Практическое занятие Расчёт технологических параметров флотации

Министерство образования и науки Донецкой народной республики
Государственное профессиональное образовательное учреждение
«Торезский горный техникум им. А. Ф. Засядько»
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
открытого занятия
Расчет технологических параметров флотации
по дисциплине
Переработка и обогащение полезных ископаемых
специальность: 21. 02. 17. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

2016
Методическая разработка практического занятия по дисциплине «Переработка и обогащение полезных ископаемых »
Подготовила Орлова Е.А. – преподаватель первой категории Торезского горного техникума им. А.Ф.Засядько
Изложена методика проведения практического занятия с использованием современных инновационных технологий, направленного на формирование у студентов умения осуществлять расчеты технологических параметров флотации.
Для преподавателей горных дисциплин в учебных заведениях среднего профессионального образования
Рецензент:
Озюменко А.Н. – преподаватель горных дисциплин Торезского горного техникума им. А. Ф. Засядько, специалист высшей квалификационной категории
Рассмотрено и одобрено на заседании цикловой комиссии горных дисциплин
СОДЕРЖАНИЕ
1. Предисловие. ............................................................... 4
2. План занятия ............................................................. 5
3. Структура занятия ...................................................... 6
4. Ход занятия ............................................................... 7
5. Приложения ................................................................. 8
Предисловие
Флотацией называют процесс обогащения мелких классов угля, основанный на различной смачиваемости водой поверхности угля и породы.
Флотацию осуществляют во флотационных машинах, представляющих собой ванная или ряд последовательно соединенных камер, непрерывно заполняемых пульпой, в которые также непрерывно подают воздух и реагенты для усиления водоотталкивающих свойств угольных частиц.
Различают пенную, масляную и пленочную флотацию. Масляная и пленочная флотация из-за низкой производительности аппаратов и неустойчивости процесса имеет ограниченное применение. Наибольшее распространение получила пенная флотация.
Пенная флотация заключается в том, что во флотационной машине частицы угля, плохо смачивающиеся водой, при встрече с пузырями воздуха прилипают к ним и всплывают на поверхность пульпы. Пузыри воздуха, всплывшие с частицами угля образуют пену (пенный концентрат), удаляется из машины. Частицы породы, которые хорошо смачиваются водой, пузырей воздуха не прилипают и остаются в пульпе. В результате флотации получают флотационный концентрат с наибольшим содержанием горючей массы и отходы с наибольшим содержанием минеральных примесей.
Пенная флотация - наиболее эффективный процесс обогащения тонких классов угля. Недостатки процесса флотации - большой удельный расход электроэнергии и высокой стоимости.
Флотацию применяют для обогащения шламов крупностью 0-0,5 мм коксующегося и энергетического угля и регенерации оборотной воды. В сочетании с другими операциями флотацию можно применять для получения сверхчистых концентратов для специальных целей.
Флотационная пульпа представляет собой многофазную систему. Она состоит из твердой фазы Т - мелких частиц угля и породы; жидкой фазы - воды; газообразной фазы Г - пузырьков воздуха. Кроме того, в пульпу подают флотационные реагенты для изменения свойств поверхности твердой фазы.
Процесс флотации связан с физико-химическими явлениями, происходящими на поверхности раздела фаз. Наиболее важное значение для процесса флотации имеют поверхностное натяжение, смачиваемость и адсорбция.
Эффективность флотационного процесса во многом зависит от совершенства конструкций машин и аппаратов, в которых он осуществляется.
Выбор рациональной технологической схемы флотации зависит от таких факторов: требований к качеству продуктов флотации; зольности и степени метаморфизма исходного угля, его гранулометрического состава, содержания промежуточных фракций, наличия размокаемых пород и глины, петрографического состава, флотационной активности; характеристики флотационных машин; производительности флотационного отделения, технико-экономических показателей.
ПЛАН ПРОВЕДЕНИЯ ЗАНЯТИЯ
Тема занятия: Расчет технологических параметров флотации угля
Цель занятия:
Методическая: Совершенствовать методику проведения практического занятия. Использование компьютерных средств контроля знаний
Дидактическая:
Научить студентов рассчитывать технологические параметры флотации.
