УДК 622.765.

Ю.Н. Филиппенко, к.т.н.,

Морозова Л.А., к.т.н.,

Мавренко Г.А.,

С. О. Федосеева

(Украина, Луганск, ГП «Укрнииуглеобогащение»)

Переработка отходов, содержащихся в илонакопителях

Неблагоприятная экологическая обстановка в Донбассе требует ликвидации сброса отходов углеобогатительных фабрик в отстойники и илонакопители, а напряженный топливный баланс Украины вызывает необходимость разработки эффективных средств энергетического использования в топливном комплексе страны тонкозернистых забалансовых шламов.

Так, в илонакопителях Украины содержится около 85 млн. тонн тонкозернистых шламов зольностью 41 – 75 % [1], запасы которых возрастают. Ряд илонакопителей из-за относительно низкой зольности отходов являются по существу техногенными месторождениями, из которых технически возможно получить энергетическое топливо.

В настоящее время в сезонном режиме работы для извлечения ценных компонентов в товарную продукцию применяются различные варианты для отработки илонакопителей. При этом из илонакопителей не извлекаются полностью шламовые продукты, и земли не рекультивируются, что не соответствует требованиям экологии и отраслевым нормативным документам. Требования экологии к существующим производствам предполагают недопущение сбросов вторичных жидких продуктов обратно в илонакопитель, что в большинстве случаев не выполняется.

Институтом «Укрнииуглеобогащение» исследованы забалансовые шламовые продукты с илонакопителей 16 углеобогатительных фабрик, как типовых представителей по техническим характеристикам и вещественному составу, расположенных в Луганской, Донецкой, Днепропетровской и Львовской областях. На балансе обследованных углеобогатительных фабрик находится 32 илонакопителя и 57 отстойников. Зольность забалансовых шламовых продуктов колеблется от 48 до 75%.

Установлено, что из шламовых продуктов, пригодных к переобогащению, которые находятся в илонакопителях исследованных углеобогатительных фабрик, ориентировочно может быть получено 24,6% (26,8 млн. тн) потенциальных топливных ресурсов зольностью 25%.

Качественные показатели шламов, хранящихся в илонакопителях, и их физико-химические характеристики колеблются в широких пределах и изменяются в процессе длительного хранения [1,2], что затрудняет их вторичную переработку и требует индивидуального подхода при разработке технологии повторного обогащения содержимого илонакопителей с целью дальнейшего использования.

Результаты исследования гранулометрического состава шламовых продуктов некоторых илонакопителей приведен на рис.1.

Рис. 1. Гранулометрический состав угольных шламов исследованных

техногенных месторождений:

1–илонакопитель ЦОФ «Комендантская» (А^d = 44,1 %), 2–илонакопитель ГОФ «Луганская» (А^d = 54,1 %), 3–илонакопитель ЦОФ «Свердловская» (А^d = 41,5 %), 4–илонакопитель ЦОФ «Селидовская» (А^d = 53,6 %), 5– илонакопитель ЦОФ «Дзержинская» (А^d = 57,4 %), 6–илонакопитель ОФ «Пионер» (А^d = 65,7 %), 7–илонакопитель ЦОФ «Червоноградская» (А^d = 70,9 %).

Как свидетельствуют данные ситового анализа содержимого илонакопителей ЦОФ «Комендантская», ГОФ «Луганская», ЦОФ «Свердловская», ЦОФ «Селидовская», ЦОФ «Дзержинская», ОФ «Пионер» и ЦОФ «Червоноградская» зольность шламов исследованных илонакопителей изменяется от 41,5 до 70,9 %.

Зернистый материал крупностью > 1,0 мм во всех пробах практически отсутствует, содержание низкозольных угольных частиц крупностью 0,25 – 1,0 мм составляет 10-20 %, зольность частиц шлама менее 0,25 мм изменяется в пределах 47–70%. Основное содержание (более 60 %) составляет тонкий высокозольный материал крупностью менее 0,045 мм.

На основании анализа содержимого илонакопителей и существующего положения с их переработкой, установлено, что наиболее эффективными процессами для обогащения шламовых продуктов илонакопителей являются мокрая винтовая сепарация и флотация

В связи с этим институтом «Укрнииуглеобогащение» были исследованы флотационные свойства техногенных шламов вышеуказанных илонакопителей.

Для проведения исследований по флотируемости угольных шламов был взят материал крупностью 0 – 0,5 мм. Исследование флотируемости шламов проводилось путем постановки флотационных опытов по методике ГП «Укрнииуглеобогащение» в лабораторной флотомашине «Механобр» с объемом камеры 0,5 литра.

При исследовании флотируемости шлама илонакопителей были использованы применяемые в настоящее время на углеобогатительных фабриках Донбасса в качестве флотореагентов следующие технические продукты:

собиратели (дизтопливо, топливо ТС-1, керосиногазойлевая фракция);

вспениватели (оксаль марки Т-66, композиционный реагент, КЭТГОЛ, КОБС).

Показатели флотации техногенных шламов с применением оптимальных реагентных режимов представлены в таблице 1.

Таблица 1 Результаты исследования флотируемости шламов различных илонакопителей

Анализ приведенных данных показывает, что из шламов всех 6 исследованных илонакопителей (кроме илонакопителя ЦОФ «Червоноградская») крупностью менее 0,5 мм может быть получен кондиционный концентрат для энергетических целей с зольностью от 19,6 % до 25,7 % при зольности отходов флотации в интервале 75,7 % – 87,6 %, выход флотоконцентрата колеблется в интервале 31,3 % - 68,4.%.

Резюмируя изложенное можно сделать вывод, что переработка методом флотации содержимого илонакопителей углеобогатительных фабрик является перспективной и целесообразной. При оптимальном подборе реагентных режимов из техногенных угольных месторождений Украины методом флотации возможно дополнительное извлечение кондиционного товарного продукта для энергетики.

С целью создания компактной флотационной машины нового поколения для перечистки содержимого илонакопителей с пониженными энергопотреблением и металлоемкостью, в институте «Укрнииуглеобогащение» проведены исследования и разработан параметрический ряд малогабаритных радиальных перечистных механических флотационных машин с одним аэрирующим устройством [3], , оптимальными аэрогидродинамическими и технологическими характеристиками объемом 2 м³ , 16 м³ , 25 м³ , 36 м³ (рис.2, 3).

Рисунок 2. Общий вид радиальной флотомашины МФР - 25У, объемом 25 м³

Рисунок 3. Общий вид радиальной флотомашины МФР - 2У объемом 2м³.

По своим удельным показателям (производительность по твердому, энергоемкость) и техническим возможностям (степень аэрации, поступление в процесс стабильного и достаточного количества воздуха) радиальная флотационная машина с одним аэратором радиально-осевого типа превышает серийные образцы флотационных машин с шестью аэраторами.

Аэратор радиально-осевого типа интенсивно диспергирует и равномерно распределяет воздух по всему объему флотируемой пульпы. Возможность регулирования расхода воздуха на аэрацию во флотомашине позволяет изменять гидро-динамические условия в зависимости от характеристик исходного материала и, как следствие, качественно-количественные показатели продуктов флотации.

Использование одного блока-аэратора снижает потребление электроэнергии и металлоемкость по сравнению с существующими образцами флотационных машин в 1,5 - 2 раза, сокращает расходы на обслуживание и ремонт флотационного оборудования, что является актуальным.

На основании выполненных исследований и синтеза технологических операций по обогащению шламовых продуктов институтом «Укрнииуглеобогащение» разработан технологический комплекс КПШ-100 по переработке шламовых продуктов илонакопителей [1], включающий 4 основных технологических процесса:

- предварительная подготовка машинных классов с операциями сгущения водоугольной суспензии и подготовки среднезернистого и мелкозернистого машинных классов к обогащению;

- обогащение среднезернистого машинного класса на винтовых сепараторах с операциями обогащения, сгущения и обезвоживания концентрата;

- обогащение мелкозернистого машинного класса методом флотации с операциями обогащения шлама и обезвоживания флотоконцентрата;

- обработка жидких отходов с операцией сгущения жидких отходов в сгустителе и обезвоживания их на фильтр-прессах.

Схема комплекса выполнена с возможностью ее трансформирования к конкретной характеристике содержимого илонакопителя. Согласно с техническими условиями комплекс КПШ-100 комплектуется в основном оборудованием, которое выпускается отечественными производителями серийно, размещается в компактном облегченном здании павильонного типа каркасной конструкции или без него в зависимости от количества шламовых отходов, монтируется из отдельных блоков, количество оборудования в которых может изменяться в зависимости от характеристики содержимого илонакопителя.

Техническая характеристика технологического комплекса по переработке шламов илонакопителей:

- производительность, т/час, не более 100

- зольность шлама илонакопителей колеблется, % от 44 до 69

- крупность обогащаемого шлама, мм 0-3

- зольность товарной продукции, %, не более 25,0

- влажность товарной продукции, %, не более 15,0

- зольность отходов, %, не менее 75,0

- віход товарной продукции, %, в пределах 12-62

Список литературы

1. Розробка комплексної технології вилучення вторинного палива з шламових відходів вуглезбагачення: Звіт про НДР.- Луганськ: Укрндівуглезбагачення, 2007-236 с.

2. Саранчук В.И., Аровин И.А., Галушко Л.Я. Флотирование углей реагентами из продуктов коксохимии. – Донецьк: Східний видавничий дім, Кальміус. – 2006. – 192 с.

3. Розробити технологію і устаткування для обробки та збагачення вугільних шламів на вуглезбагачувальних фабриках і установках: Проміжний звіт про НДР.- Луганськ: Укрндівуглезбагачення, 2010-72 с.