POLITECHNIKA GDAŃSKA

Transkrypt

1 POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY KATEDRA TECHNOLOGII CHEMICZNEJ EKOLOGICZNE ASPEKTY PRZETWÓRSTWA SUROWCÓW MINERALNYCH Z ELEMENTAMI MINERALOGII WZBOGACANIE RUDY WĘGLA METODĄ FLOTACJI GDAŃSK 2015

2 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z różnymi metodami flotacji rozdrobnionego węgla kamiennego oraz zbadanie wpływu odczynników flotacyjnych na wzbogacenie rudy węgla. 2. Wprowadzenie Flotacja jest to proces rozdziału ciał stałych wykorzystujący różnicę w zwilżalności materiałów. Następuje rozdział różniących się od siebie ciał stałych w wyniku różnicy powinowactwa ich powierzchni do pęcherzyków powietrza oraz wody. Zawartość substancji mineralnej w węglu wynosi od kilku do 30% mas. Substancja mineralna jest niepożądana w technologii przeróbki węgla ze względu na korozyjność przewodów. Flotacja pianowa była pierwotnie opracowana do wzbogacania rud w drugiej połowie 19 wieku. W 1860 roku Haynes zastosował flotację do oddzielenia siarczków od skały płonnej stosując olej jako kolektor. Pierwszy aparat do flotacji pianowej rud cynku został opracowany w 1905 roku przez Jamesa Lyster'a w Broken Hill w Australii. Pęcherzyki powietrza wytwarzano przez intensywne mieszanie zawiesiny flotacyjnej. Podobnie jak Haynes, Lyster stosował olej jako kolektor. We flotacji pianowej wykorzystujemy właściwości hydrofobowe/hydrofilowe substancji, które zamierzamy rozdzielić. Jeśli różnią się one tymi właściwościami, wówczas możemy dane substancje rozdzielić z efektywnością zależną od czynników takich jak: - różnica hydrofobowości (hydrofilowości) - stopień uwolnienia minerałów (ang.: liberation) - kinetyka procesu, czas prowadzenia flotacji (kinetyka zależna od wielu innych czynników) Dla zwiększenia różnic hydrofobowości/hydrofilowości stosuje się substancje pomocnicze, takie jak: - kolektory (zbieracze) zwiększają hydrofobowość - depresanty zmniejszają hydrofobowość Spieniacze (odczynniki pianotwórcze) są substancjami ułatwiającymi dyspergowanie powietrza, co wpływa na kinetykę procesu. Wielkość pęcherzyków gazu/powietrza w powiązaniu z wielkością flotowanych cząstek ma istotne znaczenie. Mieszalnik w czasie obracania się generuje w swojej osi obrotu podciśnienie, które zasysa powietrze następnie rozbija na pęcherzyki. Rysunek 1 przedstawia schematycznie celę flotacyjną typu Denver.

3 2.1. Równanie Washburn'a Równanie to opisuje przepływ kapilarny płynu w wiązce równoległych kapilar. Z rozwinięciem można stosować je do procesów wsiąkania płynu do ośrodka porowatego. Kolejne rozszerzenie uwzględnia grawitację. W ogólnej postaci:, gdzie: L odległość przepływu (penetracji) γ napięcie powierzchniowe D średnica kapilary lub przestrzeni porowatej (odpowiednik średnicy) t czas penetracji η lepkość dynamiczna. W czasie doświadczeń ograniczymy się do prostej obserwacji wzniesienia cieczy/roztworu w złożu porowatym. Wysokość wzniesienia wskazuje na własności hydrofobowe/hydrofilowe, jednakże prędkość wzniesienia nie będzie określana. Przy interpretacji wyników w tak prostej obserwacji należy pamiętać, iż różnice w wysokości wzniesienia dla różnych roztworów badanych mogą wynikać miedzy innym z powodu tak zwanej histerezy kąta zwilżania (advancing receeding contact angle). W czasie wzniesienia (pokrywania powierzchni przez wodę; advancing) dana powierzchnia wydaje się być bardziej hydrofobowa, a w czasie odpływania wody bardziej hydrofilowa.

