Биография Диссертация Библиотека Ссылки Результаты поиска Задание

 

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Рябушенко Екатерина Викторовна
"Исследование свойств илонакопителя Ясиновского коксохимзавода и разработка технологии извлечения горючей массы"
специальность: Обогащение полезных ископаемых
Автореферат магистерской выпускной работы
руководитель магистерской работы: к.т.н. Папушин Юрий Леонидович
Донецк, 2005г.


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 коммунально-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 млн.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 млн.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.

3. Содержание работы


  Дефицит топлива в Украине и неблагоприятная экологическая обстановка в Донбассе требуют разработки эффективных способов энергетического использования в топливном комплексе страны мелкокозернистых высокобаластных углесодержащих продуктов из отстойников шахт и илонакопителей обогатительных фабрик. Только в илонакопителях Донбасса ежегодно складируется более 10 млн. т тонкозернистых шламов с содержанием органической массы 25-40%. Всего же в указанных накопителях находится свыше 120 млн. т флотационных отходов и запасы их непрерывно растут. Складирование их сопровождается отторжением значительных площадей (свыше 1500 га) и экологической напряженностью в регионе. Ряд илонакопителей вследствие относительно низкой зольности отходов, по существу, являются техногенными месторождениями, из которых технически возможно получать энергетическое топливо, а в некоторых случаях и концентрат для коксования. Качественные показатели шламов, хранящихся в илонакопителях, колеблются в широких пределах по глубине и площади распределения, что затрудняет переработку сырья. Кроме того, каждый илонакопитель в зависимости от марки угольной фракции, ее свойств требует индивидуального подхода при разработке технологии его использования.

  Ряд илонакопителей вследствие относительно низкой зольности отходов, по существу, являются техногенными месторождениями, из которых технически возможно получать энергетическое топливо, а в некоторых случаях и концентрат для коксования.

  Качественные показатели шламов, хранящихся в илонакопителях, колеблются в широких пределах по глубине и площади распределения, что затрудняет переработку сырья. Кроме того, каждый илонакопитель в зависимости от марки угольной фракции, ее свойств требует индивидуального подхода при разработке технологии его использования

   В данной работе исследовался илонакопитель Ясиновского КХЗ. По разработанной сетке было произведено зондирование илонакопителя по свободной от воды поверхности на глубину до 8 м.

   На основании результатов гранулометрического анализа проб всех скважин было выяснено, что зольность шлама по скважинам различается в значительной мере от 40 до 65 % (Рисунок 1). Большое значение для возможности использования шламов имеет содержание в нем класса крупнее 0.1 мм. Данный показатель предопределяет возможность обогащения шлама простым гравитационным методом.

RIS 1
Рисунок 1 - Распределение зольности шлама по скважинам № 14-18.


   На pисункe 2 показано распределение усредненного содержания зернистого продукта и его зольности по глубине илонакопителя. График свидетельствует, что выход наиболее ценного продукта значительно повышается на глубинах более 2 м. Зольность практически не изменяется и находится в пределах 14 - 16 %.

RIS 2
Рисунок 2 - Распределение выхода класса более 0,1 мм и его зольности по глубине скважин.


   Полученные данные показывают, что даже при простой классификации шлама по зерну 0.1 мм можно выделить 15 - 20 % топлива с зольностью до 16 %.

   Повышение выхода кондиционного топлива предопределяется обогащением шлама.   Это подтверждают результаты фракционного анализа усредненных проб шлама накопителя.

   Расчет теоретического баланса продуктов обогащения, выполненный с использованием программы "Prognoz", показал возможность повышения выхода концентрата до 30 % при зольности 9.0 - 10.0 % при обогащении поверхностных слоев илонакопителя.

   Анализ фракционного состава шламов накопителя свидетельствует о возможности их обогащения наиболее простым гравитационным методом - на статических винтовых сепараторах. Технологические особенности обогащения данного сырья на этих аппаратах изучались путем физического и математического моделирования процесса. На pисункe 3 показана созданная лабораторная установка для процесса сепарации рассматриваемого сырья на винтовом сепараторе.

RIS 3
Рисунок 3 - Схема лабораторной установки обогащения на винтовом сепараторе.


   Установка содержит мешалку (1) для подготовки исходного сырья по плотности, одновитковый винтовой сепаратор диаметром 200 мм (2), сборник продуктов (3) с насосом (4).

   Для определения технологических режимов проведена серия экспериментов. Был реализован рототабельный композиционный факторный эксперимент второго порядка. Входными факторами приняты: производительность сепаратора, Q; содержание твердого в питании, Т; содержание в исходном класса <0.1 мм.

   В качестве выходных параметров служили качественные показатели продуктов обогащения - зольность концентрата (Акт) и зольность отходов (Аотх).

