a. Thiết kế mô hình
- Mô hình bể tuyển nổi được thiết kế dựa trên nguyên tắc làm việc của tuyển nổi bọt DAF.
- Vật liệu sử dụng: nhựa plastic, thép, ống nhựa dẻo....
- Có 2 bộ phận chính: Khung đỡ bể, thiết bị điện và bể chứa nước thải thí nghiệm.
Cấu tạo
(1) Khung đỡ mô hình (2) Cốc đựng mẫu (3) Máng thu bọt
(4) Trục khuấy (5)
(6) Cánh khuấy
(7) Mô tơ quay cánh khuấy (8) Bộ điều chỉnh dòng điện (9) Thùng cấp nước vào
(10)Hình 2.2: Mô hình tuyển nổi quy mô phòng thí nghiệm
(11) Nguyên tắc hoạt động
(12) Mô hình hoạt động theo nguyên tắc tuyển bọt. Nước thải được chứa trong bể, được khuấy trộn đều tạo thành dung dịch đồng nhất, sau đó thổi khí với áp lực cao vào bể. Không khí từ nơi có áp lực cao phun ra những hạt li ti, dưới tác dụng của thuốc tập hợp vào thuốc tạo bọt thì quá trình tuyển nổi diễn ra.
(13) 2.1.3. Thuốc tuyển nổi
a. Thuốc tập hợp – Flotakol NX
(14) Thành phần chủ yếu của Flotakol NX 800 là dầu (80 – 85%). Việc phá vỡ thành phần của rượu cao hơn tạo ra các sản phẩm chất thải trong sản xuất
butanol hoặc octanol oxosynthesis (15 – 20 %). Flotakol NX tiêu thụ khác nhau tùy thuộc vào tính chất của từng loại than đá và các điều kiện vận hành khác, liều lượng thông thường sử dụng là 0,7 – 2,2 Kg thuốc tuyển trong mỗi tấn bùn khoáng. Khi sử dụng hydrocabon không phân cực có thể phù hợp với nhũ hóa, do đó làm giảm điện năng tiêu thụ và tăng hiệu quả tuyển nổi.
(15) Thuốc tập hợp này chủ yếu được sử dụng ở các nước như Trung Âu, Séc, Nga, và áp dụng rộng rãi ở một số quốc gia khác trên thế giới.
(16) Hình ảnh phân tích qua máy hồng ngoại của thuốc tuyển Flotakol NX như sau:
(17)
(18)Hình 2.3: Hình ảnh Phân tích hồng ngoại của dung dịch Flotakol NX (19) Một số thông số liên quan đến thuốc tuyển Flotakol NX
(20) 3339 cm –1 v s,b,
(21) (OH) kéo dài chuyển động của nhóm OH liên kết với hydro có thể tạo ra H2O từ rượu hay
(22) 2956,2927, 2872 cm –1 s,
(23) (C-H) kéo dài chuyển động của nhóm chức đối xứng C- H, CH3, CH2, và nhóm bão hòa hoặc hydrocarbon nhánh (cùng montanol)
(25) (C=O) có thể kéo dài chuyển động của nhóm cabonxylic, mặc dù cường độ của dải hấp thụ này phải lớn.
(26) 1650,1562 cm –1 w,
(27) (C = C) kéo dài chuyển động thuộc olefin (cường độ rất yếu, có chứa lẫn các tạp chất)
(28) 1465,1384,1367 cm –1
(29) Nhóm δ(C-H) chuyển động biến dạng của nhóm C- H thuộc nhóm CH3, CH2
(30) 1211 až 1119 cm –1
(31) Chuyển động khung (skeletární vibrace,) (32) 1053,1010 cm –1 s,
(33) (C – F) chuyển động kéo dài liên kết với hydrofluoocarbons. (34) 967 až 835 cm –1 m,
(35) γ (C-H) sự biến dạng của nhóm Patricio alkan (36) 633, 622 cm –1 s,
b. Thuốc tập hợp dầu hỏa
(37) Dầu hỏa: là hỗn hợp của các hiđrôcacbon lỏng, dễ bắt cháy, có mùi khó chịu, có tính độc. Nó thu được từ chưng cất phân đoạn dầu mỏ ở nhiệt độ 105 °C đến 275 °C (các chuỗi cacbon từ C12 đến C15).
(38) Một dạng của dầu hỏa là RP-1 cháy trong ôxy lỏng, được sử dụng làm nhiên liệu cho tên lửa. Tên gọi kêrôsin có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp keros (κερωσ tức sáp). Thông thường, dầu hỏa được chưng cất trực tiếp từ dầu thô phải được xử lý tiếp, hoặc là trong các khối Merox hay trong các lò xử lý nước để giảm thành phần của lưu huỳnh cũng như tính ăn mòn của nó.
(39) Dầu hỏa cũng có thể được sản xuất bằng crackinh dầu mỏ. Dầu lửa còn gọi là KO, là một chất lỏng được chế tạo từ dầu mỏ, không màu có mùi đặc trưng, có tỷ trọng d15 = từ 0,78 đến 0,80; nhiệt độ sôi trong khoảng từ 200 đến 300oC Dầu lửa được dùng làm chất đốt trong sinh hoạt, thắp đèn và làm dung môi ở các xí nghiệp công nghiệp.
(40) Trong ngành công nghiệp tuyển khoáng dầu hỏa được coi là một loại thuốc tập hợp phổ biến, thu hồi khoáng vật với hiệu quả cao. Dầu hỏa là một loại
thuốc tập hợp không phân cực, không tan trong nước, nó phân tán trong bùn dưới dạng nhũ hóa hoặc là các hạt nhỏ. Thuốc tập hợp không phân cực hấp phụ lý học lên bề mặt hạt khoáng tạo thành màng mỏng làm tăng tính kị nước của bề mặt đó. Dầu hỏa là thuốc tập hợp phổ biến trong tuyển than.
(41)Bảng 2.1: Đặc tính lý hóa của dầu hỏa (42)Trạng thái vật lý:
Lỏng (43)Điểm sôi (
0C): 160 – 3000C
(44)Màu sắc: xám nhạt (45)Điểm nóng chảy (0C): max -300C (46)Mùi đặc trưng: Mùi
nhẹ, đặc trưng xăng dầu.
(47)Điểm bùng cháy (0C) (Flash point): min 380C (48)Áp suất hóa hơi
(mmHg) ở nhiệt độ 37,80C: 1 - 10
(49)Nhiệt độ tự cháy (0C): 2540C (50)Tỷ trọng hơi (Không
khí = 1) ở nhiệt độ, áp suất tiêu chuẩn: 4 - 5.
(51)Giới hạn nồng độ cháy, nổ trên (% hỗn hợp với không khí): 5
(52)Độ hòa tan trong nước : không đáng kể
(53)Giới hạn nồng độ cháy, nổ dưới (% hỗn hợp với không khí): 0,7
(54)Độ pH: trung lập (55)Tỷ lệ hoá hơi: (n BuAc = 1): <1 (56)Khối lượng riêng
(kg/m3): 780 - 830 (57)Chiều cao ngọn lửa không khói: min 19 mm
(58)
c. Thuốc tập hợp dầu vừng
(60) Dầu mè hay dầu vừng là một loại dầu thực vật ăn được chiết xuất từ hạt mè (vừng). Là một axit béo có công thức chung R – có chứa thành phần axit oleic (C17H33COOH). Ít tan trong nước, để tiện sử dụng nó được chuyển sang dạng xà phòng oleat natri (C17H33COONa = C17H33COO- + Na+ dễ tan trong nước. Trong nước oleat natri phân li thành ion. Thuốc tập hợp loại này có tính tạo bọt cao.
(61) Dầu vừng là một loại thuốc tập hợp dị cực, có cấu trúc không đối xứng, phức tạp, gồm 2 phần: phần có cực và phần không cực là 2 hidrocacbon có tính kị nước. Sự hấp phụ của dầu vừng lên bề mặt hạt khoáng là hấp phụ hóa học, khi được hấp phụ lên bề mặt hạt khoáng, dầu có cự của phân tử thuốc bám dính vào hạt khoáng, quay dầu không cực ra pha nước, làm khoáng vật đó trở nên kị nước.
(62) Dầu vừng được triết suất từ thực vật (hạt vừng) thân thiện với môi trường không gây độc trong quá trình xử lý, không tạo ra chất thải độc,…
d. Thuốc tạo bọt dầu thông
(63) Dầu thông là một hỗn hợp có tạo bọt, có chứa rượu mạch vòng, thành phần chủ yếu là Là hỗn hợp hiđrocacbon monotecpen có công thức chung C10H16O. trong đó thành phần có hoạt tính tạo bọt mạnh nhất là tepineol (C10H17OH). Dạng lỏng không mầu hoặc mầu vàng cánh gián. Khối lượng riêng là 0.9mg/cm3. Không hòa tan trong nước và có điểm sôi trong khoảng từ 200 – 220 oC. Dầu thông được chiết suất từ các bộ phận khác nhau của cây thông như: quả và thân cây, lá cây, thân thiện với môi trường, không tạo ra các sản phẩm có tính độc.
(64) Cấu trúc của phân tử của dầu thông tương tự như một thuốc tập hợp dị cực gồm phần có phân cực và không phân cực là gốc hydrocabon. Khi đươc hấp phụ lên ranh giới phân chia giữa pha lỏng và pha khí phần không cực quay về phía pha khí, phần có cự hường ra pha nước, tác dụng với nước, hình thành lớp hydrat hóa bao quanh bóng khí làm tăng độ phân tán và ổn định của bóng khí, đồng thời nâng cao độ bền của bọt khoáng hóa. Dầu thông là thuốc tạo bọt có nhóm chức (OH) vì thế nó chỉ có tính tạo bọt và không có tính tập hợp nên rất dễ sử dụng và rất phổ biến.
(66) 2.2. VẬN HÀNH MÔ HÌNH
(67) 2.2.1. Chuẩn bị khoáng sản
(68) Chuẩn bị khoáng sản là một công đoạn mang tính chất đầu mối, tạo nên một sự đồng bộ giữa thành phần vật chất cũng như đặc điểm kết cấu, cấu tạo nguyên liệu ban đầu và các phương pháp cũng như quá trình tuyển khoáng khác nhau.
(69) Để việc chạy mẫu diễn ra đúng trình tự cần phải làm giảm kích thước của mẫu than sử dụng xuống đến cỡ hạt 1mm. Cần tiến hành hoạt động đập và nghiền để đập vỡ vật liệu tới độ hạt quy định 1mm . Sau đó phân loại cỡ hạt có trong hỗn hợp mẫu.
(70) - Đập và nghiền than đá:
(71) + Sử dụng máy nghiền than quy mô phòng thí nghiệm (72) + Thời gian nghiền: 20 phút
(73) + Mắt lưới sử dụng: đến cỡ hạt 1mm. (74) + Lực nghiền: 6000W
(75) + Thành phần cỡ hạt sau khi nghiền: các hạt than mịn có kích thước đến 1mm
(76) + Khối lượng than cần nghiền: 2500g
(77) Sau khi nghiền than đến cỡ hạt yêu cầu, tiến hành xác định thành phần cỡ hạt trong mỗi mẫu than làm thí nghiệm. Mỗi thí nghiệm sử dụng 50 gam than đã nghiền, vì thế cần xác định lượng than mịn trong mẫu này bằng cách sàng 50 gam qua rây 0.5mm, sau đó đem nung tới khối lượng không đổi trong lò nung. Cân, xác định khối lượng than mịn ta được kết quả như sau: than mịn đến cỡ hạt 0.5mm đạt 30.561 gam, chiếm 61.122%.
(78) 2.2.2. Chạy mẫu
(79) a. Pha nước thải giả định
(80) - Thể tích nước: 500ml (81) - Khối lượng than: 50g
(82) - Thành phần cỡ hạt: đến cỡ hạt 1mm
(84) b. Tiến hành chạy mẫu
(85) Chia làm 2 giai đoạn:
(86) Giai đoạn 1: Khuấy trộn mẫu
(87) - B1: Cho nước thải giả định đã pha vào cốc đựng mẫu có thể tích 1000ml.
(88) - B2: Bật cánh khuấy trong thời gian 2 phút với tốc độ cánh khuấy đạt 1500 vòng/phút. Điều chỉnh cánh khuấy theo chiều kim đồng hồ (tức là cùng chiều với chiều hớt bọt, để giảm sự văng nước ra khỏi cốc đựng mẫu, do tốc độ khuấy lớn).
(89) - B3: Cho thuốc tập hợp hòa lẫn cùng nước thải than, tiếp tục khuấy trong vòng 2 phút. Sau đó cho thêm thuốc tạo bọt (dầu thông) khuấy đều trong vòng 2 phút.
(90) Giai đoạn 2: Hớt bọt
(91) - B4: Đổi chiều cánh khuấy và giảm tốc độ cánh khuấy xuống còn 500 vòng/phút, (chiều cánh khuấy hiện tại ngược với chiều kim đồng hồ, để làm tăng hiệu quả thu hồi bọt). Sau đó cấp khí thông qua bộ thổi khí cấp theo đường ống vào bể, với công suất máy thổi khí đạt 50 W/h.
(92) - B5: Hớt bọt trong vòng 1 phút, 3 phút, 5 phút , khi mức nước không đạt tới 500ml thì cần cấp nước vào để thúc đẩy việc hớt bọt..
(93) - B6: Lọc mẫu bằng giấy lọc đã sấy. Đem mẫu đi sấy ở nhiệt độ 105 oC, trong thời gian 24h.
(94) Chú ý: Trong quá trình chạy mẫu có sử dụng nước máy để nâng hiệu quả
hớt bọt. Đây là một giải pháp tạm thời giải quyết vấn đề hớt bọt ra khỏi mô hình. Lượng nước cấp vào mô hình không làm ảnh hưởng quá lớn tới nồng độ của nước thải than dùng để chạy mẫu.
(95) c. Thu kết quả
(96) - B7: Sau khi sấy đem mẫu đi cân, sàng qua rây 0.5mm để thu được cỡ hạt đến 0.5 mm. Tính toán hiệu suất thu hồi than mịn qua mỗi thí nghiệm, đem so sánh các mẫu với nhau để tìm điểm tối ưu, thông qua vẽ biểu đồ dạng đường. Đưa ra kết luận cuối cùng.
(98) (99)
(100) Chương 3: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH
(101)
(102) 3.1. HIỆU QUẢ THU HỒI THAN
(103)3.1.1.Công thức tính toán hiệu suất
(104)- Thiết kế mô hình tuyển nổi thu hồi lượng than mịn còn tồn tại trong nước thải than tại mỏ nghiên cứu (mỏ Cọc Sáu), cùng với việc sử dụng các loại thuốc tuyển để tăng hiệu quả của quá trình tuyển. Đồng thời đánh giá hiệu quả thu hồi của các thí nghiệm. Từ đó tìm ra điểm tối ưu thu hồi than mịn đến cỡ hạt 0.5mm.
(105)- Sử dụng công thức sau để đánh giá hiệu quả thu hồi than mịn theo thời gian tại điểm tối ưu.
(106) 1 1 M 100% H m = × ∑ (107)Trong đó:
(108)+ H: Hiệu suất thu hồi than mịn đến cỡ hạt 0.5mm tại điểm tối ưu. (109)+ M1: Khối lượng than mịn trong thời gian 1.min., 3.min., 5.min (g) (110)+
m
∑
: Tổng khối lượng than mịn ban đầu có trong mẫu than đá (g) (111)3.1.2. Điểm tối ưu của thuốc tuyển
(112)a. Khái niệm
(113)- Điểm tối ưu là điểm mà tại đó hiệu quả thu hồi than mịn (theo cỡ hạt yêu cầu) đạt cao nhất.
(114)- Ý nghĩa của việc xác định điểm tối ưu: Cần xác định điểm tối ưu để ước lượng hiệu quả cao nhất của các thí nghiệm. Từ đó đánh giá hiệu quả thu hồi than mịn của từng loại thuốc tập hợp với 3 mốc thời gian 1, 3, 5 phút. Là kết quả để đem so sánh giữa 3 loại thuốc tập hợp với nhau, sau đó đưa ra kết luận chính xác nhất về loại thuốc tập hợp nên sử dụng trong tuyển khoáng tại mỏ than Cọc Sáu.
(116)- Dựa vào kết quả chạy mẫu trong quá trình thực tập tốt nghiệp xác định được khoảng giá trị hiệu quả thôi hồi than mịn. Từ đó xác định điểm tối ưu bằng cách như sau:
(117) + Từ khoảng tối ưu đã xác định thực hiện chạy mẫu với các điểm (điểm có hàm lượng thuốc tuyển khác nhau). Tiến hành các thí nghiệm cho đến khi hiệu quả tuyển không tăng và bắt đầu giảm sau đó kết luận điểm tối ưu là điểm có hiệu quả thu hồi cao nhất (điểm này thuộc trong khoảng tối ưu đã xác định).
(118)+ Xác định các điểm tối ưu cho tất cả các thuốc tuyển (thuốc tập hợp, thuốc tạo bọt).
(119)3.1.2. Kết quả phân tích qua các thí nghiệm
(120) 3.1.2.1. Hiệu quả thu hồi than mịn đối với thuốc tuyển Flotakol
(121)Do điều kiện không sử dụng được thuốc tập hợp Flotakol từ Cộng hòa Séc, bởi vì tính chất độc của loại hóa chất này nên không thể vận chuyển từ nước ngoài về được. Vì vậy kế thừa các kết quả đã thực hiện tại nước ngoài với loại thuốc tập hợp này cụ thể thí nghiệm được thực hiện tại phòng thì nghiệm của viện công nghệ môi tường tại phòng thí nghiệm có các thiết bị tuyển nổi VRF – L sản phân RD Pribram, Cộng Hòa Séc. Sử dụng số liệu cho việc so sánh, đánh giá hiệu quả tuyển so với hai loại thuốc tập hợp được nghiên cứu trong nước.
(122)Bảng 3.1: Kết quả thu hồi than mịn khi sử dụng dung dịch Flotakol NX
(123)tại mỏ than Lazy
(124)Lazy - Flotakol (125)m (126)v (128)[g] (129)[%] (130)KLI1. (131)1. min. (132)106,2 (133)70,8 (134)KLI2. (135)2. min. (136)8,7 (137)5,8 (138)KLI3. (139)3. min. (140)1,79 (141)1,19 (142)KLI5. (143)5. min. (144)1,53 (145)1,02 (146)OLI (147)odpad (148)31,78 (149)21,19 (150) (151) (152)150 (153)100 (154) (155)
(156)Biểu đồ 3.1: Kết quả thu hồi than mịn khi sử dụng dung dịch Flotakol NX
(158)Nhận xét:
- Từ việc chạy mẫu than với thuốc tuyển là Flotakol ta nhận thấy hiệu suất thu hồi than mịn đến cỡ hạt 0.5mm đạt xấp xỉ 78 %.
- Chủ yếu hàm lượng than mịn thu hồi được ở 1 phút đầu tiên khi chạy mẫu. Lượng than mịn giảm dần theo thời gian chạy.
- Rất phù hợp để áp dụng trong tuyển nổi với các loại than tinh dùng để sản xuất than cốc luyện kim và áp dụng tốt cho những loại than có độ tro cao như ở Việt Nam.
(159) 3.1.2.2. Hiệu quả thu hồi thn mịn đối với thuốc tuyển dầu hỏa
(160)a. Tìm điểm tối ưu của thuốc tập hợp – dầu hỏa (161)Mô tả quá trình chạy mẫu
(162)Giai đoạn 1: Khuấy trộn mẫu
(163)- B1: Cho nước thải giả định đã pha vào cốc đựng mẫu có thể tích 1000ml.
(164)- B2: Bật cánh khuấy trong thời gian 2 phút với tốc độ cánh khuấy đạt 1500 vòng/phút. Điều chỉnh cánh khuấy theo chiều kim đồng hồ (tức là cùng chiều với chiều hớt bọt, để giảm sự văng nước ra khỏi cốc đựng mẫu, do tốc độ khuấy lớn).
(165)- B3: Cho thuốc tập hợp hòa lẫn cùng nước thải than, tiếp tục khuấy trong vòng 2 phút. Sau đó cho thêm thuốc tạo bọt (dầu thông) khuấy đều trong vòng 2 phút.
(167)Giai đoạn 2: Hớt bọt
(168)- B4: Đổi chiều cánh khuấy và giảm tốc độ cánh khuấy xuống còn 500 vòng/phút, (chiều cánh khuấy hiện tại ngược với chiều kim đồng hồ, để làm tăng hiệu quả thu hồi bọt). Sau đó cấp khí thông qua bộ thổi khí cấp theo đường ống vào bể, với công suất máy thổi khí đạt 50 W/h.
(169)- B5: Hớt bọt trong vòng 1 phút, 3 phút, 5 phút , khi mức nước không đạt tới 500ml thì cần cấp nước vào để thúc đẩy việc hớt bọt..
(170)- B6: Lọc mẫu bằng giấy lọc đã sấy. Đem mẫu đi sấy ở nhiệt độ 105 oC, trong thời gian 24h.
(171)- B7: Đem mẫu đi cân, và sàng mẫu qua rate 0.5mm xác định hiệu quả tuyển tại từng mốc thời gian. Ghi lại kết quả tính toán
(172)Tiến hành các thí nghiệm với liều lượng dầu hỏa thay đổi từ 0.33 – 0.53ml. Giữ nguyên liều lượng dầu thông là 0.15 ml, và lưu lượng nước cấp là 350