Таким образом, учитывая, что из всех запасов углей в Союзе
на долю коксующихся падает примерно только 10%, всякое увеличение этой цифры за
счет применения процессов обогащения, и флотации в частности, является
настоятельно необходимым.
По данным Фомина; средний % выхода мелочи только класса —
1,0 мм можно принять в 14,5% при средней зольности 13,0, что указывает на
огромную роль флотации в получении добавочных 14,5х0,7 = 10% от валовой добычи
угля в виде флотационного концентрата с зольностью 4—6%, не считая возможности
выделения при этом некоторого количества котельного топлива для местных нужд
или для брикетирования.
Считая выжиг кокса в России на 1937/38 г. примерно в 57 800
000 т, можно видеть огромную экономию в народном хозяйстве, если содержание
золы в коксе снизится, например, с 12—13% до 7—8%, а серы с 2—1,7% до 1,0-1,1%.
Для флотации углей могут быть использованы различные вспениватели
и коллекторы, причем учитывая пригодность для этой цели продуктов перегонки тех
же углей, обычно стоимость таких местных реагентов является вполне приемлемой.
Расход реагентов колеблется от 0,25 до 2,5 кг/т. В части депрессоров для пирита
вопрос следует считать еще недостаточно изученным.
Можно лишь отметить, что влияние обычных депрессоров для
рудного пирита — извести и цианида, по опытам автора, мало эффективно для
угольного пирита, в виду возможной разницы строения поверхности последнего, по-видимому,
загрязненного импрегнированными микроскопическими углистыми частицами.
Для
исследования процесса утилизации угольных шламов Кузнецкого бассейна объектами
исследования экономически целесообразным было выбрать шламы средней зольности
углей марок К (ЦОФ «Березовская») и Г (ОАО шахта «Заречная), так как известно,
что увеличение зольности влечет за собой повышение затрат на ее удаление.
Кроме
того, в гидроотвалах и отстойниках сосредоточено большое количество
тонкодисперсных угольных шламов этих марок, применение которых в качестве
исходного сырья для коксования позволит получить высокий экономический и
экологический эффекты.
В
таблице 2.1. приведена характеристика исходных угольных шламов.
Таблица
2.1 – Технический анализ исходных угольных шламов
|
Наименование показателя
|
Шлам угля марки К
|
Шлам угля марки Г
|
|
Влага аналитическая, W® %
Зольность, А11, %
Высшая теплота сгорания, Qsr, кДж/кг
Выход летучих веществ, Vdaf, %
|
1,44
34,5 35500 27,85
|
1,35
38,0 34250 40,85
|
Сущность
процессов переработки угольных шламов заключалась в их сгущении с последующим
обогащением методом масляной агломерации (т.к. другие методы обогащения не
приемлемы в виду низкой селективности этих процессов при обогащении из-за
тонкодисперсного состояния угольных частиц). Сгущение угольных шламов
производилось на экспериментальной установке гравитационного сгущения,
представленной на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Принципиальная схема установки
сгущения
Изначально угольные шламы представляли собой водные
суспензии с концентрацией твердой фазы приблизительно 100-150 г/л. Поэтому
первоначальным этапом подготовки (перед обогащением) угольных шламов к
использованию в технологии коксования являлось их сгущение. Полученная
водно-угольная суспензия имела 56-60 мас.% твердой фазы, т.е. с концентрацией
около 600 г/л, и далее подвергалась обогащению по методу масляной агломерации.
Сгущенный
угольный шлам направлялся на установку обогащения, по своей работе основанной
на методе масляной агломерации, для получения глубоко обогащенных угольных
концентратов (рисунке 2.3).
Рисунок 2.3 – Принципиальная схема
установки обогащения
1 - пульт управления;
2 - емкость;
3 - мешалка;
4 - преградители для
разрушения воронки;
5 –двигатель.
В результате выполненных исследований по обогащению было
установлено, что оптимальным связующим реагентом из использованных в данной
работе (отработанное машинное масло, поглотительное масло, газойль) является
отработанное машинное масло с эксгаустеров коксохимических производств (таблице
2.2).
Расход связующего был определен потребностью для
формирования агломерированного концентрата с минимально возможной зольностью и
зависел от зольности исходного угольного шлама.
Таблица 2.2 – Обогащение угольного шлама марки К и Г
различными реагентами
|
Название реагента
|
Аа, %
|
Wa, %
|
Vdaf, %
|
Qsr, ккал/кг
|
|
Отработанное машинное масло
|
5,4-9,0
|
8,5-10,5
|
25-28
|
8150-8600
|
|
Поглотительное масло
|
8,0-10,0
|
16,8-17,5
|
35,0-39,0
|
7650-7850
|
|
Газойль
|
6,5-7,5
|
16,2-18,0
|
35,5-37,5
|
7900-8050
|
Обогащенные с помощью этого реагента угольные шламы имели
наименьшую по сравнению с другими реагентами зольность (Аа), хороший выход
концентрата (82-84 мас.%), более высокий выход летучих веществ (Vdaf) и теплоты
сгорания (Qet).
Полученные результаты показали высокую селективность
процесса масляной агломерации и возможность получения низкозольного
концентрата.
В таблице 2.3 представлены данные экспериментов обогащения
угольных шламов (углей марок К и Г).
Таблица 2.3 – Данные экспериментов обогащения угольных
шламов
|
Наименование продукта
|
Ad, мас.%
|
Выход продукта, мас.%
|
Период опыта, мин
|
|
К
|
Г
|
К
|
Г
|
К
|
Г
|
|
Концентрат
|
5,4
|
9,0
|
84
|
82
|
24
|
28
|
Для коксования зольность (Ad) исходного угля согласно
технологическим регламентам не должна превышать 10 мас.%. Увеличение зольности
приводит к получению некачественного кокса и отрицательно влияет на технологию
коксования в целом.
Из данных приведенных в таблице 2.3. видно: зольность
полученных концентратов не превышает 10 мас.%, что говорит о приемлемости
полученных угольных концентратов для технологии коксования и энергетики;
высокий выход продукта и более низкая зольность концентратов обусловлены полнотой
разделения органической и минеральной частей угольных шламов в процессе
обогащения масляной агломерации.
Весьма важным было проследить зависимости распределения
зольности по фракциям исходного угля и концентрата, перераспределения общей
серы через зольность в исходных угольных шламах и концентратах, т.к. она
является нежелательной примесью при переработке углей.
При обогащении угольных шламов марок К, Г и их крупности
(-1,6 мм; -0,4 мм; -1,0 мм) при расходе связующего реагента (отработанного
машинного масла) 15% от массы исходного угля в процессе масляной агломерации
были получены низкозольные углемасляные концентраты с выходом 82-84 мас.%.
Зависимость зольности и сернистости исходных углей (марок К
и Г) от среднего размера частиц по фракциям представлены в таблице 2.4.
Таблица 2.4 – Зависимость зольности и сернистости исходных
угольных шламов (марок К, Г) от среднего размера частиц по фракциям
|
Средний диаметр частиц по фракциям, мм
|
Зольность (А*1), мас.%
|
Содержание серы (8общ.), мас.%
|
|
К
|
Г
|
К
|
Г
|
|
0,160
|
38,0
|
43,0
|
0,50
|
0,55
|
|
0,4
|
32,0
|
35,0
|
0,45
|
0,50
|
|
1,0
|
34,0
|
37,0
|
0,40
|
0,46
|
Зависимость зольности и сернистости концентрата от среднего
размера частиц по фракциям представлены в таблице 2.5.
Таблица 2.5 – Зависимость зольности и сернистости
концентрата от среднего размера частиц по фракциям
|
Средний диаметр частиц по фракциям, мм
|
Зольность (А1), мас.%
|
Содержание серы (8общ.ъ мас.%
|
|
К
|
Г
|
К
|
Г
|
|
0,160
|
7,0
|
10,0
|
0,3
|
0,35
|
|
0,4
|
5,4
|
9,0
|
0,25
|
0,3
|
|
1,0
|
6,5
|
9,5
|
0,22
|
0,25
|
Результаты анализа показали, что промежуточные фракции в
угольных шламах обладают наименьшей зольностью и сернистостью. Указанная
зависимость сохраняется и в концентратах после обогащения. Данная
закономерность распределения минеральной части угля по фракциям обусловлена
тем, что при измельчении раздробление угольных частиц происходит по наиболее
слабым зонам, между органической и минеральной составляющими угля. Так как
размер минеральных частиц очень мал, происходит отделение породных частиц от
крупных и средних фракций, переходящих в тонкие.
Снижение зольности концентрата после обогащения исходного
угля объясняется более глубоким разделением органической части угля от породной
(благодаря разным их взаимодействием с маслом), вследствие чего, уменьшается
содержание высокозольных частиц.
Снижение общего содержания серы объясняется тем, что сера,
содержащаяся в угле, находится в виде пирита (FeS2), имеющего значительно более
высокую плотность по сравнению с углем, вследствие чего, в процессе масляной
агломерации угля происходит более полное отделение пиритной серы, уходящей в
отходы.
Для выполнения основных исследований и возможности получения
приемлемого концентрата для коксования из отходов обогащения углей коксующихся марок, был выбран угольный шлам марки К с ЦОФ
«Березовская». Требуемые качественные показатели шихты для коксования и
полученного угольного концентрата отражены в таблице 2.6.
Таблица 2.6 – Качественные показатели шихты и угольного
концентрата
|
Наименование
|
Обозначение
|
Требования к показателям шихты по технологическому регламенту
|
Показатели обогащенного угольного концентрата угля марки К
|
|
Толщина пластического слоя, мм
|
У
|
не менее 14
|
14
|
|
Пластометрическая усадка, мм
|
Х
|
не менее 30
|
33
|
|
Выход летучих веществ, мас. %
|
Vdaf
|
25-28
|
28,0
|
|
Зольность, мас. %
|
Ad
|
не более 9,2
|
5,4
|
|
Сера общая, мас.%
|
Sобщ.
|
не более 0,5
|
0,25
|
|
Влага в рабочем состоянии,
мас.%
|
Wtr
|
8-10
|
10,5
|
|
Содержание классов 0-3 мм
(помол), мас.%
|
|
не менее 74
|
98
|
Определение индекса свободного вспучивания выполняли по ГОСТ
30313-95.
Индекс свободного вспучивания равен 5 единицам, показывающий,
что полученный угольный концентрат пригоден для технологии коксования.
Полученный концентрат из угольного шлама угля марки К,
отвечающий требованиям технологических регламентов производства кокса,
необходимо исследовать на возможность применения его в технологии коксования.
Наиболее точную информацию о пригодности углемасляного
концентрата в технологии коксования можно получить, приготовив из него или при
помощи него прочный кокс.
Коксование угольного концентрата осуществлялось путем
применения ГОСТированной методики - технического анализа углей.
Согласно методике, при определении выхода летучих веществ,
образуется коксовый королек, по свойствам которого можно сделать вывод о
качестве кокса.
Для определения прочности королька применялась методика
определения механической прочности гранул. Анализ осуществлялся на чашечных
весах.
