(54) Sposób oddzielania związków zawierających siarkę od węgla metodą flotacji pianowej

RZECZPO SPO LITA PO LSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 161814 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 279154 (22) Data zgłoszenia: 27.04.1989 (51) IntCl5: B03D 1/02 (54) Sposób oddzielania związków zawierających siarkę od węgla metodą flotacji pianowej (30) Pierwszeństwo: (73) Uprawniony z patentu: 28.04.1988,US,187115 The Dow Chemical Company, Midland, US (43) Zgłoszenie ogłoszono: (74) Pełnomocnik: 08.01.1990 BUP 01/90 PATPOL Spółka z o.o., Warszawa, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.08.1993 WUP 08/93 PL 161814 B1 (57)1. Sposób oddzielania związków zawierających siarkę od węgla metodą flotacji pianowej, znamienny tym, że rozdrabnia się węgiel w takim stopniu, że 10-90 cząstek węgla jest mniejszych od 75 μm, a większość cząstek węgla i związków nieorganicznych zawierających siarkę występuje w postaci fizycznie odrębnych cząstek lub cząstek w formie luźnych skupisk i prowadzi się flotację pianową w wodzie takiego surowego węgla, w obecności depresora flotacji związków nieorganicznych zawierających siarkę, przy czym jako depresor stosuje się związek o wzorze 1, w którym R1 oznacza grupę o wzorze 2, w którym x oznacza 1 do 12, y oznacza 0 do 6, z oznacza 0 do 1, R5 i R6 oznaczają niezależnie w każdym przypadku atomy wodoru, grupy alkilowe, hydroksylowe lub alkoksylowe, a Q oznacza atom wodoru lub grupę hydroksylową. WZÓR 1 WZÓR 2

SPOSÓB ODDZIELANIA ZWIĄZKÓW ZAWIERAJĄCYCH SIARKĘ OD WĘGLA METODĄ FLOTAJI PIANOWEJ Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób oddzielania związków zawierających siarką od węgla metodą flotacji pianowej, znamienny tym, że rozdrabnia się węgiel w takim stopniu, że 10-90 cząstek węgla jest mniejszych od 74 μm, a większość cząstek węgla i związków nieorganicznych zawierających siarkę występuje w postaci fizycznie odrębnych cząstek lub cząstek w formie luźnych skupisk i prowadzi się flotację pianową w wodzie takiego surowego węgla, w obecności depresora flotacji związków nieorganicznych zawierających siarkę, przy czym jako depresor stosuje się związek o wzorze 1, w którym R1 oznacza grupę o wzorze 2, w którym x oznacza 1 do 12, y oznacza 0 do 6, z oznacza 0 do 1, R5 i R6 oznaczają niezależnie w każdym przypadku atomy wodoru, grupy alkilowe, hydroksylowe lub alkoksylowe, a Q oznacza atom wodoru lub grupę hydroksylową. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako depresor o wzorze 1 stosuje się C4H9S(CH2)2NH2, HO2CCH2S(CH2)2NH2, CH3S(CH2)2NH2, HO(CH2)2S(CH2)2NH2, C9H15S(CH2)2NH2 lub C10H21S(CH2)2NH2. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że depresor stosuje się w ilości co najmniej 0,01 kg/t węgla surowego, ale nie więcej niż około 1 kg/t węgla surowego. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że flotację prowadzi się przy naturalnym ph węgla surowego od 4,0 do 8,5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że związek zawierający siarkę stanowi piryt. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób oddzielania związków zawierających siarkę od węgla metodą flotacji pianowej. Wiele węgli zawiera względnie duże ilości siarki, zazwyczaj w zakresie od poniżej 1 aż do około 6. Siarka nieorganiczna, której główną formę stanowi piryt, FeS2, stanowi zazwyczaj około 40-80 siarki obecnej w większości węgli. Siarka nieorganiczna występuje w formach makroskopowych i mikroskopowych. Formy makroskopowe stanowią zazwyczaj żyły, soczewki, buły lub złoża, natomiast formę mikroskopową stanowią silnie rozproszone cząstki, których średnica może wynosić zaledwie 1 lub 2 μm. Resztę siarki obecnej w węglu stanowi siarka organiczna. Siarka organiczna występuje zazwyczaj w formie merkaptanów lub siarczków i jest wbudowana w strukturę samego węgla. Zanieczyszczenie powietrza w wyniku spalania węgli zawierających siarkę wzbudza coraz większe zaniepokojenie ze względu na problemy związane z kwaśnymi deszczami, występujące w różnych częściach świata. Uważa się, że dwutlenek siarki emitowany przy spalaniu węgli zawierających siarkę jest głównym czynnikiem powodującym problem kwaśnych deszczów. Zbadano różne sposoby ograniczania ilości emitowanego dwutlenku siarki przy spalaniu węgla zawierającego siarkę. Jeden ze sposobów polega na usuwaniu dwutlenku siarki z gazów spalinowych powstających przy spalaniu paliw zawierających siarkę, jak to ujawniono np. w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 612 175. Inne sposoby dotyczą usuwania siarki z węgla przed jego spalaniem. Ponieważ zazwyczaj wyjątkowo trudno jest usunąć z węgla siarkę organiczną, większość usiłowań w tej dziedzinie skupiła się na usuwaniu z węgla siarki nieorganicznej. Jednym ze sposobów usuwania siarki nieorganicznej z węgla jest flotacja. Flotacja jest procesem obróbki mieszaniny silnie rozdrobnionego surowego węgla zawieszonego w cieczy.

