Účinnost činidla pro flotaci uhelných kalů na bázi biologických komponentů.

Radim Pavlík

Doctoral thesis

The Effectiveness of Agent for Flotation of Coal Sludge Based on Biological Components.

Abstract:

Disertační práce uvádí výsledky, spojené s výzkumem možností nahrazení stávajících petrochemických činidel, užívaných pro flotaci černouhelných kalů v OKD, a.s., novým činidlem, složeným z biologických složek, tj. složek z obnovitelných zdrojů. Nové biologické flotační činidlo je tvořeno komponenty, které jsou meziprodukty nebo vedlejšími produkty výroby metylesteru rostlinných olejů, resp. bioetanolu. Podpůrným argumentem pro postupné zavádění „biologických flotačních činidel“ do flotační praxe je také veřejný zájem na vyšší ochraně životního prostředí. Důsledkem aplikace nové generace flotačních činidel je snazší biologická degradace jejich zbytkových koncentrací v odpadních vodách. Dalším podstatným důvodem zavedení flotačních činidel biologického původu je trvale rostoucí světová cena ropy a ropných produktů, spojená s klesajícími zásobami ropy, spekulacemi na trzích, politickou nestabilitou, popř. válečnými konflikty v dotčených oblastech. Úvodní část disertace je věnována problematice kalového okruhu na úpravně černého uhlí a způsobu úpravy kalů pomocí pěnové flotace. Dále jsou stručně charakterizována běžně používaná flotační činidla v OKD, a.s. od 70. let minulého století do současnosti. V teoretické části práce jsou diskutovány teoretické aspekty flotačního procesu, spojené s dosažením účinné hydrofobizace tuhé fáze (uhelných zrn). Ke stanovení míry polarity uhelných zrn je užita metodika měření a stanovení elektrokinetického potenciálu a metodika stanovení úhlu smáčení (úhlu kontaktu). V aplikační části disertace jsou uvedeny experimentální poznatky získané převážně v laboratořích IEI-HGF, VŠB-TU OSTRAVA. Jedná se o výsledky zrnitostních rozborů vstupních vzorků uhelných kalů a jejich popelnatosti, výsledky měření elektrokinetického potenciálu těchto vzorků a výsledky měření elektrokinetického potenciálu zásekových vzorku uhlí ze slojí Dolu Karviná, které jsou v současnosti těženy, doplněné o výsledky měření úhlů smáčení těchto vzorků. V této části disertační práce je také popsána příprava vzorků biologických flotačních činidel z jednotlivých hydrofobizačních, pěnicích a stabilizačních komponent a uvedeny metodické postupy laboratorních flotačních testů pro určení jejich účinnosti. V návaznosti na autorsky chráněné receptury biologických flotačních činidel pro flotaci uhelných kalů bylo vyvinuto nové biologické flotační činidlo, účelově označené jako Totalbio X6. Z vyhodnocení laboratorních flotačních testů vyplynulo, že nové flotační činidlo Totalbio X6 je co do sledovaných technologických parametrů (výnos a popelnatost koncentrátu a flotačních hlušin, spotřeba flotačního činidla) srovnatelné s petrochemickými flotačními činidly, standardně používanými v provozech úpraven OKR, a.s. Provozní zkouška biologického flotačního činidla Totalbio X6 byla provedena na úpravně uhlí Dolu Karviná, závodu ČSA. Její vyhodnocení potvrdilo, že dosažené provozně sledované technologické parametry jsou srovnatelné s ukazateli, dosahovanými při použití dosavadního převážně petrochemického flotačního činidla typu Semibio. Hlavním cílem této disertační práce bylo nalézt a definovat fyzikálně-chemické vlastnosti nového biologického činidla pro flotaci černouhelných kalů na bázi průmyslově dostupných biologických komponent. Výsledky disertační práce jsou příspěvkem k rozšíření dosavadního stavu vědeckého poznání v oblasti vývoje činidel pro flotaci černouhelných kalů a nepolárních nerostů.

Abstract:

This dissertation presents the results that are connected with the research of the possibilities of petrochemical agents’ replacement by a new agent, composed of biological components, which are used for flotation of black coal sludge in OKD. The new flotation agent is composed of components, which are intermediate products or byproducts of the methyl ester of vegetable oils, resp. bioethanol. As a supporting argument here is a public intention in higher environmental protection and gradual introduction of the “biological flotation agents” into the floatation practice. By applying the new generation of flotation agents, it is easier to biologically degrade their residual concentrations in waste water. Another important reason for introducing flotation agents of the biological origin is the gradually increasing global price of oil and oil products, which is connected with the diminishing oil reserves, speculations in the markets, and political instability or war conflicts in the affected areas. The introductory part of the dissertation presents the problems of sludge circle at the coal preparation plant and the way of the sludge treatment using the foam flotation. Next, there is a brief characteristic of the commonly used agents in OKD since the 70´s until the present times. In the theoretical part, theoretical aspects of the flotation process are discussed, associated with achieving effective hydrophobization of the solid phase (coal grains). To determine the degree of polarity of the coal grains, the measurement methodology and determination of electro kinetic potential is used together with the methodology of wetting angle (contact angle). In the application part of the dissertation, there are experimental findings obtained mostly in the IEI-HGF laboratories, VSB-TU Ostrava. These are the results of the grain size analyses of the input samples of coal sludge and ash; the results of electro kinetic potential measurements of these samples and the results of electro kinetic potential measurements of the samples of coal cutters from the coal seams of Karvina mines that are mined at the moment, accompanied by the wetting angle measurements of these samples. This dissertation describes the preparation of the biological flotation agent samples from individual hydrophobic, foam and stabilization components. It also states methodological procedures of the laboratory flotation tests to determine their efficiency. Following the copyrighted recipes of the biological flotation agents for coal sludge flotation, a new biological flotation agent has been developed, intentionally assigned Totalbio X6. The results of the laboratory flotation test say that the new flotation agent Totalbio X6 is, as far as the technological parameters are concerned (yield and ash content of the concentrate and flotation tailings, flotation agent consumption), comparable with petrochemical flotation agents, commonly used in the treatment plants of OKD, a.s.

Keywords

uhelné kaly, flotace, flotační činidlo, estery rostlinných olejů, bioetanol, hydrofobizace

Keywords

coal sludge, flotation, flotation agent, esters of vegetable oils, bioethanol, hydrophobization

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 11. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 29. 4. 2014
• Supervisor: Jiří Vidlář
• Reader: Františka Michalíková, Jiří Botula, Barbara Tora

VŠB - Technical University of Ostrava

Hornicko-geologická fakulta

Doctoral programme / field:
Nerostné suroviny / Úpravnictví