Развивать умение владеть технической терминологией, развивать умение работать самостоятельно.
Воспитательная: Формировать интерес к будущей профессии.
Вид занятия: практическая работа
Формы и методы практическое занятие с использованием интерактивных методов проведения, которые способствуют активизации учебной деятельности . студентов
Межпредметные связи:
Обеспечивающие: основы горного производства.
Обеспечиваемые: охрана труда.
Методическое обеспечение: учебная и рабочая учебная программа по дисциплине «Переработка и обогащение полезных ископаемых» дидактически-методическое обеспечение для выполнения практических работ; методическая разработка занятия.
Технические средства обучения:компьтеры, мультимедийное оборудование.
Литература:
Основная: 1 . Золотко А.А., Самылин Н.А. «Обогащение угля» Г.; . Недра, 1972г
2. Артюшин С.П. «Обогащение угля» Г.; Недра, 1975г.
Дополнительная
1. Братичак М.М., Пинаев С.В. «Химия и технология переработки угля» Львов.; «Бескид Бит», 2006г.
СТРУКТУРА ЗАНЯТИЯ:
1. Организационный момент 1 мин
2. Сообщение цели и темы занятия 1 мин
3. Мотивация познавательной деятельности студентов 2 мин
4. Актуализация знаний 15 мин
5. Постановка цели и задач 2 мин
6. Инструктаж 3 мин
7. Работа по выполнению работы 30 мин
8. Проверка выполненной работы 3 мин
9. Тестирование 15 минут 10. Домашнее задание 1 мин
11. Подведение итогов занятия (оценка и комментарий) 6 мин
ХОД ЗАНЯТИЯ.
1. Организационный момент
1.1 Приветствие студентов, проверка присутствия студентов.
1.2 Проверка готовности студентов.
2. Ознакомление с темой и целью занятия
2.1 Тема : «Расчет технологических параметров флотации угля».
2.2. Цель: Усовершенствовать методику проведения практического занятия
Использование компьютерных средств контроля знаний
Научить студентов рассчитывать технологические параметры процесса . флотации.
Развивать умение владеть технической терминологией, развивать умение . работать самостоятельно
3. Мотивация познавательной деятельности студентов
4. Актуализация знаний
4.1 Что называется технологическими параметрами флотации?
4.2 От чего зависит стадия метаморфизма угля?
4.3 Как влияет крупность угля на флотируемость?
4.4 Как влияет состав минеральных примесей на флотируемость?
4.5 Что называется реагентным режимом флотации?
4.6 От чего зависит время флотации?
5. Постановка цели и задач
По исходным данным построить кривые флотируемого.
При заданной зольности концентрата определить выход концентрата.
Рассчитать зольность отходов и время флотации.
6. Инструктаж
6.1 Ознакомиться с инструкциями
6.2 По исходным данным построить кривые флотируемого.
6.3 При заданной зольности концентрата определить выход концентрата.
6.4 Рассчитать зольность отходов и время флотации.
7. Выполнения задания.
8. Итоговый контроль выполненной работы.
Сбор отчетов, проверка, защита работ.
9.Тестирование (с использованием компьютерной программы Tester)
10. Домашнее задание.
Л.2 (249-256 )11. Заключительная часть.
Объявление и комментарий оценок. Итоги занятия.
Тесты
1 Флотация
а) процесс обогащения мелких классов угля, основанный на разнообразной смачиваемости водой поверхности угля и отходов;
б) процесс обогащения мелких классов угля, основанный на различной плотности угля и породы;
в) процесс обогащения угля, основанный на магнитных свойствах породы.
2 Процесс, сущность которого заключается в том, что во флотационной машине частицы угля, плохо смачивающихся водой, при встрече с пузырями воздуха прилипают к ним и всплывают на поверхность пульпы называется :а) масляной флотацией;
б) плёночной флотацией;
в) пенной флотацией.
3 Частицы, которые плохо смачиваются водой, называют:
а) гидрофобными;
б) гидрофильными;
в) полярными.
4 Сборщики имеют назначение:
а) образовывать пену:
б) увеличивать гидрофобность частиц угля и обеспечивать быстрое и прочное прилипание их к пузырям воздуха;
в) регулировать процесс пенообразования.
5 Природные или синтетические химические соединения, которые при введении в суспензию углей или глинистых шламов могут образовывать механические связи между частицами твердой фазы и вызывать благодаря этому ускоренное осаждение частиц называются:
а) флокулянтами;
б) адсорбентами;
в) пенообразователями.
6 Прямая флотация схема изображена на рисунке
а) а;
б) б;
в) в.

7 Время флотации колеблется в пределах :а) 1-5;
б) 5-9;
в) 10-15.
8 Концентратом называется
а) продукт, в котором содержание сростков угля с породой более высокое, чем в исходном питании;
б) продукт, в котором содержание горючей массы более высокое, чем в исходном питании;
в) продукт, в котором содержание негорючих компонентов более высокое, чем в исходном питании и промпродуктов.
9 Производительность флотационной машины определяется:
а) числом камер в машине;
б) объему пульпы;
в) время флотации.
10 Флотационные машины какого типа применяют на углеобогатительных фабриках
а) механические;
б) пневматические;
в) пневмомеханические.
Практическая работа № 2
Тема : Расчет технологических параметров флотации угля.
Цель работы: Научиться рассчитывать технологические параметры флотации.
Выполнения работы.
1 Ознакомиться с теоретическими сведениями.
2 По исходным данным построить кривые флотируемого.
3 При заданной зольности концентрата определить выход концентрата.
4 Рассчитать зольность отходов и время флотации.
5 Ответить на вопросы теста
Теоретические сведения.
-499110157480

Технологические параметры процесса флотации
К технологическим параметрам флотации относятся: свойства флотируемого угля, плотность пульпы, степень аэрации пульпы, реагентный режим, время флотации и производительность машины, pH пульпы, способ удаления концентрата и схема флотации.
Свойства флотируемого угля. К основным свойствам угля, что влияет на процесс флотации, относятся: стадия метаморфизма, петрографический состав, крупность, окисленность, состав минеральных примесей и обогатимость.
Стадия метаморфизма зависит от геологического возраста углей. Как правило, с увеличением степени углефикации флотируемость угля растет. Уголь средней степени углефикации марок К, Ж и ОС флотируется лучше, чем более молодые угли марок Д и Г. Хуже флотируются старые угля марок Т и А.
Из петрографических групп лучшую флотируемость показали группы витренита и семиветринита, наихудшую - группа фюзенита.
Крупность частиц угля. Флотируемость угля снижается с увеличением его крупности. Частицы угля крупнее 0,5 мм легко отрываются от пузырьков воздуха и попадают в отходы, в результате чего их зольность снижается. Поэтому оптимальной является крупность 0,5 мм. Перед флотацией крупные частицы должны быть удалены.
Содержание в пульпе тонких шламов крупностью 0-0,1 мм ухудшает процесс флотации. Тонкие шламы покрывают поверхность частиц и пузырьков воздуха и затрудняют флотацию более крупных частиц. Для устранения вредного влияния тонких шламов рекомендуется флотировать более разбавленные пульпы.
Окисленность угля. Флотируемость угля ухудшается с увеличением окисленности поверхности частиц. Это объясняется увеличением на поверхности частиц кислородсодержащих групп, которые усиливают гидрофильность частиц. Процесс окисления замедляется с увеличением стадии метаморфизма.
Состав минеральных примесей. Главными составными частями минеральных примесей являются кремнезем, глинозем, окиси железа и кальция. Если кремнезем и окислы железа и кальция находятся в угле в виде свободных частиц, то при флотации они легко удаляются в отходы. Размокший в воде глинистый сланец снижает флотируемость угля, так как он является источником образования гидрофильных коллоидов.
