Перепічай Микола Володимирович
Перепічай Микола Володимирович
Загальною тенденцією для всіх вуглевидобувних країн є підвищення змісту ультратонких органічних і мінеральних домішок у рядовому вугіллі. Це пов'язано з розширенням розробки високозольних шарів, з погіршенням гірничо-геологічних умов ведення видобувних робіт внаслідок поглиблення (більше 1 км), з механізацією, комплексною автоматизацією у забоях, що виключає роздільну виїмку вугілля. В Україні середня зольність рядового вугілля в 2000 р. становила 26.1%, в 2006 р. - 30.8, в 2007 р. - 31.5% [2].
З розвитком механізації вуглевидобутку, збільшенням змісту в гірській масі породи намітилася тенденція до підвищення виходу дрібних класів. У зв'язку з тим, що в цей час у світовій практиці відсутні ефективні методи збагачення й зневоднювання ультратонких вугільних фракцій крупністю 0 - 100 мкм, зростуть втрати горючої маси зі шламовою водою.
На сьогоднішній день більшість вуглепереробних підприємств Донбасу зіштовхнулася з проблемою складування шламових вод. Діючі шламові мулонакопичувачі вже практично заповнені й мають потребу в ґрунтовній реконструкції. Причому, ряд мулонакопичувачів внаслідок відносно низької зольності відходів, власне кажучи, є техногенними родовищами, з яких технічно можливо одержувати енергетичне паливо, а в деяких випадках і концентрат для коксування. Тому проблема повної утилізації твердої фази шламових мулонакопичувачів сьогодні є досить актуальною й вимагає інтенсифікації пошуку її рішення [3].
Основною метою даної магістерської роботи є дослідження проблеми складування рідких відходів вуглезбагачення в мулонакопичувачах і розробка способу їхньої повної переробки з метою подальшого використання. Промисловий об'єкт дослідження – мулонакопичувач УПП "ЦЗФ "Моспинська".
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити ряд задач:
– розгляд теорії огрудкування дрібнозернистих матеріалів;
– визначення особливостей огрудкування вугільних шламів зі зв’язуючим;
– вивчення принципів роботи котлів із киплячим шаром;
– дослідження фракційного й гранулометричного состава досліджуваного матеріалу;
– розробка структурної схеми повної переробки мулонакопичувача;
– вибір устаткування для реалізації розробленої схеми;
– економічне обґрунтування проекту.
1. Запропоновано комплексну схему повної переробки шламового мулонакопичувача.
2. Отримано математичні моделі другого порядку для прогнозування результатів збагачення на гвинтовому сепараторі.
Згідно статистики в мулонакопичувачах Донбасу щорічно складують більше 10 млн. т тонкозернистих шламів зі змістом органічної маси 25-40%. На сьогоднішній день у шламових мулонакопичувачах нашого регіону перебуває понад 120 млн. т флотаційних відходів і кількість їх безупинно зростає.
Залежно від сировини у відстійниках можуть бути присутні тонкодисперсні фракції як коксівного, так і енергетичного вугілля. Причому зольність їх коливається від 45% до 65%. Це варто враховувати при проектуванні комплексу переробки.
Слід також зазначити, що собівартість добування й переробки шламу невелика. Однак, отриманий продукт можна досить ефективно використати для коксування або в енергетику як паливо.
На сьогоднішній день у Донбасі під відстійники відведено більше 1800 га землі, що негативно впливає на екологічну обстановку в регіоні. Тому що більшість мулонакопичувачів вже практично заповнено, гостро стоїть питання про нарощування старих або будівництві нових резервуарів для складування шламових вод. А це, з погляду екології та раціонального використання земельних ресурсів, не припустимо.
Отже, практична цінність даної розробки полягає в одержанні дешевого енергетичного палива й поліпшенні екологічної обстановки в регіоні за рахунок вивільнення зайнятої під мулонакопичувачі землі [7].
Якісні показники шламів, що зберігаються в мулонакопичувачах, коливаються в широких межах по глибині й площі розподілу, що оскладнює переробку сировини. Крім того, кожний мулонакопичувач залежно від марки вугільної фракції, її властивостей вимагає індивідуального підходу при розробці технології його використання [8].
Залежно від властивостей сировини у мулонакопичувачі можливі наступні напрямки його відпрацьовування:
1. Екскаваторна виїмка шламу й залежно від його зольності робити його відвантаження після повітряної просушки на теплоелектростанції
(Аd <45 %) або на прилеглу збагачувальну фабрику для перезбагачення (при Аd 45 - 60 %) [7].
2. Будування технологічного комплексу з виїмкою шламів земснарядом і зі збагаченням його на простих гравітаційних установках
(Аd 45 - 60%).
3. Для низькозольних (Аd<55 %) мулонакопичувачів, які містять марки коксівного вугілля, передбачити перезбагачення відходів на збагачувальній фабриці, технологія якої попередньо вдосконалена [6].
4. Шлами высокозольных мулонакопичувачів (Аd>60-65 %) підготовлювати до спалювання в теплотехнічних об'єктах, обладнаних котлами з киплячим шаром.
Прийняття раціонального варіанта відпрацьовування мулонакопичувача потребує інформацію про властивості шламів (паспорт, кадастр) і глибокий економічний аналіз.
При цьому варто враховувати:
– перезбагачення будь-яким способом відходів флотації із зольністю більше 65 % у даний момент нерентабельно;
– перезбагачення флотовідходів на діючій фабриці потребує попередніх досліджень і вдосконалення її технології;
– при переробці по п. 2 - необхідно передбачити підготовку обводнених знову одержуваних відходів до складування у відвалах;
– при перезбагаченні коксівних шламів із зольністю 45-50 % (п. 3) технічно можливо виділяти концентрат із зольністю до 10 % при його виході до 30 %.
Залучення в промисловий оберт вугільних шламів, що перебувають в мулонакопичувачах, для вугільної промисловості є актуальним завданням. Для її реалізації необхідно вирішити проблему зневоднювання класу 0-2 мм при його збагаченні. Був запропоновано ряд технологічних рішень даної проблеми. Розглянемо деякі з них.
1 Зневоднювання шламу центрифугами
У Гіпромашвуглезбагаченні розроблено комплекс устаткування, що дозволяє ефективно зневоднювати цей клас із підвищеним змістом вологи. Комплекс включає сито Ствгд-3,0-МП (вібросито) і центрифугу Цфшнг-1,00 (рис. 1) [9]. Згущений продукт після гідроциклона надходить на вібросито, де втрачає частину рідкої фази. Попередньо зневоднений шлам надходить у центрифугу для остаточного зневоднювання.
Рисунок 1- Комплекс устаткування для зневоднювання грубозернистого шламу.
При випробуванні вібросита вологість надрешетного продукту становила 45...50%, що оптимально для центрифуги Цфшнг-1,00, продуктивність коливалася від 34 до 50 т/ч.
2 Збагачення шламу гвинтовою сепарацією
В 2006 році було виготовлено і промислово випробувано на ГОФ "Білоріченська" сепаратор Ссп-1,0х2-м конструкції Гипромашобогащение (м. Луганськ). Основні результати такі: зольність концентрату марки Г класу + 0,16 мм - 4,8...5,4% при виході 36...38%; зольність відходів - 85...86% з виходом 1:5... 16%; промпродукт класу + 0,16 мм - зольність 42...45%, вихід близько 20%. Інше 25...30% становить клас 0-0,16 мм із зольністю 76...84%, що представлений тонкими мулистими частками, видалення яких вироблялося на сітці з осередком 0,2 мм.
Спіральний сепаратор типу Ссп (рис. 2) - основний збагачувальний апарат комплексу - складається із двох 5-витковых спіралей діаметром 1000 мм. Матеріал спіралей - склопластик, матеріал футеровки - зносостійкий композиційний матеріал на основі каучуку. І пластиковий каркас спирали, і футеровка виготовляють суцільнолитими, тобто не мають стиків по всій довжині спирали, що виключає можливість відшаровування футеровки й порушення технологічного процесу. Продуктивність одного сепаратора 6...7 т/ч, тому для забезпечення необхідної продуктивності всієї установки сепаратори поєднуються в блоки по 4 або 6 шт. (рис.3) [1].
Рис. 2 Спіральний сепаратор типу Ссп. Рис. 3 Блок спіральних сепараторів
При розробці мулонакопичувача, що складається з трьох резервуарів, можливе застосування схеми, представленої на рисунку 4.
Рисунок 4- Структурна схема запропонованої технології повної переробки мулонакопичувача.
Згідно схеми флотовідходи, що надходять з фабрики, складуються в другій секції мулонакопичувача. У цей час ведеться активна розробка секції №3. При цьому шлам надходить для класифікації по зерну 0,2 мм на стрічковий класифікатор типу КЛ-10. Клас крупністю +0,2 мм направляється в модуль брикетування, звідки сирий брикет транспортується в модуль сушильної установки для підсушування в киплячому шарі ККШ і далі на склад готового брикету.
Клас -0,2 мм надходить на стрічковий вакуум-фільтр типу ЛС-10 для зневоднювання. Кек, що при цьому з’являється, надходить у модуль огрудкування для одержання окатишів крупністю 3-10 мм, які після підсушування в модулі із сушильною установкою ККШ є готовим паливом для ККШ. Фільтрат вакуум-фільтра надходить разом із флокулянтом на згущення в згущувач типу СУ-10, слив якого направляється в секцію №1 илонакопителя й далі використовується фабрикою як оборотна вода. Згущений продукт повертається в стрічковий вакуум-фільтр для зневоднювання.
Підготовку окатишів для подальшого спалювання в ККШ пропонується здійснювати на тарілчастому грануляторі. Експерименти показали, що при керуванні такими факторами процесу як кут нахилу й частота обертання тарелі, вологість вихідної шихти, може бути досягнута необхідна крупності готового продукту для будь-яких сполучних у широких інтервалах зміни їхньої витрати. Більшою мірою розмір одержуваних окатишів визначається вологістю матеріалу. При цьому виявлений різний характер залежності зазначених параметрів для двох видів досліджуваної сировини, що пояснюється підвищеною капілярною вологоємністю відходів флотації у зв'язку з більше високим ступенем їхньої дисперсності. Поряд із цим, окисленість і значний зміст мінеральних домішок у хвостах флотації сприяє збільшенню кількості адсорбційної вологи.
Важливим фактором, що визначає необхідну вологість шихти, є зміст у ній тонкодисперсної фракції (<0.063мм). ДДля практичного використання отримане емпіричне вираження, справедливе для вугільних шламів крупністю <1.5 мм, що зв'язує вологості шихти й дисперсність шламу:
При співвідношенні параметрів, обумовленим даним вираженням, забезпечується кінцева крупність продукту 3...10 мм.
Схему роботи модуля огрудкування та брикетування приведено на рисунку 5.
Рисунок 5 - Схема роботи модуля огрудкування та брикетування (кількість кадрів - 11, кількість повторювань - 7, размір анимації - 180 кБ).
Готові окатиші крупністю 3 – 10 мм надходять для спалювання в котлах киплячого шару. Характерною рисою технології спалювання твердих палив у киплячому шарі є наявність великої кількості інертного матеріалу в топленні. У нижній частині топлення встановлюються повітророзподільні ґрати. При швидкості перевищуюча швидкість мінімального псевдоожиження обсяг шару збільшується, утворюються пухирці газу. При подальшому збільшенні швидкості газу міхури ростуть у розмірах, зливаються, відбувається турбулізація шару. Цей режим відповідає пухирцевому (стаціонарному) киплячому шару – КШ. Завдяки тривалому часу перебування палива в шарі й високій інтенсивності процесів тепло-масообміну ефективність спалювання в котлі з КШ досить велика, незважаючи на відносно низьку температуру процесу. У пухирцевому шарі спостерігається незначний винос часток з топлення. Основною перевагою киплячого шару є зниження викидів NOх і SO2. До недоліків технології ставляться підвищені енерговитрати на дуття, можливість шлакування при нерівномірній подачі повітря, можливість збільшення механічного недопалу з винесенням (при відсутності його повернення), зношування поверхонь нагрівання в шарі.
У результаті впровадження запропонованої схеми переробки мулонакопичувача УПП "ЦЗФ "Моспинська" можливе одержання дешевого енергетичного палива, звільнення резервуара для подальшої нормальної роботи фабрики, а також рішення ряду екологічних і економічних питань, пов'язаних зі складуванням флотаційних відходів.
1. Епихин В.Ю., Чумак В.Ф., Вертола Л.Т. Модульные установки для переработки породных отвалов и илонакопителей.
2. Использование отходов обогащения путем их сжигания в топках с псевдоожиженным слоем/ А.А. Рандел, Д.В. Гоулл и др.// Новое в теории и практике псевдоожижения. - М.: Недра, 1980. -С. 55-65.
3. Папушин Ю.Л. Разработка технологии окатывания угля и углесодержащих материалов с целью их промышленного использования как топлива. Донецк, ДонГТУ, 1996.
4. Классен П.В. Гришаев И.Г. Основы техники гранулирования. - М.: Химия. 1982. - 272 с.
5. Папушин Ю. Л., Негреев О.В. «Об энергетическом использовании углесодержащих отходов Донбасса» Сборник тезисов докладов конференций молодых обогатителей Украины, Донецк- 1999.
6. Папушин Ю.Л., Резниченко А.Г. «Илонакопители - источники бытового и энергетического топлива» Сборник тезисов докладов конференций молодых обогатителей Украины, Донецк- 2006.
7. Папушин Ю.Л. «Илонакопители», Сборник трудов кафедры ОПИ ДонНТУ.
8. Смирнов В.О., Білецький В.С. «Гравітаційні процеси збагачення корисних копалин». Навчальний посібник. – Донецьк: Східний видавничий дім, - 2005.
9. Білецький В.С., Смирнов В.О. «Технологія збагачення корисних копалин».-Донецьк: Східний видавничий дім, 2003.
10. Білецький В.С., Смирнов В.О. «Переробка і якість корисних копалин». Курс лекцій. – Донецьк: Східний видавничий дім, 2005.