Обессеривание угля на концентрационном столе Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

В.Б. Кусков, Я.В. Кускова, Н.В. Николаева, 2013

УДК 622.7.75

В.Б. Кусков, Я.В. Кускова, Н.В. Николаева

ОБЕССЕРИВАНИЕ УГЛЯ НА КОНЦЕНТРАЦИОННОМ СТОЛЕ

Сера является вредной примесью в углях. Для удаления серы можно использовать гравитационный, флотационный, магнитный, электрический и другие методы. Показана возможность эффективного удаления серы на концентрационных столах, в частности, на столах новых конструкций - круглых вращающихся. Ключевые слова: обессеривание углей, круглые вращающиеся концентрационные столы.

Одной из основных вредных примесей в углях является сера. Увеличение содержания серы в углях существенно ухудшают их качество. При использовании угля как энергоносителя происходит загрязнение окружающей среды окислами серы. При этом следует учитывать огромные объемы сжигаемого угля, а соответственно и выбросов в атмосферу. При коксовании происходит ухудшение качества кокса и увеличение его расхода в доменном процессе. Так, например, увеличение серни-стости угля на 0,1 % приводит к снижению производительности доменной печи и росту расхода кокса почти на 2 %. И, как следствие, при увеличении сернистости угля его стоимость снижается.

По содержанию общей серы угли подразделяются на низкосернистые (до 1,5 % серы), среднесернистые (1,5—2,5 %), сернистые (2,5—4 %) и высокосернистые (более 4 %). Ценными для коксования являются угли двух первых групп.

В углях различаются колчеданная (пиритная), органическая, сульфатная и элементарная серы.

Колчеданная сера — основной вид серы в углях, на ее долю обычно приходится более половины общего содержания серы. Формы включений серного колчедана в угольные пласты различны. Значительную часть колчеданной серы может быть удалена механическим путем.

Органическая сера обычно равномерно распределена по всему угольному веществу и ее невозможно выделить.

Сульфатная и элементарная сера содержится в углях в небольших количествах. Таким образом, в балансе сернистости углей существенную роль играют колчеданная и органическая серы и незначительную — сульфатная и элементарная.

В углях невысокой сернистости преобладает органическая сера (более половины общего содержания), в высокосернистых — колчеданная. Выраженной закономерности в соотношении между колчеданной и орга-

нической серами, как по мощности угольного пласта, так и по его простиранию не наблюдается.

Для обессеривания углей в принципе можно применять гравитационный, магнитный, электрический, флотационный методы, а также химическую обработку, бактериальное выщелачивание и т.д. Также можно использовать сочетание этих методов. Эффективность использования того или иного метода будет зависеть прежде всего от вида содержащейся серы и крупности серосодержащих минералов.

Очевидно, что если сера в угле содержится в виде крупных частиц пирита, то ее будет легко удалить гравитационным методом (в тяжело-средных сепараторах и циклонах, отсадочных машинах, циклонах water-only, и т.д.) При этом достигается существенное до 60 % и более снижение содержания серы в удельно-легком продукте.

Если частицы пирита имеют мелкие размеры, то большинство гравитационных методов малоэффективно. Сравнительно неплохие результаты можно достичь при сепарации в центробежном поле в тяжелых средах, конкретно в тяжелых жидкостях. Но такие методы достаточно дороги.

Пиритные включения имеют низкую магнитную восприимчивость, которая может резко увеличиваться при температурной обработке и окислении в результате структурных изменений и образований новых соединений. Для выделения из углей тонких включений пирита применяют высокоградиентную магнитную сепарацию, иногда с предварительным обжигом (скоростная паровоздушная термообработка, нагрев в ВЧ и СВЧ-полях, обработка газообразным пен-такарбонилом железа и др.). Недос-

татком таких методов является их высокая стоимость.

Химические методы, основанные на действии окислительных и реже восстановительных агентов, приводят к переводу серы в газообразные или растворимые в водных средах продукты. Например, паровоздушная обработка при 200—350 °С углей Донбасса переводит 55 % исходного количества серы в Б02 с примесью Б03. Под действием водных растворов окислителей (например, азотной кислоты) из угля извлекается практически все неорганические и свыше 70 % органических соединений серы. Перспективно также использование раствора сульфата железа. Также возможно и применение бактериального выщелачивания серы. Следует отметить, что все эти методы дороги.

