.

В основу изобретения поставлена задача разработать способ флотации угля с использованием такого реагента, который одновременно обладал бы высокими комплексными свойствами, а именно, вспенивающими и собирательными по отношению к угольной поверхности и модифицирующими по отношению к сульфидным минералам железа в исходном сырье, что позволит повысить выход концентрата высокого качества. The basis of the invention is the task to develop a method of coal flotation using such a reagent that would simultaneously have high complex properties, namely, foaming and collective with respect to the coal surface and modifying with respect to sulfide minerals of iron in the feedstock, which will increase the yield of concentrate High Quality.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе флотации угля, включающем предварительное кондиционирование исходного сырья с олигомерами синтеза хлорэтила, согласно изобретению в кондиционирование дополнительно вводят изоамиловый эфир изомасляной кислоты. The problem is solved in that in the known method of coal flotation, including pre-conditioning the feedstock with oligomers of chloroethyl synthesis, according to the invention, isoamyl ether of isobutyric acid is additionally introduced into the conditioning.

Заявляемый реагент - изоамиловый эфир изомасляной кислоты получается путем этерификации γ -метилбутилового спирта 2-метилпропановой кислотой в присутствии катализатора серной кислоты по схеме, приведенной в конце описания

(см. Н. Н. Лебедев. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. - М.: Химия, 1988, с. 201- 206).The inventive reagent isoamyl ester of isobutyric acid is obtained by esterification of γ-methylbutyl alcohol with 2-methylpropanoic acid in the presence of a sulfuric acid catalyst according to the scheme given at the end of the description

(see. N. N. Lebedev. Chemistry and technology of basic organic and petrochemical synthesis. - M.: Chemistry, 1988, p. 201-206).

В ходе реакции образуется эфир - сырец, который по технологической схеме направляют на очистку от воды и спирта. Очистку проводят в ректификационной колонне путем отгонки низкокипящей тройной азеотропной смеси эфира, спирта и воды. Кубовый остаток, состоящий из непрореагировавшего спирта, возвращают в процесс этерификации. Очищенный эфир охлаждается и поступает в сборник чистого продукта - изоамилового эфира изомасляной кислоты. During the reaction, ether is formed - raw, which, according to the technological scheme, is sent for purification from water and alcohol. Purification is carried out in a distillation column by distillation of a low boiling triple azeotropic mixture of ether, alcohol and water. The bottom residue, consisting of unreacted alcohol, is returned to the esterification process. The purified ether is cooled and enters the collection of a pure product - isoamyl ether of isobutyric acid.

Изомиловый эфир изомасляной кислоты представляет собой прозрачную бесцветную жидкость со слабым запахом. Isomyl ester of isobutyric acid is a clear, colorless liquid with a faint odor.

Физико-химическая характеристика
Плотность, г/см³ - 0,876
Молекулярный вес - 158,24
Температура начала кипения, ^oC - 168,8
Анализ патентной и технической информации показал, что заявляемый реагент - изоамиловый эфир изомасляной кислоты известен и используется в качестве растворителя, компонента гидравлических жидкостей и смазочных масел, пластификатора и мономера для химического синтеза (см. Н.Н.Лебедев. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. - М.: Химия, 1988, с.199).Physicochemical Characterization
Density, g / cm ³ - 0.876
Molecular Weight - 158.24
Boiling point, ^o C - 168.8
An analysis of patent and technical information showed that the inventive reagent isoamyl ester of isobutyric acid is known and used as a solvent, a component of hydraulic fluids and lubricants, a plasticizer and a monomer for chemical synthesis (see N.N. Lebedev. Chemistry and technology of basic organic and petrochemical synthesis. - M.: Chemistry, 1988, p.199).

