Факультет энергомеханики и автоматизации
Кафедра "Обогащение полезных ископаемых"
АВТОРЕФЕРАТ МАГИСТЕРСКОЙ ВЫПУСКНОЙ РАБОТЫ
на тему:
"ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБОГАЩЕНИЯ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ
ИЛОНАКОПИТЕЛЯ ЯСИНОВСКОГО КОКСОХИМИЧЕСКОГО ЗАВОДА"
Выполнила студентка гр.ОПИ 97
Резниченко Екатерина
Викторовна
Руководитель работы доц. Папушин Ю.Л.
Донецк
2002
1. Научная новизна
Уголь является важнейшим источником тепловой энергии
во всех отраслях народного хозяйства. В Украине уголь - практически единственный
энергоноситель местного происхождения, запасов которого (47…50 млрд.т) при
современных темпах потребления хватит на сотни лет. Каменный уголь на протяжении
многих десятилетий используется в качестве топлива для тепловых электростанций,
железнодорожного и водного транспорта, а также для комунально-бытового
потребления. Основным потребителем каменного угля является коксохимическое
производство. В зависимости от вида использования углей к его качеству
предъявляются определенные требования. Так, на коксование направляют угли,
способные в отдельности и в смеси с другими углями спекаются, т. е. образовывать
кокс. Очень важно, чтобы эти угли содержали минимальное количество
золообразующих примесей, так при коксовании эти примеси переходят в кокс, снижая
его качество. При повышении зольности кокса на 1% увеличивается на 2,0-2,5% его
расхода и настолько же снижается производительность доменных печей. В настоящее
время при незначительной добычей угля и его низким качеством возникает дефицит
энергетических и коксующихся углей. В связи с этим стоит обратить внимание на
забаллансовое угольное сырье, складированное, например, в илонакопителях в виде
шламов и хвостов флотации. Известно, что твердая фаза илонакопителя по
технологическим свойствам распределена в нем по мозаичной структуре, как по
площади, так и по его глубине. При этом, в большинстве илонакопителей имеются
зоны, содержащие хвосты флотации с зольностью как в пределах 35-45%, так и
45-55%. При селективной выемке хвостов представляется возможным их
энергетического использования без существенных капитальных затрат по нескольким
направлениям.
2. Практическая ценность
В Украине в настоящее время функционирует 64
углеобогатительные фабрики производственной мощностью 145,5 мил.т. деятельность
фабрик с мокрым процессом обогащения сопровождается выводом из технологического
цикла и размещением на местности шламовых вод, содержащих от 80 до 150 г/л
твердых угольных и породных частиц. На фабриках с неполным технологическим
циклом (глубина обогащения 6 или 13 мм) выводимые шламы имеют зольность ниже
35-45% и входят в баланс товарных продуктов. Их обработка, как правело,
предусматривает: осаждение в наружных отстойниках, выемку, воздушную просушку на
дренажных площадках и отгрузку теплоэлектростанция сезонно, исключая зимний
период.
Отходы флотации и высокозольные фугаты, содержащие 50-100г/л твердого,
направляются гидротранспортом (в отдельных случаях специальными закрытыми
автосамосвалами) в илонакопители, которые обычно располагаются в оврагах и
балках, ограждаясь с одной или нескольких сторон защитными дамбами. Вместимость
илонакопителей от 1 до 8-10 млн.м3, срок службы не менее 10-25 лет. Для сброса
осветленной воды илонакопители в зависимости от площади осветления оборудуются
сливными колодцами и донными водоспусками. Осветленную воду, соответствующую
санитарным нормам по взвесям (до 30мг/м3) и содержанию фенола (полное
отсутствие), можно сбрасывать в водоемы общественного пользования и возвращать в
оборотный цикл обогатительной фабрики.
Следует иметь в виду, что большое
скопление осветленной воды в илонакопителе нежелательно, так как при сильных
ветрах волнообразование может привести к размыву внутренней насыпи дамбы,
трещинам и разрушению. Осветленный слой в илонакопителе должен быть не более 1
м. Тело плотины снаружи необходимо покрывать специальным травяным покровом,
предотвращающим сползание материала, из которого сложена дамба. Внутренний откос
плотины на высоту 4-5 м от верха дамбы должен быть укреплен или железобетонными
плитами, или засыпан гравием (металлургическим шлаком) для исключения размыва
плотины осветленной водой. Уровень воды в илонакопителе регулируется с помощью
сливных окон, находящихся в водозаборных колодцах. Для контроля за сливом
осветленной воды на илонакопителях устраиваются специальные мостики, позволяющие
обслуживать водозаборные колодцы. В отдельных случаях, когда водослив находится
далеко от тела плотины (это нежелательно), для эксплуатации водозаборных
колодцев используются плоты или лодки.
В хвостохранилищах место поступления
хвостовых вод выбирается с таким расчетом, чтобы до точки приема осветленной
воды создать наибольший путь ее движения, обеспечивающий наилучшие условия
выпадения твердой фазы. Как правило, в комплекс сооружений по складированию
хвостов флотации помимо основного пруда - накопителя входит пруд для приема
атмосферных осадков. Иногда сооружается пруд-приемник осветленной воды. Обычно
пруд для атмосферных осадков располагается выше, а пруд-приемник осветленной
воды ниже основного пруда-накопителя. Для перекачки отходов и возврата
осветленной воды на фабрику современные хвостохранилища оборудуются мощными
насосными станциями (с установкой 100 или 200% резерва насосов) и надежной
телефонной связью с диспетчером фабрики. Для канализации флотохвостов
предусматриваются две (иногда три) технологические линии хвостопроводов (одна
рабочая, одна или две резервные) и водопровод для возврата осветленной воды.
Чтобы обеспечить нормальную эксплуатацию хвостопроводов, особенно если их
протяженность превышает 1 км, необходимо через каждые 25 или 50 м устраивать
ревизии для создания условий быстрой промывки хвостопровода чистой водой в
случае его заиливания.
Необходимым условием нормальной эксплуатации
хвостохранилищ является прокладка к ним дорог с твердым покрытием, освещение
плотин всех прудов, входящих в комплекс очистных сооружений. Илонакопитель
рекомендуется сооружать секционным с таким расчетом, чтобы одна из секций
заполнялась, а другая очищалась с вывозкой твердых хвостов на отвалы крупной
породы (опыт ЦОФ "Пролетарская", "Киевская", "Добропольская" и др.). На
фабриках, где обогащаются угли всех классов крупности (включая шламы), за
пределы выводятся только высокозольные илистые шламы или отходы флотации. Из-за
большой зольности (45-50%) их нельзя использовать а теплоэнергетических целях
без дополнительной обработки. Поэтому на протяжении расчетного срока службы (10
лет и более) они накапливаются в прудах-илонакопителях, которые до недавнего
времени рассматривались как объекты, не подлежащие очистке и повторному
применению. Следовательно, отводы земельных угодий относились к безвозвратным
потерям, а содержащийся в них продукт списывался как забалансовый шлам.
Запасы
балансовых и забалансовых шламов в Украине составляют соответственно 2,1 и 113,7
мил.т. Под шламовые отстойники занято 501 га земель в Украине, под илонакопители
1805 и 760 га. В ведении углеобогатительных фабрик имеется 35 илонакопителей
общей вместимостью 128,8 млн.м3 и площадью 1805 га. Для строительства новых
хранилищ необходимо земли из расчета 15-25 га на 1 млн.т складируемых отходов
флотации или илов, что соответствует примерно 100 га в год. Следует учитывать и
большие эксплуатационные затраты на содержание илонакопителей. Обводненность
сбрасываемых отходов и в значительной мере связанные с ней большие скопления
жидкотекучих масс техногенно опасны, особенно при чрезвычайных ситуациях. В
связи с этим к данному вопросу проявляют повышенное внимание не только
предприятия угольной промышленности, но и различные коммерческие структуры
отдельные предприниматели.
Содержание работы
При поперечной циркуляции криволинейного взвесенесущего потока придонный слой, перемещаясь от периферии к центру, переносит твердую фазу в область реверсирования течения, где у частиц с большей плотностью при касании дна и возникающей силы трения снижается тангенциальная составляющая скорости на величину D U центростремительное
ускорение становится равным (Ut -D U)2/r, а центробежная сила, воздействующая на частицу,
,
где
- r радиус вращения; Uτ\- тангенциальная составляющая скорости движения жидкости.
В движущейся жидкости за счет инерционных эффектов возникает давление, градиент которого равен
ρUτ2/r, что вызывает появление выталкивающей силы
.
Тогда, пренебрегая величинами второго порядка малости, силу, определяющую направление перемещения частицы, можно записать как
.
Граничную плотность частиц, переходящих в тяжелую фракцию, находим из условия
FR=0. При осреднении Uτ в масштабе объема твердой частицы она равна
,
где
.
Частицы с плотностью
δ < δρ и другие, не выделившиеся в тяжелыйпродукт, поверхностным слоем перемещаются от центра к периферии и достигают внешнего борта винтового желоба, где угол наклона днища к горизонту больше, чем у внутреннею борта, эффект торможения частиц снижается, что уменьшает выталкивающую силу, связанную с градиентом давления. С определенной вероятностью, связанной с массой частиц, часть из них концентрируется у внешнего борта, а оставшиеся вновь поперечной циркуляцией переносятся к внутреннему борту желоба, где опять происходит вышеописанный процесс.
При вероятности перехода частиц в тяжелый Р
1 и легкий P2 продукты, зависящих от отклонения их плотностей от плотностей разделения, при повторяющемся с периодичностью циркуляции процесс извлечение частиц в легкий продукт составит:
,
где
q=(1-P1)(1-P2); п - число циркуляции.
При п→∞
функция стремится к пределу Е=1-Р1/(1-q), что
практически достигается при п > 10.
При анализе результатов исследований винтовых сепараторов установлены следующие зависимости для вероятности перехода частиц в тяжелый и легкий продукты сепарации:
;
;
позволяющие определить сепарационные характеристики винтового сепаратора Е(
δ). Здесь δ1\ и δ2 соответственно плотности разделения у внутреннего и внешнего бортов винтового желоба.
Эта характеристика относится лишь к зернистой части твердых частиц, не взвешиваемых турбуленгным потоком. Что касается мелких частиц, перемещаемых во взвешенном состоянии турбулентным потоком воды вдоль желоба винтового сепаратора, то для них
ΔU = 0 и сепарации по плотности не происходит. Такие частицы, исходя из условия отделения легкого продукта от тяжелого, остаются в легком, независимо от их плотности.
Среднее вероятное отклонение Ер
m плотности разделения для винтовых сепараторов составляет 150...200 кг / м , поэтому технология обогащения с их использованием включает несколько приемов сепарации.
Для выявления рациональной топологии схем обогащения с применением винтовых сепараторов выполнен анализ, на основании которого установлено, что наибольшую точность сепарации достигают следующим сочетанием технологических операций:
- основная и контрольная сепарации тяжелого продукта, перечистка легкого продукта и разделение промежуточных продуктов в отдельном цикле с добавкой выделенных продуктов соответственно к тяжелому и легкому, что обеспечивает получение среднего вероятного отклонения плотности разделения 115.
- основная и контрольная сепарации тяжелого продукта, перечистка легкого продукта с рециркуляцией промежуточных продуктов в основную сепарацию, что обеспечивает получение среднего вероятного отклонения плотности разделения 80.
4. Основные результаты работы
1 В Украине накоплено 3176000 тыс.т
отходов угольной промышленности, из которых по экспертной оценке 87426 тыс.т в
год - потенциальные топливные ресурсы. 2 Разработка илонакопителей после их
обследования, их обследования, картирования и инвентаризации Министерством
Украины угольной промышленности Украины должна осуществляться после
технико-экономического обоснования поливариантно как на действующих
обогатительных фабриках, так и путем сдачи в аренду на конкурсной основе. 3
Гравитационное обогащение отходов флотации позволяет выделить из илонакопителей
как минимум 10% коксового концентрата зольностью до 10% и 15% энегретического
концентрата зольностью до 25%.
Перечень библиографических ссылок
1 ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ ЯСИНОВСКОГО КХЗ
Е.В. РЕЗНИЧЕНКО, рук. доц. Ю.Л. ПАПУШИН
//Сборник тезисов докладов конференций молодых обогатителей Украины. Донецк- 2001
2 ОБОГАЩЕНИЕ НА ВИНТОВЫХ СЕПАРАТОРАХ
доц. Ю.Л. ПАПУШИН, канд. тех. наук.
//кафедра ОПИ. ДНТУ- 2002 год.
3 МОДУЛЬНЫЙ АГРЕГАТ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ УГОЛЬНОЙ МЕЛОЧИ С ГИДРОСАЙЗЕРОМ
доц. Ю.Л. ПАПУШИН, канд. тех. наук.
//кафедра ОПИ. ДНТУ- 2002 год.
3 ПРИМЕНЕНИЕ ВИНТОВЫХ СЕПАРАТОРОВ ПРИ ОБОГАЩЕНИИ УГЛЕЙ
В.В. КОЧЕТОВ, А.П. ЛЕВАНДОВИЧ, З.Ш. БЕРИНБЕРГ, А.С. КИРНАРСКИЙ, кандидаты техн. наук, П.И. ПИЛОВ, д-р техн. наук
//Научно-технический сборник ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ выпуск 1(42). Днепропетровск-1998 -с80-87
4 ВТОРИЧНЫЕ РЕСУРСЫ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА УКРАИНЫ
Г. Г. ПИВНЯК, д-р техн. наук, П.И. ПИЛОВ, д-р техн. наук. А. С. КИРНАРСКИЙ, канд. техн. наук, В. В. КОЧЕТОВ
//Научно-технический сборник ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ выпуск 1(42). Днепропетровск-1998 -с3-9
5 ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ПОДГОТОВКИ ИСХОДНОГО ПРОДУКТА НА РЕЗУЛЬТАТЫ МОКРОЙ ВИНТОВОЙ СЕПАРАЦИИ УГЛЯ
А.С. КИРНАРСКИЙ, канд. техн. наук, С.В. АРТЕМОВ. В.В. ГАЕВОЙ
//Научно-технический сборник ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ выпуск 2(43). Днепропетровск-1998 -с65-69
ИЛОНАКОПИТЕЛИ
доц. Ю.Л. ПАПУШИН, канд. тех. наук.
//кафедра ОПИ. ДНТУ- 2002 год