161 814 3 Flotacja umożliwia oddzielenie pożądanego składnika stałego, węgla od innych niepożądanych, silnie rozdrobnionych składników stałych określanych jako skała płonna takich, jak piryt i popiół, które również znajdują się w cieczy. Gaz wprowadzany jest do cieczy lub wytwarzany in situ w celu wytworzenia spienionej masy. Spieniona masa będzie zawierać pewne składniki stałe, które będą wynoszone na powierzchnię cieczy wraz z pianą oraz inne składniki stałe, które pozostaną zawieszone w cieczy. Flotacja oparta jest na zjawisku polegającym na tym, że wprowadzanie gazu do cieczy zawierającej różne stałe cząstki powoduje, iż następuje selektywne przyleganie części tego gazu do pewnych jedynie składników stałych. Cząstki, do których przylega gaz są lżejsze niż inne składniki stałe i w związku z tym wypływają na powierzchnię, podczas gdy inne cząstki, do których gaz nie przylega, pozostają zawieszone w cieczy. Selektywne przyleganie do pewnych jedynie stałych cząstek spowodowane jest występowaniem różnicy w fizycznych, chemicznych lub powierzchniowych właściwościach stałych cząstek. Węgiel w mieszaninie wodnej jest zazwyczaj hydrofobowy. Oznacza to, że cząstki węgla nie są łatwo zwilżane wodą i z tego względu wykazują pewną wrodzoną skłonność do przylegania do pęcherzyków gazu. Przy flotacji węgla stosuje się różne dodatki chemiczne zwiększające tą wrodzoną skłonność węgla do flotacji. Kolektory, stanowiące jeden z typów takich dodatków chemicznych, powszechnie stosuje się w celu zwiększenia wrodzonej hydrofobowości węgla. Kolektor zwiększa skuteczność przyłączania się pęcherzyków gazu do węgla. W przypadku, gdy węgiel jest utleniony lub z innych powodów trudno ulega flotacji, oprócz kolektora można dodawać promotor zwiększający skuteczność działania kolektora. Innym istotnym składnikiem chemicznym stosowanym zazwyczaj we flotacji węgla jest spieniacz. Spieniacze ułatwiają regulacje szybkości powstawania i skuteczność kontaktu między pęcherzykami i cząstkami, szybkości i skuteczności przylegania cząstek do pęcherzyków oraz szybkości i skuteczności usuwania pęcherzyka z cząstką z cieczy. Obok zastosowania dodatków chemicznych niezbędną część każdego udanego procesu flotacji węgla stanowi odpowiednie rozdrobnienie cząstek surowego węgla przed flotacją właściwą. Rozdrobnienie jest konieczne w tym celu, aby większość węgla i różnych składników stałych skały płonnej występowała w postaci fizycznie odrębnych cząstek (wolnych cząstek) lub cząstek występujących w formie luźnych skupisk. Tylko wówczas, gdy cząstki występują w takiej postaci, dodatki chemiczne opisane powyżej spełniają swoje zadanie w oddzielaniu węgla od skały płonnej. Jeśli cząstki węgla i różne cząstki skały płonnej wykazują zbliżone właściwości, występują trudności w ich rozdzieleniu na drodze prostej flotacji. Jeśli różnice we właściwościach stałych cząstek są niewielkie lub, gdy zarówno pożądane składniki stałe, jak i skała płonna wykazują skłonność do pływania po powierzchni, jak to często ma miejsce w przypadku węgla i pirytu, staje się niezbędne zastosowanie różnych sposobów w celu wytworzenia lub zwiększenia różnic między cząstkami tak, aby można było przeprowadzić rozdzielanie na drodze flotacji. Znane są różne techniki i sposoby prowadzące do rozwiązania tego problemu. Jedna z technik wykorzystywanych przy rozdzielaniu węgla i związków nieorganicznych zawierających siarkę w procesach flotacji oparta jest na zastosowaniu depresorów osłabiających flotację węgla lub związku nieorganicznego zawierającego siarkę. Depresor jest środkiem, który po dodaniu do układu flotacyjnego wywiera specyficzne działanie na materiał, którego zdolność do flotacji ma ulec osłabieniu, zapobiegając w ten sposób jego wypływaniu na powierzchnię. Zaproponowano różne teorie w celu wyjaśnienia tego zjawiska. Z pewnych spośród nich wynika, że depresory reagują chemicznie z powierzchnią minerału z wytworzeniem nierozpuszczalnych błon ochronnych o charakterze zwilżalnym, co uniemożliwia reakcję z kolektorami; depresory w wyniku oddziaływań o różnych mechanizmach fizykochemicznych takich, jak adsorpcja powierzchniowa, efekty oddziaływań masowych, tworzenie kompeksów itp. zapobiegają tworzeniu się błony kolektora; depresory działają