На одну чашку помещались гранулы, на другую гири.
Надавливали на гранулу какой либо пластиной до ее растрескивания.
По показаниям стрелки весов замеряли нагрузку на гранулу и
делили ее на поперечное сечение гранулы.
В таблице 2.7 приведены данные испытаний на прочность
коксовых корольков из обогащенного угольного концентрата и его смесей согласно
состава производственных и аварийных шихт на коксохимических заводах. Угли
марок Г и Ж соответствовали требованиям к углям идущим на коксование.?
Таблица 2.7 – Данные испытания на прочность в статических
условиях коксовых корольков
|
Наименование королька
|
Прочность на раздавливание в
статических условиях, Н/см2
|
|
Уголь марки К (Ad= 10 мас.%) для сравнения
|
25,0
|
|
Обогащенный угольный концентрат
(ОУК)
|
28,0
|
|
Смесь ОУК(75мас.%)+уголь марки
Ж(25 мас.%)
|
21,2
|
|
Смесь ОУК(50мас.%)+уголь марки
Ж(50 мас.%)
|
22,0
|
|
Смесь ОУК(50 мас.%)+уголь марки
Г(50 мас.%)
|
6,8
|
|
Смесь ОУК(25 мас.%)+уголь марки
Г(75 мас.%)
|
5,5
|
|
Смесь ОУК(50 мас.%)+уголь марки
Г(25 мас.%) + уголь марки Ж(25 мас.%)
|
50,1
|
36,6
|
Максимальной прочностью в смеси обладал королек ОУК + Г + Ж
с соотношением ОУК = 50 мас.%, Г = 25 мас.% и Ж = 25 мас.%. Полученные данные
показывают эффективность применения угольного концентрата для процесса
коксования и возможность применения масляной агломерации с целью получения
ценного коксохимического сырья хорошего качества и соответственно получения
качественного кокса.
За последние годы требования рынка и методы добычи угля
изменились. Сегодняшний рынок требует уголь лучшего качества, с меньшим
со-держанием золы, влаги и серы.
На протяжении многих лет традиционный метод обогащения
мелкого угля заключался в использовании спиральных (винтовых) сепараторов совместно
с пенной флотацией, но этот метод обычно производил продукты с высоким
содержанием золы и влаги. Стоимость строительства флотационной линии с большим
фильтрационным цехом для обезвоживания мокрого концентрата очень высока. При
этом эксплуатационные затраты флотации из-за больших затрат на электроэнергию и
использование реагентов достаточно высоки.
Чтобы снизить эксплуатационные и капитальные затраты
флотации, при этом получить выход низкозольного и сухого угольного концентрата,
используют винтовые сепараторы и агрегаты типа гидросайзер, вместе с
гидроциклонами, вибрационным дуговым ситом и центрифугой.
Гидросайзер используют для обогащения мелкого угля размером
0,15 мм - 3 мм из шахт, отвалов, терриконов; обогащения мелкого угля размером
0,15 мм - 5 мм (в две стадии); разделения песков крупностью менее 5 мм;
удаления пиритов из угля крупностью менее 2 мм; удаления лигнита (торфа) из
песка; удаления тяжелых примесей из песка; обогащения руд, включая олово,
свинец, цинк и другие. В настоящее время, гидросайзер широко используется при
обогащении шламов от 100 микрон до 1 мм. Если класс шире, допустим от 100 микрон
до 3 мм, необходимо просто установить два гидросайзера: первый для класса 1 - 3
мм, и второй для класса 1 мм - 100 микрон. На самом деле, гидросайзеры успешно
работают с углем крупности до 5мм.
Гидросайзер (Рис. 3.1) представляет собой сепаратор с принудительным
осаждением, состоящий из цилиндрической камеры для стока воды с параллельными
стенками.
Рисунок 3.1 –
Гидросайзер
В установке используется восходящий поток воды, создающий
взвешенный слой в емкости. Восходящий поток воды вводится под постоянным
давлением и заданной скорости потока в камеру давления, откуда он равномерно
распределяется в основание гидросайзера через распределительную пластину.
Восходящий поток воды подается отдельным насосом из бака с постоянной подпиткой
воды. Для достижения требуемого значения скорости восходящего потока при
запуске установки предусмотрена система клапанов регулировки потока вместе с
расходомерами.
Через верхнюю часть в гидросепаратор непрерывно загружается
исходный уголь в виде пульпы, с содержанием 40...60 % твердой фазы по массе.
Оптимальное содержание твердой фракции - 600 г/л (50 %) - достигается за счет
обработки исходного материала в гидроциклоне. По мере попадания частиц в
восходящий поток воды происходит их разделение. Твердая фаза в гидросайзере разделяется
таким образом, что более крупные (или тяжелые) частицы концентрируются в нижней
части сепаратора, а тонкодисперсные (легкие) частицы - в верхней части. Таким
образом, взвешенный слой образуется на подложке из тяжелых фракций, которая
поддерживает слой более легкой фракции - угля. Вновь поданные порции исходного
материала вытесняют мелкую и легкую фракции угля через слив гидросепаратора в
сливной желоб [1].
Плотность взвешенного слоя поддерживается регулируемым
сбросом избытка материала через разгрузочные клапана гидросепаратора. Крупные
(тяжелые) частицы удаляются через клапана, которые управляются системой
автоматического регулирования. Для бесперебойной работы гидросепаратора
необходимо поддерживать постоянную подачу восходящего потока воды при постоянном
давлении.
