Байченко А.А., Евменова Г.Л., статья в экологическом журнале "ДАКТ"

Утилизация угольных шламов Кузбасса из наружных отстойников

В настоящее время в наружных отстойниках Кузбасса имеется до 30 млн. тонн угольных шламом с зольностью 34-56% и влажностью 50 %, которые можно использовать для получения дополнительного товарного углепродукта. Осуществить переработку этих шламом за счет обезвоживания или брикетирования ли¬шены всякого смысла из-за высокой зольности шлама и его низкой теплотворной способности. В этом случае необходимо предварительно провести обогащение шламов с получением кондиционного продукта с зольностью менее 10 % и влажностью 7-12 %, а затем за счет дальнейшей переработки полученного угольного концентрата получать товарные продукты - окускованное и водоугольное топливо, либо давать его в присадку к товарному углю при его пылевидном сжигании на элек¬тростанциях. Однако все попытки осуществить такую переработку угля на практике терпели неудачу из-за организационных, финансовых и законодательных трудностей.

В настоящее время имеется технология глубокой переработки угля, оборудование, большие запасы угольного сы¬рья в Кузбассе, а также постановление Правительства РФ № 1098 от 13 сентября 1996 года «О федеральной целевой программе «Отходы». Согласно этому постановлению выделены из госбюджета 2,9 млрд. рублей для переработки угольных шламов и 4,1 млрд. рублей для переработки отходов (производство кирпича). К сожалению, это постановление не выполняется из-за отсутствия финансирования.

В то время как для переработки этих шламов можно использовать стационарные или передвижные модульные установки. Технология обогащения в этом случае включает в себя три цикла. В первом цикле проводится классификация шламов на грохоте и гидроциклонах с получением двух продуктов: 3-0,2 мм и 0,2-0 мм. Во второй стадии осуществляется обогащение класса 3-0,2 мм на спиральных или в гидросепараторах с получением концентрата с зольностью меньше 10% и отходов обогащения с зольностью 65-70%. В третьей стадии осуществляется сгущение и обезвожи¬вание продуктов обогащения.

Шлам из наружного отстойника, подается на классифицирующий грохот, в котором отделяются частицы больше 3 мм и посторонние предметы. Продукт грохота направляется в мешалку с насосом, откуда пульпа подается на гидроциклоны, где происходит отделение частиц менее 0,1 мм, с зольностью до 50%. Пески гидроциклона самотеком поступают в гидросепаратор, где под действием гравитационных и центробежных сил разделяются на концентрат с зольностью менее 10% и отходы. Концентрат последовательно обезвоживается на высокочастотном грохоте и на центрифуге, где получается конечный продукт с влажностью 20-30%. Отходы гравитации и слив гидроциклона поступают на сгущение с последующим их обезвоживанием на ленточном фильтр-прессе. Для интенсификации процесса и сокращения содержания твердой фазы в фильтрате применяются высокомолекулярные полимерные флокулянты. Очищенная вода возвращается в технологический процесс для повторного использования. Обезвоженный концентрат мо¬жет отгружаться россыпью или использоваться для приготовления товарного продукта. Для этих целей существует в настоящее время несколько методов переработки угольных шламов в твердый товарный продукт: получение гранул с помощью омасливания, брикетирования или пелетирования.

Рассмотрим более подробно технологию обогащения угольных шламов в гидросепараторе, который представляет собой классификатор с принудительным осаждением, состоящий из цилиндрической камеры с пульсирующим столбом воды. Через распределительное устройство, расположенной в нижней части камеры равномерно подается восходящий поток воды.

В верхнюю часть гидросепаратора непрерывно загружа¬ется угольный шлам, который содержит от 40 до 60 % твердого по массе. По мере попадания частиц в восходящий поток воды происходит их сепарация по размерам и плотности. Фракции исходного материала, имеющие промежуточную плотность, и отличие от угольных и породных частиц удерживаются в потоке воды и формируют псевдоожиженный слой на подложке породных фракций, который и поддерживает слой более легкой угольной фракции. При добавлении очередной порции исходного шлама угольная фракция уходит в сливной желоб гидросепаратора. Плотность взвешенного слоя породы промежуточной плотности поддерживается регулируемым сбросом ее избытка через специальный разгрузочный клапан аппарата. Эффективность обогащения шламов в этом случае зависит от стабильной плотности псевдоожиженного слоя, что в свою очередь обеспечивают постоянной скоростью и равномерностью подачи восходящего потока воды, а также за счет контроля содержания твердого в этом слое. Принцип разделения угольных и породных частиц шлама в гидросепараторе основан на осаждении частиц в воде под воздействие силы тяжести. Соотношение между массами частиц в конечном счете и обеспечивает сепарацию угольных и породных частиц с получением кондиционных продуктов обогащения.