В способе флотации угля заявляемый реагент - изоамиловый эфир изомасляной кислоты проявляет комплекс новых технических свойств, заключающихся в том, что наряду с высокими вспенивающими и собирательными свойствами по отношению к поверхности угольных частиц исходного сырья, он проявляет модифицирующее свойство, обеспечивающее депрессию сульфидных минералов железа (пирита) исходного сырья. In the method of coal flotation, the claimed reagent, isoamyl ester of isobutyric acid, exhibits a set of new technical properties, which, along with high foaming and collective properties with respect to the surface of coal particles of the feedstock, it exhibits a modifying property that ensures the deposition of iron sulfide minerals (pyrite ) feedstock.

Это объясняется следующим. Наличие в молекулах заявляемого реагента - изоамилового эфира изомасляной кислоты углеводородного радикала позволяет закрепляться ему за счет неспецифического взаимодействия, то есть за счет дисперсионных сил Ван-дер-Ваальса. This is explained by the following. The presence in the molecules of the claimed reagent - isoamyl ester of isobutyric acid of a hydrocarbon radical allows it to be fixed due to nonspecific interaction, that is, due to the dispersion forces of Van der Waals.

Гетерополярные молекулы заявляемого реагента имеют функциональную группу

где в карбонильной группе

электронное облако смещено к атому кислорода. Благодаря этому смещению у атома кислорода возникает некоторый отрицательный заряд δ-, а у атома углерода - дробный положительный заряд δ+. B алкоксильной группе

электронное облако также смещено к атому кислорода. Таким образом, кислород алкоксильной группы -O-R, так же как и карбонильной

способен к специфическому взаимодействию с положительными адсорбционными центрами угольной поверхности.The heteropolar molecules of the claimed reagent have a functional group

where in the carbonyl group

the electron cloud is shifted to the oxygen atom. Due to this displacement, a certain negative charge δ- arises at the oxygen atom, and a fractional positive charge δ + arises at the carbon atom. B alkoxyl group

the electron cloud is also biased toward the oxygen atom. Thus, the oxygen of the alkoxyl group —OR, as well as the carbonyl

capable of specific interaction with positive adsorption centers of the coal surface.

Специфическому взаимодействию молекул заявляемого реагента способствует также присутствие изомерных структур, в которых проявляется смещение электронной плотности +J-типа от метильных групп к углеродным атомам главной цепи

Наличие энергетически активного водорода в боковых структурах изомерных молекул способствует повышению прочности их закрепления на активных центрах угольной поверхности, имеющих атомы с большей электроотрицательностью.The specific interaction of the molecules of the claimed reagent is also facilitated by the presence of isomeric structures in which a shift of electron density + J-type from methyl groups to carbon atoms of the main chain is manifested

The presence of energetically active hydrogen in the lateral structures of isomeric molecules contributes to an increase in the strength of their attachment to the active centers of the carbon surface having atoms with greater electronegativity.

Одновременное закрепление кислородсодержащих групп молекул заявляемого реагента на положительных центрах угольной поверхности и активных атомов водорода на отрицательных участках угольной поверхности способствует повышению общей прочности закрепления реагента на угольных частицах. Simultaneous fixing of oxygen-containing groups of molecules of the inventive reagent on the positive centers of the carbon surface and active hydrogen atoms on the negative parts of the coal surface helps to increase the overall strength of the fixation of the reagent to coal particles.

Таким образом, заявляемый реагент может закрепляться на поверхности угольных частиц одновременно как за счет специфического, так и универсального неспецифического взаимодействия с положительными и отрицательными центрами угольной поверхности, что приводит к высокой прочности закрепления реагента, обеспечивающего высокую гидрофобизацию поверхности угольных частиц, а следовательно, собирательное действие заявляемого реагента при флотации угля. Thus, the inventive reagent can be fixed on the surface of coal particles at the same time due to both specific and universal nonspecific interactions with positive and negative centers of the coal surface, which leads to high strength of reagent fixing, providing high hydrophobization of the surface of coal particles, and therefore, collective action of the inventive reagent during coal flotation.

Кроме того, присутствие в молекулах заявляемого реагента карбонильных групп

алкоксильных групп -O-R и метильных радикалов, приводящих к поляризации молекул, обеспечивает наличие у реагента пенообразующих свойств, необходимых для флотации угля.In addition, the presence in the molecules of the claimed reagent carbonyl groups

alkoxyl groups -OR and methyl radicals, leading to the polarization of molecules, ensures that the reagent has foaming properties necessary for flotation of coal.

