CC BY
58
А.Е.АФАНАСЬЕВ, С.Н.ГАМАЮНОВ, О.С.МШИКОВ,
О.В.ПУХОВА Тверской государственный технический университет
Ресурсосберегающие технологии при разработке торфяных месторождений
Сложившиеся в настоящее время во многих регионах страны обстоятельства со стоимостью газа и нефтепродуктов требует возрождения направления по использованию торфа в качестве местного источника топлива. Наиболее известным и широко применяемым технологическим процессом добычи торфа является фрезерный способ. Однако он имеет ряд недостатков как с точки зрения экологии, так и полноты использования природных ресурсов. Например, в процессе добычи фрезерного торфа происходит загрязнение атмосферы мелкодисперсной торфяной пылью вследствие ветровой эрозии. Потери торфа от дефляции составляют более 25 т/га за сезон. Особенно большое количество кондиционного торфа попадает в атмосферу и теряется при его выдувании из транспортных средств встречными воздушными потоками. Уменьшить перечисленные потери, а также повысить эффективность производства можно только при разработке новых технологий добычи и получений экологически чистой продукции из торфа.
Нами продолжены исследования [1] по разработке основ технологии производства гранулированного (методом окатывания) торфа. Опыты по окатыванию торфа проводили на разработанном авторами тарельчатом грануляторе диаметром один метр. В зависимости от влагосодержания торфа (которое изменяли в пределах 75...82%), его фракционного состава после переработки, а также параметров работы агрегата (числа оборотов, угла наклона тарели и высоты ее борта) были получены шарообразные гранулы диаметром от 3 до 25 мм. Эксперименты проводили с типичными пред-
ставителями верхового и низинного типов торфа степенью разложения от 15 до 55%.
Отличительной особенностью данного вида гранулирования является сравнительно низкая энергоемкость и возможность получения округлых (близко к правильной форме) частиц материала практически одного размера. Окатанный (гранулированный) торф имеет насыпную массу в
1,5...1,75 раза выше, чем фрезерный и обладает хорошей сыпучестью и низкой пы-леватостью. Установлено, что при одной и той же загрузке поля сушки по сухому веществу интенсивность обезвоживания слоя гранул выше интенсивности испарения влаги из расстила фрезерного торфа в 1,6 раза. Водопоглощаемость сухих гранул в 2,2 раза ниже, чем у фрезерного торфа одинаковой влажности, что мало отличается от полученных ранее [1]. Таким образом, производство гранулированного торфа позволит сократить площади полей добычи, снизить потери от неблагоприятных погод-ныхэ условий и уменьшить транспортные расходы.
Проведенные исследования послужили научной основой при разработке технологического процесса по производству гранулированного торфа в заводских условиях. Технико-экономические расчеты показали, что торф-сырец наиболее эффективно добывать [2] экскаватором МТГГ-71. Экскавацию следует проводить на всю глубину залежи и формировать навал торфа для гравитационного обезвоживания вдоль образующегося карьера. Для доставки торфа в цех необходимо использовать прицепные тележки МТП-24В, нагружаемые погрузчиком МТГ-12А.
Для отделения крупных древесных включений применяется стандартный вальцовый сепаратор. Переработку торфа-сырца целесообразно проводить трехроторной дробилкой ДТС-О, разработанной во ВНИИТП. Гранулирование осуществляется в тарельчатом грануляторе. В зависимости от характеристик работы агрегата получают гранулы различного установленного размера. Обезвоживание влажных гранул после окатывания проходит в сушилке ленточного типа.
С помощью тарельчатого гранулятора можно выпускать различные виды продукции, основные направления использования которых представлены на рис. 1.
Рис. 1. Краткий перечень возможного выпуска продукции на основе гранулированного торфа (методом окатывания)
Гранулы можно получить окатывая влажный фрезерный торф, получаемый после фрезерования торфяной залежи стандартными штифтовыми барабанами [2]. Например, из верхового торфа сред-
ней степени разложения без дополнительной переработки были получены окатыши размером (в сухом виде) 18-2 мм. Такие гранулы могут быть использованы непосредственно в качестве коммунально-быто-вого топлива.
