CC BY
219
© В.А Козлов, В.И. Новак 2011
УДК: 622.7; 622.765.431.2; 622.7.061.3 В.А. Козлов, В.И. Новак
ПРИМЕНЕНИЕ КОЛОННОЙ ФЛОТАЦИИ В УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Приведены данные применения пенной флотации угля в пневматических флотомашинах колонного типа. Рассмотрены наиболее практикуемые схемы колонной флотации угля. Ключевые слова: флотация угля, флотоколонна, аэратор, пенный продукт, хвосты флотации, дешламация.
п углеобогатительной отрасли угольные шламы, из-за высоких затрат на их обогащение и обезвоживание, и, в большей части, низких показателей флотируемости и высокой конечной влажности уже обезвоженного концентрата, воспринимается как серьезная экономическая проблема. Тем не менее, вместе с ростом стоимости угля растет и экономический потенциал процессов обогащения угольной мелочи. Одним из наиболее привлекательных методов обогащения угольных шламов в США и Австралии является колонная флотация. При правильной конструкции и эксплуатации, флотационная колонна обеспечивает относительно высокое извлечение горючей части при низкой зольности концентрата.
В течение десяти последних лет компания Eriez Manufacturing является ведущим поставщиком оборудования для колонной флотации в угольной промышленности Соединенных Штатов и Австралии. В России и Украине поставщиком технологии и оборудования колонной флотации является ООО «Коралайна Инжиниринг» (СЕТ-СО).
Компания Eriez, которая более известна, как производитель магнитных сепараторов, вступила в стратегиче-
ский альянс с компанией Canadian Process Technologies (CPT), имеющей 20 летний опыт в проектировании колонной флотации. Результатом этого партнерства стало создание флотоко-лонн «CoalPro». Были проведены исследования по поиску оптимального размера колонн и выбору систем аэрации, а также определены преимущества различных схем флотации.
Более того, в 2003 была приобретена лицензия на использование технологии «Microcel», в основу которой положена генерация микро пузырьков воздуха в циркуляционном канале хвостов флотации. Результатом этих усилий стала продажа 37 колонн в Северной Америке, 22 колонн в Австралии, 6 колонн в России и 8 колонн в Украине. В таблице приведен перечень промышленных флотационных колонн поставленных компаниями Eriez и СЕТ-СО. Колонны имеют диаметр от 3 до 4,9 м и высоту от 7,3 до 16 м. Как размеры каждой колонны, так и требуемая система аэрации зависят от многих факторов и подбираются индивидуально для каждого применения.
В соответствии с экономической целесообразностью, в последнее время наметилась тенденция к установке колонн очень большого диаметра (>4,25
Примеры промышленного использования флотационных колонн CoalPro
Компания- Заказчик Обогатительная фабрика Размеры колонн (кол-во) Диам. х Высота (м) Крупность питания, мм Система воздухо- подачи
Alpha Natural Resources White Tail (5) 4.2x9.1 0.150 x 0 Slamjet
American Energy Century (2) 4.2x7.3 0.150 x 0.045 Slamjet
Anglo Coal Moura-Dawson (6) 4.9x16.0 0.300 x 0 Microcel
Arch Coal Cardinal River (3) 4.5x7.3 0.150 x 0.045 Slamjet
Arch Coal Pardee (1) 4.2x7.3 0.150 x 0.045 Slamjet
Arch Coal Lone Mtn. (1) 4.2x7.3 0.150 x 0.045 Slamjet
ArcLight Coal Clean (3) 4.5x8.5 0.150 x 0 Slamjet
ArcLight Weatherby (1) 4.2x8.5 0.150 x 0.045 Slamjet
ArcLight Jupiter (2) 3.6x8.5 0.150 x 0.045 Slamjet
ArcLight Mach Mining (4) 4.5x8.5 0.150 x 0.045 Slamjet
BMA Comet (6) 4.9x9.1 0.300 x 0 Microcel
BMA Millenium (4) 4.9x10.7 0.300 x 0 Microcel
BMA Gregory (5) 4.9x10.7 0.500 x 0 Microcel
Massey Energy Power Mtn. (2) 4.0x7.3 0.150 x 0.045 Slamjet
Massey Energy Liberty (3) 4.2x7.3 0.150 x 0.045 Slamjet
TECO Clintwood-Elkhorn 3 (2) 3.0x7.6 0.150 x 0.045 Slamjet
TECO Clintwood-Elkhorn 2 (1) 4.5x8.5 0.150 x 0.045 Slamjet
Sigmon Coal Company Sigmon (2) 4.2x8.5 0.150 x 0 Slamjet
Luscar Coal Valley (2) 4.2x9.1 0.150 x 0.045 Slamjet
United Coal Sapphire (1) 4.5x8.5 0.150 x 0.045 Slamjet
Xtrata Collinsville (1) 4.9x13.0 0.300 x 0 Microcel
Северсталь (Россия) Северная (Кемеровская обл.) (6) 4.9х8.0 0.04х0.150 Slamjet
Донсталь (Украина) Свято-Варваринская (Красноармейская- Западная) (8) 4.9х8.0 0.04х0.150 Slamjet
м). Помимо того, что большинство установленных на фабриках колонн используются на крупности питания 0х150 микрон, а в некоторых случаях на более зернистом питании 0х0,5 мм, предпочтительно применять колонны на предварительно дешламированном материале 40x150 микрон.