4 161 814 jako rozpuszczalniki błony aktywującej z natury zasocjowanej z minerałem; oraz że depresory działają jako rozpuszczalniki błon kolektora. Wydaje się, ze teorie te są ściśle ze sobą spokrewnione oraz ze ewentualna przyszła kompletna teoria będzie obejmowała elementy większości lub wszystkich tych teorii, jak również teorii innych. W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 919 080 stwierdzono, że flotacja siarki nieorganicznej takiej, jak siarka pirytowa w procesie wodnej flotacji cząstek węgla ulega osłabieniu w wyniku dodania siarczynu do masy flotacyjnej. W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 807 557 ujawniono usuwanie pirytu z węgla w procesie flotacji dwustopniowej. Po zwykłej pierwszej flotacji następuje drugi etap, w którym stosuje się koloid organiczny jako depresor flotacji węgla. Zastosowanie depresorów polihydroksyalkiloksantanowych jako depresorów flotacji pirytu przy flotacji węgla ujawnione jest w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 211 642. W zgłoszeniu patentowym brytyjskim nr 2 174 019 A stwierdzono, że związek, który zawiera jedną grupę zdolną do przyłączenia się do powierzchni hydrofilowego minerału, która to grupa jest połączona z drugą grupą o charakterze polarnym, wykazującą właściwości hydrofilowe, jest użyteczny jako środek osłabiający flotację pirytu we flotacji węgla. Jakkolwiek zaproponowano wiele sposobów oddzielania siarki nieorganicznej od węgla, sposoby te nie są pozbawione wad. Pewne z tych wad dotyczą usuwania niezadowalających ilości siarki nieorganicznej z węgla oraz niskich ogólnych odzyków węgla. W związku z tym istnieje zapotrzebowanie na sposób oddzielania węgla od siarki, tani i prosty do wdrożenia i zastosowania, zapewniający znaczne zmniejszenie ilości siarki nieorganicznej pozostającej w węglu i równocześnie nie wpływający niekorzystnie na odzyski węgla. Wynalazek dotyczy sposobu osłabiania flotacji związków nieorganicznych zawierających siarkę we flotacji węgla. Węgiel zawierający związki nieorganiczne siarki jest w formie zawiesiny wodnej po uprzednim rozdrobnieniu w takim stopniu, że 10-90 cząstek węgla jest mniejszych od 75 μm, a większość cząstek węgla i cząstek związków nieorganicznych zawierających siarkę występuje w postaci fizycznie odrębnych cząstek, lub cząstek w formie luźnych skupisk. Sposobem według wynalazku flotację pianową surowego węgla prowadzi się w obecności skutecznej ilości depresora nieorganicznych związków zawierających siarkę, w warunkach, w których flotowalność związków nieorganicznych zawierających siarkę ulega osłabieniu, przy czym jako depresor stosuj się związek o wzorze 1, w którym R1 oznacza grupę o wzorze 2, w którym x oznacza 1 do 12, y oznacza 0 do 6, z oznacza 0 do 1, R5 i R6 w każdym przypadku niezależnie oznaczają atomy wodoru, grupy alkilowe, grupy hydroksylowe lub grupy alkoksylowe, a Q oznacza atom wodoru lub grupę hydroksylową. Nieoczekiwanie sposób według wynalazku zapewnia selektywne osłabienie flotacji związków nieorganicznych zawierających siarkę bez niekorzystnego wpływu na odzysk węgla. Jakkolwiek nie zaznaczono tego w sposób szczegółowy w powyższych wzorach, w środowiskach wodnych o odpowiednim ph depresor stosowany zgodnie ze sposobem według wynalazku może występować w formie soli. Zgodnie z jednym z korzystnych rozwiązań stosuje się depresor o wzorze 1, w którym R1 oznacza grupę o wzorze 2, w którym y i z równe są 0, x równe jest co najmniej 1, ale nie więcej niż 5, każdy z R5 i R6 oznacza atom wodoru lub grupę metylową, a Q oznacza atom wodoru. Zgodnie z tym rozwiązaniem jeszcze korzystniej x równe jest co najmniej 1, ale nie więcej niż 2, a R5 i R6 oznaczają atomy wodoru. Zgodnie z drugim korzystnym rozwiązaniem, w R1 x równe jest co najmniej 1, ale nie więcej niż 2, z równe jest 1, y równe jest 0, a Q oznacza grupę hydroksylową. Zgodnie z trzecim korzystnym rozwiązaniem z równe jest 0, x równe jest co najmniej 2, ale nie więcej niż 6, y równe jest co najmniej 1, ale nie więcej niż 3, R5 i R6 oznaczają niezależnie atomy wodoru albo grupy metylowe lub etylowe, a Q oznacza atom wodoru. Do depresorów przydatnych w realizacji sposobu według wynalazku należą np., ale nie wyłącznie CH3S(CH2)2NH2, CH3(CH2)3S(CH2)2NH2, HOCH2CH2S(CH2)2NH2 oraz HOOCCH2S(CH2)2NH2. Związki takie są albo dostępne w handlu, albo możliwe do otrzymania powszechnie znanymi