Результаты исследований нашли применение при составлении технического задания на проектирование объединением «Тверьторф» опытной машины по гранулированию торфа в полевых условиях. Она будет прицепной к трактору ДТ-75Б [2] и состоять, в основном, из применяемыех в отрасли агрегатов. На ходовую часть от машины МТФ-43А устанавливается тарель диаметром 2,5 м и щелевая фреза от машины МТК-12. Данный выбор фрезерующего устройства был обусловлен тем, что оно позволяет одновременно экскавировать торф из залежи и непрерывно метать его вдоль направляющего кожуха в тарель. Окатанные гранулы торфа самостоятельно выгружаются под действием центробежных сил из тар ели, и по наклонным направляющим скатываются позади машины. При этом из них формируется организованный расстил толщиной в 1,5...2 слоя [ 1, 3]. Уборку гранул осуществляют машиной МТФ-43А с навесным валкователем, или -МТК-33 непосредственно из расстила. Масса машины составит примерно 6 т, а расчетная производительность 3,2 т/ч.
Шарообразные гранулы являются весьма перспективным видом бытового топлива, так как их небольшие и стабильные размеры позволяют механизировать подачу и стабилизировать процесс сжигания, что приводит к повышению эффективности отопительных устройств и к значительной экономии топлива.
Рациональное использование торфяного месторождения требует максимально возможного извлечения полезных ископаемых на освоенных площадях. Часто торфяные месторождения подстилают четвертичные суглинки, дзерно-болотные глины и сапропель, которые после сработки залежи остаются практически нетронутыми.
Глубина их залегания достигает нескольких метров, но спрос на данный вид сырья весьма ограничен, так, например, сапропель в большинстве случаев имеет большую степень минерализации и его традиционное применение в сельском хозяйстве в качестве удобрения мало эффективно. Добыча этих полезных ископаемых может быть вызвана только получением новых видов продукции на их основе. Одним из возможных решений рассматриваемого вопроса является разработка технологий по изготовлению строительных материалов с использованием некондиционного торфа и подстилающего глинистого сырья.
Нами разработаны технологические основы производства пустотелого заполнителя для изготовления легкого бетона. Суть данного способа заключается в следу-ющм. Из торфа, методом окатывания на тарельчатом грануляторе, изготавливают шарообразные частицы - ядра. Смачивают их поверхность суспензией глинистого материала, высушивают и обжигают. В процессе высокотемпературной обработки торфяное ядро выгорает, а минеральное покрытие спекается, образуя полую гранулу заполнителя.
В качестве сырья для получения ядер использовали верховой и низинный фрезерный торф средней степени разыложе-ния, добыча которых осуществляется известным способом на торфопредприятиях Тверской области. Торфяную крошку сепарировали для извлечения крупных включений и окатывали по методу, представленному выше.
В качестве минерального покрытия использовали в основном легкоплавкие глинистые материалы с различных месторождений. В то числе кембрийскую глину, которую добывают для изготовления декоративных изделий на Ломоносовском тор-фопредприятии Ленинградской области и кремнеземистый сапропель, промышленные запасы которого находятся под залежью на Вышневолочком торфопредпри-ятии Тверской области.
На их основе изготавливали суспензию с влажностью 55...65%, в которой смачивали торфяные ядра. К преимуществам
мокрого спрсоба нанесения покрытия можно отнести возможность достижения однородности сырьевой пульпы и сравнительную простоту удаления из глинистого сырья посторонних включений. Избытки покрытия с их поверхности удаляли на лабораторном вибросите. Гранулы высушивали в сушильном шкафу при температуре 170 оС до полного обезвоживания. Обжиг гранул проводили в муфельной печи в три этапа. Первый этап заключался в скоростном повышении температуры в печи от 200 до 900...1000оС, второй - в выдерживании при этой температуре в течение
10... 15 минут, а третий - в плавном охлаждении до 400оС. Основные качественные характеристики заполнителя определяли стандартными методами. Результаты испытаний представлены в таблице.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСКУССТВЕННОГО ПОЛОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ
Свойства пустотелого запол- Вид покрытия гранул
нителя сапропель глина
Средний размер гранул, мм
Насыпная плотность, кг/м 390 420
Коэффициент формы зерен й'ййй^ййШіЇйІййі
Прочность, МПа 0.9 1,1
бодологлощение, % 20 1,3
Анализ результатов исследований показывает, что полученные образцы заполнителей удовлетворяют основным требованиям, регламентируемых ГОСТ на заполнители для легких бетонов [4]. Они обладают сравнительно низкой насыпной плотностью, правильной формой и достаточной для изготовления строительных материалов прочностью.
