УДК 622.7

Г. Г. ПИВНЯК, д-р техн. наук, П.И. ПИЛОВ, д-р техн. наук. А. С. КИРНАРСКИЙ, канд. техн. наук, В. В. КОЧЕТОВ

ВТОРИЧНЫЕ РЕСУРСЫ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА УКРАИНЫ

Уголь в Украине - практически единственный энергоноситель местного происхождения, запасов которого (47...50 млрд.т) при современных темпах потребления хватит на сотни лет.

Отечественная энергетика, основанная на использовании твердого топлива, испытывает острый дефицит углей в связи с падением их добычи и со значительным снижением качества. Например, зольность углей, используемых в энергетике, за последние 15 лет увеличилась от 26 до 35.-.38 %, что повлекло снижение их удельной теплоты сгорания до 17...19 МДж/кг и вызвало дополнительный расход мазута и природного газа. Энергоблоки тепловых электростанций страны созданы для сжигания углей с зольностью 20...25 %, что для них оптимально и обеспечивает получение максимальных технико-экономических показателей.

Ухудшение качества углей обусловлено преимущественно их добычей из тонких пластов с присечкой вмещающих пород, повышающих их зольность, ростом в горной массе содержания мелких классов угля и его шламов.

ответственно тяжелых сред (магнетитовой суспензии), гидравлической отсадки и флотации. На отдельных фабриках для крупного класса используется также отсадка, а на некоторых - отсадка неклассифицированного угля крупностью 0...100 мм. Значительное количество фабрик, перерабатывающих угли для энергетики, используют лишь отсадку для класса крупностью >б(8) мм, а сухой отсев не обогащается.

Особую проблему всех углеобогатительных фабрик составляет обогащение шламов, к которым относят угольные и породные частицы крупностью <0,5(1) и даже <2 мм. Шламов крупностью <0,5 мм в зависимости от физико-механических свойств угля и вмещающих пород, а также технологии добычи в исходном угле содержится от 5 до 25 %, а в процессах мокрого обогащения за счет дробления, истирания и размокания их дополнительно образуется до 8 %. В итоге доля шламов с зольностью 35...45 % фактически может составлять до 1/3.

Особенности таких гравитационных процессов сепарации, как тяжелые среды и отсадка, не позволяют их эффективно применять для обогащения шламов. Для этих целей употребляют: тяжелосредные гидроциклоны. концентрационные столы, винтовые сепараторы, винтовые шлюзы и другие устройства, использующие гравитационные принципы сепарации в сочетании с эффектами, возникающими при взаимодействии взвесенесу-щего потока с твердой поверхностью. Рациональный диапазон крупности для них - 0,2...3 мм. Накоплен определенный положительный опыт использования флотогравитации для переработки этих продуктов.

Для угольных шламов крупностью <0,5 мм обычно используется пенная флотация, основанная на различии поверхностных свойств угольных и породных частиц, контрастность которых усиливается присутствием реагентов, селективно адсорбирующихся на поверхности угольных частиц и усиливает ее гидрофобность. Наиболее широко используемые реагенты-собиратели для угольных шламов – керосин и солярные мосла, расход которых составляет до 2,5 кг на тонну исходного продукта флотации. В качестве реагентов-пенообразователей, которые в отдельных случаях проявляют и действие собирателя, используются некоторые продукты коксохимического производства.

Флотация угольных шламов особенно чувствительна к их верхнему пределу крупности. Если он превышает 0.5 мм, то подъемной силы воздушных пузырьков недостаточно для извлечения в пенный продукт гидрофобных угольных частиц и они остаются в камерном продукте флотации, т.е. в отходах (хвостах). Этим и предопределен нижний предел машинного класса для отсадочных машин в типовой схеме обогащения угля, хотя, исходя из сепарационных возможностей процесса гидравлической отсадки, следует, что он должен быть увеличен до 1...2 мм. Для того периода, когда и проектировались и строились большинство углеобогатительных фабрик Украины, этот вопрос, однако, не стоял столь остро, поскольку для сырье-

вой базы того времени выход мелких классов углей и их шламов был существенно ниже, чем сейчас. Вместе с тем технологические схемы действующих фабрик, которые, в принципе не подвер1"ались серьезной адаптации под современную сырьевую базу, не включают, как правило, иных процессов переработки шламов, кроме флотации.

Острой проблемой стала загрузка обогатительных фабрик сырьем. С одной стороны, угля добывается меньше, чем могут переработать фабрики, а с другой - значительная доля высокозольных углей для энергетики не обогащается в связи с создавшимися организационными и экономическими причинами.

Одна из них - действующий прейскурант на уголь, продукты его обогащения и учет добычи в угольной промышленности по горной массе без фактической корректировки цены угля в зависимости от его качества, введенный в 1996 году для увеличения кажущихся объемов добычи. Это привело к тому, что суммарная стоимость всех товарных продуктов углеобогащения оказалась ниже стоимости сырья, его доставки и себестоимости передела, что сделало получение качественного топлива экономически невыгодным, а высокозольный необогащенный уголь, собственно, не имеет сбыта.

Особенности шламообразования в процессах добычи и переработки углей определяют технологическую основу их обогащения. Во-первых, различные физико-механические свойства фракций углей различной степени метаморфизма и вмещающих пород при механическом воздействии на них при добыче и транспортировании разрушаются с образованием характерной для каждой из них дисперсности. Во-вторых, при мокром обогащении углей наряду с этим происходит размокание и диспергирование глинистых компонентов вмещающих пород, попавших в горную массу при добыче.