Достоинством гидросайзеров является простота устройства,
возможность обогащения углей по низкой плотности разделения менее 1500 кг/м3;
возможность автоматического регулирования плотности разделения; относительно
высокая удельная производительность.
Недостатком гидросайзеров является низкая эффективность
обогащения углей трудной обогатимости; потребность в чистой оборотной воде для
обеспечения процесса обогащения; узкий класс крупности частиц эффективно
обогащаемых в одном аппарате.
Погрешность Epm работы гидросайзеров составляет 70-150 кг/м3
при плотностях разделения 1350-2000 кг/м3.
Винтовые сепараторы это аппараты работающие по принципу
разделения материала в безнапорном наклонном потоке малой глубины[2].
На винтовых сепараторах обогащают угольный шлам крупностью
0,074 — 3,0 мм, при содержании твёрдого в пульпе 370-440 г/л и нагрузке по
твёрдому 2-2,5 т/ч. Лучше всего в винтовых сепараторах обогащается материал
крупностью 0,1-1,5 мм. Обогащение материала крупностью 0,074 -0,1мм происходит
хуже. Винтовой сепаратор, основанный на разделении материала по плотности в
водной среде, лучше работает на узко классифицированном материале [2].
В винтовых сепараторах [3] имеется неподвижный наклонный
гладкий желоб, выполненный в виде спирали с вертикальной осью. Пульпа
загружается в верхнюю часть желоба и под действием силы тяжести стекает вниз в
виде тонкого, разной глубины по сечению желоба потока. При движении в потоке
кроме обычных гравитационных и гидродинамических сил, действующих на зёрна, развиваются
центробежные силы. Тяжёлые минералы концентрируются у внутренней границы
желоба, а лёгкие — у внешней. Желоб винтовых сепараторов в поперечном срезе
представляет собой 1/4 окружности или вытянутого эллипса. На конце желоба
находится разделяющие ножи, которые делят поток на две части, содержащие разные
продукты. Внешний вид винтового сепаратора приведён на рис. 3.2.
Рисунок
3.2 – Винтовой сепаратор
Достоинством винтовых сепараторов являются низкие
капитальные и эксплуатационные затраты; простота устройства; малая занимаемая
площадь; отсутствие движущихся деталей и привода; возможно колебание содержания
твёрдого в питании (250-450 кг/м3);
Недостатком винтовых сепараторов являются ограниченный
диапазон плотности разделения 1550-2000 кг/м3; низкая эффективность
обогащения частиц крупностью менее 0,15 мм; относительно невысокая удельная
производительность на единицу занимаемой площади по питанию - до 9 т/ч на одну
трёхзаходную спираль.
Погрешность разделения Epm = 100-250 кг/м3.
Вывод:
наиболее эффективным в работе по обогащению крупнозернистого угольного шлама
является Гидросайзер. Он позволяет получать концентрат с низкой зольностью.
Гидросайзер имеет наиболее низкую погрешность разделения Ep, по сравнению с
другими процессами, а так же позволяет изменять плотность разделения от 1,40 до
2,00.
Для выявления эффективности стабилизационной обработки
очищенной технической воды шламовых вод электрическим полем был проведен ряд
экспериментов. Эксперименты проводились на исходной шламовой воде, имеющей следующие
характеристики: рН=8,12; жесткость 3,44 ммоль/дм3; взвешенные
вещества 80,1 мг/дм3; ХПК=19,38 мгО2/дм3 и др.
Обработка шламовой воды электрическим полем осуществлялась в
герметичной ячейке, в которой встроены металлический катод, графитовый анод и
штуцера для входа и выхода воды (рисунок 3.3).
Рисунок 3.3 – Схема
лабораторной установки стабилизационной обработки шламовой воды электрическим
полем:
1 - термостат; 2 -
исследуемая вода; 3,11 - штуцера для подачи и отвода воды соответственно; 4 -
насос; 5 - вентиль; 6 - аппарат для обработки шламовой воды электрическим
полем; 7 - источник постоянного тока; 8 - нагревательная ячейка; 9 -
нагревательный элемент; 10,12 - термометры; 13 - U-образная трубка для
охлаждающей воды
Обработка шламовой воды электрическим полем осуществлялась в
цилиндрической ячейке с соотношением площадей поверхностей катода и анода
равном 2:1. Плотности катодного и анодного токов варьировались от 3,5 до 14
А/м2 и от 7 до 28 А/м2 соответственно.
На катод и анод подавался электрический ток от источника
постоянного тока. Таким образом, между анодом и катодом создавалось постоянное
электрическое поле.
Исследуемая шламовая вода, проходя между анодом и катодом,
подвергалась действию электрического поля, в результате чего частицы накипеобразователей,
присутствующие в воде, приобретали положительный заряд, перемещались к
металлическому катоду и осаждались на его поверхности в виде слоя накипи.
Количество
накипи, выделившейся на поверхности нагревательного элемента, определялось
гравиметрическим методом.