Также заявляемый реагент - изоамиловый эфир изомасляной кислоты обладает депрессирующим действием по отношению к минеральным пиритизированным поверхностям. Эффект подавления сульфидных минералов (пирита) основан на создании на поверхности указанных частиц пирита гидрофильной пленки и заключается в следующем. Also, the inventive reagent isoamyl ester of isobutyric acid has a depressant effect in relation to mineral pyritized surfaces. The effect of suppressing sulfide minerals (pyrite) is based on the creation of a hydrophilic film on the surface of these particles of pyrite and is as follows.

Пирит является кристаллической структурой с ионной химической связью, в то время, как в углях преобладает ковалентная химическая связь. В процессе переработки угольного сырья (дробление, измельчение и т.д.) происходит нарушение стабильности кристаллической решетки частиц пирита, в результате чего система стремится к компенсации энергии недостающего аниона, имеющимися в заявляемом реагенте носителями повышенной электронной плотности δ-, в частности карбонильными группами

алкоксильными группами -O-R, а катиона - предпочтительно наибольшими положительными зарядами δ+ алкильных группировок. Карбонильные, алкоксильные и алкильные группы, находясь под действием диполей воды, гидратируются и гидрофилизуют поверхность минерала, образуя гидратный слой. Гидрофилизированные частицы укрупняются за счет действия водородных связей между гидратными слоями и осаждаются под действием собственной силы тяжести.Pyrite is a crystalline structure with an ionic chemical bond, while covalent chemical bonds predominate in coals. In the process of processing coal raw materials (crushing, grinding, etc.), the crystal lattice stability of pyrite particles is violated, as a result of which the system tends to compensate for the energy of the missing anion, which are present in the inventive reagent by carriers of increased electron density δ-, in particular carbonyl groups

alkoxy groups -OR, and the cation is preferably the largest positive charges of δ + alkyl groups. Carbonyl, alkoxyl and alkyl groups, being under the influence of water dipoles, hydrate and hydrophilize the surface of the mineral, forming a hydrate layer. Hydrophilized particles coarsen due to the action of hydrogen bonds between the hydrated layers and precipitate under the influence of their own gravity.

Таким образом, проведенными исследованиями установлено, что заявляемый реагент - изоамиловый эфир изомасляной кислоты при флотации угля наряду с высокими вспенивающими и собирательными свойствами проявляет модифицирующее свойство, заключающееся в обеспечении депрессии сульфидных минералов железа (пирита) путем образования на их поверхности гидрофильной пленки, что ведет к селективности извлечения пиритной серы из исходного сырья в отходы. Thus, studies have established that the inventive reagent isoamyl ester of isobutyric acid during coal flotation, along with high foaming and collective properties exhibits a modifying property, which consists in providing depression of sulfide minerals of iron (pyrite) by forming a hydrophilic film on their surface, which leads to the selectivity of the extraction of pyrite sulfur from the feedstock into waste.

Кроме того, заявляемый реагент усиливает флотационные свойства олигомеров синтеза хлорэтила за счет увеличения пенообразующей активности малополярных молекул реагента - олигомеров синтеза хлорэтила. In addition, the inventive reagent enhances the flotation properties of oligomers of the synthesis of chloroethyl by increasing the foaming activity of low-polar molecules of the reagent - oligomers of the synthesis of chloroethyl.

Сведений о том, что изоамиловый эфир изомасляной кислоты проявляет вспенивающие и собирательные свойства по отношению к угольной поверхности и модифицирующее свойство по отношению к сульфидным минералам в известных технических решениях, не обнаружено. Information that isoamyl ester of isobutyric acid exhibits foaming and collective properties with respect to the coal surface and a modifying property with respect to sulfide minerals is not found in the known technical solutions.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ флотации угля не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень". Based on the foregoing, we can conclude that the inventive method of coal flotation does not follow explicitly from the prior art, and therefore meets the patentability condition "inventive step".

Пример осуществления способа. При проведении экспериментальных исследований были использованы угли средней степени обогатимости по ГОСТ 10100-84. An example implementation of the method. When conducting experimental studies, coals of medium concentration were used according to GOST 10100-84.

Для осуществления флотации берут навеску угля, например 0,07 кг, перемешивают с водой в лабораторной машине типа "Механобр" с емкостью камеры 0,5 л в течение 1 мин. Затем в пульпу совместно с олигомерами синтеза хлорэтила подают дополнительно изоамиловый эфир изомасляной кислоты. Время агитации - 3 мин. После контакта навески угля с реагентами в точение 4 мин во флотационную машину подают воздух и производят флотацию угля. To carry out flotation, a sample of coal is taken, for example, 0.07 kg, mixed with water in a laboratory machine of the "Mechanobr" type with a chamber capacity of 0.5 l for 1 min. Then, in addition to the chloroethyl synthesis oligomers, isoamyl ester of isobutyric acid is additionally fed into the pulp. Agitation time - 3 minutes. After contacting a sample of coal with reagents for 4 minutes, air is fed into the flotation machine and coal is flotated.

Результаты опытов приведены в таблице. The results of the experiments are shown in the table.

Из данных таблицы видно, что наилучшие показатели флотации угля получены по заявляемому способу, в кагором используют олигомеры синтеза хлорэтила совместно с изоамиловым эфиром изомасляной кислоты. From the table it is seen that the best indicators of coal flotation were obtained by the present method, in which the oligomers of chloroethyl synthesis are used together with isoamyl ether of isobutyric acid.

Оптимальный расход реагентов при флотации угля, кг/кг ·10^-6:
Олигомеры синтеза хлорэтила - 1016
Олигомеры синтеза хлорэтила с изоамиловым эфиром изомасляной кислоты - 1002
Результаты испытаний, приведенные в таблице, показывают, что использование при флотации угля заявляемого реагента - изоамилового эфира изомасляной кислоты совместно с олигомерами синтеза хлорэтила позволяет повысить выход концентрата с 87,32 до 88,37%, с одновременным снижением зольности с 7,04 до 6,31%.The optimal consumption of reagents during coal flotation, kg / kg · 10 ^-6 :
Chloroethyl synthesis oligomers - 1016
Oligomers for the synthesis of chloroethyl with isoamyl ether of isobutyric acid - 1002
The test results shown in the table show that the use of the inventive reagent isoamyl ester of isobutyric acid together with oligomers of chloroethyl synthesis during flotation of coal can increase the yield of the concentrate from 87.32 to 88.37%, while reducing the ash content from 7.04 to 6 , 31%.

Кроме того, использование при флотации угля заявляемого реагента позволяет по сравнению с прототипом повысить качество получаемого концентрата за счет селективности извлечения пиритной серы в отходы. При этом извлечение общей серы в отходы повышается с 23,7 до 51,03%, а пиритной - соответственно с 26,2 до 72,64%. Использование в коксохимическом производстве углей, получаемых по заявляемой технологии, позволит значительно уменьшить количество вредных выбросов. In addition, the use of flotation of coal of the inventive reagent allows, in comparison with the prototype, to improve the quality of the resulting concentrate due to the selectivity of the extraction of pyrite sulfur in the waste. At the same time, the extraction of total sulfur in waste increases from 23.7 to 51.03%, and pyrite - from 26.2 to 72.64%, respectively. The use of coal obtained by the claimed technology in the coke-chemical production will significantly reduce the amount of harmful emissions.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ флотации угля работоспособен и может быть использован в горной промышленности при обогащении полезных ископаемых. Based on the foregoing, we can conclude that the inventive method of coal flotation is efficient and can be used in the mining industry for mineral processing.

Claims

A method of coal flotation, including conditioning of the feedstock with chloroethyl synthesis oligomers and subsequent separation with the release of combustible mass into a foam product, characterized in that isoamyl ether of isobutyric acid is additionally introduced into the conditioning.