CC BY
28
ПРОБЛЕМЫ ПОДГОТОВКИ И КОМПЛЕКСНОМ
ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕЙ
© В.А. Исаев, М.Г. Зильбершмидт,
О.Г. Карпов, 2000
УДК 622.539.26
В.А. Исаев, М.Г. Зильбершмидт, О.Г. Карпов ЗАКОНОМЕРНОСТИ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО И
длм1.1спл п і ■ ІЛГП ЛЛЛ.Та р„л л/гпсй ЛА............
УГЛЕОТХОДОВ ПОДМОСКОВНОГО БАССЕЙНА
анее было установлено, что из-за неравномерного распределения пиритных включений (по размеру зерен) в углях, поступающих на ОФ «Бельковская», в сторону мелких фракций, процесс их десульфурации малоэффективен (содержание серы снижается всего на 12 %) по сравнению, например, с шахтой «Прогресс», где содержание серы за счет обогащения снижается на 35 % [1]. Установлено, что в концентрате в классе крупности 0 - 0,071 мм содержание пирита составляет всего 0,21 %. Практически сульфиды железа в концентрат попадают в виде включений крупностью 5-7 мм в сростках с углеродной составляющей. Отмеченное выше является достаточным основанием для обязательного учета гранулометрии сульфидных включений при разработке схем обогащения и комплексного использования высокосернистых углей Подмосковного бассейна.
Для установления закономерностей и особенностей распределения минеральных компонентов по классам крупности в исследуемых объектах была выполнена классификация представительных проб исходных углей, отходов углеобогащения и угольных концентратов ОФ «Бельковская» и «Прогресс». Проведение этих исследований представляет практический интерес в связи с разработкой нетрадиционных методов и процессов десульфурации углей и углеотходов.
На отобранных средних пробах
ОФ ш. «Бельковская» и «Прогресс» была проведена классификация по следующим классам крупности: 50; 25-50; 10-25; 5-10; -5 мм. После усреднения для каждой пробы был выполнен анализ фазового состава с использованием рентгеновского дифрактометра ДР0Н-2,0. Рентгенофазовый анализ (РФА) проведен на Fe К а - излучении. Расшифровка и количественный анализ выполнены на компьютере с использованием программы «Фазан». В таблице 1 приведены результаты количественного анализа углей, углеотходов и концентратов по классам крупности. В таблице представлены относительные содержания компонентов, исходя из условия, что сумма всех минеральных компонентов равна 100 %.
Результаты количественного РФА по распределению минеральных компонентов в исследуемых объектах показывают, что в исходных углях пирит в основном сосредоточен в крупных классах (> 25 мм). Аналогичное распределение наблюдается и в угле-отходах; при этом нужно отметить, что и выход крупных классов - значительно выше, чем мелких (рис. 1).
Исходя из полученных данных по классификации отходов и результатов количественного фазового анализа, можно заключить, что в
классах крупности 10 - 25 мм и выше сосредоточено более 50 % дисульфидов
железа. Это дает основание для выделения пиритного концентрата из углеотхо-дов и таким образом значительного снижения содержания серы в остальной части углеотходов, выход которой составляет ~ 30 %.
Для выяснения особенностей гранулометрии включений дисульфидов железа в подмосковном угле были проведены исследования их содержания в различных классах крупности.
На первой стадии выполнения работ на обогатительных фабриках "Бельковская" и "Прогресс" были отобраны представительные пробы исходного угля после дробления (т.е. поступающего на пневмосепарацию), а также концентрата. Пробы были дополнительно измельчены до класса крупности 0-4 мм. Для проведения ситового анализа использовались сита с диаметром отверстий: 0,071; 0,45; 0,50; 0,55; 0,63; 0,80; 2,00 мм. Сепарация выполнялась на сепараторе просеивающем типа СПЭ.
Исходную пробу весом 262,40 г. сепарировали в течение 7 мин при амплитуде вибрации 5 мм. Для сепарации концентрата была взята навеска 208,3 г. В результате рассева было получено восемь классов крупности.
Процентное содержание пирита в каждом классе определяли методом количественного рентгенографического анализа с использованием автоматического дифрактометра ДРОН-2,0 и компьютерной системы идентификации минералов. Погрешность при количественном анализе составляла 10-15 %.