Для обогащения, в частности обес-серивания, угля испытывались концентрационные столы. Концентрационные в основном применяют для обогащения мелких классов (-3 мм) руд олова, вольфрама, благородных, редких металлов и других полезных ископаемых. Также известно применение столов для обессеривания. Известны неподвижные и подвижные столы. Подвижные столы бывают ленточные, круглые и качающиеся (сотрясательные). В настоящее время наибольшее распространение получили качающиеся (сотрясательные) столы. На этих столах происходит разделения по плотности (с учетом крупности и формы частиц) в тонком слое воды, текущей по слабонаклонной плоскости (деке), совершающей асимметричные возвратно-поступательные движения в горизонтальной плоскости перпендикулярно к направлению движения воды. Основное преимущество концентрационных

столов — высокое извлечение тяжелых минералов, недостаток — низкая удельная производительность [1].

Испытаниям подвергались угли Печорского угольного бассейна (Вор-

гашорское и Интинское месторождение) крупностью -6 и -3 мм. Результаты испытаний на качающимся концентрационном столе приведены в табл. 1—4.

Таблица 1

Воргашорское месторождение, - 6 мм

Наименование продукта Выход продукта, % Содержание, % Извлечение, %

Зола Сера общая Зола Сера общая

Отходы 33,4 81,80 3,930 69,02 76,46

Промпродукт 18,7 41,50 1,910 19,60 20,81

Концентрат 47,9 9,40 0,098 11,37 2,73

Итого: 100,0 39,58 1,717 100,00 100,00

Таблица 2

Воргашорское месторождение, - 3 мм

Наименование продукта Выход продукта, % Содержание, % Извлечение, %

Зола Сера общая Зола Сера общая

Отходы 35,6 81,80 4,140 74,19 84,51

Промпродукт 12,7 41,50 1,810 13,43 13,18

Концентрат 51,7 9,40 0,078 12,38 2,31

Итого: 100,0 39,25 1,744 100,00 100,00

Таблица 3

Интинское месторождение, - 6 мм

Наименование продукта Выход продукта, % Содержание, % Извлечение, %

Зола Сера общая Зола Сера общая

Отходы 46,7 84,60 4,850 76,95 84,37

Промпродукт 18,7 43,30 1,910 15,77 13,31

Концентрат 34,6 10,80 0,180 7,28 2,32

Итого: 100,0 51,34 2,684 100,00 100,00

Таблица 4

Интинское месторождение, - 3 мм

Наименование продукта Выход продукта, % Содержание, % Извлечение, %

Зола Сера общая Зола Сера общая

Отходы 48,2 85,80 4,970 81,45 88,96

Промпродукт 15,2 41,50 1,720 12,42 9,71

Концентрат 36,6 8,50 0,098 6,13 1,33

Итого: 100,0 50,77 2,693 100,00 100,00

Таблица 5

Воргашорское месторождение, - 6 мм

Наименование продукта Выход продукта, % Содержание, % Извлечение, %

Зола Сера общая Зола Сера общая

Отходы 37,4 83,50 4,060 76,23 87,37

Промпродукт 14,9 37,50 1,220 13,64 10,46

Концентрат 47,7 8,70 0,079 10,13 2,17

Итого: 100,0 40,97 1,738 100,00 100,00

Кроме того, была проведена серия опытов на новой модификации круглого вращающегося концентрационного стола [2]. Стол имеет подвижную дисковидную деку, вращающуюся вокруг вертикальной оси, дека разделена на сектора и имеет концентрические рифли. Стол оснащен высокочастотным шаговым двигателем, обеспечивающим непрерывное вращение стола, вокруг вертикальной оси. При этом происходит набор частицами обогащаемого материала кинетической энергии и создается центробежная сила для принудительного движения пульпы от центра к периферии (движению пульпы также способствует подача смывной воды). С заданной частотой и скважностью на привод подаются противоимпульсы для инерционного сдвига частиц в направлении вращения. Т.е., в принципе воспроизводится работа обычного качающегося стола, но при существенно большей крутизне фронтов противоимпульсов, что достигает-

ся использованием шагового электродвигателя.

Также в круглом столе происходит удлинение траектории движения частиц, что повышает эффективность их разделения. Кроме того, на частицы находящиеся на поверхности стола дополнительно действует центробежная сила, что повышает удельную производительность и эффективность разделения.

