CC BY
54
УДК 504.064.4 : 622.7
М.С. Клейн
ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ УГЛЕОБОГАЩЕНИЯ ПРИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ
Снижение влажности обезвоженных концентратов мелкого угля и шламов, поступающих на термическую сушку, является одним из направлений повышения экологической безопасности работы углеобогатительных фабрик (УОФ), т.к. позволяет сократить количество сжигаемого топлива в топках сушильных агрегатов и выбросы пыли и загрязняющих веществ в атмосферу [1]. Наибольшую сложность при этом представляет механическое обезвоживание концентратов обогащения мелких угольных шламов, что связано с развитой удельной поверхностью микрочастиц угля и большим количеством гигроскопической влаги, а также трудностью улавливания мелких частиц при удалении влаги через отверстия пористых перегородок.
Образование агрегатов из мелких угольных частиц должно способствовать повышению эффективности их обезвоживания. Агрегация за счет добавления полимерных флокулянтов обычно не снижает влажность осадка, т.к. гидратированность угольной поверхности при адсорбции флокулянтов повышается. Использование c этой целью масляной агломерации угля создает более надежную основу для глубокого механического обезвоживания концентратов из мелких угольных частиц, т.к. в этом случае достигается ряд положительных эффектов,
обеспечивающих интенсификацию процессов обезвоживания:
- образование углемасляных агрегатов повышает скорость формирования осадка и снижает унос твердых частиц через отверстия перегородок;
- хорошая смачиваемость маслом угольной поверхности в воде обеспечивает вытеснение
гигроскопической влаги и снижение влажности обезвоженного продукта;
- заполнение пор между частицами маслом способствует уменьшению капиллярной влаги в осадках обезвоживающих аппаратов.
Выбор способа обезвоживания концентрата после масляной агломерации угля и его эффективность определяются крупностью образованных углемасляных агрегатов, зависящей в основном от расхода масла и крупности шлама. Обезвоживание гранулированного концентрата, полученного при высоких расходах масляных связующих (> 5 %), не представляет большой сложности. Проведенными исследованиями установлена возможность снижения влажности концентрата из крупных гранул до 15-18 % при обезвоживании его на вибрационных грохотах и фильтрующих центрифугах. Возможность дополнительного удаления влаги достигается при окомковании углемасляных гранул во вращающемся барабанном грануляторе, после которого влажность конечного продукта снижается до 12-13 % [2]. Продукты с такой влажностью можно отгружать потребителям совместно с крупными концентратами без термической сушки.
Более сложна и актуальна проблема снижения влажности осадка вакуум-фильтров при обезвоживании флотоконцен-
трата в схемах обогащения коксующихся углей, когда расход масляных реагентов обычно не превышает 0,5 %.
Установлено, что агрегация микрочастиц угля масляными реагентами оказывает положительное влияние не только на эффективность флотации
угольных шламов, но и на про-
цесс фильтрования флотокон-центрата: наблюдается небольшое снижение влажности осадка и увеличение производительности вакуум-фильтров [3]. Незначительное повышение эффективности процесса фильтрования в этом случае объясняется большим количеством свободных микрочастиц угля, появившихся в результате разрушения аэроагрегатов при вакуумном пеногашении, перекачивании пульпы и формировании осадка.
Для дополнительной интенсификации процесса фильтрования необходимо проводить повторную агломерацию фло-токонцентрата с добавлением небольшого количества масла. Здесь повышению скорости образования агрегатов способствуют предварительное омас-ливание угольной поверхности и повышенное содержание твердого в пенном продукте.
Исследование влияния основных параметров процесса вторичной агломерации на результаты фильтрования флото-концентрата проведены методом планирования факторного эксперимента при трех переменных факторах: расходе масла Q, кг/т; диссипации энергии е0, Вт/кг; времени перемешивания ¿, мин. В качестве параметров оптимизации выбраны показатели: влажность осадка
Шг,% и удельная производительность фильтра по твердому g, кг/(м2-ч). Опыты проводились с использованием флотоконцен-трата плотностью 221 кг/м3 и зольностью 7,3 %, полученного при флотации угля марки КС при расходе реагентов: термогазойль -3,4 кг/т и КЭТГОЛ -
0,04 кг/т.
Уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс вторичной агломерации угля,
110 М.С. Клейн
Шламовая вола
Время полного цикла, с
Рис. 1. Влияние времени полного цикла фильтрования на влажность осадка (кр. 1, 2) и удельную производительность фильтра (кр. 1’, 2’) без масляной агломерацией (кр. 1, 1’) и с масляной агломерацией (кр. 2, 2’) флотоконцентрата
Минимальная
имеют вид: Шг=29.29-0.3^-0.5б8о -0.Ш ;
С=311.8+9^+9.9£о +4.7/1 .
Их анализ показывает, что в принятом диапазоне вариации факторов наибольшее положительное влияние на итоги фильтрования оказывает диссипация энергии, затрачиваемой на перемешивание флотоконцентра-та. Найдена область оптимальных значений факторов, при которых достигается минимальная влажность осадка при максимальной удельной производительности фильтров: Q= 1,5-2 кг/т, ес= 4-6 Вт/кг и t= 1-2 мин.
На рис. 1 показаны результаты опытов при различном времени полного цикла фильтрования и одинаковом соотношении времени набора осадка и времени его обезвоживания и просушки. Увеличение производительности процесса фильтрования за счет масляной агрегации частиц флотоконцентрата особенно заметно при небольшой продолжительности полного цикла, когда с высокой скоростью происходит формирование осадка из агрегированных
D
Вуд
Рис. 2. Зависимость БВуд (m) при значениях Wzv:
1 - 8% , 2 - 10%, 3 - 12%
частиц. Минимальная влажность осадка достигается при времени полного цикла фильтрования 40-60 сек.
Экспериментальные исследования показали, что включением в схему регенерации шламовой воды двух операций масляной агломерации частиц угля, достигается снижение влажности осадка вакуум-фильтров до 5 % и увеличение их удельной производительности на 40-50 %.
Для количественной оценки экологического эффекта найдена зависимость относительного снижения расхода топлива Ов (%) в сушильных агрегатах при снижении влажности поступающего на сушку материала от
1 2 Ш1 до Ш1 и влажности высушенного материала Ш2:
(Ш? - Ш2)(100 - )
ВВ = 100 [1 -
(100 - Ж2 )(ШІ - Ж2) Влажность материала, поступающего на сушку Жь рассчитывается по формуле Ж = (шЖгр + Жос )/(т +1)
где Жгр - влажность обезвоженного гравитационного концентрата, %; Жос - влажность осадка вакуум-фильтров, %; т - отношение массы сухого гравитационного концентрата к массе сухого осадка вакуум-фильтров.
Относительное удельное снижение расхода топлива 0Вуд, достигаемое при уменьшении влажности осадка вакуум-фильтров Жос на 1 % и постоянной влажности высу-
Геагепты
Масляная агломерация
т
Флотация
Г
Отходы на сгущение I ^
Перечистка I 'са.'снты |
Масляная агломерация
I К-т отсадки
ОГхгчвожи нание ' грохот ] ^
]
Обезвоживание
| гтмтриф\\\т 11
' 4 К-т
Рис. 3. Технологическая схема регенерации шламовой воды
шенного материала Ш2 и 7,0 %, описывается уравнением: БВуд=(2.3 -1.4 1пШгр) 1п(т) -- 0.14Шгр+5.9.
Показанные на рис. 2 зависимости 0Вуд от т при различной влажности Шгр свидетельствуют о возможности удельного снижения расхода топлива на 3-4 % при средних значениях т и Шгр.
Следовательно, за счет снижения влажности осадка вакуум-фильтров Шос на 4-5 % возможно сокращение количества сжигаемого при термической сушке топлива и уменьшение выбросов загрязняющих ве-
ществ в атмосферу на 12-20 %.
