Главная страница Ссылки Результаты поиска Библиотека Индивидуальное задание
В топливно-энергетическом балансе Украины угольная промышленность играет важную роль. Уголь необходимо рассматривать как стратегический и долговременный источник энергоснабжения в нашей стране, так как балансовые запасы нефти и природного газа крайне малы, и строить энергетическую политику на базе этих энергоносителей нет возможности. Угольные запасы нашей страны могут обеспечить энергетические потребности её народного хозяйства в течение 300 лет. Поэтому, если при разработке стратегии развития топливно-энергетического комплекса страны принимать во внимание обеспеченность собственными энергоресурсами, то ориентироваться необходимо на уголь как на основной сырьевой источник энергии [1].
Для отечественного углеобогащения характерным является метод складирования в илонакопителях (хвостохранилищах), которые предназначены для продолжительной работы и характеризуются большими объёмами и поверхностями осветления.
В настоящее время при обогатительных фабриках Украины находится 35 илонакопителей общим объёмом 129 млн. м3, площадью 180 га, они вмещают 114 млн. тонн шламов, преимущественно отходов пенной флотации зольностью 45-75% [2]. Шламы каждого из илонакопителей характеризуются своей зольностью, которая к тому же носит различное значение как по площади хранилища, так и по его сечению.
Метод складирования отходов флотации в хвостохранилищах, несмотря на кажущуюся простоту, обладает рядом существенных недостатков. Многие из них отрицательно влияют на окружающую среду.
Для строительства илонакопителей требуется выделение крупных (в некоторых случаях пахотных) земельных площадей. Необходима прокладка и поддержание трубопроводов протяжённостью от 3 до 20 км для сбора суспензий и возврата осветлённой воды. В местах строительства илонакопителей нарушается естественный водосток, что приводит к эрозии окружающей территории. Низкая эффективность осветления шламовых вод, длительный период отстоя и невозможность быстрой рекультивации илонакопителей после заполнения создают неблагополучную экологическую обстановку в местности, где они расположены. Кроме того, в настоящее время многие хранилища уже заполнены на 90-100%, а их оградительные дамбы находятся в неудовлетворительном состоянии.
В таких условиях, когда существуют проблемы с эксплуатацией хвостохранилищ и дефицит энергоресурсов, повышенный интерес вызывают забалансовые шламы (отходы флотации), которые хранятся в илонакопителях и отстойниках углеобогатительных фабрик. В большинстве случаев они содержат промышленно значимое количество горючей массы.
Потенциальные запасы топливного компонента оцениваются ориентировочно в 36 млн. т [ 3 ].
В этой связи хвостохранилище можно рассматривать как альтернативный источник получения коксующихся и энергетических концентратов.
В качестве примера можно рассмотреть илонакопитель УПЦ 1 обогатительной фабрики Авдеевского коксохимического завода (АКХЗ).
Приведенные далее данные заимствованы из отчёта компании "Техэкспертиза"[4] и проверены в лаборатории.
В данное хвостохранилище сбрасывается 500 м3/ч пульпы или же 150 т/ч отходов обогащения угля. При этом общее количество илов, которые накопились за время эксплуатации, составляет 4 млн. м3.
Илонакопитель АКХЗ запущен в эксплуатацию в 1978 году. Вторая очередь была принята в эксплуатацию в 1987 году. Предполагается 3 очереди срока службы хранилища. Вторая очередь рассчитана на 9 лет эксплуатации, а третья - на 20 лет. Илонакопитель удалён от фабрики на 4,5 км и включает прудковую и пляжную зоны. К нему подведены 2 технологические линии трубопроводов сечением 325-400 мм.
Гранулометрический состав илов сбрасываемых в хвостохранилище приведен в таблице 1.
Размер граничного зерна, мкм | Выход весовой, % |
+500 | 0,6 |
+270-500 | 12,2 |
+160-270 | 9,7 |
+74-160 | 15,3 |
-74 | 62,2 |
Итого | 100,0 |
В 1996-1997 годах на илонакопителе было проведено исследование, которое было посвящено определению фактического гранулометрического состава и зольности отходов флотационного обогащения хранящихся в нём.
Анализ показал, что поверхностная влага и содержание серы не превышают 30 и 1,5%, а зольность колеблется в пределах 30-40%, что говорит о высокой перспективности разработки илонакопителя.
Точка отборапроб | Влажность, % | Зольность, % | Выход летучих, % | СодержаниеСеры, % |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
1 | 16,0 | 35,9 | 20,5 | 1,23 |
2 | 17,0 | 31,4 | 21,4 | 1,28 |
3 | 17,8 | 35,8 | 20,8 | 1,08 |
4 | 13,3 | 27,2 | 23,3 | 1,48 |
5 | 24,2 | 33,5 | 21,3 | - |
6 | 26,3 | 26,9 | 22,7 | 1,23 |
7 | 24,9 | 39,3 | 19,6 | - |
8 | 31,4 | 43,7 | 18,5 | - |
9 | 28,7 | 46,8 | 17,9 | 0,91 |
10 | 24,4 | 40,9 | 19,7 | - |
11 | 27,9 | 49,2 | 17,1 | 0,98 |
12 | 26,3 | 44,3 | 18,7 | 0,98 |
13 | 28,2 | 32,2 | 21,7 | 1,18 |
14 | 25,9 | 36,8 | 20,9 | 0,98 |
15 | 22,3 | 36,1 | 21,1 | 1,03 |
16 | 22,5 | 41,4 | 20,2 | 1,30 |
17 | 24,4 | 29,0 | 22,6 | 1,33 |
18 | 17,4 | 37,2 | 20,6 | 1,48 |
19 | 37,0 | 61,2 | 13,4 | 0,83 |
20 | 16,5 | 39,1 | 20,6 | - |
В лаборатории ОТК центральной обогатительной фабрики "Чумаковская" из класса 0,16-3,00 мм в растворе хлористого цинка плотностью 1500 кг/м3 была извлечена концентратная фракция. Затем она была промыта и просушена, и её отправили на лабораторный анализ в хим. лабораторию ГКХ "Донуголь". Результаты лабораторного анализа приведены в таблице 3.
Параметр | Единица измерения | Численное значение |
Зольность | % | 8,9 |
Влажность | % | 4,7 |
Содержание серы | % | 1,3 |
Выход летучих | % | 26,4 |
Теплотворная способность | Ккал/кг | 7940 |
Пластометрические показатели: | |
|
Приведенные результаты исследований говорят о возможности получения концентрата для коксования из отходов флотации, которые хранятся в данном илонакопителе. Чтобы провести анализ шламов илонакопителя АКХЗ на обогатимость были отобраны пробы в местах соответствующих точкам отбора проб 1, 2, 3, 4, 5. Именно данные точки были выбраны потому, что илонакопитель предполагается разрабатывать с прудковой зоны, т. е. места наиболее близкого к берегу или плотине. Однако разработка хранилища с данной зоны будет возможна только после сброса осветлённой воды.
Были проведены ситовые анализы проб прудковой зоны и точки забоя, т. е. ситовый анализ точечных проб 1, 2, 3, 4 и пробы 5 соответственно.
| Класс крупности, мкм | Прудковая зона | Зона забоя | ||
| Выход, % | Зола, % | Выход, % | Зола, % | |
+1000 -1000 +630 -630 +400 -400 +315 -315 +200 -200 +160 -160 +100 -100 +50 -50 Итого В том числе +160 В том числе +100 В том числе +50 |
- 1,21 1,38 3,33 7,14 2,13 4,90 8,71 71,20 100,00 15,19 20,09 28,80 |
- 11,65 4,19 3,26 3,75 4,78 7,05 18,85 65,99 49,65 4,46 5,09 9,25 |
2,57 4,15 3,67 4,85 11,72 5,14 12,89 21,49 33,43 100,00 32,19 45,08 66,57 |
5,90 9,81 10,07 13,10 9,20 10,58 14,58 42,46 76,40 39,74 10,79 11,94 22,19 |
Результаты ситового анализа показали, что наиболее высокозольным является класс -50 мкм, а низкозольным является класс -630 +100 мкм.
В шламах класса +100 мкм содержание горючей массы довольно велико. Однако для определения максимального извлечения угля плотностью <1800 кг/м3 необходимо подсчитать вес всплывших фракций.
Для определения обогатимости шламов илонакопителя, был проведен фракционный анализ. Результаты, которого приведены в таблице 5.
Плотность, кг/м3 |
Прудковая зона |
Зона забоя | ||
Выход, % |
Зола, % |
Выход, % |
Зола, % | |
<1400 1400 - 1800 >1800 Итого |
82,63 11,38 5,99 100,00 |
1,62 11,60 40,58 5,09 |
59,43 25,58 14,99 100,00 |
1,84 10,44 60,78 12,78 |
Фракционный анализ показал, что содержание лёгких фракций в классе + 100 мкм составляет примерно 85%. Это означает, что для обогащения могут быть использованы гравитационные процессы.
Для проверки шламов илонакопителя АКХЗ на обогатимость гравитационными методами был проведен пробный эксперимент по обогащению на винтовом сепараторе.
Результаты обогащения шламов забойной зоны хвостохранилища на винтовом сепараторе приведены в таблице 6.
Класс крупности, мкм |
Питание сепаратора |
Концентрат |
Пром. продукт | |||||
Выход, % |
Зола, % |
Выход к питанию, % |
Выход к исходному, % |
Зола, % |
Выход к питанию, % |
Выход к исходному, % |
Зола, % | |
+1000 -1000 +630 -630 +400 -400 +315 -315 +200 -200 +160 -160 +100 -100 +50 Всего +50 |
2,57 4,15 3,76 4,85 11,72 5,14 12,89 21,49 66,57 |
5,90 9,81 10,07 13,10 9,20 10,58 14,58 42,46 21,33 |
1,65 4,02 3,19 4,21 13,38 12,53 18,95 18,57 76,50 |
1,10 2,68 2,12 2,80 8,91 8,34 12,62 12,36 50,93 |
12,80 4,65 5,64 5,80 5,49 5,25 8,36 20,37 9,91 |
0,12 0,47 0,82 2,73 4,43 2,40 6,07 6,46 23,50 |
0,08 0,31 0,55 1,82 2,95 1,60 4,04 4,30 15,64 |
58,60 13,44 10,14 8,36 8,08 8,67 17,90 46,15 21,61 |
Также был проведен эксперимент по обогащению шламов этой же зоны, однако без отделения класса - 50 мкм, которой показал следующие результаты (таблица 7).
Класс крупности, мкм |
Питание сепаратора |
Концентрат |
Пром. продукт | |||
Выход, % |
Зола, % |
Выход к исходному, % |
Зола, % |
Выход к исходному, % |
Зола, % | |
+1000 -1000 +630 -630 +400 -400 +315 -315 +200 -200 +160 -160 +100 -100 +50 -50 Всего |
2,57 4,15 3,76 4,85 11,72 5,14 12,89 21,49 33,43 100,00 |
5,90 9,81 10,07 13,10 9,20 10,58 14,58 42,46 76,40 39,74 |
0,97 2,34 2,01 1,71 7,02 4,02 11,05 11,47 43,10 83,69 |
14,60 6,75 7,59 5,99 4,34 5,46 8,65 23,20 55,60 34,24 |
0,06 0,38 0,80 0,80 1,95 0,82 2,35 3,60 5,54 16,30 |
52,39 28,35 23,25 23,59 15,63 19,10 36,43 62,94 77,84 51,59 |
По результатам видно, что обогащение на винтовом сепараторе обесшламленного исходного продукта даёт лучшие результаты, чем обогащение рядового шлама. При обогащении обесшламленного исходного сырья зольность концентрата составляет примерно 10%, а при обогащении с не обесшламленным исходным питанием полученный результат на много хуже и составляет 34%, что явно выходит за требуемые нормы. При обогащении обесшламленного исходного сырья зольность промышленного продукта составляет около 22%.
Из полученных результатов видно, что преимущества обесшламливания питания гравитационных процессов обогащения, в частности обогащения на винтовых аппаратах, очевидны. Однако, как показывает практика использования винтовых аппаратов, можно было произвести обесшламливание по классу 0,1 мм, что снизило бы вязкость пульпы, повысило селективность разделения, повысило производительность винтового аппарата и тогда обогащение на винтовом сепараторе показало бы лучший результат.
В заключении хотелось бы сказать о том, что применение винтовых аппаратов на шламах илонакопителя УПЦ 1 (АКХЗ) дало положительный результат, невзирая на то, что шламы, хранящиеся в илонакопителе трудной категории обогатимости, о чём свидетельствует их фракционный состав. Поэтому, среди наиболее подходящих процессов для переобогащения шламов, которые хранится в хвостохранилищах, можно выделить обогащение на винтовых аппаратах.
Литература:
С. В. Янко, доктор техн. наук (Академия горных наук Украины) "Альтернатива традиционной разработки уольных месторожденийй". Уголь Украины, май, 2002, с. 51.
Г. М. Сычев, инж. (Корпорация "Радон"), С. Л. Иванов, Л. Г. Алексеев, инженеры (ЗАО "Международные угольные технологии"), И. А. Штепа, инж. (ЗАО "Радонкокс"), И. Д. Дроздник, Ю. С. Кафтан, И. Н. Никитин, кандидаты техн. наук (УХИН) "Опыт получения угольного концентрата для коксования из шламоотходов". Уголь Украины, июль, 2002, с. 39.
А. А. Золотко, И. П. Курченко, кандидаты техн. наук (УкрНИИуглеобогащение) "О ресурсной ценности забалансовых шламов". Уголь Украины, февраль-март, 2002, с. 67.
Работа компании "Техэкспертиза" для компании Укрросуголь "Анализ эффективности обогащения шламов шламонакопителя УПЦ 1", 1997г.
Главная страница ДонНТУ Страница магистров ДонНТУ Поисковая система ДонНТУ