   Обработка результатов с помощью программы "Statgrafics" при доверительной вероятности Р=95% позволила получить следующие математические модели (в стандартизованном масштабе):

form 1            (1)
form 2     (2)


   Статистически незначимые коэффициенты модели опущены. Адекватность моделей доказана с помощью критерия Фишера. (Fтаб > Fрас).

   Среднеквадратическая ошибка эксперимента составила Sхв=1.55%, Sкон=0.24%.

   Найденные зависимости иллюстрируются (Рисунок 4) компьютерным изображением частных сечений поверхностей отклика, построенные в соответствие с выражениями (1 и 2).

RIS 4
Рисунок 4 - Частные сечения поверхности отклика зольности концентрата (а) и отходов (б) по осям плотность питания - содержание класса < 0.1 мм.


   Анализ моделей показал, что наиболее существенным фактором процесса является содержание тонких классов в исходном питании. С повышением данного параметра с одной стороны падает зольность отходов, т.е. увеличиваются потери угольной фракции, с другой - растет зольность концентрата.

   Содержание твердого в питании оказывает наименьшее влияние на процесс. Для промышленного применения технологии можно рекомендовать значение данного фактора: 450 - 500 г/л. Нагрузку на сепаратор следует поддерживать равной ее паспортному значению.

   Таким образом, при разработке схемы обогащения материала илонакопителя следует предусмотреть предварительную операцию - удаление тонких классов из исходного сырья. На pисункe 5 представлена технологическая схема, разработанная с учетом свойств сырья и требований экологии.

RIS 5
Рисунок 5 - Схема оборудования обогащения шламов илонакопителя.
1 - земленасосный снаряд; 2 скрубер - бутара; 3 - зумпф с насосом; 4 - батарея гидроциклонов; 5 - блок винтовых сепараторов; 6 - осадительная центрифуга.


   В схеме предусмотрено: промывка исходного шлама в скруббер - бутаре и удаление крупных кусков и мусора; отделение илистого высокозольного шлама крупностью менее 100 мкм на гидроциклонах; обогащение зернистого шлама производится на блоке винтовых сепараторов типа МС-4. Обезвоживание полученного концентрата осуществляется на эффектив-ных осадительных центрифугах.

   С целью создания благоприятных условий для последующей рекультивации отрабатываемого илонакопителя в технологической схеме предусмотрена операция глубокого обезвоживания выделяемых тонких классов и получаемых при обогащении отходов на фильтрпрессах. Это позволит осуществить складирование обезвоженных высокозольных отходов в по-родных отвалах.

   Технологический расчет схемы с учетом эффективности оборудования и взаимозасорения продуктов показал, что ее внедрение позволит выделить из шламов илонакопителя как минимум 25 - 30 % концентрата зольностью до 10%, который можно использовать не только в энергетических целях, но и в качестве добавки к шихте коксования, т.к. в илонакопителе складированы отходы обогащения коксующихся углей.

Перечень библиографических ссылок

  1. Е.В. РЕЗНИЧЕНКО,  Ю.Л. ПАПУШИН,  ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ ЯСИНОВСКОГО КХЗ, Сборник тезисов докладов конференций молодых обогатителей Украины. Донецк- 2001
  2. Ю.Л. ПАПУШИН,  ОБОГАЩЕНИЕ НА ВИНТОВЫХ СЕПАРАТОРАХ Сборник трудов кафедры ДонНТУ, Донецк - 2002 год.
  3. Ю.Л. ПАПУШИН, МОДУЛЬНЫЙ АГРЕГАТ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ УГОЛЬНОЙ МЕЛОЧИ С ГИДРОСАЙЗЕРОМ, Сборник трудов кафедры ДонНТУ, Донецк - 2002 год.
  4.  В.В. КОЧЕТОВ, А.П. ЛЕВАНДОВИЧ, З.Ш. БЕРИНБЕРГ, А.С. КИРНАРСКИЙ, П.И. ПИЛОВ ПРИМЕНЕНИЕ ВИНТОВЫХ СЕПАРАТОРОВ ПРИ ОБОГАЩЕНИИ УГЛЕЙ, Научно-технический сборник ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ выпуск 1(42). Днепропетровск-1998 -с80-87
  5. 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, Научно-технический сборник ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ выпуск 1(42), Днепропетровск-1998 -с3-9
  6. А.С. КИРНАРСКИЙ, канд. техн. наук, С.В. АРТЕМОВ. В.В. ГАЕВОЙ, ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ПОДГОТОВКИ ИСХОДНОГО ПРОДУКТА НА РЕЗУЛЬТАТЫ МОКРОЙ ВИНТОВОЙ СЕПАРАЦИИ УГЛЯ, Научно-технический сборник ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ выпуск 2(43), Днепропетровск-1998 -с65-69
  7. Ю.Л. ПАПУШИН, ИЛОНАКОПИТЕЛИ Сборник трудов кафедры ДонНТУ, Донецк - 2002

 

Биография Диссертация Библиотека Ссылки Результаты поиска Задание