Гравитационная сепарация угольных шламов как альтернатива флотации Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 97»

МОСКВА, МГГУ, 3.02.97 - 7.02.97 СЕМИНАР 3 «ИНТЕНСИФИКАЦИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ»

П.И. Пилов. д.т.н., профессор А.С. Кирнарский, к.т.н., доцент С.В. Артемов, аспирант Государственная горная академия Украины

ГРАВИТАЦИОННАЯ СЕПАРАЦИЯ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ КАК АЛЬТЕРНАТИВА ФЛОТАЦИИ

В настоящее время наметилась тенденция к увеличению объема обогащения мелких классов углей и их шламов, что связано с ростом их доли при добыче и более жесткими требованиями, предъявляемыми потребителями к качеству угольных концентратов. Традиционно, уголь крупностью < 0,5 мм обогащается флотацией, что экономически неоправданно, экологически вредно, а при крупности < 20 мкм технологически несостоятельно. В современных условиях флотационный метод превращается в непозволительную роскошь, что также связано с высокой стоимостью флотореа-гентов ( в среднем 200-250 долларов США за тонну), что требует сокращения, а в перспективе, сведения к обоснованному минимуму флотации угольных шламов.

Проблема еще усугубляется тем, что из-за неэффективной подготовки угольной пульпы к флотации имеют место потери с отходами угольных фракций, в особенности крупнозернистых (табл.1).

Большинство хвостохранилищ Донбасса заполнено уже полностью. Объем находящихся в них отходов флотации составляет порядка 20 млн. м куб, что занимают около 900 га плодородной земли.

Образование шламов происходит при механическом воздействии на компоненты горной массы как при добыче, транспортировании, так и при обогащении угля. Различие физико-механических свойств угольных, промежуточных и породных

фракций предопределяет различное шламо-образование от этих компонентов.

Количество шламов с1т, образующееся за время Ж пропорционально поверхности куска, от которого они отделяются и некоторой константе к, зависящей от физико-механических свойств материала куска и характера механических воздействий на него.

Поскольку масса куска пропорциональна его объему У, то:

с1У.= -к$Ж. (1)

Т.к. поверхность куска 8=пс12, где с1 -его эквивалентный диаметр, который может быть выражен через объем: с/ = МвУ / п , то уравнение ( 1 ) приводится к виду:

~ =п'3623Ы1. (2)

Решением уравнения ( 2 ) при начальных условиях: / = 0, V = Уо, где Уо - начальный объем куска, является:

У = (У0' 3 -2п' 36-' Зк/У, (3)

Поскольку объем образовавшихся шламов У5= Уо- У, то их выход составит:

. (. 1 .V

а = 1 — | 1 — — хк11 , (4)

V з /

где 5 - удельная поверхность угольных фракций.

Если исходный уголь состоит из / классов крупности, каждый из которых включает у фракций плотности, а количественные соотношения этих компонентов и их качество характеризуется выходами у и и

зольностями А у то выход шламов за время / шламообразования при данных условиях составит:

п т п т / 1 \ ’

у0. (5)

/»1 )ш\

зольность:

1-І 7-І

і * т

Vі !»* V „

1-і У і

4>-ХХУ«Д/

(6)

Анализ полученных выражений позволяет сделать вывод о том, что гранулометрический и фракционный составы угольных шламов предопределяются временем шламообразования и специфическими для каждой фракции плотности коэффициентами к} Поэтому, в зависимости от соотношения физико-механических свойств угольных и породных фракций, играющих роль в шламообразовании, возможны различные варианты составы шламов: при лег-коразрушаемых, размокающих угольных породах образуются дисперсии породных шламов со средней крупностью меньше, чем угольных шламов. В данном случае снижение зольности шламов может быть

достигнуто за счет сепарации по крупности, приводящей к удалению тонкодисперсных породных илов. При угольной породе, имеющей физико-механические свойства и шламообразование, сопоставимые с аналогичными свойствами угольных фракций, средние крупности угольных и породных шламов сближаются. В таком случае снижение зольности возможно при сепарации по разделительному признаку, определяемому крупностью и плотностью частиц шламов.

Поэтому альтернативой флотации может служить гравитационная сепарация, реализуемая на винтовых сепараторах, концентрационных столах, в конусных сепараторах, в гидравлических классификаторах и гидроциклонах с водной и суспензионной разделительной средой, шламовых отсадочных машинах.

В качестве иллюстрации такой возможности приведем пример сепарации по крупности хвостов флотации шламов одной из углеобогатительных фабрик Донбасса (табл. 1).

Таблица I

Результаты сепарации шламов по крупности в спиральном классификаторе

Крупность мм Исходный, % Слив, % Пески, %

Выход Зольность Выход Зольность Извлече- ние Выход Зольность Извле- чение

>3 0,94 8,0 - 2.9 8.0 100,0

1-3 4.19 17,4 - - 12,9 17,4 100,0

0.63-1 5,70 29,8 - - - 17.5 29,8 100.0

0,4-0.63 5,42 35,3 - - 16,7 35,3 100,0

0.3-0.4 7.22 49,4 2,0 44,2 18,3 18.0 50,6 81,7

0.2-0.3 8,30 61,2 4.6 58,4 37,3 16,0 62,9 62,6 I

0,1-0,2 8,12 64,7 5.8 66,5 48,3 12,9 63,0 М-7

<0.1 60,11 72,3 87.6 72,4 98,3 3.1 66,4

Итого: 100,0 61,8 100,0 70,8 100,0 43,0 1

Из данных таблицы следует, что из исходных угольных шламов с зольностью

61,8% и содержащих 60,11% высокозоль-

ных илов ( класс крупности < 0,5 мм получен концентрат с зольностью 43%).

При небольшой производительности механические классификаторы обеспечивают эффективность классификации порядка 75-80,1%.

Дальнейшее снижение зольности возможно за счет повышения эффективности классификации, например, при использовании ее несколько приемов.

Вместе с тем, зернистая часть этих хвостов (>0,1 мм), согласно выполненным фракционным анализам, содержит 23% топлива с зольностью 22% (табл.2).

Из перечисленных методов сепарации угольных шламов по плотности, предпочтительнее, на наш взгляд, использование винтовых сепараторов, из-за простоты их конструкции, надежности эксплуатации.

Таблица 2

Фракционный состав зернистой части отходов флотации угольных шламов

Плотность фракций кг/ м3 Выход, % Зольность, %

менее 1300 23,0 2,2

1300-1400 6,5 12,1

1400-1500 2,5 26,5

1500-1600 2,0 31,9

1600-1800 8,6 44,2

более 1800 57,4 63,8

Итого: 100,0 43,0

Выполненные нами исследования сепарации угольных шламов на винтовых сепараторах, свидетельствуют о том, что они наиболее эффективны для обогащения крупнозернистого угольного шлама крупностью 0,1-3 мм, при этом разделение частиц на винтовой поверхности происходит по контрастности плотностей, крупности и формы зерен в условиях поперечной циркуляции потока пульпы.

В отличие от рудной практики эксплуатации винтовых сепараторов, для обогащения угольных шламов необходимо предварительное обесшламливание для улучшения реологических свойств водоугольной суспензии с целью увеличения подвижности угольных и породных частиц, плотность которых по сравнению с угольными не высока. Для этих целей целесообразно использовать спиральные классификаторы и гидроциклоны малого диаметра.

Обесшламленная зернистая фракция подвергалась двум приемам обогащения на

винтовых сепараторах, при этом перечистке подвергалась легкая фракция первого приема. В результате из исходного продукта с зольностью 43% в первом приеме промежуточный продукт с зольностью 27,8% и отходы с зольностью 60,4%, во втором приеме, из промежуточного продукта получен концентрат с зольностью 10,3% и отходы с зольностью 54,6%.

Низкая зольность отходов объясняется тем, что они засорены низкозольными крупнозернистыми частицами, о чем свидетельствуют данные ситового анализа продуктов разделения (табл.З).

Таблица 3

Гранулометрический состав продуктов разделения шламов на винтовом сепараторе

Класс крупности, мм Выход классов в продуктах. %

концентрат отходы

+ 3.0 1.1 0.0

- 3.0 + 2.0 5.6 1.1

-2.0 + 1.0 15.7 1.0

-1.0 + 0 63 22 6 2.2

- 0.63 + 0.4 178 4.0

- 0.4 + 0.63 82 7.1

-0.3 +0.2 7.7 16.3

-0.2+ 0.1 9.2 20.1

-0.1 +0.03 3.1 10.0

- 0.063 + 0.05 7.1 10.0

-0.05 1.9 28.2

Итого: 100.0 100.0

Взаимозасорение продуктов разделения свидетельствуют о необходимости более эффективного обесшламливания исходного продукта и несовершенстве традиционного винтового сепаратора для обогащения угольных шламов, вместе с тем из отходов флотации с помощью изложенной технологии удалось получить высококаче-

ственный угольный концентрат, что свидетельствует о перспективности использования гравитационной технологии для мелких классов углей, их шламов и отходов флотации, накопленных за многие годы эксплуатации углеобогатительных фабрик с несовершенной технологией.

Пилов, А.С. Кирнарский С.В. Артемов

© П.И.