Для определения малых концентраций пробу необходимо фракционировать. Поэтому каждую полученную фракцию разделяли в воде в специальном сосуде. Легкая фракция, со-
Выход классов, %
Рис. 1. Результаты классификации углеотходов шахт “Бельковская” и “ Прогресс”
5 - 10 10-25 25-50
шахта "Бельковская”
шахта "Прогресс"
52,8
-5
0
РиаблшРаЬпределение пирита по фракциям в исходном угле и
РЕНТГЕНОФАЗОВОГО АНАЛИЗА
И «ПРОГРЕСС» ПО КЛАССАМ КРУПНОСТИ
Характе- ристика Класс крупности, Содержание минеральных компонентов, %
продукта мм Каолинит Кварц Кальцит Пирит Марказит Монтмориллонит Слюды
ОФ ш. «Бельковская»
- 5 42 42 8 8
5 - 10 74 26
Исходный 10 - 25 44 56
уголь 25 - 50 56 26 18
+50 65 35
- 5 72 28 < 5
5 - 10 80 20
Концен- 10 - 25 60 < 20 > 20
трат 0 5 1 5 2 54 46
+ 50 80 20
- 5 26 74 < 5 < 5
5 - 10 31 55 14 < 5
Угле- отходы 10 - 25 48 20 31
0 5 1 5 2 21 47 32 < 5
+ 50 19 34 41 7
О Ф ш. «Прог ресс»
- 5 65 35
5 - 10 65 35
Исходный 10 - 25 65 35
уголь 25 - 50 71 14 15
+ 50 49 8 43 < 5
- 5 57 43
5 - 10 79 21
Концен- 10 - 25 65 35
трат 25 - 50 65 35
+ 50 65 35
- 5 74 26
5 - 10 68 32
1 Г\ Л с СС\ Л 1 ЛЛ ^ С
стоящая в основном из угля, уходила в слив, а тяжелая - осаждалась на дно. Перед осаждением каждая проба измельчалась до крупности 0,5 мм. Осадок каждой пробы измельчался до аналитической крупности и направлялся на РФА.
РФА показал наличие в образцах трех основных составляющих: кварца, пирита и каолинита. Определение процентного содержания пирита в осадках выполнялось с помощью измерения интенсивности одного из пиков, соответствующих пириту, и сравнения его с интенсивностью того же пика эталона.
Расчет процентного содержания пирита в осадке производился по формуле
X = I/I100 • jU-j/jU (1)
где 1100 - интенсивность пика эталона пирита; I - интенсивность пика пирита в смеси; Ц - массовый коэффициент поглощения пирита, см2/г; Це -массовый коэффициент поглощения смеси, см2/г.
1100 = 165,5,
I - рассчитывался по формуле:
I = 1п - 1ф, (2)
где 1п - интенсивность пика; 1ф -интенсивность фона.
Коэффициент массового поглощения смеси рассчитывается по формуле:
Це = £xi Ц, см2/г (3)
где - коэффициент массового поглощения 1-го элемента; XI - процентное содержание 1-го элемента, доли ед.
Для расчетов принимаем Це для всех проб постоянным. В расчетах принимаем (для Це ):
Хдж = 0,04; Хзю2 = 0,18;
Л для каждой из составляющих угля известны и составляют в см2/г: для пирита 127,4; для кварца 68,4; для каолинита 58,7; для угля 10,7.
Тогда /ЛсР. для исходного угля = 34 см2/г; для концентрата - 32,5 см2/г.
Окончательное содержание пирита в пробах:
X = X ■ % осадка • 100 % (4)
Результаты расчета представлены на гистограммах (рис. 2).
Хкаои. = 0,18; Хугжя = 0,60
Эксперимент показал, что допол-
нительное диспергирование угля, поступающего на сепарацию (до класса крупности 0-4 мм.), приводит к образованию большого количества моно-минеральных частиц пирита (осколков от более крупных включений), которые, попадая в каждый из выделяемых классов крупности, более чем в два раза увеличивает его "сернис-тость" по сравнению с аналогичными классами из концентрата. Характерно, что распределение пирита по классам крупности имеет почти равномерный характер, что свидетельствует о том, что максимум распределения пирит-ных включений по размерам смещен в сторону более крупных величин, т.е. имеет значение более 4 мм. Содержание пирита в классе крупности (0 -0,071 мм.), составляющее примерно 0,3 %, может быть принято за предельно минимальное значение, которое можно достичь с использованием обогатительных приемов. Таким образом, при обогащении угля с использованием специальных методов можно снизить содержание дисульфидов железа в подмосковных углях в 2-3 раза.
Исследования показали, что особенностями минерального вещества многих шахт Мосбасса является повышенное содержание серы (главным образом в виде пирита и соединений с органическим веществом) и минералов каолиновой группы. При этом в отличие от углей других бассейнов основная масса пирита представлена крупными включениями. Поэтому при гравитационном обогащении пирит, представленный этими включениями, переходит в высокозольные фракции - отходы. Вследствие этого в отходах обогащения существенно повышается содержание серы до 4-12 %, что затрудняет возможность их утилизации. Так, например, для наиболее крупномасштабных направлений использования отходов углеобогащения в производстве кирпича, пористых заполнителей для легких бетонов или цемента, содержание серы ограничивается 22,5 %, причем с уменьшением содержания серы в углеотходах увеличивается их возможное содержание в сырьевых шихтах, т.е. растут количества утилизируемых углеот-ходов.