Традиционная флотация угля в странах СНГ проводится с использованием обычных механических камерных машин. Их камеры имеют низкий профиль и устанавливаются в последовательные блоки по 6-8 камер. Питание подается с
одной стороны блока в первую камеру и проходит последовательно через каждую последующую камеру. Они хорошо проверены и широко используются в угольной промышленности.
Наиболее известные камерные механические флотомашины в России это флотомашины марок МФУ-12, Вемко и с 2008 года шести камерные флотома-шины объемом камер 14 м 16 куб. м производства компании «Коралайна Инжиниринг» (СЕТСО). Компания СЕТСО установила три механических флотомашины на новой фабрике «Кок-
Рис. 1. Сравнительные схемы движения потоков пульпы в механической и колонной флото-машинах
совая-Бочатская» и три на ЦОФ «Печорская» в процессе реконструкции в 2009 году.
Главным препятствием при использовании камерных машин для обогащения угля является попадание тонких глинистых частиц в концентрат. Так, при флотации в камерах с механическим перемешиванием исходного питания, содержащего относительно высокий процент глины, из-за уноса глинистых частиц в концентрат бывает трудно добиться приемлемого качества концентрата. Происходит озоление концентрата (пенного продукта).
Жидкая фаза, которая окружает пену и позволяет пузырьку двигаться, несет в себе породные частицы, которые не могут прикрепиться к пузырьку воздуха. Тонкие частицы крупностью менее 40 микрон имеют тенденцию попадать в пенный концентрат в пря-
мой пропорции от количества содержащейся в пене воды. В этом случае оператор флотомашины стоит перед трудным выбором - или поднять выход, или добиться необходимого качества концентрата с уменьшением выхода концентрата.
В отличие от механических камерных флотомашин, исходная пульпа поступает в колонну и распределяется по ее сечению более равномерно (рис. 1). Пульпа движется в противотоке восходящему потоку пузырьков, генерируемых устройством подачи воздуха внизу колонны. Частицы сталкиваются с пузырьками, соединяются с ними и выносятся наверх пузырьками в кон-центратный желоб.
Не захваченные пузырьками частицы оседают на дно и попадают в хвосты. Другим преимуществом флотаци-
Рис. 2. Промышленная флотационная колонна CoalPro с регулируемой системой промывки пены
онных колонн является возможность подачи в верхней части колонны промывочной воды. По существу, чистая вода разбрызгивается поверх пенного продукта перед его разгрузкой в желоб концентрата. Промывочная вода, фильтруясь вниз сквозь пенный слой, смывает унесенные тонкие породные и глинистые частички. Результатом этого является уменьшение зольности концентрата. Таким образом, колонна при высоком извлечении горючей массы, дает возможность эффективного снижения засорения пенного продукта. На рис. 2. показан вид сверху промышленной флотацион-ной колонны.
Как видно на рис. 3, по объему частица, которая имеет удельную плотность 1,65 г/см3, состоит примерно на 25 % из породы. Эта частица, безусловно, может быть отнесена к «ценным» и направлена в концентрат. В противоположность ей, частица, состоящая почти на 100 % из породы, будет иметь плотность 2,65 г/см . Од-
нако, в механических фло-томашинах, значительное количество таких породных частиц, из-за явления уноса, попадает с пеной в концен-тратный желоб. Соответственно, чтобы поддерживать качество товарного продукта на должном уровне, другие технологические процессы фабрики должны работать на пониженной плотности разделения. Колонная же флотация, снижающая унос, позволяет фабрике работать при больших плотностях разделения в крупной и мелкой схемах обогащения, следствием чего является возрастание общего выхода концентрата по фабрике. Основываясь на сравнении плотностей этих частиц, можно сказать, что, притом же качестве общей по фабрике товарной продукции, каждая тонна попавшей в концентрат глины равноценна потере 3-х т материала промежуточной плотностью 1,65 г/см3.