161 814 5 sposobami. Tak np. depresory przydatne w sposobie według wynalazku otrzymać można w reakcji merkaptanu z 2-oksazoliną w obecności katalitycznej ilości soli metalu przejściowego, jak to ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 086 273. Można je również otrzymać w reakcji merkaptanu z siarczanem alkanoloaminy, jak to ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2 689 867, albo w reakcji pierwszorzędowej aminy z merkaptohalogenkiem w podwyższonej temperaturze pod ciśnieniem, jak to ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2 769 839. Zgodnie ze sposobem według wynalazku stosować można dowolną ilość depresora osłabiającą flotację siarki nieorganicznej. W zasadzie niezbędna ilość depresora będzie zależała od warunków procesu flotacji oraz od stopnia hydrolizy tego depresora. Do innych czynników, które będą wywierały wpływ na ilość depresora przydatną z punktu widzenia sposobu według wynalazku, należy rodzaj węgla poddawanego flotacji oraz ilość związków nieorganicznych siarki zawartych w tym węglu. Korzystnie stosuje się co najmniej 0,01 kg depresora na 1 tonę węgla poddawanego flotacji. Jeszcze korzystniej stosuje się co najmniej 0,025 kg depresora na 1 tonę węgla poddawanego flotacji. Korzystnie stosuje się nie więcej niż 1kg depresora na 1 tonę węgla poddawanego flotacji, a jeszcze korzystniej nie więcej niż 0,5 kg depresora na 1 tonę węgla poddawanego flotacji. Depresory użyteczne w sposobie według wynalazku działają skutecznie, jeśli stosowane są wraz z szeregiem różnych kolektorów i spieniaczy przydatnych we flotacji węgla. Jeśli węgiel przeznaczony do flotacji jest utleniony lub z innych powodów trudno ulega flotacji, stosować można również promotory w celu zwiększenia skuteczności działania kolektorów. Do przykładowych kolektorów stosowanych we flotacji pianowej węgla należą oleje opałowe, nafta, benzyna ciężka oraz inne węglowodory. Materiały takie, jak aminy, produkty kondensacji kwasów tłuszczowych z aminami oraz środki powierzchniowo czynne zawierając szereg grup pochodzących od tlenku etylenu lub tlenku propylenu stanowią przykłady promotorów. Do przykładowych spieniaczy stosowanych we flotacji węgla należą olejki sosnowe, olejki eukaliptusowe, alkohole zawierające 5-12 atomów węgla, krezole, etery C1-C4 alkilowe glikoli polipropylenowych, dwuhydroksylanów glikoli polipropylenowych i glikoli. Doboru odpowiednich kolektorów i spieniaczy dokonuje się w oparciu o warunki konkretnego procesu flotacji. Spieniacze i kolektory przydatne we flotacji węgla omówione są np. w pracach: Klimpel i inni, Fine Coal Processing, S. K. Mishra i R. R. Klimpel, wydawcy, Noyes Publishing, Park Ridge, N. J., strony 78-108 (1987) oraz Laskowski i inni, Reagents in the Mineral Industry - Rome Meeting, Inst. of Min. Met., M. J. Jones i R. Oblatt, wydawcy, strony 145-154 (1984). Depresor dodawać można w dowolnym stadium procesu rozdzielania, o ile nastąpi to przed etapem flotacji. Korzystnie jest dodawać depresor przed lub równocześnie z kolektorem, jeśli taki kolektor ma być stosowany. Jeszcze korzystniej depresor dodaje się przed dodaniem kolektora, jeśli oczywiście ten ostatni ma być dodawany. Sposobem według wynalazku proces flotacji węgla prowadzić można przy dowolnym ph, przy którym depresory stosowane zgodnie ze sposobem według wynalazku selektywnie osłabiają flotację związków nieorganicznych zawierających siarkę. Korzystne jest prowadzenie flotacji przy naturalnym ph wsadu węglowego, które wynosi zazwyczaj od co najmniej 4,0 do nie więcej niż 8,5. W pewnych jednak przypadkach korzystne jest nastawianie ph, aby zoptymalizować działanie depresorów stosowanych zgodnie ze sposobem Tak np. jeżeli węgiel poddawany flotacji zawiera szczególnie dużo związków siarki, koszty związane z nastawianiem ph mogą być zrekompensowane wzrostem ilości związków nieorganicznych zawierających siarkę, których flotacja zostanie osłabiona. W tych przypadkach, gdy pożądane jest optymalizowanie ilości związków zawierających siarkę, których flotacja ma ulec osłabieniu, korzystnie proces flotacji węgla prowadzi się sposobem według wynalazku przy ph od co najmniej 5,5 do nie więcej niż 8,5.

6 161 814 Sposób według wynalazku można realizować stosując cząstki węgla surowego o różnej wielkości, o ile przed procesem flotacji nastąpiło odpowiednie rozdrobnienie. Odpowiednie rozdrobnienie uzyskuje się, jeśli większość cząstek węgla i skały płonnej, np. pirytu, występuje w postaci fizycznie odrębnych cząstek lub cząstek występujących w formie luźnych skupisk. Jeśli cząstki nie występują w takiej fizycznie rozdzielonej formie, nie można ich oddzielić na drodze flotacji. W zasadzie niezbędne jest rozbicie i/lub zmielenie surowego węgla tak, aby uzyskać odpowiedni stopień rozdrobnienia cząstek przed flotacją właściwą. Węgiel można rozdrabniać na sucho, w stanie półsuchym lub w formie zawiesiny. Jeśli węgiel rozdrabnia się w formie zawiesiny, zawiera ona zazwyczaj co najmniej około 50 wagowych s k ł adników stałych. Różne węgle surowe wymagają różnych stopni zmielenia, aby uzyskać odpowiedni stopień rozdrobnienia, przy czym jest to zależne od historii geologicznej powstawania węgla. Istotne jest, by węgiel surowy zawierał cząstki o wielkości poniżej 75 μm w ilości od co najmniej 10 do 90. Przed poddaniem procesowi flotacji rozdrobniony węgiel zawiesza się w wodzie. Korzystnie zawartość części stałych w wodnej zawiesinie węgla wynosi co najmniej 2 wagowe i nie więcej niż 30 wagowych. Depresory nadające się do stosowania zgodnie ze sposobem według wynalazku osłabiają flotację związków nieorganicznych siarki. Pod pojęciem związków nieorganicznych zawierających siarkę należy rozumieć związki nieorganiczne towarzyszące zazwyczaj węglowi, przy czym są to przede wszystkim związki siarki z metalami, korzystnie związki siarki z żelazem. Do przykładowych związków zawierających żelazo należy piryt (FeS2), markasyt i pirotyn. Korzystne jest, aby związkiem nieorganicznym zawierającym siarkę, oddzielanym od pożądanego węgla, był piryt. Stopień, w jakim flotacja związków nieorganicznych zawierających siarkę ulega osłabieniu w wyniku zastosowania sposobu według wynalazku, jest dowolnym stopniem, który zapewnia lepsze oddzielanie tych związków nieorganicznych zawierających siarkę od węgla. Przy analizie tej poprawy istotną rolę odgrywają dwa wskaźniki. Pierwszy wskaźnik dotyczy minimalizacji ilości związków nieorganicznych zawierających siarkę, ulegających flotacji wraz z węglem. Drugi wskaźnik dotyczy optymalizacji ilości odzyskiwanego czystego węgla. Względne znaczenie tych dwóch wskaźników może zmieniać się w zależności od sytuacji. Dla znawców oczywiste jest, że w pewnych przypadkach pożądane będzie zmniejszenie do minimum ilości odzyskiwanych związków nieorganicznych zawierających siarkę, nawet jeśli będzie to miało wpływ na odzysk czystego węgla. Przykładowo sytuacja taka występuje wówczas, gdy węgiel zawiera tak duże ilości związków siarki, iż jest praktycznie bezużyteczny. W takiej sytuacji znaczne zmniejszenie ilości związków nieorganicznych zawierających siarkę jest wysoce pożądane, nawet jeśli towarzyszy temu zmniejszenie ogólnej ilości odzyskiwanego węgla. Korzystne jest, jeśli w wyniku zastosowania depresorów zgodnie ze sposobem według wynalazku flotacja związków nieorganicznych zawierających siarkę ulegnie zmniejszeniu o co najmniej około 5. Jest jeszcze korzystniej, jeśli flotacja związków nieorganicznych zawierających siarkę ulegnie zmniejszeniu o co najmniej około 10. Następujące przykłady podano w celu zilustrowania wynalazku, przy czym w żadnym stopniu nie ograniczają one jego istoty. O ile nie zaznaczono tego inaczej, wszystkie części i I-III. Zmniejszanie flotacji pirytu w przypadku węgla o małej zawar- procenty są wagowe. P r z y k ł a d y tości siarki. Węgiel z pokładu Lower Freeport Seam kruszy się, po czym frakcję o wymiarach od 1,91 cm do 1,168 mm/sito U. S. Standard 10 mesh/ przepuszcza się kolejno przez rozłupywacz progowy i pakowarkę karuzelową pakującą próbki po około 200 g. Próbki zawierające około 5 wagowych pirytu, co odpowiada około 2,7 wagowych siarki, przechowuje się przed użyciem w lodówce, aby zapobiec ich utlenieniu.

161 814 7 Przed flotacją próbkę 200 g węgla otrzymaną w sposób opisany powyżej umieszcza się w młynie prętowym o średnicy 20,3 cm i długości 24,1 cm. W młynie umieszcza się również 8 prętów o średnicy 2,54 cm, wykonanych ze stali nierdzewnej. W tym czasie dodaje się również depresor flotacji (jeśli taki jest stosowany) oraz 500 ml wody dejonizowanej. Węgiel miele się wykonując 300 obrotów młyna z szybkością 60 obrotów/minutę, po czym zawiesinę przenosi się do komory flotownika Agitair o pojemności 3 dm³. Do komory dodaje się wodę destylowaną w celu uzupełnienia objętości zawartości do kreski, po czym mierzy się ph. Na tym stadium dokonuje się ewentualnej korekty ph dodając roztwór NaOH. Z kolei dodaje się oczyszczony kolektor naftowy w ilości odpowiadającej 1,0 kg kolektora na 1 Mg wprowadzanego węgla surowego i uzyskaną zawiesinę kondycjonuje się mieszając ją w ciągu 1 minuty. Z kolei dodaje się spieniacz, produkt reakcji gliceryny z tlenkiem propylenu, o masie cząsteczkowej około 450, w ilości odpowiadającej 0,1 kg/mg wprowadzanego węgla surowego. Zawiesinę ponownie kondycjonuje się w ciągu 1 minuty, po czym do komory flotacyjnej wprowadza się powietrze z szybością 9 dm³/minutę. Uruchamia się napędzaną silnikiem łopatkę obracającą się z szybkością 10 obrotów/minutę, która zgarnia obciążoną węglem pianę z krawędzi komory flotacyjnej do rynienki zbiorczej. Pianę zbiera się w dwóch porcjach - pierwszą w ciągu 30s od rozpoczęcia flotacji, a drugą w ciągu pozostałych 3,5 minut. Koncentraty pianowe i materiał odpadowy, który nie uległ flotacji, suszy się, przez noc w suszarce w temperaturze 110 C, a następnie waży i pobiera próbki do analizy. Zawartość popiołu w każdej próbce koncentratu pianowego i odpadu oznacza się metodą spalania porcji 1 g w temperaturze 750 C w piecu muflowym. Następnie wylicza się odzysk czystego węgla zgodnie z następującym wzorem: Odzysk czystego węgla w procentach =[/A/:/A + B/] x 100 gdzie A oznacza ilość odzyskanego węgla w koncentracie pianowym pomniejszoną o ilość popiołu w tym koncentracie pianowym, a B oznacza ilość węgla w odpadzie pomniejszoną o ilość popiołu w tym odpadzie. Tak więc procent odzyskanego czystego węgla oznacza procent węgla początkowo występującego, który został odzyskany po procesie flotacji. Zawartość siarki nieorganicznej w próbce węgla oznacza się poddając analizie odważoną porcję każdej próbki. W próbce oznacza się zawartość Fe, przy czym zawartość Fe w procentach jest powiązana z zawartością siarki, gdyż siarka ta występuje w formie pirytu (FeS2). Odważoną porcje próbki utlenia się roztworem kwasu azotowego, po czym roztwarza się w roztworze kwasu siarkowego. Z kolei roztwór rozcieńcza się do określonej objętości i zawartość żelaza oznacza się za pomocą spektrometru plazmowego DC. Z kolei wylicza się procent żelaza pirytowego pozostającego w węglu równoważny procentowi pozostającej siarki, dzieląc zawartość pirytu w koncentracie pianowym przez sumę zawartości pirytu w koncentracie i zawartości pirytu w odpadzie nie ulegającym flotacji. Uzyskaną wielkość mnoży się przez 100 w celu otrzymania wyniku w procentach. Tak więc procent pozostającego pirytu oznacza procent pirytu występującego początkowo, który pozostaje z węglem po procesie flotacji. Uzyskane wyniki przedstawiono w tabeli 1. T a b e l a 1 Przykład Depresor (0,025 kg/mg) Odzysk węgla czystego1 Spadek odzysku czystego 2 węgla Pozostałość pirytu³ I/porównawczy - 82,4-32,8 II C4H9S(CH2)2NH2 81,3 1,3 30,8 6,1 III HO2CCH2S(CH2)NH2 80.9 1,8 27,9 14,9 Spadek pozostałości pirytu4 -

8 161 814 1. Procent węgla odzyskanego po obróbce w stosunku do ilości wyjściowej. 2. Procent spadku odzysku węgla czystego w wyniku zastosowania depresora zgodnie ze sposobem 3. Procent pirytu pozostającego z odzyskanym węglem czystym w stosunku do ilości wyjściowej. 4. Procent spadku pozostałości pirytu w wyniku zastosowania depresora zgodnie ze sposobem Dane przedstawione w tabeli 1 wskazują, że obserwuje się poprawę w oddzielaniu węgla od siarki nieorganicznej, jeśli zastosuje się depresor pirytu zgodnie ze sposobem według wynalazku w zwykłym pod innymi względami procesie flotacji w przypadku flotacji węgla o względnie małej zawartości siarki. P r z y k ł a d y IV-X. Zmniejszanie flotacji pirytu w przypadku węgla o dużej zawartości siarki. Węgiel z pokładu Lower Freeport Seam kruszy się, po czym frakcję o uziarnieniu poniżej 1,68 mm/sito U. S. Standard 10/ przepuszcza się kolejno przez rozłupywacz progowy i pakowarkę karuzelową pakując próbki po około 200 g. Próbki zawierające około 7 wagowych pirytu, co odpowiada około 3,8 wagowym siarki, przechowuje się przed użyciem w lodówce, aby zapobiec ich utlenieniu. Przed flotacją próbkę 200 g węgla, otrzymaną w sposób opisany powyżej, umieszcza się w młynie prętowym o średnicy 20,3 cm i długości 24,1 cm. W młynie umieszcza się również 8 prętów o średnicy 2,54 cm, wykonanych ze stali nierdzewnej. W tym czasie dodaje się również depresor flotacji (jeśli taki jest stosowany) oraz 500 ml wody dejonizowanej. Węgiel miele się wykonując 60 obrotów młyna z szybkością 60 obrotów/minutę, po czym zawiesinę przenosi się do komory flotownika Agitair o pojemności 3 dm³. Do komory dodaje się wodę dejonizowaną w celu uzupełnienia objętości zawartości do kreski, po czym mierzy się ph. Na tym stadium dokonuje się ewentualnej korekty ph dodając roztwór NaOH. Z kolei dodaje się oczyszczony kolektor naftowy w ilości odpowiadającej 1,0 kg kolektora na 1 Mg wprowadzanego węgla surowego i uzyskaną zawiesinę kondycjonuje się mieszając ją przez 1 minutę. Z kolei dodaje się spieniacz, produkt będący eterem metylowym politlenku propylenu o masie cząsteczkowej około 400 w ilości odpowiadającej 0,1 kg/mg wprowadzanego węgla surowego. Zawiesinę ponownie kondycjonuje się w ciągu 1 minuty, po czym do komory flotacyjnej wprowadza się powietrze z szybkością 9 dm³/minutę. Uruchamia się napędzaną silnikiem łopatkę obracającą się z szybkością 10 obrotów/minutę, która zgarnia obciążoną węglem pianę z krawędzi komory flotacyjnej do rynienki zbiorczej. Pianę zbiera się w dwóch porcjach - pierwszą w ciągu 30 s od rozpoczęcia flotacji, a drugą w ciągu pozostałych 3,5 minut. Próbki koncentratu pianowego i odpadu zbiera się, suszy, dzieli na mniejsze próbki i poddaje analizie w sposób opisany w poprzednich przykładach. Uzyskane wyniki podano w tabeli 2. T a b e l a 2 Przykład Depresor (0,025 kg/mg) Odzysk czystego węgla¹ X (porów- -nawczy) - 81,2 Spadek odzysku czystego węgla2 - Pozostałość pirytu 45, 6 Spadek pozostałości pirytu4 - IV CH3S(CH2)2NH2 78,3 3,6 40,9 10, 3 V C4H9S(CH2)2NH2 79,9 1,6 38,9 14,7 VI HO (CH2)2S(CH2)2NH2 78,9 2,8 38,9 14,7 VII C7H15S(CH2)2NH2 HCl 78,5 3,3 42,2 7,5 VIII C10H21S(CH2)2NH2 HCL 80,3 1,1 44,0 3,5 IX HO2CCH2S(CH2)2NH2 77,8 4,2 36,2 20,6