Обогатимость угля. С повышением категории обогатимости флотируемость угля снижается.
Плотность пульпы измеряется: отношением массы твердого к массе воды Т: Ж или г = Ж: Т; содержанием твердого в 1 л
пульпы в г / л или содержанием твердого в%. Соотношение между этими величинами следующие:
Р = 100δ-Тδ Т ;
Т = 100δ1+ρδ , г/лР = 100ρ+1 ,%где - плотность твердого в пульпе, г/см3;
Т - содержание твердого, г / л;
Г - содержание твердого,%.
С увеличением плотности пульпы повышается производительность флотационной машины, снижаются расходы реагентов на единицу объема пульпы, электроэнергии и воды. Однако при чрезмірному увеличении плотности пульпы снижается аэрация пульпы и ухудшается флотация крупных частиц в результате их отрыва от пузырьков воздуха при столкновении с соседними частицами. При этом происходит интенсивная флотация тонких частиц породы, загрязняющими концентратами. Потери угля с отходами увеличиваются.
При флотации разбавленных пульп получается концентрат высшего качества, но производительность машины снижается.
В практике плотность пульпы принимают р = 5 - 10 или Т == 100 - 160 г / л.
Аэрация пульпы. В современных флотационных машинах механического типа расход воздуха составляет 1-1,3 /мин на 1 объема машины.
Максимальный размер пузырьков воздуха в механических машинах колеблется от 0,8 до 1 мм и зависит от конструкции аэратора, качества и количества реагентов-вспенивателей.
Источником аэрации пульпы является также растворенные в ней газы, которые выделяются на поверхности частиц в виде мелких пузырьков при пониженном давлении. Выделенные из раствора пузырьки воздуха очень активные и ускоряют процесс минерализации.
Количество воздуха, засасывается импеллером, зависит от зазоров между лопатками импеллера и статора, а также днищем камеры. С увеличением зазоров аэрация пульпы снижается.
Недостаточная аэрация пульпы приводит к снижению производительности машины и ухудшению качества продуктов флотации. При чрезмерной аэрации происходит бурление пульпы и нарушение процесса.
Реагентный режим. Под реагентним режимом флотации понимают подбор реагентов, их расход, порядок и место подачи в процесс и время контакта реагентов с пульпой. Реагентный режим на фабрике устанавливается режимной картой.
Расход реагентов зависит от стадии метаморфизма, петрографического состава, свойства реагента, крупности материала и плотности пульпы. Малометаморфизированные угля требуют большего расхода реагентов, чем уголь средней стадии метаморфизма.
Расход собирателя колеблется в широких пределах - от 600 до 1500 г / т, вспенивателя - от 20 до 200 г / т. Избыток реагентов приводит к образованию обильной и малоподвижной пены, в результате чего в пену выносятся тонкие частицы породы. Недостаток реагентов приводит к нарушению процесса флотации и потерь угля в отходах.
Для повышения эффективности флотации применяют дробное дозирование реагентов; часть реагентов подают в пульпу перед флотацией, а часть - в камеры флотационной машины.
Эффективность действия реагентов повышается при применении их в виде эмульсий. Емульсированне реагентов производят в специальных аппаратах - емульсификаторах.
Время флотации и производительность флотационных машин.
Время флотации называется продолжительность пребывания пульпы в машине. Оно зависит от свойства флотируемого угля, плотности пульпы, степени аэрации пульпы, количества и качества застосовуємих реагентов.
Время флотации устанавливают опытным путем. Оно колеблется от 5 до 9 минут.
Оптимальное время флотации может быть установлено опытами дробной флотации.
Дробной флотацией называется разделение пробы угля на отдельные части по времени флотации.
Дробную флотацию осуществляют в лабораторной флотационной машине, где получают отдельные порции концентрата через определенные интервалы времени. Результаты дробной флотации оформляют в виде таблицы, по данным которой строят кривые флотируемого
аналогично построению кривых обогатимости.
По результатам дробной флотации (табл. 1) построить кривые флотируемого и при заданной зольности концентрата Аск = 8% определить выход концентрата, выход и зольность отходов и время флотации.
Время флотации, мин. γ, % Ас, % Суммарные, %
концентрат отходы
γАс γАс
1 2 3 4 5 6 7
1
2
3
4
5
6 60,1
9,2
7,2
5,1
8,2
10,2 4,9
8,3
13,0
21,8
40,7
75,8 60,1
69,3
76,5
81,6
89,8
100,0 4,9
5,4
6,1
7,1
10,1
16,8 100,0
39,9
30,7
23,5
18,4
10,2 16,8
27,0
32,2
51,8
60,2
75,8
Итого 100,0 16,8 — — — —
Заполняем графы 4 и 5 табл. 1 последовательным суммированием сверху вниз и находим среднединамичную зольность суммарных выходов:
выход и зольность концентрата за 1-у минуту записываем из граф 2 и 3;
выход и зольность концентрата за 2-ю минуту определяем:
60,1 + 9,2 = 69,3%
60,1∙4,9+9,2∙8,369,3=5,4% и т. д.2. Заполнение граф 6 и 7 производится снизу вверх аналогично заполнению граф 4 и 5.
3. Построение кривых флотируемого λ, βі θ производим аналогично построению кривых обогатимости.
4. Построение кривой времени флотации t производим по данным граф 1 и 4 табл. 1.
5. Определяем выход концентрата. На оси абсцисс откладываем в масштабе зольность концентрата Аск = 8% и проводим линию, параллельную оси ординат, до пересечения с кривой β. Через точку пересечения проводим демаркационную линию. Выход концентрата отсчитываем сверху γк = 84%.
6.Определяем выход и зольность отходов. Отсчитываем снизу к демаркаціонній линии γ0= 16%. Зольность отходов отсчитываем на оси абсцисс от точки пересечения демаркационной линии с кривой θ: Асо = 63%.
7. Время флотации отсчитываем от точки пересечения демаркационной линии с кривой t: t = 4,2 мин.
Производительность флотационной машины определяется временем флотации, достаточным для получения кондиционных продуктов обогащения.
Время флотации :t = 60nV/Wa , мин,
где: n-число камер в машине;
V-объем одной камеры, м3;
Wа-объем пульпы, поступающей вместе с воздухом, м3/ч;
Wа = Wп + Vв
Wп - объем пульпы, м3/ч;
Vв - объем засасываемого в машину воздуха, м3/ч;
Коэффициентом аэрации называется отношение количества засасываемого в машину воздуха к общему объему пульпы:
α = Vв / Wа
В машинах механического типа α = 0,30-0,35.
Так как
V(в) = Wа - Wп
то выражение запишем, как
Wа = Wп / (1-α) = Wп / K,
где K = 0,65 ÷ 0,70 - коэффициент, учитывающий аэрацию пульпы. Подставляя Wа в выражение, получаем время флотации
t = (60Kn V) / Wп, мин.
Производительность флотационной машины по пульпе
Wп = (60Kn V) / t, м3/ч
Объем пульпы, поступающей в машину,
Wп = Vt + W = Q1 / δ + W = Q1 (1 / δ + W/Q1),
где: Vт-объем твердого в пульпе, м3/ч;
W-объем воды, м3/ ч;
δ-плотность твердого, т/м3;
Q1-количество твердого, т / ч;
W/Q1 = p - плотность пульпы.
Подставляя значение Wп в выражение, получаем производительность флотационной ма-шины по твердому
Q1 = (60Kn Vδ) / (1 + pδ) t, т / ч
Число флотационных машин
i = kQ/Q1,
где k = 1,15;
Q-количество твердого, поступающего на флотацию, т/ч;
Q1-производительность одной машины, определяется по формуле, т/ч.
Рассчитать число флотационных машин МФУ2-63 (n = 6; V = 6,3 м3) для флотации шлама в количестве Q = 100 т / ч, если плотность шлама δ = 1,5 т/м3; плотность пульпы p = 10; время флотации t = 5 мин.