4 2.2. Literatura 1. Fuerstenau, DW i Ragavan S., Flotacja, edytor: MC Fuerstenau, AIME, New York, Ż. Konopacka, Flotacja mechaniczna, Oficyna Wydawnicza PWR, Wrocław, 2005 Opracowanie instrukcji: dr inż. Marcin Niewiadomski mgr inż. Maria Rybarczyk 3. Wykonanie doświadczeń Wykonane zostaną doświadczenia flotacji w dwóch układach i doświadczenia zwilżania. Przed doświadczeniami należy przygotować roztwory/mieszaniny odczynników: - Corflot (spieniacz) z wodą; 1 g/l, potrzebne łącznie ok. 120 cm 3 - Ksantogeniany (kolektor) z wodą; 1 g/l, potrzebne ok. 25 cm 3 - Maltodekstryna z wodą; 1 g/l, potrzebne ok 50 cm 3 - Olej napędowy; 8 cm 3 / 100 cm 3 wody, potrzebne ok. 150 cm 3. Przygotowanie: połącz 2 cm 3 oleju z 25 cm 3 wody w kolbce miarowej (50 cm 3 ). Dodaj 20 kropli Corflotu. Intensywnie wytrząśnij (kilka minut lub dłużej) do zemulgowania oleju (nie będą widoczne krople olejowe). W ten sposób aby uzyskać 150 cm 3 należy przygotować taką ilość sześciokrotnie. Przygotowanie jednokrotne to: 150 cm 3 wody, 12 cm 3 oleju napędowego, 3 cm 3 Corflot'u. Intensywnie wytrząśnij kolbkę przez dłuższy czas. 3a) Flotacja w celi typu Denver. Przygotuj zawiesinę flotacyjną przy użyciu wody wodociągowej i rozdrobnionego węgla stosując 120 g węgla na 0,7 litra wody. Jest to tak zwana nadawa. Ponieważ węgiel jest wilgotny (ok. 10 %) odważ 132 g. Napełnij celę flotacyjną 700 cm 3 wody wodociągowej, następnie dodaj odważony węgiel. Dodaj następnie 100 cm 3 emulsji olejowej i 100 cm 3 roztworu Corflot. Wykonaj flotację w czasie 10 minut. Zebrany koncentrat (produkt) należy wysuszyć i zważyć. Określ uzysk, czyli:

5 Określ napowietrzenie, zaobserwuj jakościowo ile powietrza przechodzi przez zawiesinę flotacyjną (np. w ciągu minuty). 3b) Flotacja w kolumnie laboratoryjnej ze spiekanym dnem Przygotuj zawiesinę flotacyjną przy użyciu wody wodociągowej i rozdrobnionego węgla stosując 12 g węgla na 50 cm 3 wody. Przed każdą flotacją w kolumnie dodaj do kolumny 50 cm3 wody, następnie odważony węgiel, następnie: - w zależności od doświadczenia 5 cm 3 (wody lub emulsji oleju lub roztworu maltodekstryny) - 5 cm 3 roztworu spieniacza Corflot Wykonaj trzy flotacje (w czasie 10 minut każda) z następującymi zestawieniami odczynników: - bez kolektora (5cm 3 wody); ze spieniaczem (5 cm 3 ) - z roztworem kolektora (emulsja oleju napędowego) jak w zadaniu 2a (5cm 3 ) i roztworem spieniacza (5cm 3 ) - z roztworem maltodekstryny (5cm 3 ) i roztworem spieniacza (5cm 3 ) W czasie flotacji ustal napowietrzanie na podobnym poziomie jak w 2a. Zebrane koncentraty wysusz na powietrzu i zważ. Określ uzyski. Omów wyniki 3c) Wzniesienie kapilarne metodą Washburn a Wykonaj doświadczenia wzniesienia kapilarnego w trzech rurkach z rozdrobnionym węglem i roztworami: - woda (wodociągowa) - maltodekstryna, roztwór wodny - ksantogeniany, roztwór wodny Porównaj wyniki i określ zwilżanie materiału, na podstawie wysokości wzniesienia kapilarnego. Omów wyniki. 4. Opracowanie uzyskanych wyników W sprawozdaniu umieść następujące wyniki/analizę wyników: Flotacja Opisz jakie flotacje zostały przeprowadzone Jakie zawiesiny węgla były przygotowane

6 Podaj zastosowane odczynniki i ich ilości Czas flotacji Podaj obliczenia uzysków. Porównaj otrzymane wyniki i omów je. Wzniesienie kapilarne Opisz przeprowadzenie doświadczenia Oblicz porowatość każdego złoża Podaj wzniesienia poszczególnych roztworów/wody (przy jakiej porowatości złoża) Porównaj wyniki i omów je. Dane do obliczeń: - średnica wewnętrzna rurek szklanych 4 mm - gęstość węgla 1,4 g/cm3

7 POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY KATEDRA TECHNOLOGII CHEMICZNEJ SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH EKOLOGICZNE ASPEKTY PRZETWÓRSTWA SUROWCÓW MINERALNYCH Z ELEMENTAMI MINERALOGII WZBOGACANIE RUDY WĘGLA METODĄ FLOTACJI PROWADZĄCA: NAZWISKA OSÓB WYKONUJĄCYCH ĆWICZENIE: mgr inŝ. Maria Rybarczyk KIERUNEK STUDIÓW: TECHNOLOGIE OCHRONY ŚRODOWISKA; I sem., II stopień GRUPA: DATA WYKONANIA ĆWICZENIA: DATA ODDANIA SPRAWOZDANIA: