В связи с широкой механизацией добычи угля выход мелких высокозольных классов угля (< 1 мм) резко возрос и составляет 25–30 % от рядового. Дальнейшее совершенствование техники добычи углей, особенно применение гидравлического способа, еще увеличит выход и зольность этого класса. При невысокой влажности и зольности добываемых коксующихся углей мелочь мельче 1 мм после обесшламливания присаживалась к концентратам без обогащения. Повышение зольности и влажности этого класса привело к использованию мелочи как низкосортного топлива и поэтому возникла необходимость обогащения.

При этом следует отметить следующие особенности проблемы обогащения угольной мелочи:

1. Часто вредные примеси представлены мелким пиритом, гипсом, самородной серой, песчаником и сланцем, которые настолько мелки, что не могут быть отделены гравитационными методами обогащения.

2. Иногда требуется разделить петрографические ингредиенты. Последнее вызывается необходимостью получения угля низкой зольности (не более 0,5–3 %), предназначенного для химической переработки, в частности для получения жидкого топлива. Такого содержания золы можно достичь, только отделив фюзен.

3. На большинстве фабрик необходимо обогащать угольный шлам, полученный в результате второй стадии сгущения подрешетных шламовых вод, обезвоживающих концентратных грохотов. Эти шламовые воды подвергаются сначала первой стадии сгущения и классификации (например, в пирамидальных отстойниках). Крупный сгущенный шлам направляется на отсадочные машины, шламовые грохота и другие устройства, а перелив первой стадии поступает обычно в цилиндрические сгустители, слив которых представляет собой оборотную моечную воду, а сгущенный продукт направляется на флотацию.

4. Часто приходится обогащать пыль, которая предварительно смешивается со шламами.

В связи с вышеизложенным большое значение приобретает флотационный метод обогащения.

Применение флотации позволило увеличить выход концентрата для коксования и снизить его зольность. Если до применения флотации значительная часть мелочи коксующихся углей использовалась в виде энергетического шлама, то за последние годы выпуск его резко сократился, а на ряде фабрик был полностью ликвидирован.

Флотация угля и флотация руд отличаются друг от друга следующим:

· высокой сорбционной способностью угля по сравнению с рудными минералами;

· аполярной (не дипольной) природой угля;

· высокой естественной гидрофобностью угля;

· весьма большой неоднородностью поверхности угля, связанной с наличием нескольких петрографических разновидностей и с различной степенью углефикации.

· низким удельным весом угля по сравнению с рудными мине- ралами.

Высокая сорбционность угля является причиной низкой селективности действия различных реагентов и большого их расхода.

Большая неоднородность поверхности угля вызывает затруднения при выборе флотационных реагентов и ведения флотации.

Флотационное разделение петрографических ингредиентов представляет значительный интерес.

При флотации легкосредним маслом 85 % фюзена переходит в концентрат. При флотации крезолом 85 % фюзена уходит в хвосты (камерный продукт).

Эффективны также ароматические соединения с гетероатомами в ряду CH₃–NH₂–OH.

Добавка в технические реагенты нафталина и его производных улучшает селекцию в 1,2 раза.

Влияние малого удельного веса угля довольно велико. Удельный вес угольной пульпы составляет 1,1–1,2, удельный вес угля – 1,3–1,5 г/см³. Поэтому требуется небольшая подъемная сила для подъема частиц угля, вследствие чего флотационная крупность угля бывает в 20–30 раз больше, чем для рудных частиц (крупность руды – 0,2–0,3 мм, угля – 2–6 мм).

В качестве реагентов при флотации угля применяют вещества сравнительно дешевые. Расходы на обогащение сообразуются со стоимостью концентратов.

Для флотации угля в качестве собирателей применяются вещества преимущественно неполярного строения. Они содержат некоторое количество гетерополярных веществ и обладают в большей или меньшей степени пенообразующими свойствами. Это продукты переработки самого угля или, точнее, каменноугольной смолы: масло легкое, среднее и антраценовое. Смола же получается при коксовании угля на коксобензольных заводах. Применяются и другие продукты коксобензольного производства: фенолы (черная карболка), масло коксохимического производства, модифицированное формалином, реже сырой бензол.

Широко используются продукты переработки нефти (нефть, керосин, соляровое масло, контакт Петрова, керосино-газойливая фракция). Высшие спирты (КОС, кубовые остатки от производства бутиловых спиртов, пенореагент), неорганические соли (NaCl, CaCl₂), АФ-2, ААР-1, ААР-2, КЭТТОЛ и др. Реагенты других классов применяются крайне редко, в исключительных случаях. Так, для флотации труднообогатимых углей используют реагенты-модификаторы (сополимеры винилпиридина с алкилсильфоксидами).

Установлено, что наилучшие флотационные свойства по отношению к высокосернистым углям и депрессирующие свойства по отношению к пиритизированным угольным поверхностям проявляют сложные эфиры фталевой кислоты и некоторые соли сульфокислот. Реагент «М» , состоящий из алифатических и окисленных углеводородов, испытан в исследовательских лабораториях фабрик ЦОФ «Березовская», ЦОФ «Беловская», ЦОФ «Кузнецкая», ЦОФ «Абашевская», ЦОФ «Томусинская». Хорошие результаты получены при расходе реагента 350 г/т. Проведены исследования по разработке реагентного режима флотации с использованием в качестве вспенивателя смеси технических продуктов нефтехимии, образующихся при получении чистых химических продуктов. В процессе выделения спиртов «08» из кубового продукта колонны К307 цеха № 52 в АО «Салаватнефтеоргсинтез» получают высококипящий продукт переработки кубовых остатков от производства бутиловых спиртов (ВКП КОБС). Применение при флотации углей реагентов-модификаторов - сополимеров винилпиридина с алкилсульфоксидами позволяет улучшить показатели процесса при одновременном снижении расхода аполярных реагентов на 30–40 %. При флотации угольной мелочи с исходной зольностью 24,5 % использование реагента-модификатора 40В позволило увеличить извлечение горючей массы в концентрат с 83,9 до 90,6 % при равной зольности флотационного концентрата и увеличении зольности отходов на 11,3 %. Особенно высокие показатели процесса достигнуты при обогащении труднообогатимых высокозольных углей Карагандинского бассейна.

В качестве поверхностно-активных веществ используются реагенты метилизобутилкарбинол (МИБК), кубовые остатки 2-этилгексанола (КЭТГОЛ) и Карбофлот.

В результате исследований установлено, что питание флотации ОФ «Нерюнгринская» за счет вторичных шламов на 45 % представлено тонкими частицами крупностью менее 50 мкм. Показано, что создание условий для равномерного и избирательного закрепления собирателей на поверхности угля регулированием концентрацией поверхностно-активных веществ позволяет повысить извлечение горючей массы в концентрат из исходного питания с высоким содержанием тонких классов.

Если в угле присутствует много шламов, то их лучше выделить. Чаще всего шламы коагулируют. Они превращаются в крупные агрегаты и их адсорбционная способность уменьшается. В качестве коагулянтов используют известь, NaCl, AlCl₃.

В Англии исследован процесс гидрофобной флокуляции и флотации для извлечения минералогических составляющих или удаления нежелательных компонентов из тонкоизмельченных руд, углей и шламов. Процесс включает стабилизацию пульпы с использованием дисперсантов, последующую флокуляцию компонентов посредством специально подаваемого ПАВ или посредством природных гидрофобных свойств. В работе [45] приводятся данные лабораторных испытаний тонких битуминозных и антрацитовых углей из различных китайских и канадских провинций крупностью 88–98 % –45 мкм. В качестве дисперсантов были испытаны гексаметафосфат, дубильная (таниновая) кислота, кремнефтористый натрий, активаторов – сульфид натрия, собирателей – октиловый спирт, бензиларсоновая кислота, бутиловый ксантогенат, неполярных масел – керосин, топливное масло N2, пенообразователя – спиртоэфирная смесь. Из угольных образцов после доизмельчения были получены высокочистые угли с низкими зольностью и содержанием серы, с извлечением из них более 90 % золы и 56 % S (при скорости перемешивания 1 800 об/мин в течение 15 мин).

При обратной флотации уголь депрессируется (крахмалом, декстрином, клеем, СЦЩ), а кремнистые, глинистые соединения и пирит – флотируются.

Показатели флотации могут быть улучшены путем совершенствования и разработки новых конструкций флотационных машин с кипящим слоем с коническими, трубчатыми, струйными, циклонными импеллярами и в результате применения водных форсунок с высокой скоростью сдвига при скорости потока воды несколько метров в секунду и форсунок, подающих флотореагент в виде водно-газовой эмульсии, аэраторами.

Из депрессоров чаще применяется силикат натрия для подавления пустой породы и пептизации шламов. Для депрессии пирита применяют щелочь и известь (рН = 9).

Необходимо обращать внимание на следующие особенности технологии флотации угля:

1. Большой выход концентратов (80–90 %) и малый выход хвостов. Это отражается на конструкции флотомашин. Они делаются с двухсторонним съемом пены.

2. Высокая скорость флотации угля, примерно в 100 раз выше флотации минералов.