Выполненные методами химического, рентгенофазового и петрографического анализов исследования позволяют оценить вещественный состав отходов углеобогащения всех действующих ОФ Мосбасса (таблица 2).
Очевидно, что потенциальную промышленную ценность углеотхо-дов, как сырья для последующего использования в народном хозяйстве, могут составить главным образом минералы каолиновой группы, пирит, топливные компоненты и, в некоторых случаях, промышленно ценные микроэлементы. Исходя из анализа известных содержаний потенциально промышленно ценных микроэлементов (галлия, скандия, иттрия и других редкоземельных элементов, молибдена и др.), можно сделать вывод, что их концентрация в углях Подмосковного бассейна недостаточно высока, чтобы рассматривать данные углеот-ходы, как промышленное сырье, предназначенное для их извлечения [2]. Получение микроэлементов может быть целесообразно только в тех случаях, когда они будут накапливаться при концентрациях не менее чем в 5-10 раз выше, чем в исходных углеотходах или в побочных продуктах сепарации.
Наибольший интерес представляет раздельное использование мономинеральных продуктов из каолинов, пирита и топливных составляющих. Однако ни один из экономически рентабельных процес-Таблица 2
3.5 3
2.5 2
1.5 1
0,5
сов не позволяет разделить отходы обогащения на эти три продукта высокой степени чистоты. Следует ожидать, что после сепарации отходов обогащения будут получены продукты, в каждом из которых содержание, например, каолинов или пирита будет существенно выше, чем в исходном углеотходе.
Выявленные закономерности распределения гранулометрического и минерального состава в углях и углеот-ходах Подмосковного бассейна позволяют сделать вывод о том, что современная технология их переработки для минимизации затрат должна основываться на следующих специфических свойствах выделяемых компонентов:
• сосредоточение пирита главным образом в виде крупных включений;
• повышенная прочность пиритных включений по сравнению с органическим веществом и минералами глин;
• возможность пластификации каолинов в виде частиц размером менее 10 микрон за счет их физической (акустической) обработки в водной среде;
• резкое повышение содержания топливных составляющих, кварца и полевых шпатов в частицах размером > 250 микрон после дробления и из-
МИНЕРАЛЬНЫИ СОСТАВ ОТХС ДЕЙСТВУЮЩИХ ОФ МОСБАСС
ДОВ УГЛЕО
Минералы Относительное содержание минералов, % масс. }
у-х* класс крупности, мм ОФ при шахТах:
Каолинит 46 - 48 41 - 45 32 - 40 60 - 70
Монтмориллонит 3 - 5 н/д н/д н/д
Гидрослюды 10 - 14 10 - 11 н/д 3 - 4
Полевые шпаты 3 - 4 2 - 3 1 - 2 1 - 4
Кварц 26 - 29 30 - 36 46 - 48 13 - 18
Пирит 5 - 7 2 - 4 12 - 18 12 - 16
Сидерит 1 - 2 3 - 4 4 - 5 н/д
Кальцит 1 - 2 1 - 2 1 - 2 н/д
Примечания: *) Сумма содержаний всех перечисленных минералов принята равной 100 % масс.; н/д - нет данных
мельчения отходов обогащения до — 10 мм.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дмитриев А.П., Ягодкина Т.К., Шпирт М.Я. и др. Обоснование комплексной технологии переработки высокосернистых углей и углеотходов Подмосковного бассейна. В сб. Совершенствование тех-
нологии обогащения комплексных полезных ископаемых. - М.: МГГУ, 1996, с. 45-53.
2. Юровский А.З. Минеральные компоненты твердых горючих ископаемых. - М.: Недра, 1968. - 240 с.
/ /
4» Исаев Владимир Алексеевич — доцент, кандидат технических наук, іі іі іі іі іі іі іі кафедра « Физика горных пород и процессов», Московский государственный горный универсиЕ Е Е Е Е Е Е тет. Зильбершмидт Михаил Григорьевич — профессор, доктор технических наук, кафедра !: •: •: •: « Физика горных пород и процессов», Московский государственный горный университет. ;;;; У Карпов Олег Григорьевич —кандидат геолого-минералогических наук, ст. научный со-|: у трудник, кафедра « Физика горных пород и процессов», Московский государственный горный / университет.
Угуууууууууу^^^^
