Обзор современного состояния технологий обогащения отходов углеобогащения

Автор: Тюря Ю.И., Машкова Т.Ю., Толкун А.Д.

Источник: Сборник докладов на конференцию «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании», 2012

Аннотация: Приведены и рассмотрены современные технологии обогащения отходов угледобычи и углеобогащения.

Содержание работы:

Как известно [1], из числа ископаемых энергоносителей доля угля составляет более 90% мировых запасов всех видов органического топлива, а по количеству заключенной в нем энергии уголь превосходит остальные источники топлива. Среди первичных энергоносителей на долю угля приходится 23,5%, на производство электроэнергии – 39,1%, а с 2004 г. в связи с ростом объемов производства в металлургической промышленности резко возрос спрос на коксующиеся угли. Мировая добыча угля за вторую половину ХХ века возросла в 2,5 раза.

В Украине, которая не имеет своих природных запасов нефти и газа, уголь является основным энергоносителем. Однако запасы его не безграничны и с каждым годом резко снижаются, что приводит к необходимости освоения новых более глубоких горизонтов залегания с пластами малой мощности и сложным строением. В результате возрастает содержание в рядовых углях негорючих примесей, сростков угля с породой, высокозольных угольных пачек с тонким вкраплением минеральных включений. При этом значительно усложняется процесс обогащения, и, как следствие, значительно повышается цена на товарный уголь.

Все это стало причиной того, что в настоящее время в Украине, как и во всем мире наиболее актуальной является проблема ресурсосбережения, связанная с переработкой и использованием отходов угледобычи и углеобогащения, основная масса которых сосредоточена в терриконах и шламоотстойниках.

На территории Донецкого бассейна сейчас насчитывается около 1260 терриконов техногенного характера, при этом ежегодный объем горной массы, выдаваемой в отвалы, составляет около 30 млн. м3, а ее общий заскладированный объем – 2 млрд. м3. Такой материал содержит до 30…40% горючей массы, имеет зольность 40…70%, отличается крайне неравномерным составом и не может без обогащения использоваться как энергетическое топливо. Таким образом, возникает необходимость в создании высокоэффективных технологий комплексной переработки отходов углеобогащения и угледобычи.

Обогащение углей, поступающих в отвалы, традиционными гравитационными методами затруднительно вследствие их физико-механических свойств. Так применение тяжелосредной сепарации требует значительного усложнения технологической схемы обогащения, в особенности затрудняется регенерация утяжелителя, связано с большим и нестабильным содержанием породных фракций, часто представленных глинистыми легко размокаемыми включениями, что резко увеличивает стоимость получаемого топлива. Использование отсадки может оказаться нецелесообразным, так как эффективность этого процесса резко снижается при содержании концентратных и промпродуктовых фракций менее 50%.

Институтом обогащения твердых горючих ископаемых (ИОТТ) разработана и внедрена на ряде предприятий России, Украины, Казахстана технология переработки разубоженной горной массы с использованием противоточных гравитационных сепараторов КНС [2].

Принцип работы данной установки следующий: исходный разубоженный уголь экскаватором или скребковым конвейером подается в передвижной бункер приема горной массы, где на колосниках отделяются куски более 300 мм. Класс 0-300 мм питателем подается на ленточный конвейер и далее транспортируется на блок подготовки перед обогащением, где на колосниках отделяется класс 100(150)–300 мм додрабливается до крупности менее 150(100)мм и объединяется с подрешетным продуктом колосников. Горная масса крупностью 0-150(100) мм конвейером подается на блок обогащения в сепаратор КНС, где выделяется концентрат и порода. Порода обезвоживается элеватором, а концентрат – на грохоте. Обезвоженные концентрат и порода поступают на соответствующие склады. Шламовая вода сгущается в гидроциклонах и сбрасывается в наружный отстойник. Сгущенный продукт гидроциклонов направляется в сепаратор КНС100/150 в качестве циркуляционной нагрузки. Слив гидроциклонов направляется в напорный бак технической воды, туда же поступает часть воды из бака осветленной воды. Техническая вода трубопроводами подается в сепаратор КНС138Л, а оставшаяся часть осветленной воды направляется на технологию в сепаратор КНС100/150.

Таким образом, установка работает в замкнутом водно-шламовом цикле. Потери воды с продуктами обогащения и в отстойнике восполняются за счет карьерных вод.

В качестве основного обогатительного аппарата используется противоточный крутонаклонный сепаратор КНС, не имеющий аналогов за рубежом. Обогащение в сепараторе КНС происходит в потоке воды за счет использования разницы в плотности угля и породы.

Контроль качества исходной горной массы и продуктов обогащения предусматривается производить путем отбора проб с конвейеров ОУ силами ОТК работников разреза.

Для получения низкозольных шламов класса 0,1-1 мм при переработке углей марки "Г" предусмотрено место под дуговое сито, спиральные сепараторы и высокочастотные обезвоживающие грохоты. Продукты обогащения со складов вывозятся автотранспортом на пристанционный склад.

Наряду с мокрыми способами обогащения успешно разрабатываются и внедряются технологии сухого обогащения отвальных пород. Это значительно снижает затраты на переработку за счет отсутствия водно-шламового хозяйства и возможности отгрузки продуктов обогащения без сушки.

Специалистами Гипромашуглеобогащения предложен пневматический сепаратор типа СП [3], на котором можно переработать около 8% всего объема обогащаемых углей. Согласно исследованиям, проведенным Комплексным научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом обогащения твердых горючих ископаемых (ИОТТ), технико-экономические показатели фабрик, использующих пневмовибрационный способ, выше, чем при обогащении в водной среде. Причем капитальные затраты на 1 т производимой продукции в 2,8…3 раза ниже при меньшей в 2,2…2,5 раза стоимости ее обогащения.

Совместными исследованиями ИОТТ и Гипромашуглеобогащения установлено, что для переработки этого сырья наиболее приемлема пневмовибрационная сепарация с противоточной схемой разделения исходного материала. Многолетний опыт работы ИОТТ и Гипромашуглеобогащения позволил разработать сепаратор С1сП-1,4´1-МПт производительностью по исходному питанию до 50 т/ч с рабочей площадью разделения 7,25 м2, предназначенный для обогащения углей, руд и других сыпучих материалов насыпной плотностью до 2,8 т/м3 и крупностью до 75 мм с поверхностной влагой до 8%. Габаритные размеры сепаратора не превышают 10´4´10 м, масса 12 т. Технологическая схема сухого обогащения с использованием сепаратора приведена на рис. 1.

Создание нового пневмовибрационного сепаратора и использование его в установках сухого обогащения дает возможность получить с минимальными производственными затратами как товарный концентрат для энергетических целей, так и исходный материал для последующего обогащения, а также переработать ранее накопленные отходы, находящиеся в отвалах и терриконах, и получить ценное энергетическое сырье. Одновременно будет решаться экологическая проблема. Все это делает новую разработку экономически выгодной и перспективной.

Рис. 1. Технологическая схема сухого обогащения

В процессе промышленной эксплуатации сепаратора С1сП–1,4´1-МПт (с сентября 2002 г.) при переработке примерно 50 т/ч углей марки Жкрупностью 0-50 мм и зольностью 43…50% с поверхностной влагой около 6% выделялась тяжелая (породная) фракция зольностью 70…86% и легкая (концентратная) зольностью 21…34%. Содержание в исходном класса 0-6 мм составляло до 35%.

Как видно из описанных в данной статье технологий обогащения техногенного сырья угольной промышленности, работы в этой сфере активно ведутся – проектными институтами и промышленными организациями разрабатываются и внедряются в эксплуатацию все новые и новые обогатительные аппараты и технологии, создание которых требует не малых финансовых затрат, которые должны оправдываться получаемой прибылью. Из этого можно сделать вывод об актуальности и целесообразности решения данной проблемы.

Однако пока еще не существует целенаправленных подходов к построению технологических схем обогащения отвальных пород, нет методики прогнозирования возможных показателей обогащения (в частности по данным фракционного состава исходного материала), а также не существует четких критериев оценки эффективности обогащения. Все это в существенной степени затрудняет процесс проектирования и создания обогатительных комплексов и установок для переработки отходов углеобогащения и угледобычи, а также требует дополнительных финансовых затрат на промышленные испытания, связанных с подбором оборудования, его настройкой, технологическим опробованием и установлением рациональных технологических параметров.

Литература:

1. Логвинов М.И., Файдов О.Е. Угольная сырьевая база России: состояние, перспективы воспроизводства и использования // Разведка и охрана недр. – 2006. – №6. – С. 30–35.

2. Позднеев В.Н., Михальцевич В.В., Лященко А.П. Блочно-модульные установки для обогащения высокозольных отходов угледобычи // Уголь. – 2001. – №5. – С. 25–31.

3. Кофанов А.С., Чумаков В.Ф., Ефремов Ю.И. Пневмовибрационный способ обогащения углей // Уголь Украины. – 2006. – №4. – С. 42–45.