Исследования проводились в замкнутом режиме работы
установки, т.е. без подпитки системы свежей шламовой водой. Обработка шламовой
воды электрическим полем осуществлялась при разных значениях плотностей тока на
катодах и анодах. Для того, чтобы возможно было узнать противонакипный эффект
обработки шламовой воды электрическим полем сначала был проведен контрольный
опыт, в ходе которого определялась динамика отложения накипи на нагревательном
элементе в условиях отсутствия электрического поля. Эксперименты проводились на
шламовой воде ОАО ЦОФ «Березовская». Условия проведения экспериментов
представлены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Условия проведения экспериментов
|
№ п/п
|
Наименование
|
Единицы измерения
|
Значение параметров
|
|
1
|
Объем воды в установке
|
м3 • 10-3
|
5,1
|
|
2
|
Скорость воды, пропускаемой
через нагревательный элемент
|
м/с
|
0,3
|
|
3
|
Плотность катодного тока
|
А/м2
|
3,5-14
|
|
4
|
Плотность анодного тока
|
А/м2
|
7-28
|
Для выявления эффективности стабилизационной обработки
очищенной технической воды шламовых вод электрическим полем был проведен ряд
экспериментов. Эксперименты проводились на исходной шламовой воде, имеющей
следующие характеристики: рН=8,12; жесткость 3,44 ммоль/дм3;
взвешенные вещества 80, 1 мг/дм3; ХПК=19,38 мгО2/дм3
и др. Вода подвергалась обработке при различных значениях плотностей тока.
Полученные значения противонакипного эффекта обработки воды электрическим полем
представлены в таблице 3.2.
Таблица 3.2 – Противонакипные эффекты обработки очищенных
шламовых вод электрическим полем
|
№ п/п
|
Плотность электрического тока, А/м2
|
Противонакипный эффект, %
|
|
на аноде
|
на катоде
|
|
1
|
7
|
3,5
|
44
|
|
2
|
14
|
7
|
59
|
|
3
|
28
|
14
|
70
|
Из таблице 3.2 видно, что при повышении плотности тока на
аноде и катоде происходит увеличение противонакипного эффекта обработки
технической воды электрическим полем. При этом, достигаемый противонакипный
эффект, позволяет обеспечить надежную защищенность водогрейного оборудования от
накипи.
Рассмотренные
способы обработки шламовых вод позволяют вернуть их в технологический цикл
производства. Кроме того, существует возможность использовать очищенные
шламовые воды для обеспечения предприятий угольной отрасли теплом и горячей
водой.
Высокий
уровень техногенных воздействий на окружающую среду в регионах с повышенной
концентрацией угольной промышленности, таких как Кузбасс, обуславливает
необходимость решения экологических проблем. Тенденция к снижению качества
добываемых углей при одновременном повышении требований к качеству угольного
концентрата расширяет объемы переработки рядовых углей, усложняет технологию
углеобогащения и приводит к увеличению выбросов угля за пределы фабрик. В связи
с этим обостряются проблемы рационального использования природных ресурсов и
отрицательного воздействия углеобогатительных фабрик на природную среду [2].
Особого
внимания заслуживает проблема переработки угольных шламов, которые являются не
только одним из основных источников потерь органической части угля, но и
загрязняют при этом окружающую среду. Применяемые на фабриках технологии
регенерации шламовой воды могут вызывать ряд негативных экологических
последствий по следующим причинам:
-
на ряде фабрик, обогащающих коксующиеся угли, из-за недостаточной
эффективности процесса флотации высокодисперсные и крупные угольные частицы
часто теряются с отходами флотации и складируются в гидроотвалах, занимающих
значительные площади земельных угодий;
-
при обогащении энергетических углей необогащенные, высокозольные угольные
шламы низкого качества накапливаются в шламовых отстойниках и илонакопителях,
загрязняя окружающую среду;
-
в результате в наружных отстойниках угольных предприятий скопились десятки млн. тонн шламов, из
которых после обогащения можно получить сравнительно дешевое твердое топливо
[2].
В
настоящее время построены и успешно работают десятки современных обогатительных
фабрик с глубиной обогащения угля до нуля, на которых возможна переработка
шламов с отстойников.
Таким
образом, вполне очевидна необходимость исследования возможности эффективного
обогащения угольных шламов методом флотации на действующих обогатительных
фабриках, что позволило бы решить следующие задачи:
-
обеспечить получение качественного угольного концентрата из шламов
коксующихся углей;
-
снизить глубину обогащения энергетических углей и тем самым расширить
сырьевую базу углей для энергетики;
-
включить в переработку и использовать огромные запасы угольных шламов, захороненных
в гидроотвалах и илонакопителях, и тем самым снизить загрязнение окружающей
среды за счет освобождения земельных площадей, занятых накопителями угольных
шламов.
Исследование
возможности решения указанных выше задач проведено на представительных пробах
углей различных марок из шламовых отстойников, в каждом из которых находятся
десятки и сотни тысяч тонн угольных шламов. Гранулометрический состав четырех
проб угольных шламов показан в таблице 3.3.
Необходимо
отметить высокое содержание в пробах тонких шламов менее 0,05 мм, а также
присутствие в небольших количествах высокозольных частиц крупнее 0,5 мм,
которые перед проведением флотационных исследований были отсеяны.
Таблица
3.3 – Гранулометрический состав четырех проб угольных шламов
|
Классы, мм
|
Марка «Г»
|
Марка «КС»
|
Марка «ОС»
|
Марка «КО»
|
|
Y, %
|
Ad, %
|
Y, %
|
Ad, %
|
Y, %
|
Ad, %
|
Y, %
|
Ad, %
|
|
+1,0
|
2,41
|
53,1
|
5.4
|
34.1
|
2.1
|
20.1
|
3.4
|
43.3
|
|
0,5-1,0
|
1,06
|
25,3
|
5.0
|
17.0
|
6.1
|
16.1
|
6.9
|
35.0
|
|
0,25-0,5
|
6,47
|
6,2
|
9.0
|
13.9
|
12.2
|
12.2
|
7.3
|
16.1
|
|
0,12-0,25
|
7,43
|
4,8
|
9.7
|
14.2
|
13.1
|
13.6
|
9.9
|
19.2
|
|
0,05-0,12
|
20,3
|
7,9
|
16.0
|
14.2
|
16.6
|
16.4
|
16.8
|
21.7
|
|
-0,05
|
62,4
|
40,6
|
55.0
|
24.1
|
49.9
|
20.3
|
55.7
|
36.4
|
|
Всего
|
100
|
29,2
|
100
|
20.8
|
100
|
17.5
|
100
|
30.9
|
Флотационные
опыты проводились с использованием применяемого на углеобогатительных фабриках
Кузбасса комплексного реагента собирателя КРС, поставляемого на фабрики ООО
«Завод химреагентов» г. Кемерово.
Эффективность
флотации шламов оценивались в каждом опыте по следующим показателям: выход у
и зольность Adконцентрата и отходов
флотации; селективность процесса флотации Ксел.
В таблице 3.4 приведены результаты флотации шламов углей марок «Г», «КС»,
«КО» и «ОС» при оптимальном расходе реагента, обеспечивающем максимальную селективность
процесса. По результатам проведенных исследований установлено, что угольные
шламы всех марок обладают неплохой флотируемостью и разделяются на концентрат и
отходы с удовлетворительной селективностью при сравнительно небольшом расходе
реагентов.
Таблица 3.4 – Результаты флотации шламов марок «Г», «КС», «КО» и «ОС»
|
Марка угля
|
Расход, кг/т
|
Aducx, %
|
Концетрат
|
Отходы
|
Ксел
|
|
Y, %
|
Ad, %
|
Y, %
|
Ad, %
|
|
Г
|
2,5
|
29,7
|
76.4
|
12.6
|
25,6
|
75,6
|
0.98
|
|
КС
|
2.1
|
20.2
|
78.3
|
10.5
|
21,7
|
55.1
|
0.56
|
|
ОС
|
1.3
|
17.0
|
83.6
|
7.3
|
16,4
|
66.7
|
0.72
|
|
КО
|
1.8
|
30.8
|
72.4
|
12.4
|
27,6
|
79.0
|
0.96
|
Таким
образом, флотационное обогащение угольных шламов с отстойников на действующих
обогатительных фабриках с получением качественного товарного продукта
экономически целесообразно и позволяет решить проблемы ресурсосбережения и
защиты окружающей среды.
Из угольных шламов в зависимости от марки исходного угля
можно получать следующие продукты:
1) из органической части - концентрат для сжигания (виды
котельного топлива), кокс, полукокс, сорбенты и т.д.;
2) из минеральной части - редкие рассеянные элементы,
магнетит, строительные материалы и т.д.
Отделенную от шламов воду можно вернуть в производственный
цикл обратно.
Предлагается следующая принципиальная технологическая схема
утилизации угольных шламов (рисунке 3.4).
Рисунок 3.4 –
Принципиальная технологическая схема процесса утилизации угольных шламов
Согласно предлагаемой схеме - первоначальным этапом
утилизации угольных шламов является отделение угольной составляющей от жидкой
фазы путем сгущения в поле центробежных сил.
В результате получаются два полупродукта - сгущенный
угольный шлам, представляющий собой суспензию с содержанием твердой фазы 60-75
мас.%, и техническая вода.
Отделенный угольный шлам перерабатывается в зависимости от
дальнейшего применения (ВУТ, сырье для коксования, полукоксования, твердые
энергетические топлива и т.д.). При необходимости его можно обогатить методом
масляной агломерации, так как крупность частиц угольного шлама (менее 500 мкм)
не позволяет это сделать другими методами. Хвосты обогащения могут
использоваться в технологиях извлечения ценных элементов, строительных
материалов и т.п.
Техническая вода проходит стадии отстаивания, отделения от
остатков твердой фазы флотацией и очищения химическими методами. После этого в
воде устанавливается определенная концентрация веществ органического
происхождения - флотационных реагентов и флокулянтов.
Многократная циркуляция технической воды и ее
контактирование с углем приводят к поглощению твердой фазой избытка флокулянтов
и флотореагентов. Таким образом, происходит очищение технической воды от
флокулянтов и флотореагентов. Глубокая очистка оборотной воды от флокулянтов и
флотореагентов может производиться сорбционным методом с помощью активного
угля.
Кроме взвешенных нерастворимых веществ в оборотных водах
угольных предприятий велико содержание растворимых веществ. Снизить содержание
растворимых веществ можно методами химической или физико-химической
водоподготовки. Осадок, выделяемый на различных стадиях водоподготовки, также
можно использовать в технологиях извлечения ценных элементов и строительных
материалов.
Воду, очищенную от нерастворимых, растворимых солей и флотореагентов,
согласно данной схеме, можно использовать в котельных установках или для других
производственных нужд.
В результате промышленной реализации этой или подобной этой
технологических схем утилизации угольных шламов угледобывающих и
углеперерабатывающих предприятий, будут найдены и внедрены новые направления
применения технологий обогащения сырья и угольной продукции из которых могут
быть получены не только ценные угольные концентраты, но и извлечены редкие и
ценные элементы, значительно превосходящие по стоимости добываемые угли.
Соответственно - повысится конкурентоспособность угольной продукции на рынке
сбыта.
В данной работе на основе разработки технологических
процессов утилизации угольных шламов содержится решение задачи переработки
угольных отходов Кузнецкого бассейна, имеющей существенное значение для
рационального использования природных ресурсов, вторичного сырья и улучшения
экологической обстановки региона.
На большинстве фабрик скапливается угольный шлам, крупные
сгущенные составляющие которого отправляются на отсадочные машины, шламовые
грохота и другие устройства, а мелкий требует флотации.
В качестве реагентов при флотации угля применяются
сравнительно недорогие вещества. Это продукты переработки самого угля или
каменноугольной смолы, такие как антраценовое масло, 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).
Реагенты других типов применяются значительно реже. Тем не менее применение при
флотации углей сополимеров винилпиридина с алкилсульфоксидами позволяет
улучшить показатели процесса при одновременном снижении расхода реагентов.
Флотационный процесс, для которого характерны
универсальность применения и высокие технологические показатели, чрезвычайно
чувствителен к воздействию многих факторов, способных оказать значительное
влияние на его ход. Не правильное управление флотации вызывает его серьезные
нарушения, а в отдельных случаях может привести к полному расстройству процесса
обогащения минерального сырья. Очень важным условием успешного применения
флотационного метода обогащения того или иного полезного ископаемого является
так же правильный выбор технологической схемы флотации.
Эффективность флотационного процесса зависит от следующих
основных факторов: минерального состава и крупности исходного материала,
массовой доли твердого в пульпе и ее температуры, реагентного режима, состава
воды, продолжительности флотации, степени аэрации пульпы в машине.
В углеобогатительной отрасли тонкие угольные шламы
крупностью 0-0,25 мм из-за высоких затрат на их обогащение и обезвоживание
воспринимаются как серьезная экономическая проблема. На текущий момент только
процесс флотации может обеспечить обогащение угля до «нулевой» крупности и
сократить потери угля с отходами. Поэтому совершенствование флотационных
технологий в применении к тонким угольным шламам, особенно коксующихся марок,
является важной задачей для углеобогащения.
Таким
образом, вполне очевидна необходимость исследования возможности эффективного
обогащения угольных шламов методом флотации на действующих обогатительных
фабриках, что позволило бы решить следующие задачи:
-
обеспечить получение качественного угольного концентрата из шламов
коксующихся углей;
-
снизить глубину обогащения энергетических углей и тем самым расширить
сырьевую базу углей для энергетики;
-
включить в переработку и использовать огромные запасы угольных шламов, захороненных
в гидроотвалах и илонакопителях, и тем самым снизить загрязнение окружающей
среды за счет освобождения земельных площадей, занятых накопителями угольных
шламов.
1.
Абрамов А. А. Переработка, обогащение и
комплексное использование твердых полезных ископаемых : учебник для вузов: в 3
т. / А. А. Абрамов. - 2-е изд., стер. - Москва : МГГУ. - 2004. - (Высшее горное
образование)
2.
Абрамов Н. П., Байдаков Л. А., Страхов Л. П.
Исследование состояния воды в некоторых дисперсных системах методом ЯМР //
Коллоидный журнал. - 1974. - № 1. - С. 22-26.
3.
Авдохин В. М. Основы обогащения полезных
ископаемых : учебник для вузов: в 2 т. / В. М. Авдохин ; рец. Г. Д. Краснов. -
Москва : Издательство МГГУ. - 2006.
4.
Автоматизация производства на углеобогатительных
фабриках / Л. Г. Мелькумов, В. А. Ульшин, М. А. Бастунский [и др.] ; рец. В. З.
Козин. - Москва : Недра, 1983. - 296 с.
5.
Базанова Н. М. Опробование и контроль процессов
обогащения : учебное пособие для техникумов / Н. М. Базанова, А. В. Курочкина.
- Москва: Недра, 1983. - 102 с.
6.
Бейлин М. И. Теоретические основы процессов
обезвоживания углей. - М.: Недра, 1969. - 240 с.
7.
Винтовой сепаратор [Электронный ресурс] //
Википедия — свободная энциклопедия. URL: https://ш.wikipedia.org/wiki/Винтовой
сепаратор.
8.
Автоматизация управления обогатительными
фабриками / Б. Д. Кошарский, А. Я. Ситковский, А. В. Красномовец [и др.] ;
ред.: Б. Д. Кошарский, А. Я. Ситковский. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва :
Недра, 1977. - 528 с.
9.
Волотковский С. А. Автоматизация
производственных процессов на обогатительных фабриках : учебное пособие для
вузов / С. А. Волотковский, В. А. Бунько ; рец. М. А. Бастунский. - Москва :
Недра, 1964. - 282 с.
10. Еремеев
Д. Н. Обезвоживание сгущенных тонкодисперсных угольных шламов с применением
органических полимеров / Д. Н. Еремеев. - Текст : непосредственный // Вода:
Химия и экология. - 2012. - № 7. - С. 23-29.
11.
Жбырь Е.В. Разработка технологии комплексной
переработки шламовых вод, повышающей экологическую безопасность предприятий
угольной отрасли / Е.В. Жбырь, А.В. Папин, А.В. Неведров // Проблемы геологии и
освоения недр: Труды X Международного симпозиума им. акад. М.А.Усова студ. и
молодых ученых. Томск, 2007. - Т. III. - С. 112-113.
12.
Жбырь Е.В. Технология комплексной переработки
шламовых вод повышающая экологическую безопасность предприятий угольной отрасли
/ Е.В.Жбырь, А.В. Папин, А.В. Неведров // Энергия молодых - экономике России:
Труды VII Междунар. науч.-практ. конф. Томск, 2006. - С. 571-572.
13.
Жбырь Е.В. Технико-экономическое обоснование
переработки угольных шламов в сырье для коксования / Е.В. Жбырь, А.В. Папин,
А.В. Неведров // «Уголь». Москва, 2008. - № 9. - С. 62.
14. Изучение
влияния тонкодисперсных угольных шламов на их флотируемость / В. Н. Петухов, Н.
