CC BY
210
-------------------------------------- © А.В. Кузьмин, Д.Ю. Бойко,
В.А. Адов, 2009
А.В. Кузьмин, Д.Ю. Бойко, В.А. Адов
РАЗРАБОТКА КОМБИНИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ СУХОГО ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЯ
В результате проведенных исследований определены оптимальные диапазоны регулируемых параметров процесса пневматической сепарации. Испытания показали, что сочетанием способов вакуумно-пневматической сепарации и пневматической сепарации в горизонтальном воздушном потоке можно производить эффективное обогащение рядовых углей шахты «.Восточная» ОАО «Южнерудресурс ».
Ключевые слова: обогащение углей, воздушная сепарация, гравитационное обогащение угля, пневмосепарация.
Одним из непрерывно развивающихся способов обогащения углей является воздушная сепарация. Преимущества данного способа обусловлены возможностью значительного снижения материалоемкости, энергозатрат и уменьшения расхода технической воды. В настоящее время появились новые конструкции машин, характеризующиеся высокой эффективностью разделения в воздушном потоке (патенты РФ 2268787, 2282503) приближающейся, а в ряде случаев превышающей показатели обогащения отсадкой или в тяжелых средах. Важным вопросом является проверка новых способов пневматического обогащения на различных типах угля [1].
Для проведения исследований процесса гравитационного обогащения угля шахты «Восточная» использовалась проба рядового угля крупностью -50 мм марки Г. Лабораторная проба была классифицирована на четыре класса: -4, +4 -10, +10 -25 и +25 -50 мм. Полученные классы использовались в исследованиях на обогати-мость. Обогащение крупных фракций производилось на установке «Сепаир», в которой был реализован способ вакуумнопневматического обогащения [2]. При обогащении фракций -25 +50 и -10 +25 мм удалось достичь получения высококачественного угольного концентрата (зольность 12 - 13,5%) при высоком извлечении горючей массы (97,2%).
Весьма важным было получение и сравнение результатов обогащения класса +4 -10 мм на машинах двух типов: вакуумно-
пневматической сепарации (Сепаир) и машины с горизонтальным воздушным потоком (ГПМ-01-13).
Анализ результатов обогащения фракции +4 -10 мм на машине «Сепаир» показал возможность получения угольного концентрата с зольностью 24,1% при выходе 62,4% и извлечении горючей массы 83,3% (табл. 1). При этом был получен высокозольный промпро-дукт, который должен был перерабатываться в дополнительной операции.
Для проведения обогащения углей шахты «Восточная» крупностью -10 мм способом пневматической сепарации также была применена установка горизонтального пневматического обогащения [3], представленная на рис. 1.
При работе установки рядовой уголь поступает в приемный бункер 1, откуда дозатором 2 в рабочую зону впереди сопла 3, где происходит процесс сепарации. Разделенные фракции собираются в приемнике 4. Все узлы установки ограждены герметичным корпусом 7, в которому присоединен питающий патрубок циклонной установки 5. Воздушный поток возвращается на процесс сепарации воздуходувкой 6.
В результате проведенного моделирования и исследования процесса пневмосепарации в горизонтальном воздушном потоке были определены оптимальные значения параметров технологического процесса. В качестве параметров оптимизации были выбраны эффективная скорость воздушного потока (Упэф), ширина воздушного потока (Ип) и высота подъема зерен над воздушным потоком (^). В качестве условно-постоянных параметров были выбраны: расстояние от воздушного потока до приемников фракций (40 см) и крупность фракций (1-2, 3-6 и 6-10 мм).
Обобщение результатов экспериментов при варьировании параметров процесса показало, что наибольший угол раскрытия «веера» продуктов разделения (угла между вектором скорости зерен на выходе из воздушного потока и горизонтом - угла падения зерен) достигается при угле падения фракции со «средней» плотностью в 45-470 (рис. 2).
Под «средней» понимается плотность, равная полусумме плотностей разделяемых фракций. Для угля (1350 кг/м3) и породы (2650 кг/м3) такая «средняя» плотность равна 2000 кг/м3. Данная закономерность подтверждается для различных классов крупности
угля. Аналогичным образом, наименьшее взаимозасорение фракций наблюдается в том же интервале углов падения.
Рис. 1. Принципиальная схема и общий вид полупромышленной установки ГПМ-01-013 для пневматического обогащения угля в горизонтольном потоке: 1 - приемный бункер; 2 - дозатор; 3 - сопло; 4 - приемник фракций; 5 - циклонная установка; 6 - воздуходувка; 7 - корпус
18
ч
&16
я
о.
■а
12
о 10 ч
й
а
а.
і і
<&о
ж а Ж" к > 01 □ 2 Д3
М <2 1 І
Ф
к К
Г
<$> Iі
0 20 40 60 80 100
Угол падения фракции сред. плот., град.
Угол падения фракции сред. плот., град.