Более значительное снижение влажности достигается, если агрегированный флотокон-центрат совместно с мелким
Влажность смеси концентратов, %
Рис. 4. Зависимость выхода высушенного угля от влажности смеси мелкого и флотационного концентратов при значениях Усм= 0,6, шкр= 5,8 % и Шсуш= 6%: 1 - летом (Шотг= 9 %); 2 - зимой (Шотг= 7 %)
Результаты обезвоживания смеси мелкого гравитационного и флотационного концентратов
по разработанной технологии
Qc, кг/т 1а, мин Диссипация энергии
3 Вт/кг 5 Вт/кг 7 Вт/кг
Сп, г/л WH,% Wa% Сп,г/л Wh,% Wa% Сп,г/л Wh,% W„%
Без аглом. 172 53,8 12,4 172 53,8 12,4 172 53,8 12,4
1,0 0,5 154 54,3 12,1 54,3 39,5 10,9 38,4 35,6 9,5
1,5 149 43,7 11,7 43,7 38,4 10,7 25,9 32,5 8,3
3,0 155 42,5 12,0 42,5 38,7 10,6 25,7 32,3 8,0
1,5 0,5 131 51,4 11,4 51,4 37,9 10,2 34,8 35,4 8,8
1,5 125 47,6 11,4 47,6 35,7 9,7 22,9 31,7 7,7
3,0 119 44,9 11,5 44,9 35,0 9,8 22,8 31,6 7,4
2,0 0,5 102 41,3 11,1 41,3 36,4 9,5 34,6 34,1 8,7
1,5 95 45,8 11,2 45,8 34,7 9,2 23,1 31,7 7,1
3,0 92 44,4 10,7 44,4 34,8 9,1 22,5 31,4 7,2
WH - влажность надрешетного продукта грохота
гравитационным концентратом последовательно обезвоживается на вибрационных грохотах и в центрифугах.
При подаче флотоконцен-трата на дренажный слой из частиц угля большего размера (гравитационные концентраты) углемасляные агрегаты прочно налипают на гидрофобную поверхность крупных частиц, вытесняя при этом гигроскопическую влагу с их поверхности. В образовавшейся смеси из зерен разной крупности достигается более плотная упаковка частиц, что способствует быстрому удалению капиллярной и гравитационной влаги под действием инерционных и центробежных сил.
Лабораторными исследованиями по предлагаемой схеме (рис. 3) показано, что глубокое обезвоживание смеси концентратов возможно только в случае эффективной агрегации флотоконцентрата, достигаемой при диссипации энергии более 5 Вт/кг, продолжительности перемешивания 1,5-3 минуты, содержании твердого в пенном продукте более 300 кг/м3, расходе углеводородных связую-
щих 1,5-2 кг/т, весовом соотношении флотоконцентрата и крупного концентрата 1 : 3^6. В этих условиях можно получить конечный концентрат влажностью до 10 % при содержании твердого в подрешетном продукте Сп менее 40 г/л (таблица). Без масляной агломерации значительная часть (до 50 %) флотоконцентрата уходит в подрешетный продукт грохота, что делает эту операцию нецелесообразной и доказывает необходимость проведения масляной агломерации флотоконцен-трата. Новая технология обезвоживания флотоконцентрата, частично проверенная в промышленных условиях, создает предпосылки для полного (или частичного) исключения из технологической схемы дорогостоящих и энергоемких процессов вакуумного фильтрования и термической сушки. Для оценки возможного сокращения объемов сушки угля найдена зависимость выхода направляя-емого на сушку концентрата усуш от выхода смеси концентратов усм и влажностей отгружаемого №о„г, крупного Жкр, смеси Жсм
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
и высушенного Жсуш концентратов:
усуш _
_у см (^см ~ ^кр ) ~ ^отг ^ ^кр ^см ~ ^суш
которую можно использовать на стадии проектирования УОФ при решении вопроса о необходимости применения сушки в схемах обогащения коксующихся углей.
Зависимости Усуш(^см), приведенные на рис. 4, показывают, что при влажности обезвоженной смеси мелкого и флотационного концентратов до 11 % появляется возможность полного отказа от сушки угля летом, а зимой выход направляемого на сушку угля будет менее 0,4.
Следовательно, при использовании предложенной технологии регенерации шламовой воды (рис. 3) загрязнение воздушной среды выбросами сушильных установок и потери угля с пылью летом могут полностью прекратиться, а зимой могут сократиться примерно в 1,5-2 раза.
1. Бутовецкий В.С. Охрана природы при обогащении углей: Справочное пособ. - М.: Недра, 1991. 231 с.
2. Клейн М.С., Байченко А.А., Почевалова Е.В. Масляная грануляция угольных шламов Кузбасса // Вест. КузГТУ. 1999. № 6. С.59-62.
3. Клейн М.С., Байченко А.А., Почевалова Е.В. Обогащение и обезвоживание тонких угольных шламов с использованием метода масляной грануляции // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2002. № 4. С. 237-239.
□ Автор статьи:
Клейн Михаил Симхович
- канд.техн.наук, доц. каф. «Обогащение полезных ископаемых»