Ю. Свечникова, О. В. Куклина, С. В. Юдина. - Текст : непосредственный // Кокс и
химия. - 2020. - № 5. - С. 39-44.
15. Каминский
В. С. и др. Пути интенсификации обезвоживания мелкого угля и очистки шламовых
вод / Проблемы обогащения твердых горючих ископаемых. Труды ИОТТ, т. 2, вып. 2.
- М., 1973. - С. 3-25.
16. Клейн,
М. С. Повышение технологической и экологической эффективности очистки шламовых
вод углеобогащения / М.С. Клейн, Т.Е. Вахонина // Вестник КузГТУ.- 2014. - №
3.- С. 125-127.
17. Кирнарский,
А. С. Водно-шламовый комплекс углеобогатительных фабрик Германии / А. С.
Кирнарский. - Текст : непосредственный // Уголь. - 2012. - № 1. - С. 56-58.
18. Козин
В. З. Автоматизация производственных процессов на обогатительных фабриках :
учебник для вузов / В. З. Козин, А. Е. Троп, А. Я. Комаров ; рец. А. С. Руппо.
- Москва : Недра, 1980. - 334 с.
19. Козин
В. З. Контроль технологических процессов обогащения : учебник для вузов / В. З.
Козин ; Урал. гос. горный ун-т. - 4-е изд., стер. - Екатеринбург : Издательство
УГГУ, 2010. - 302 с.
20. Козин
В. З. Опробование, контроль и автоматизация обогатительных процессов : учебник
для вузов / В. З. Козин, О. Н. Тихонов. - Москва : Недра, 1990. - 343 с.
21. Кожонов
А. К. Выявление возможных причин проблем при обезвоживании продуктов
флотационного обогащения / А. К. Кожонов, М. С. Молмакова, Н. П. Дуйшонбаев. -
Текст : непосредственный // Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. - 2018. - № 3. - С.
17-22.
22. Клейн,
М. С. Проблемы экологии и ресурсосбережения при очистке шламовых вод
углепереработки / М. С. Клейн, Т. Е. Алешкина // Вестник Кузбасского
государственного технического университета. - Кемерово, 2005. - № 2. - С.
114-117.
23. Лейчкис
И. М. Фильтрование с применением вспомогательных веществ. - Л.: Техника, 1975.
- 192 с.
24. Обезвоживание
продуктов обогащения полезных ископаемых: Учебное пособие / В. Г. Науменко, В.
Г. Самойлик, Н. А. Звягинцева, Е. А. Назимко. - Текст : непосредственный //
ГОУВПО «ДОННТУ». - Донецк, 2019.
25.
Оценка возможности эффективного обогащения
угольных шламов с отстойников методом флотации / А. Д. Орлова, Л. С. Васильев,
Т. Е. Вахонина, М. С. Клейн. - Текст : непосредственный // XII Всероссийская
научно-практическая конференция молодых ученых "Россия молодая" 21-24
апреля 2020 г. - С. 1-3.
26. Петухов
В. Н. Исследование влияния флокулянтов на показатели флотации угольной мелочи и
разработка реагентного режима / В. Н. Петухов, В. В. Субботин. - Текст :
непосредственный // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. - 2013.
- № 2. - С. 30-33.
27. Петухов,
В. Н. Разработка технологического режима флотации сфлокулированных угольных
зерен, обеспечивающего высокую эффективность обогащения углей / В. Н. Петухов,
В. В. Субботин, В. С. Фролов. - Текст : непосредственный // Кокс и химия. -
2013. - № 10.- С. 37-41.
28. Поиск
эффективных композиционных реагентов для флотации углей на основе показателей
квантово-химических межмолекулярных комплексов "ОМУ-вода" и
"ОМУ-реагент" / В. Н. Петухов [и др.]. - Текст : непосредственный //
Кокс и химия. - 2018. - № 2. - С. 39-46.
29. Решетов
В.В. Обогащение на винтовых сепараторах. [Электронныйресурс]
URL: http: //masters .donntu. org/2008/fema/kutsenko/library/stat2. Htm.
30. Решетов
В.В. Модульный агрегат для переработки угольной мелочи с гидросайзером фирмы
"STOKES" [Электронный ресурс]. URL: http: //masters .donntu.org/2003/fema/reshetov/library/index3 .htm.
31.
Солодов Г.А. Технология переработки угольных
шламов в зависимости от исходных углей / Г.А. Солодов, А.В. Неведров, А.В.
Папин, Е.В. Жбырь // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к
развитию угольной промышленности: Труды междунар. научн.- практ. конф. -
Кемерово: ИУУ СО РАН, КузГТУ, ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского, ЗАО КВК
«Экспо-Сибирь», 2007. - 150 с.
32.
Солодов Г.А. Технология переработки отходов
угольной отрасли в сырье для коксования и энергетики / Г. А. Солодов, А.В.
Папин, А.В. Неведров, Е.В. Жбырь // Химия ХХ1 век: новые технологии, новые
продукты: доклады Х1 междунар. Научн.-практ. конф. ГУ КузГТУ. - Кемерово, 2008.
- 350 с.
33. Справочник
по обогащению углей: справочное издание / ред.: И. С. Благов, А. М. Коткин, Л.
С. Зарубин. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва : Недра, 1984. - 614 с.
34. Стальский
В. В. Автоматизация управления процессами обезвоживания на обогатительных
фабриках / В. В. Стальский. - Москва: Недра, 1977. - 200 с.
35. Шевченко,
А. И. Интенсификация разделения по крупности и обезвоживания угольных шламов
при виброударном грохочении / А. И. Шевченко. - Текст : непосредственный //
Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2016. - № 2. - С. 100-105.