Рис. 2. Зависимость разности углов падения зерен угля и породы (А) и степени взаимозасорения фракций (Б) от угла падения фракции «средней» плотности: 1 - для зерен крупностью 6-10 мм; 2- для зерен крупностью 3-6 мм; 3 - для зерен крупностью 1-3 мм.
Таблица 1
Оптимальные параметры процесса пневматической сепарации угля в горизонтальном воздушном потоке
Параметры процесса пневма- Для классов крупности, мм
тической сепарации +1-1,78 +1,78- 3,17 +3,17- 5,64 -5,64 +10,0
Эфф. скорость возд. потока, м/с 5-6,5 8, 1 ,0 1> 8,5-10,6 10,8-12,0
Ширина возд. потока, см 1,5-2,0 1,8-2,5 2,5-4,0 3-4,8
Высота подъема частиц, см 6,5-8 4,2-6 2,5-4 0
Таблица 2
Баланс продуктов обогащения класса угля крупностью +4 -10 мм
№№ Фракция Зольность,% Выход,% Извл.горюч. массы,%
А) на установке «Сепаир»
1 Концентрат 24,12 62,43 83,3
2 Промпродукт 41,39 28,25 15,36
3 Отход 72,80 9,32 1,34
Исх.уголь 33,5
Б) на установке ГПМ -01-013
1 Концентрат 22,05 60,1 84,10
2 Промпродукт 41,39 32,6 14,21
3 Отход 68,75 7,5 1,69
Исх.уголь 33,5
Задание оптимального значения угла падения зерен «средней» плотности к горизонту равным 450 позволяет определить оптимальные значения параметров процесса. В результате проведенных расчетов получены следующие оптимальные диапазоны регулируемых параметров процесса пневматической сепарации (табл. 1)
Из данных по сепарации данной пробы, представленных в табл. 2, видно, что полученные результаты близки к результатам вакуумно-пневматической сепарации и для указанного класса могут быть использованы оба способа. Характерно, что обогащение в горизонтальном потоке позволяет получить более качественный угольный концентрат, но при этом растет выход промпродукта.
Дальнейшим направлением исследований было установление возможности повышения эффективности обогащения за счет разделения исходного угля на классы более узкого диапазона крупности.
Таблица 3
Балансы обогащения угля шахты «Восточная» способом
инерционной пневмосепарации в горизонтальном потоке в одну стадию
Обогащаемый класс Зольн. класса, % Выход класса, % Выход конц-та, % Зольн. конц-та, %
+1 - 3 мм 31,5 33 37,58 23,00
+3 -6 мм 33,5 27,5 39,73 20,10
+6 -10 мм 35,1 33,2 48,04 20,50
+1-10 93,7 41,92 21,12
-1 28,4 6,3 100,00 28,40
итого 100 48,22 22,50
Выход пром-прод., % Зольн. пром-прод., % Выход отв.хв. % Зольн. отв.хв. %
54,20 36,90 8,22 59,5
50,05 36,80 10,22 63,4
39,33 43,50 12,63 72,5
47,71 38,67 10,37 66,07
0,00 0
46,50 38,67 5,28 66,07
Исходная проба разделялась на классы +1-3 мм, +3 -6 мм, +6 -10 мм. Класс -1 мм обогащению не подвергался. В табл. 3 представлены не только результаты обогащения выделенных классов крупности, но и расчетные показатели обогащения класса +1 - 10 мм и класса -10 мм. По этим показателям можно оценить перспективность применения данного процесса для промышленного обогащения углей.
Испытания показали, что способом горизонтальной пневматической сепарации можно производить обогащение класса -10 мм рядовых углей марки А, добываемых предприятием «Южнерудре-сурс» ОАО «шахта Восточная», с получением концентрата с зольностью 22,5% с выходом 48,2%, промпродукта с зольностью 38,6% при выходе 46,5% и отвального продукта с зольностью 66,07% и выходом 5,28%. Относительно невысокое качество концентрата обусловлено тем, что в него добавляется необогащенная фракция -1 мм с зольностью 28,4%. Возможна схема обогащения с направлением класса - 1 мм в промпродукт, что повышает качество товарного концентрата до 21,1%.
Применение замкнутой схемы обогащения с дообогащением помпродукта путем его возврата в голову процесса позволило по-
лучить концентрат с зольностью 21,1% и выходом 85,33% при извлечении горючей массы 96%. Получаемые хвосты представляют собой отвальный продукт с зольностью 65,1%.
Невысокие показатели обогащения класса +4 -10 мм во многом объясняются широким диапазоном крупности зерен в классе. Отношение размеров максимального зерна к минимальному (2,5) заметно превышает коэффициент равнопадаемости (1,95). Поэтому задачей дальнейших исследований являлось определение обогати-мости узких классов крупности исходного угля и, одновременно, установление крупности угля, разграничивающей применение вакуумно-пневматического и горизонтального способов пневмосепарации угля.
