CC BY
47
© В.А. Козлов, В.И. Новак, 2012
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.
В 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. Ол-ним из наиболее привлекательных метолов 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 лесяти послелних лет компания Eriez Manufacturing является велущим поставщиком оборулования лля колонной флотации в угольной промышленности Соелиненных Штатов и Австралии. В России и Украине поставщиком технологии и оборулования колонной флотации является Коралайна Инжиниринг — СЕТСО.
Компания Eriez, которая более известна, как произволитель магнитных сепараторов, вступила в стратегический альянс с компанией Canadian Process Technologies (CPT), имеющей 20 летний опыт в проектировании колонной флотации. Результатом этого партнерства стало созлание флотоколонн CoalPro. Были провелены исслелования по поиску оптимального размера колонн и выбору систем аэрации, а также опрелелены преимущества различных схем флотации.
Более того, в 2003 г. была приобретена лицензия на использование технологии Мюгосе1, 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 Епег и СЕТСО. 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 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 флотомашины объемом камер 14 м 16 куб. м производства компании «Коралайна Инжиниринг» (СЕТСО). Компания СЕТСО установила три механических флотомашины на новой фабрике «Коксовая-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).
Примеры промышленного использования флотационных колонн CoalPro
КомпанияЗаказчик Обогатительная фабрика Размеры колонн Крупность пи- Система воз-
(кол-во) тания, мм духо-подачи
Диам. х Высота (м)
Alpha Natural Resources White Tail (5) 4.2x9.1 0.150x0 Slamjet
American Energy Century (2)4.2x7.3 0.150x0.045 Slamjet
Anglo Coal Moura-Dawson (6) 4.9x16.0 0.300x0 Microcel
Arch Coal Cardinal River (3) 4.5x7.3 0.150x0.045 Slamjet
Arch Coal Pardee (1)4.2x7.3 0.150x0.045 Slamjet
Arch Coal Lone Mtn. (1)4.2x7.3 0.150x0.045 Slamjet
ArcLight Coal Clean (3) 4.5x8.5 0.150x0 Slamjet
ArcLight Weatherby (1)4.2x8.5 0.150x0.045 Slamjet
ArcLight Jupiter (2) 3.6x8.5 0.150x0.045 Slamjet
ArcLight Mach Mining (4) 4.5x8.5 0.150x0.045 Slamjet
BMA Comet (6)4.9x9.1 0.300x0 Microcel
BMA Millenium (4) 4.9x10.7 0.300x0 Microcel
BMA Gregory (5) 4.9x10.7 0.500x0 Microcel
Massey Energy Power Mtn. (2)4.0x7.3 0.150x0.045 Slamjet
Massey Energy Liberty (3)4.2x7.3 0.150x0.045 Slamjet
TECO Clintwood-Elkhorn 3 (2) 3.0x7.6 0.150x0.045 Slamjet
TECO Clintwood-Elkhorn 2 (1) 4.5x8.5 0.150x0.045 Slamjet
Sigmon Coal Company Sigmon (2) 4.2x8.5 0.150x0 Slamjet
Luscar Coal Valley (2)4.2x9.1 0.150x0.045 Slamjet
United Coal Sapphire (1)4.5x8.5 0.150x0.045 Slamjet
Xtrata Collinsville (1)4.9x13.0 0.300x0 Microcel
Северсталь (Россия) Северная (Кемеровская обл.) Свято-Варваринская (Крас- (6) 4.9x8.0 0.04x0.150 Slamjet
Донсталь (Украина) ноармейская-Западная) (8) 4.9x8.0 0.04x0.150 Slamjet
Механическая
Пенный продукт
А 1
ц о о о о а О ° ° » •
Исходная О
пульпа О 4 Ч о 1 о ° 1 1 0 0 1 О О 1 ° °
1 Хвосты
Колонная Пенный продукт
Промывочная вода ОсЙС J
ООО ос 0 < 0%О Оо оо
0 о 0 % °°
Исходная
пульпа
Хвосты У
Рис. 1. Сравнительные схемы движения потоков пульпы в механической и колонной флотомашинах
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 прямой 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 концентратный желоб.
Не захваченные пузырьками частицы оседают на дно и попадают в хвосты. Другим преимуществом флотационных колонн является возможность подачи в верхней части колонны
промывочной волы. По существу, чистая вола разбрызгивается поверх пенного пролукта перел его разгрузкой в желоб концентрата. Промывочная вола, фильтруясь вниз сквозь пенный слой, смывает унесенные тонкие поролные и глинистые частички. Результатом этого является уменьшение зольности концентрата. Таким образом, колонна при высоком извлечении горючей массы, лает возможность эффективного снижения засорения пенного пролукта. На рис. 2. показан вил сверху промышленной флотационной колонны.
Как вилно на рис. 3, по объему частица, которая имеет улельную плотность 1,65 г/см3, состоит примерно на 25 % из поролы. Эта частица, безусловно, может быть отнесена к «ценным» и направлена в концентрат. В противоположность ей, частица, состоящая почти на 100 % из поролы, булет иметь плотность 2,65 г/см3. Олнако, в механических флотомашинах, значительное количество таких поролных частиц, из-за явления уноса, попалает с пеной в концентратный желоб. Соответственно, чтобы поллерживать качество товарного пролукта на лолжном уровне, лругие технологические процессы фабрики лолжны работать на пониженной плотности разлеления. Колонная же флотация, снижающая унос, позволяет фабрике работать при больших плотностях разлеления в крупной и мелкой схемах обогащения, слелствием чего является возрастание общего выхола концентрата по фабрике. Основываясь на сравнении плотностей этих частиц, можно сказать, что, притом же качестве общей по фабрике товарной пролукции, кажлая тонна попавшей в концентрат глины равноценна потере 3-х т материала промежуточной плотностью 1,65 г/см3.
Рис. 2. Промышленная флотационная колонна Соа1Рго с регулируемой системой промывки пены
Рис. 3. Сравнение различных угольных частиц
Рис. 4. Традиционная схема флотации «до нуля»
Обычно, для флотации угольного шлама используются лве схемы:
• традиционная схема «до нуля» с крупностью питания 0х0,15 мм;
• 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.
Отходы
Рис. 5. Схема «с дешламацией» (дополнительной классификацией в гидроциклонах)
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 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 содержит мало горючей массы в ультратонких 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-фильтрую-щих центрифугах.
Также следует принять во внимание, что в традиционных схемах, из-за большего объема исходного питания, наблюдается больший расход флотореагентов. 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, обычно 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 флотации по сравнению с механической камерной, является возможность получить более низкозольный пенный продукт.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1
1. Peter J. Bethell. Froth Flotation — To Deslime or not to Deslime.// CPSA Journal -Volume 3, №1. 2004. USA.
2. Kohmuench J.N., Mankosa M.J. An Update on the Role of Column Flotation in the Coal Industry.// CPSA Journal -Volume 5, №1. 2006. USA. КШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Новак Вадим Игоревич — кандидат технических наук, директор, novak@cetco.ru, Козлов Вадим Анатольевич — кандидат технических наук, доцент, главный технолог, vak@cetco.ru,
Угольный департамент Коралайна Инжиниринг — CETCO.