161 814 9 1. Procent węgla odzyskanego po obróbce w stosunku do ilości wyjściowej. 2. Procent spadku odzysku węgla czystego w wyniku zastosowania depresora zgodnie ze sposobem 3. Procent pirytu pozostającego z odzyskanym węglem czystym w stosunku do ilości wyjściowej. 4. Procent spadku pozostałości pirytu w wyniku zastosowania depresora zgodnie ze sposobem Porównanie wyników uzyskanych w przykładzie porównawczym X i w przykładach IV-IX wykazuje, że zastosowanie wymienionych depresorów powoduje zmniejszenie ilości pirytu ulegającego flotacji przy nieznacznym jedynie zmniejszeniu ilości węgla ulegającego flotacji. Wykazuje to skuteczność depresorów stosowanych zgodnie ze sposobem według wynalazku przy obróbce węgla o względnie dużej zawartości siarki. Analiza przykładów III, V, VI i IX, które stanowią korzystne rozwiązania sposobu według wynalazku w porównaniu z przykładami VII i VIII wskazuje, że w przypadku obecności mniejszych grup alkilowych i/lub grup polarnych w depresorach uzyskuje się bardziej efektywne oddzielenie pirytu od węgla. P r z y k ł a d y XI-XIV i przykłady porównawcze XV-XIX. Wpływ stopnia rozdzielenia cząstek. Postępuje się zgodnie ze sposobem opisanym w przykładach III-IX, ale stosując inną frakcję węgla Lower Freeport Seam o rozdrobnieniu poniżej 1,68 mm. Należy zaznaczyć, że frakcję 1,68 mm stosowaną w tych przykładach przygotowano kiedy indziej, niż próbki stosowane w przykładach IV-IX, co w sposób oczywisty wynika z danych przedstawionych w tabeli 3 oraz, że frakcja ta wykazuje inny stopień rozdzielenia cząstek. W przykładach zmienia się ilość obrotów młyna prętowego, w którym miele się węgiel. Uzyskane wyniki przedstawiono w tabeli 3. T a b e l a 3 Przykład Depresor (0,025 kg/mg) Mielenie¹ /obroty) Odzysk czystego węgla2 Spadek odzysku czystego węgla3 Pozostałość pi rytu4 XV - 60 76,4-38,0 - XVI HO2CCH2S(CH2)2NH2 60 77,2-39,6 - XVII CH2S(CH2)2NH2 60 78,5-40,3 - XVIII - 120 74,1-33,8 - Spadek pozostałości pirytu5 XI HO2CCH2S(CH2)2NH2 120 73,0 1,5 32,0 5,3 XII CH3S(CH2)2NH2 120 74,0 0,1 33,5 0,8 XIX - 180 63,6-25,3 - XIII HO2CCH2S(CH2)2NH2 180 63,6 0 23,9 5,5 XIV CH3S(CH2)2NH2 180 60,9 4,2 20,3 19,8 1. Ilość obrotów młyna prętowego, w którym miele się węgiel surowy przed flotacją. 2. Procent węgla czystego odzyskanego po obróbce w stosunku do ilości wyjściowej. 3. Procent spadku odzysku węgla czystego w wyniku zastosowania depresora zgodnie ze sposobem 4. Procent pirytu pozostającego z odzyskanym węglem czystym w stosunku do ilości wyjściowej. 5. Procent spadku pozostałości pirytu w wyniku zastosowania depresora zgodnie ze sposobem Istotne znaczenie niedostatecznego rozdzielenia cząstek węgla i pirytu wykazano w przykładach porównawczych XV-XVII. W obydwu przypadkach depresory stosowane zgodnie ze

10 161 814 sposobem według wynalazku nie wykazują działania zmniejszającego flotacją pirytu ze wzglądu na brak wystarczającego stopnia rozdrobnienia i rozdzielenia cząstek. Wpływ zmniejszenia wielkości cząstek przedstawiono w przykładach porównawczych XV, XVIII i XIX, na podstawie których można zaobserwować, że w wyniku wzrostu ilości obrotów przy rozdrabnianiu z 60 do 120, a następnie do 180 następuje odpowiednio zmniejszenie zarówno odzysku czystego węgla, jak i ilości pirytu pozostającego z czystym węglem. Z przykładów XI-XIV wynika, ze depresory stosowane zgodnie ze sposobem według wynalazku działają skutecznie, jeśli osiągnie się odpowiedni stopień rozdrobnienia węgla surowego. Większe rozdzielenie cząstek węgla od cząstek pirytu uzyskuje się wówczas, gdy przy mieleniu węgla wykonuje się 180 obrotów młyna prętowego, a nie 120 obrotów; umożliwia to bardziej skuteczne oddzielenie węgla od pirytu. WZÓR 1 WZÓR 2 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł