Utilization of Ultrasonic Waves in the Flotation of Coal with High Ash-Sulfur Content

Year 2024, Volume: 24 Issue: 2, 441 - 446, 29.04.2024

Ercan Şahinoğlu

https://doi.org/10.35414/akufemubid.1380476

Abstract

Coal is recognized as one of the most important fossil fuels. However, the use of coal without cleaning can cause serious environmental problems. For this reason, coal must be cleaned before use. Flotation is one of the methods used to clean fine-sized (-0.5 mm) coals. The flotation method utilizes the difference in surface properties of the grains. Many studies have been carried out to increase the efficiency of coal flotation. The use of ultrasonic waves in flotation is one of these studies. Cleaning the surfaces of oxidized coals, removing clay minerals from the surface of coals, and separating minerals adsorbed on the coal surface from the coal are very important factors for the successful flotation process. It is known that ultrasound is used to clean the surfaces of materials in many scientific fields thanks to its cavitation effect. The mechanical effects produced by ultrasonic cavitation cause an increase in flotation selectivity by removing the clay and oxide layer from the coal surface to restore the hydrophobic surface of coal particles. Therefore, ultrasonic waves can be used in coal flotation to clean the surface of the coals before the flotation process to make the coals more hydrophobic. In this study, the floatability of coal with high ash-sulfur content was investigated by flotation method using only ultrasonic waves without using chemical reagents. Müzret coal was subjected to ultrasonic treatment at different ultrasonic times (0.5; 1; 2; 3 and 4 minutes) and flotation experiments were carried out. The combustible recovery, ash rejection and efficiency index of the clean coals obtained were found. The maximum combustible recovery was 60.49% at 4 minutes of ultrasonic treatment. Ash rejection values and efficiency index values vary between 77.98-79.84% and 29.27-38.47%, respectively. In addition, it was determined that the pyritic sulfur content of the coal was significantly reduced.

Keywords

Coal, Flotation, Ultrasonic waves, Combustible recovery

Ultrasonik Dalgaların Yüksek Kül-Kükürt İçerikli Kömürün Flotasyonunda Kullanılabilirliği

Abstract

Kömür en önemli fosil yakıtlardan biri olarak kabul edilmektedir. Ancak, kömürün temizlenmeden kullanılması ciddi çevre sorunlarına neden olabilmektedir. Bu nedenle kömürlerin kullanılmadan önce temizlenmesi gerekmektedir. Toz boyutlu (-0,5 mm) kömürlerin temizlenmesinde kullanılan yöntemlerden bir tanesi flotasyondur. Flotasyon yönteminde tanelerin yüzey özellikleri farklılığından yararlanılır. Kömür flotasyonunun etkinliğinin artırılması için birçok çalışma yapılmaktadır. Ultrasonik dalgaların flotasyonda kullanımı da bu çalışmalardan bir tanesidir. Oksitli kömürlerin yüzeylerinin temizlenmesi, kil minerallerinin kömürlerin yüzeyinden uzaklaştırılması, kömür yüzeyine adsorbe olmuş minerallerin kömürden ayrılması flotasyon işleminin başarılı bir şekilde yapılması için çok önemli olan faktörlerdendir. Ultrasonun kavitasyon etkisi sayesinde pek çok bilim alanında malzemelerin yüzeylerini temizleme amacıyla kullanıldığı bilinmektedir. Ultrasonik kavitasyon tarafından üretilen mekanik etkiler, kömür partiküllerinin hidrofobik yüzeyini eski haline getirmek için kömür yüzeyinden kil ve oksit tabakasını kaldırarak flotasyon seçiciliğinde bir artışa neden olur. Dolayısıyla ultrasonik dalgalar kömürün flotasyonunda, flotasyon işleminden önce kömürlerin yüzeylerini temizleyip kömürleri daha fazla hidrofobik yapmak amacıyla kullanılabilir. Bu çalışmada, yüksek kül-kükürt içerikli kömürün kimyasal reaktif kullanılmadan sadece ultrasonik dalgalar kullanılarak flotasyon yöntemiyle yüzebilirliği araştırılmıştır. Müzret kömürü farklı ultrason sürelerde (0,5; 1; 2; 3 ve 4 dak.) ultrasonik işleme tabi tutulup flotasyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen temiz kömürlerin yanabilir verim, kül giderimi ve verim indeksleri bulunmuştur. Maksimum yanabilir verim 4 dakika ultrason süresinde %60,49 olarak elde edilmiştir. Kül giderimi değerleri ve verim indeksi değerleri sırasıyla %77,98-79,84 ve %29,27-38,47 arasında değişmektedir. Bununla birlikte kömürün piritik kükürt içeriğinin de önemli ölçüde azaltıldığı belirlenmiştir.

Keywords

Kömür, Flotasyon, Ultrasonik dalgalar, Yanabilir verim

References

• Jin, L., Wang, W., Tu, Y., Zhang, K. and Lv, Z., 2021. Effect of ultrasonic standing waves on flotation bubbles. Ultrasonics Sonochemistry, 73: 105459. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2020.105459
• Kang, W., Xun, H. and Chen, J., 2007. Study of enhanced fine coal de-sulphurization and de-ashing by ultrasonic flotation, Journal of China University of Mining & Technology,17(3): 358-362. https://doi.org/10.1016/S1006-1266(07)60105-9
• Mao, Y., Xia, W., Peng, Y. and Xie, G., 2019. Ultrasonic-assisted flotation of fine coal: a review. Fuel Processing Technology, 195:106150. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2019.106150
• Özdemir, O. Çinku, K. Uslu, T. Kılıç, E. ve Çelik, M.S., 2013. Taşkömürü ve linyit kömürlerinin tuzlu su içerisinde flotasyon davranışları, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 13, 015801,1-14. https://doi.org/10.5578/fmbd.5218
• Özkan, Ş.G., 2012. Effects of simultaneous ultrasonic treatment on flotation of hard coal slimes, Fuel, 93: 576-580. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.10.032
• Şahinoğlu, E., 2012. Kömürün yağ aglomerasyonu yöntemi ile temizlenmesinde bitkisel atık yağların ve ses ötesi dalgaların kullanılabilirliği. Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon, 135.
• Şahinoğlu, E., 2018. Ses ötesi dalgaların farklı tane boyutlarındaki kömürün flotasyonunda kullanılması, Türkiye 21. Uluslararası Kömür Kongresi, 11-13 Nisan, Zonguldak, Türkiye, 305-316.
• Xu, M., Xing, Y., Gui, X., Cao, Y., Wang, D. and Wang, L., 2017. Effect of ultrasonic pretreatment on oxidized coal flotation. Energy Fuels, 12 (31): 14367-14373.https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.7b02115
• Wang, L., Tian, C., Yang, W., Wang, H., Wu, S., Ni, S. and Pan., 2023. Effects of ultrasonic and surfactant coupling treatment on the wettability of coal. Powder Technology, 427:118767. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2023.118767
• Wang, W., Liu, D., Tu, Y., Jin, L. and Wang, H., 2020. Enrichment of residual carbon in entrained-flow gasification coal fine slag by ultrasonic flotation. Fuel, 278:118195. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.118195