Следует отметить, что на ЦОФ «Чумаковская» в Донбассе прошла промышленные испытания модульная установка для переработки угольных шламов наружных отстойников с гидросепаратором английской фирмы «SТОКЕS». Результаты испытаний представлены в таблице 1.

РЕЗУЛЬТАТЫ ОБОГАЩЕНИЯ ШЛАМОВ НАРУЖНЫХ ОТСТОЙНИКОВ НА ЦОФ «ЧУМАКОВСКАЯ»

Фракции, мм

Характеристика исходного шлама

Характеристика концентрата

Характеристика отходов

	Выход%	Зольность%	Выход%	Зольность%	Выход%	Зольность%
+1,0	21,28	28,99	>17,44	2,56	45,55	65,79
-1,0+0,5	25,45	27,61	27,19	4,28	33,53	78,24
-0,5+0,2	23,25	16,23	23,38	9,59	17,78	83,35
Итого	69,98	24,25	68,01	5,66	96,86	73,32

Подобная технология обогащения угольных шламов позволяет снизить их зольность и обеспечить извлечение горючей массы из шламов наружных отстойников.

На углеобогатительных фабриках часть шламов поступает вместе с рядовым углем, другая образуется при транспортировании угля по фабрике и при его обогащении в резуль¬тате самопроизвольного разрушения угля.

Удаление твердых частиц из оборотной воды необходимо не только для очистки воды и получения дополнительного количества топлива, но и для обеспечения нормального протекания основных процессов обогащения. При увеличении содержания твердого в оборотной воде технологические по¬казатели обогащения ухудшаются. Снижается эффективность сгущения шламов, осветления воды и обезвоживания: повышается влажность и зольность угля после обезвоживающих аппаратов.

Посылаемый на отсадочные машины класс 0,5-13 мм имеет трудноразделимые частицы, размером 0,5-2,0 мм, причем породные частицы этого класса уносятся пульсирующим пото¬ком воды в основном в концентрат, увеличивая его зольность (в то время как угольные частицы (+ 0,2 мм) при их флотации попадают в отходы, снижают их зольность и увеличивают тем самым потери угля).

Использование в этом случае гидросепараторов для обогащения класса –2 +0,2 мм позволит сократить фронт отсадки и флотации и исключить потери угля.

Технологическая схема обогащения фракции угля -2 +0,2 мм в гидросепараторе фирмы «SТОКЕS». Подрсшетный продукт обесшламливающего грохота подается насосом в батарею из четырех гидроциклонов. Изли¬шек воды вместе с частицами размером менее 0,2 мм уходит в слив гидроциклона и направляется в сгуститель. Пески подаются самотеком в гидросепара¬тор, где происходит их обогащение. Легкие фракции угольлого концентрата уходят в слив гидросепаратора самотеком подаются во вторичный зумпф откуда направляется во вторич¬ный гидроциклон, где осуществляется сгущение пульпы и удаление частиц менее 0,2 мм в слив.

Сгущенный продукт вторичного гидроциклона подается на вибрационное дуговое сито для окончательного обесшламливания и частичного обезво¬живания. Отсюда угольный концентрат направляется само¬пеком в центрифугу типа «ЕВW», где осуществляется окончательное его обезвоживание. Центрифуга обеспечивает получение угольного концентрата с низкой поверхностной влагой, пригодной для шихтовки с крупным концентратом или использования в качестве самостоятельного продукта.

Высокозольный продукт гидросепаратора, разгружаемый и нижней части аппарата, собирается в отдельный зумф, откуда подается на дуговой вибрационный грохот для обезвоживания и далее направляется в породный отвал.

Использование гидросепаратора позволяет повысить эффективность обогащения мел¬ких классов угля на обогатительных фабриках:

- снизить нагрузку на отсадку и флотацию по труднообогатимым фракциям угольной мелочи;

- снизить расходы реагентов;

- улучшить качество концентрата;

- обеспечить значительную экономию капитальных и экс¬плуатационных затрат.

Таким образом, использование модульных установок с применением гидросепараторов позволит переработать угольные шламы наружных отстой¬ников и гидроогвалов Кузбасса с получением угольного концентрата и одновременно решить ресурсосберегающие и экологические проблемы.