Результаты исследований положены в основу разрабатываемой технологической схемы по производству полого заполнителя для легких бетонов на основе торфа и погребенного под торфяной зелажью минерального сырья. На рисунке 2 представлена структурная схема его изготовления. Технология производства включает в себя ряд последовательно выполняемых операций:
добыча торфа. Торфяное сырье, желательно малой зольности и средней степени разложения, добывают на торфопредприятии традиционным способом и доставляют в цех.
переработка. Торф подвергают сепарации (для отделения крупных включений) и измельчают в дробилке до необходимой крупности частиц;
окатывание торфа на тарельчатом грануляторе. Шарообразные ядра изготавливают из торфа влажностью 70...80%, в зависимости от параметров работы агрегата получают гранулы установленного размера;
подсушка окатышей. Осуществляют в конвективной ленточной сушилке до влажности торфа
55...65%;
добыча минерального сырья. Глинистое сырье из-под слоя сработанной залежи добывают оборудованием, существующим на торфяных предприятиях (экскаватор МТП-71) и транспортируют в цех (прицепная к трактору ДТ-75Б тележка МТП-24В);
приготовление шликера. Суспензию из глинистого сырья приготавливают в стандартных глинобол-тушках, применяемых на керамических заводах;
нанесение покрытия на торфяные ядра. Торфяные ядра после подсушки загружают в заполненный шликером специальный смеситель, где происходит смачивание их поверхности минеральным покрытием; после выгрузки гранул из смесителя они попадают на виброконвейер, для удаления избытков покрытия;
сушка гранул. Обезвоживание композиционных гранул осуществляется с отдельном сушильном агрегате барабанного типа;
обжиг заполнителя. Проводят в щелевой конвейерной печи при температуре спекания 950...1050°С;
• охлаждение. Обычно эту операцию осуществляют плавным снижением температуры заполнителя в балабанах-холодильниках, пропуская через них наружный воздух, который в дальнейшем поступает в сушилки;
• складирование. Для этих целей используют бункеры-накопители.
Отходами производства являются продукты сушки и сгорания природных органических материалов (в основном, пар, углекислый газ, зола). Газообразные отходы удаляются стандартными системами вентиляции, зола (от сжигания торфа в обжиговой пучи) утилизируется при ее добавлении в шликер глинистого сырья. Изложенная технологическая схема достаточно проста, как и применяемое оборудование и рассчитана для производства 2 мз заполнителя в час.
Рис. 2, Схема по производству полого заполнителя
Таким образом, проведенные исследования позволили наметить перспективный путь по расширению ассортимента выпускаемой торфопредггриятиями продукции за счет ранее не добываемых видов полезных ископаемых торфяных месторождений.
СЖ?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Непша В.Г. Исследование процесса гранулирования торфа методом окатывания на тарельчатом грануляторе: Автореф. дисс...канд. техн. наук. - Калинин, 1981. - 20с.
2. Технология и комплексная механизация разработки торфяных месторождений /А.Е. Астафьев, Л. М. Мал ков, В.И.Смирнов и др. Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Недра, 1987. - 311с.
3. Антонов В.Я., Малков Л.М., Гамаюнов Н.И. Технология полевой сушки торфа. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: 1981. - 239с.
4. Ицкович С.М., Чумаков Л.Д., Бережков Ю.М. Технология заполнителей бетона. -М.: Высшая школа, 1991, - 272 с.
© Авторов