Результаты исследования обогатимости узких классов крупности показали, во-первых, тенденцию заметного повышения эффективности процессов сепарации и, во-вторых, позволили определить границу применения исследованных способов пневматической сепарации. Согласно полученным результатам (табл. 4) классы угля крупнее 5,6 мм должны направляться на обогащение способов вакуумно-пневматической сепарации, а классы мельче 5,6 мм - на обогащение в горизонтальном воздушном потоке.
Принципиальная схема сухого обогащения угля включает операцию додрабливания фракции +50 -100 мм, последовательную классификацию исходного угля на классы заданной крупности, обогащение крупных классов способом вакуумно-пневматической сепарации и обогащение мелких классов способом пневмосепарации в горизонтальном потоке (рис. 3).
Класс -1 мм не обогащается и направляется в угольный концентрат, получаемый при обогащении мелких фракций. Разработанная схема предусматривает применение замкнутых технологических схем или схем с переработкой промпродукта в отдельном цикле.
Таким образом, проведенными исследованиями показано, что уголь шахты «Восточная» с достаточно высокой эффективностью может быть обогащен способом пневмосепарации в восходящем и горизонтальном воздушном потоке на установках «Сепаир» и «ГПМ-01-013».
514
Таблица 4
Результаты обогащения узких классов крупности способами пневматической сепарации
А) в горизонтальном потоке
Обогащаемый класс Зольн. класса, % Выход класса, % Выход конц-та, % Зольн. к-та, % Выход отв. хв-тов, % Зольн. отв. хв., % Извл. угля в кт
+1 - 1,8 мм 31,10 26,4 81,67 25,40 18,33 56,5 88,43
+1,8 - 3,2мм 32,30 24,6 77,17 23,10 22,83 63,4 87,66
+3,2 -5,6 мм 32,1 20,2 74,79 20,2 25,21 67,4 87,90
+5,6 -10 мм 31,1 22,5 77,41 19,6 22,59 70,5 90,33
+1-10 31,63 93,7 77,98 22,07 22,02 65,57 8 8 00
-1 28,40 6,3 100,00 100,00
итого 31,43 100 84,28 22,55 15,72 65,57 100,00
Б) вакуумно-пневматической сепарацией
Обогащаемый класс Зольн. класса, % Выход класса, % Выход конц-та, % Зольн. к-та, % Выход отв. хв-тов, % Зольн. отв. хв., % Извл. угля в кт
+3,2 -5,6 мм 32,1 20,2 75,11 21,20 24,89 65 87,17
+5,6 -10 мм 31,1 22,5 77,26 19,00 22,74 72,2 90,82
Г рохочение
-1,0 1,0-1,8 1,8-3,2 3,2-5,6 5,6-10 10-15 15-25
г 1 г і Г ' г і Г ' г у
25-50
Пневматическая сепарация в горизонтальном потоке
Вакуумно-пневматическая
сепарация
\
К-т 2
Хв-ты 2
К-т 1
Хв-ты 1
Рис. 3. Комплексная технология сухого обогащения угля
Установка ГПМ-01-013 решает задачу обогащения мелких классов +1 -5,6 мм, чем дополняет ранее разработанную технологию обогащения углей на установке «Сепаир».
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований РФФИ Грант № 08-05-00228-а
------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дебердеев И.Х., Линев Б.И., Сазыкин Г.П. Повышение эффективности углеобогатительных фабрик в условиях изменчивости сырьевой базы // Обогащение руд. -2001. - №6. С. 67-71.
2. Кузьмин А.В., Люленков В.И., Качуров К.В. Пневматическое обогащение угля в сепараторах всасывающего типа // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья / Материалы международной конференции. -Екатеринбург, 26-30 мая 2008 г. - С. 59-62.
3. Бойко Д.Ю. ; Люленков В.И.; Качуров К.В. Разработка способа пневматического обогащения углей в горизонтальном воздушном потоке // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья / Материалы международной конференции. -Екатеринбург, 26-30 мая 2008 г. - С. 59-62. щна
Kuzmin A. V., Boyko D. Y., Adov V.A.
THE DEVELOPMENT OF INTEGRATED TECHNOLOGY OF DRY PROCESSING OF COAL
As a result of the lead researches optimum ranges of adjustable parameters of process of pneumatic separation are certain. Tests have shown that a combination of ways of vakuum-pneumatic separation and pneumatic separation in a horizontal air stream it is possible to make effective enrichment of ordinary coals of mine “Vostoch-naiya” JSC “Yugnerudresurs”.
Key words: coal processing, air separation, gravity coal processing, pneumatic separation.
— Коротко об авторах ----------------------------------------
Кузьмин А.В., Бойко Д.Ю., Адов В.А. - НИИ «Комплексные проблемы обогащения минералов», г. Новокузнецк.
