Проблема рационального використання твердих корисних копалин є дуже важливою для України. Перспективним шляхом вирішення цієї проблеми є біологічний спосіб збагачення вуглешламових відходів, який дозволяє використовувати у процесі високозольні шлами з вмістом породних включень до 50,0 %, а вилучиння горючої маси у концентрат може дорівнювати 80,0 %.
Донбасс является основным угольным регионом, где добывается до 80 % каменных углей Украины, которые используются как энергетическое топливо или являются исходным сырьем для получения кокса. Однако, донецкие угли - это высокозольные органические горные образования, содержащие до 40,0 % породных включений. Поэтому, перед использованием в технологических процессах, рядовые угли должны пройти предварительную стадию обогащения на обогатительных фабриках. После обогащения углей остаются отходы - угольные шламы, которые накапливаются в илонакопителях или породных отвалах и являются постоянным источником загрязнения окружающей среды.
На сегодня в Украине в отстойниках обогатительных фабрик и илонакопителях заскладировано более 150 млн т забалансовых отходов флотации, которые могут быть дополнительным источником энергии [1]. Зольность такой горной массы в отвалах колеблется в пределах 30-70 %, а содержание органического остатка составляет 30- 50 %. Однако используемые технологии по извлечению из забалансовых продуктов углеродсодержащей горючей составляющей не позволяют это сделать в полной мере. Уголешламовые отходы также не могут быть использованы в производстве строительных и дорожных материалов, поскольку содержание органического углерода в породном остатке более 12 % [2]. Современные технологии позволяют проводить вторичное обогащение шламов, однако существенным недостатком данных технологий является то, что они предусматривают использование в технологическом цикле только угольные шламы, зольность которых не превышает 30,0 %, а также дефицитные флотореагенты (спиртовые углеводородные смеси, высокомолекулярные масла или добавки нефтяного происхождения). При этом, практически не используются во вторичных процессах обогащения угольные шламы с зольностью более 30,0 %. Поэтому, в условиях дефицита энергоресурсов в Украине, актуальным является проведение в масштабах угольной отрасли целевых научно-исследовательских работ по созданию новых технологий, сокращающих до минимума потери угольного вещества с отходами а также вовлечению в теплоэнергетическое использование забалансовых продуктов – отходов углеобогащения, что позволит существенно снизить материальные затраты на производство одной единицы продукции.
В настоящее время в странах Западной Европы и США ведутся работы научного и прикладного значения по использованию биологического способа переработки природных углеродсодержащих соединений, как альтернативного к уже существующим (пиролиз, гидрогенизация и карбонизация) [3]. Преимущество биологического способа переработки состоит в том, что это эненргоемкий процесс не требующий больших капитальных затрат, он проводится в реакторах-ферментерах без давления и при низких температурах и при этом не оказывает негативное влияние на окружающую среду. Одним из перспективных направлений по утилизации углешламовых отходов также может быть биологический способ обогащения шламов, который основан на использовании в технологическом процессе биологических объектов – микромицетов (микроскопических грибов)[4]. Предлагаемый способ флотации позволяет извлекать из высокозольных шламов (с зольностью до 50,0 %) дополнительное количество горючего углерода и в дальнейшем использовать полученный обогащенный углешламовый концентрат (ОУШК) в качестве углеродсодержащего сырья для энергетических или технологических процессов. Было определено, что эффективность обогащения угольного шлама зависит от видовой принадлежности микромицета и его способности продуцировать в среду культивирования продукты-метаболиты белковой природы. Использование в технологическом процессе флотореагента-собирателя белковой природы создает хорошие предпосылки для эффективного обогащения угольного шлама.
Полный технологический цикл обогащения высокозольного шлама включает две стадии: на первом, подготовительном этапе, проводится наработка флотореагента-собирателя, обладающего высокой физиологической активностью, с концентрацией водорастворимых белков 15-20 г/л. Для этого можно использовать питательные среды, содержащие легкоусвояемый источник углерода в количестве 10-20 кг на 1 т приготовленной среды. Для удешевления подготовительного этапа и более эффективного проведения флотации предполагается использовать в качестве источника углерода неочищенные сточные воды различных технологических циклов, которые содержат неорганические примеси и органические включения пищевого, растительного или нефтехимического происхождения. Второй этап включает непосредственное обогащение угольного шлама в реакторе с флотореагентом. Обогащение угольного шлама осуществляется при непрерывном перемешивании в течение 1-3 часов. За этот период происходит разделение угольного шлама на ОУШК и породный дисперсный остаток. Породная составляющая угольного шлама выводится из обогатительного реактора через сливное устройство на фильтр-пресс, с последующим разделением, сушкой и складированием. В дальнейшем отработанный флотореагент можно повторно использовать в технологическом цикле для обогащения угольного шлама.
Изучение физико-химических и биологических показателей собирателя показало, что продукты-метаболиты белковой природы способны взаимодействовать с частицами шлама, и тем самым создавать хорошие предпосылки для эффективного разделения компонентов шлама на две составляющие: ОУШК и породный дисперсный остаток.
Сравнительный анализ результатов промышленного (1) и биологического (2) способов флотации угольного шлама показал, что использование биологического флотореагента-собирателя позволяет извлекать ОУШК с содержанием горючей массы до 75,0 % (таблица 1). Полученные экспериментальные данные указывают на то, что предлагаемый способ флотации позволяет использовать в технологическом процессе шламы, зольность которых в 1,8 раза выше, чем у промышленного аналога (28,3 %). Причем, извлечение горючей массы в ОУШК с использованием биореагента также имеет высокий показатель (79,8 %) и практически сравним с промышленным показателем (85,6 %) флотации.
Таблица 1 Сравнительные результаты флотации шлама с использованием биологического реагента
Полученные экспериментальные данные по биообогащению позволяют заключить, что предложенный способ может конкурировать с уже традиционными способами обогащения твердых горючих ископаемых, существенно удешевить процесс флотации и более эффективно использовать энергетический потенциал Донбасса, а также уменьшить количество отстойников и породных отвалов и улучшить экологическую ситуацию в регионе.
Литература:
1. Лобанов А.В., Иванова Е.В., Пейчев И.Д., Шифрин С.И., Черненко А.К.Установка для сушки отходов флотации, извлекаемых из илонакопителей//Уголь Украины.-1996.-№ 12.-С.32-34.
2. Жаров Ю.Н., Новикова Н.Н., Клер В.П. О стабильности состава отходов обогащения угля // Уголь.-1990.-№ 12.-С.56-57.
3. Reich-Walber M., Meyrhn H., Felgener G.W. Biotechnological Lignite Conversion- A Large Scale Concept // Proc. of 9 th Intern.Conf. on Coal Science. Essen, Germany, 1997.-v.3.-P.1689-1692.
4. Шевкопляс В.Н., Саранчук В.И. Состояние и перспективы применения биологического способа утилизации отходов нефтехимии и углехиии //Межд.науч.-практ. конф. Экологические проблемы городов и рекреационных зон. Одесса, 1999.-С.151