Таким образом, угольные и породные шламы имеют различную дисперсность. При этом для большинства углей Донбасса характерна более высокая дисперсность для породных фракций, что предопределяет наличие в шламах обогатительных фабрик илистой части крупностью менее 0,15...0,05 мм с зольностью более 70 %. Зольность зернистой части этих шламов для различных углей колеблется в пределах 8...25 %-

Результаты исследований, выполненных в Национальной горной академии Украины и в УкрНИИуглеобогащении, и опыт работы углеобогатительных фабрик позволяют сформулировать следующие основные принципы технологии обогащения угольных шламов:

• выделение высокозольной илистой части при сепарации по крупности с использованием высокочастотных грохотов с размером ячеек просеивающей поверхности 0,1...0,2 мм, гидроциклонов малого диаметра, статических гидравлических классификаторов с механической разгрузкой зернистой части; при высоком содержании глинистых частиц, для улучше-

ния реологических свойств водоугольной суспензии ее следует разбавлять технической водой и промывать зернистую часть;

- при низкой зольности илистой части последняя подлежит флотации или селективной флокуляции для дополнительного извлечения горючей массы;

- при высокой зольности илистой части последняя подлежит флотации для дополнительного извлечения горючей массы;

- при высокой зольности зернистой части необходима ее сепарация по плотности с использованием тяжелосредных гидроциклонов (в качестве утяжелителя суспензии используется как магнетит, так и смесь измельченных тяжелых породных фракций с пиритом, содержащимся в значительном количестве в высокозольных донецких углях), винтовых сепараторов, винтовых шлюзов, конусных сепараторов, концентрационных столов и других устройств, использующих сепарационные эффекты, возникающие при течении тонкого слоя суспензий по твердым поверхностям; предпочтение следует отдавать, прежде всего, наиболее простым и менее энергоемким устройствам, таким как винтовые сепараторы и винтовые шлюзы;

Реализация технологии обогащения угольных шламов, основанной на полном использовании изложенных принципов, позволит иметь концентраты зольностью 12...15 % и более с выходом, определяемым зольностью исходного продукта при зольности отходов свыше 70 %.

Сохранив производственные мощности по переработке рядового угля, фабрики, в большинстве случаев, имеют водно-шламовые схемы, не адаптированные к новой сырьевой базе, вследствие чего перебужены циркулирующим шламом. Подготовка такого шлама к флотации стала неэффективной, что предопределяет основную массу потерь горючей массы с ее отходами.

Потери угля с отходами углеобогащения колеблются теоретически в пределах 0,5...2 %, однако на практике они выше из-за несоблюдения технологической дисциплины, низкой надежности оборудования по причине износа, отсутствия запасных частей и средств контроля технологических процессов.

При углеобогатительных фабриках находится 35 прудов-илонако-пителей, заполненных к настоящему времени на 80...90 %, где заскладиро-вано до 120 млн.т шламов и илов. Шламы в них весьма неоднородного состава по объему, зольность колеблется от 40 до 70 %. Наиболее существенно различие зольности и гранулометрического состава шламов в загрузочной и сливной частях.

Такие отходы представляют первоочередной интерес для вторичного извлечения топлива. К использованию уже готово более 15 млн.т шламов, при этом 350 тыс.т могут быть направлены на сжигание на ТЭЦ, а 6,3 млн.т с зольностью 50...60 % требуют дообогащения.

Обогащение угольных шламов позволит получать концентраты с зольностью 12...15 % и более с выходом, зависящим от зольности исходного продукта при зольности отходов свыше 70 %. Из шламов, находящихся в илонакопителях, чаще всего нецелесообразно выделять продукты для коксования. Экономически предпочтительней получать концентраты для энергетики с зольностью 25...30 % при выходе 25...37 %. Снижение выхода концентрата с увеличением зольности перерабатываемых шламов предопределяет ее предельную величину, при которой эта переработка будет экономически оправданной .

Многие элементы технологии обогащения угольных шламов известны в мировой практике углеобогащения и в Украине и реализуются с использованием стандартного оборудования. Что касается аппаратурного обеспечения этой технологии на углеобогатительных фабриках страны, то у этой проблемы - несколько аспектов. Во-первых, необходимое для обогащения шламов оборудование производится частично в Украине, а частично в СНГ, во-вторых, из-за спада производства на машиностроительных заводах наблюдается дефицит как этого, так и любого другого оборудования, необходимого для углеобогащения. Частичное решение этой проблемы возможно путем импорта, однако зарубежные партнеры предпочитают комплектные поставки оборудования: обогатительные модули, установки или фабрики, как это сделано, например, для установок по обогащению шламов на центральных обогатительных фабриках "Торезская" и "Калининская". Это, однако, не решает проблем обеспечения оборудованием и запасными частями действующих обогатительных производств и удорожает стоимость поставок. Экономически целесообразнее развитие производства оборудования для обогащения углей в самой Украине, в том числе и путем создания совместных с иностранными партнерами предприятий, покупка лицензий и технологии. И пока это не воплощено в жизнь, с целью скорейшего вовлечения в эксплуатацию вторичных топливных ресурсов из шламов необходимо, прежде всего, использовать имеющееся в Украине и СНГ оборудование для обогащения шламов с частичной его закупкой за рубежом.