Обычно, для флотации угольного шлама используются две схемы:
1) традиционная схема «до нуля» с крупностью питания 0х0,15 мм;
2) схема «с дешламацией» с круп-ностью питания 0,04x0,15 мм.
При обогащении «до нуля» (рис. 4), класс минус 1 мм направляется в классификационный циклон большого диаметра. Как правило, эти циклоны настраиваются на граничную крупность разделения 0,15 мм. В некоторых случаях эта крупность может быть 0,3- 0,5 мм. Безотносительно крупности разделения слив
Рис. 3. Сравнение различных угольных частиц
Рис. 4. Традиционная схема флотации «до нуля»
гидроциклонов направляется непосредственно на флотацию.
Другая схема, «с дешламацией», приобретает в последнее время все большую популярность, особенно на углях для энергетики. В этой схеме
(рис. 5), второй блок 150 мм гидроциклонов, отсекая из питания флотации частицы крупностью менее 0,04 мм, удаляет большую часть ультратонких глинистых частиц. Такой подход может быть оправдан, когда исходное питание
Отходы
Рис. 5. Схема «с дешламацией» (дополнительной классификацией в гидроциклонах)
содержит мало горючей массы в ультра-тонких классах. Каждая схема имеет свои преимущества и недостатки.
Традиционная схема обеспечивает максимальный выход концентрата, однако пена в этом случае является исключительно стабильной и хуже поддается дальнейшей обработке.
В дополнение к этому, должна использоваться схема обезвоживания, которая может охватывать все 100% продукта (т.е. требуется вакуум-фильтр) чтобы обеспечить максимальный выход концентрата. Но на существующих дисковых вакуум-фильтрах и даже на гипербарфильтрах невозможно достигнуть влажности материала, получаемой на осадительно-фильтрующих центрифугах.
Также следует принять во внимание, что в традиционных схемах, из-за большего объема исходного питания, наблюдается больший расход флото-реагентов. Так как большая часть воды
после осветления в сгустителе снова возвращается в схему, остатки пенообразователя могут накапливаться в ней и приводить к сбоям в других процессах на фабрике.
С другой стороны, схема «с дешламацией» из-за ее простоты и легкости работы продолжает приобретать популярность. Удаление ультратонких фракций приводит в итоге к большей производительности и, по сравнению с обычной схемой, обыч-но снижает требуемое количество и размеры колонн. Кроме того, пенный концентрат получается более зернистым, что с использованием соответствующего обезвоживающего оборудования, обеспечивает более низкую влажность товарного продукта. С другой стороны есть прямые потери угля микронной крупности в сливе классификационных гидроциклонов, но отсутствие микроники в питании флотации значительно снижает расход флотореагентов.
Главным преимуществом колонной камерной, является возможность получить
флотации по сравнению с механической более низкозольный пенный продукт.
-------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Peter J. Bethell. Froth Flotation - To Update on the Role of Column Flotation in the
Deslime or not to Deslime.// CPSA Journal - Coal Industry.// CPSA Journal -Volume 5, №1.
Volume 3, №1. 2004. USA. 2006. USA. ЕШ
2. Kohmuench J.N., Mankosa M.J. An
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------
Козлов Вадим Анатольевич - кандидат технических наук, доцент, главный технолог фирмы ООО «Коралайна Инжиниринг» (СЕТСО), vak@cetko.ru Новак Вадим Игоревич - директор угольного департамента СЕТСО.
Премудрость нынешнего века,
Запомнив, передай другим:
«Не место красит человека -Диплом, повешенный над ним».
К этой поэтической шутке следует отнестись вполне серьезно, тем более что мода на настенные дипломы пришла наконец-то в Россию, и главные российские вузы последовали старой западной традиции. Загляните на сайт Издательства (http://www. gornaya-kniga.ru/services/5): в разделе «Услуги» Вы сможете выбрать настенный диплом и для себя, и для друга.