Схема стола показана на рис. 1.

Дека стола разделена на два сектора, которые работают как независимые столы. На столе выделялись три продукта: плотный (при обогащения угля это отходы), промежуточный, легкий (концентрат).

Результаты опытов обогащения углей на круглом вращающемся концентрационном столе приведены в табл. 5—8.

Производительность на классе — 6 мм повышалась с 2,3—2,5 т-ч/м2 до 2,7—3,0 т-ч/м2, на классе — 3 мм с с 1,3—1,4 т-ч/м2 до 1,9—2,1 т-ч/м2.

Таблица 6

Воргашорское месторождение, - 3 мм

Наименование продукта Выход продукта, % Содержание, % Извлечение, %

Зола Сера общая Зола Сера общая

Отходы 38,3 84,70 4,370 80,21 92,04

Промпродукт 11,7 36,80 1,010 10,65 6,50

Концентрат 50,0 7,40 0,053 9,15 1,46

Итого: 100,0 40,45 1,818 100,00 100,00

Наименование продукта Выход продукта, % Содержание, % Извлечение, %

Зола Сера общая Зола Сера общая

Отходы 48,6 85,70 4,950 83,23 88,50

Промпродукт 13,8 41,20 1,910 11,36 9,70

Концентрат 37,6 7,20 0,130 5,41 1,80

Итого: 100,0 50,04 2,718 100,00 100,00

Таблица 7

Интинское месторождение, - 6 мм

Таблица 8

Интинское месторождение, - 6 мм

Наименование продукта Выход продукта, % Содержание, % Извлечение, %

Зола Сера общая Зола Сера общая

Отходы 48,2 86,20 5,270 83,27 91,29

Промпродукт 15,2 39,50 1,430 12,03 7,81

Концентрат 36,6 6,40 0,068 4,69 0,89

Итого: 100,0 49,89 2,782 100,00 100,00

4

Рис. 1. Схема круглого вращающегося стола:

1 — питающий бункер; 2 — дека; 3 — рифли; 4 — разгрузка плотного продукта; 5 — разгрузка легкого продукта; 6 — разгрузка промежуточного продукта

Выводы

Концентрационные столы позволяют достаточно эффективно обогащать уголь, в частности удалять серу.

Использование круглого вращающегося концентрационного стола позволяет повысить эффективность обогащения и его удельную производительность за счет: увеличения длины рифлей, приходящейся на едини-

цу занимаемой площади и соответствующего удлинения траектории движения частиц; использования более жёстких режимы противоимпульсов; наличия центробежной составляющей.

Кроме того, повышается надежность работы аппарата за счет применения современного электропривода (шаговый двигатель) и легкость оперативного регулирования стола.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Верхотуров М.В. Гравитационные методы обогащения: учеб. для вузов — М.: МАКС Пресс, 2006. — 352 с.

2. Андреев Е.Е., Кусков В.Б., Кускова Я.В., Цай А.Г. Патент № 2372994, Концентрационный стол, опубл. 20.11.2009, бюл. № 32. гттттз

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Кусков В.Б. — кандидат технических наук, доцент, е-шаИ: opikvb@mail.ru, Кускова Я.В. — аспирант, е-шаП: ledizet@rambler.ru,

Николаева Н.В. — кандидат технических наук, ассистент, е-шаП: nadegdaspb@mail.ru, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».

ГОРНАЯ КНИГА

Дисперсное золото: геологический и технологический аспекты

А.Г. Секисов, Н.В. Зыков, B.C. Королёв Год: 2012 Страниц: 224 ISBN: 978-5-98672-314-3 UDK: 622.34+550.4

Приведены результаты исследований плазмохимических, фотохимических и электрохимических процессов воздействия на минеральные матрицы при извлечении дисперсного золота во взаимосвязи с минералого-геохимическими и геолого-технологическими особенностями руд. Представлен анализ перспективных отечественных и зарубежных технических решений в области аналитических методов определения содержания дисперсного золота в пробах, изложены технологические особенности БВР и управление качеством золотосодержащих руд и технологий их переработки.

А.Г. СгХИСОЯ Н-Р.ЗЫКРР к с кс|." 'in ■:.

дисперсное золото:

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