Папушин Ю.Л., Рябушенко Е.С. - Энергетическое использование техногенных угольных месторождений Донбасса

Дефицит топлива в Украине и неблагоприятная экологическая обстановка в Донбассе требуют разработки эффективных способов энергетического использования в топливном комплексе страны мелкокозернистых высокобаластных углесодержащих продуктов из отстойников шахт и илонакопителей обогатительных фабрик. Только в илонакопителях Донбасса ежегодно складируется более 10 млн т. тонкозернистых шламов с содержанием органической массы 25–40 %. Всего же в указанных накопителях находится свыше 120 млн т. флотационных отходов и запасы их непрерывно растут. Складирование их сопровождается отторжением значительных площадей (свыше 1500 га) и экологической напряженностью в регионе. Ряд илонакопителей вследствие относительно низкой зольности отходов, по существу, являются техногенными месторождениями, из которых технически возможно получать энергетическое топливо, а в некоторых случаях и концентрат для коксования. Качественные показатели шламов, хранящихся в илонакопителях, колеблются в широких пределах по глубине и площади распределения, что затрудняет переработку сырья. Кроме того, каждый илонакопитель в зависимости от марки угольной фракции, ее свойств требует индивидуального подхода при разработке технологии его использования.

Ряд илонакопителей вследствие относительно низкой зольности отходов, по существу, являются техногенными месторождениями, из которых технически возможно получать энергетическое топливо, а в некоторых случаях и концентрат для коксования.

Качественные показатели шламов, хранящихся в илонакопителях, колеблются в широких пределах по глубине и площади распределения, что затрудняет переработку сырья. Кроме того, каждый илонакопитель в зависимости от марки угольной фракции, ее свойств требует индивидуального подхода при разработке технологии его использования.

В данной работе исследовался илонакопитель Ясиновского КХЗ. По разработанной сетке было произведено зондирование илонакопителя по свободной от воды поверхности на глубину до 8 м.

На основании результатов гранулометрического анализа проб всех скважин было выяснено, что зольность шлама по скважинам различается в значительной мере от 40 до 65 %. Большое значение для возможности использования шламов имеет содержание в нем класса крупнее 0,1 мм. Данный показатель предопределяет возможность обогащения шлама простым гравитационным методом.

Повышение выхода кондиционного топлива предопределяется обогащением шлама. Это подтверждают результаты фракционного анализа усредненных проб шлама накопителя.

Расчет теоретического баланса продуктов обогащения, выполненный с использованием программы Prognoz, показал возможность повышения выхода концентрата до 30 % при зольности 9,0–10,0 % при обогащении поверхностных слоев илонакопителя.

Анализ фракционного состава шламов накопителя свидетельствует о возможности их обогащения наиболее простым гравитационным методом – на статических винтовых сепараторах. Технологические особенности обогащения данного сырья на этих аппаратах изучались путем физического и математического моделирования процесса.

Для определения технологических режимов проведена серия экспериментов. Был реализован рототабельный композиционный факторный эксперимент второго порядка. Входными факторами приняты: производительность сепаратора, Q; содержание твердого в питании, Т; содержание в исходном класса меньше 0,1 мм.

В качестве выходных параметров служили качественные показатели продуктов обогащения – зольность концентрата (Акт) и зольность отходов (Аотх).

Анализ математических моделей показал, что наиболее существенным фактором процесса является содержание тонких классов в исходном питании. С повышением данного параметра с одной стороны падает зольность отходов, т.е. увеличиваются потери угольной фракции, с другой – растет зольность концентрата.

Содержание твердого в питании оказывает наименьшее влияние на процесс. Для промышленного применения технологии можно рекомендовать значение данного фактора: 450–500 г/л. Нагрузку на сепаратор следует поддерживать равной ее паспортному значению.

Таким образом, при разработке схемы обогащения материала илонакопителя следует предусмотреть предварительную операцию – удаление тонких классов из исходного сырья.

С целью создания благоприятных условий для последующей рекультивации отрабатываемого илонакопителя в технологической схеме предусмотрена операция глубокого обезвоживания выделяемых тонких классов и получаемых при обогащении отходов на фильтрпрессах. Это позволит осуществить складирование обезвоженных высокозольных отходов в по-родных отвалах.

Технологический расчет схемы с учетом эффективности оборудования и взаимозасорения продуктов показал, что ее внедрение позволит выделить из шламов илонакопителя как минимум 25–30 % концентрата зольностью до 10 %, который можно использовать не только в энергетических целях, но и в качестве добавки к шихте коксования, т.к. в илонакопителе складированы отходы обогащения коксующихся углей.