Новые технологии обогащения угля

О применении угля знают, пожалуй, все. Как и том, что для повышения своих полезных свойств он должен пройти стадию обогащения.

Именно процесс обогащения угля превращает сырьё в товарный продукт, способный конкурировать на рынке органических энергоносителей с нефтью и газом и дающий возможность расширения рынков сбыта, т. к. после обогащения остаются в прошлом затратные перевозки пустой породы, сжигание высокозольного топлива, рост шлакозолоотвалов и загрязнение окружающей среды.

Особенно это касается требований, предъявляемых к качеству угля зарубежными потребителями. Так, на сегодняшний день во всех индустриально развитых странах обогащению подвергается от 70 до 90% всех добываемых каменных углей, в частности, в ФРГ — 95%, в Великобритании – 75%, в США – 55%.

Но мировыми лидерами в обогащении угля являются ЮАР и Австралия, где обогащается 100% экспортируемого угля.

Между тем обогащение угля — это мировая тенденция, к которой придётся прийти всей отечественной угольной промышленности.

Стандартизация углей позволит в дальнейшем эффективней использовать сырьё и применять универсальные технологии сжигания. к тому же при обогащении угля образуется не только ценный концентрат (его выход в настоящее время находится на уровне 38–55%), но и большое количество менее ценных продуктов.

Например, шлам — тонкодисперсный и высоко влажный низкокалорийный порошок. Последний скапливается в огромных количествах и всегда доставляет головную боль производителям, которым необходимо его утилизировать (нанося экологический ущерб), оставаясь невостребованным.

Для использования шлама в качестве топлива необходимо убрать балластную влагу и сделать материал транспортабельным и сыпучим, что при современных технологиях требует больших энергозатрат, чем может дать полученный уголь в процессе последующего сжигания.

Зольные отходы обогащения тоже являются источником сырья, их можно использовать для производства строительных материалов. Переработка и дальнейшее использование зол является обычной практикой для развитых стран, где в переработку вовлекается до 60–80% отходов обогащения.

Противоточные гравитационные сепараторы

Самое широкое распространение у нас в стране получили «мокрые» технологии, когда для удаления примесей и шлаков используются струи воды.

Но и здесь есть новшества. Так, в промышленную эксплуатацию запущены установки с противоточным гравитационным сепаратором.

Эта установка работает по следующему принципу: исходный уголь загружают экскаватором или скребковым конвейером в передвижной бункер приёма горной массы, где на колосниках отделяются куски более 300 мм. Их подают на ленточный конвейер и далее транспортируют на блок подготовки перед обогащением.

Горную массу крупностью 0-150 (100) мм конвейер подаёт в сепаратор, где выделяют концентрат и породу. Порода обезвоживается элеватором, а концентрат — на грохоте. Затем они поступают на соответствующие склады.

Шламовая вода сгущается в гидроциклонах и сбрасывается в наружный отстойник. Сгущённый продукт гидроциклонов направляется в сепаратор в качестве циркуляционной нагрузки.

Слив гидроциклонов направляется в напорный бак технической воды, туда же поступает часть воды из бака осветлённой воды. Техническая вода трубопроводами подается в сепаратор.

Таким образом, установка работает в замкнутом водно-шламовом цикле. Потери воды с продуктами обогащения и в отстойнике восполняются за счёт карьерных вод.

В качестве основного обогатительного аппарата используется противоточный крутонаклонный сепаратор. Обогащение в сепараторе происходит в потоке воды за счёт использования разницы в плотности угля и породы.

Технология сухого обогащения угля

Более совершенной, с точки зрения затрат, является технология без использования воды.

Классическая схема процесса сухого обогащения угля выглядит следующим образом. Сначала уголь перегружается в приемный бункер обогатительного комплекса. Здесь все негабаритные куски проходят процесс измельчения с помощью гидромолотов, как правило, они установлены с манипулятором на опорной стойке.

Гидромолот должен охватить достаточную площадь, чтобы раздробить негабарит, лежащий в любой точке колосниковой решётки дробилки. Далее порода поступает в пластинчатый питатель повышенной прочности, который располагается под приёмным бункером.

Затем через колосниковый вибрационный питатель материал поступает в щековую дробилку. Здесь крупные фракции твёрдых пород измельчают при помощи ротационной дробилки, которая состоит из внешней неподвижной оболочки с внутренним перфорированным барабаном. Необработанный уголь поднимается на высоту, падает поперёк барабана и более мягкий уголь ломается и проходит через отверстия, а твёрдые скальные породы выводятся из барабана.

Такие роторные дробилки выполняют сразу две функции: измельчают и обогащают уголь за счёт удаления примесей скальных пород.

Следующим этапом уголь подают либо в мельницу, либо в валковую дробилку.

Угольная мельница представляет собой уникальную конструкцию — это двухвалковые мельницы, способные измельчать как несортированный, так и сортированный угль.

Благодаря регулировке валков можно гарантированно получать материал нужной крупности. Валки приводятся в движение двумя двигателями, связанными с валками зубчатой и клиноременной передачами, обеспечивая заданную производительность.

На заключительной стадии обогащения уголь попадает в высокочастотные грохоты, где происходит процесс рассева узких фракции. В мире насчитываются несколько производителей комплексов по сухому обогащению.

Пневматическое обогащение

Среди «сухих» технологий сейчас получает распространение технология пневматического обогащения угля, которая базируется на применении сжатого воздуха.

На первом этапе уголь сортируется по фракциям с помощью грохочения. Их через отверстия укладывают на слабонаклонённое решето, на которое подаётся пульсирующий поток сжатого воздуха. Он рассредоточивает материал по плотности и движению слоёв по уклону решета. ещё этот процесс помогает очистить уголь от разного мусора и посторонних полезных ископаемых.

Далее следующую фракцию угля переводят в сепараторы. Здесь отделяют уголь от породы на специальной рифленой деке с отверстиями, через которые подается сжатый воздух. Уголь вытесняется вверх и скатывается по деке, имеющей поперечный уклон, а порода оседает вниз.

Вариант пневматического обогащения угля является схожим с мокрым типом обработки. При помощи сухого воздуха под высоким давлением уголь тщательно продувают, что полностью исключает наличие влаги в угле, а также позволяет обогатить уголь с малой плотностью.

Обогащение при помощи сухого воздуха не требует подводить сопутствующих манипуляций по сушке породы и использовать дополнительное оборудование, что позволяет добиться небольших эксплуатационных затрат.

Реагенты и оборудование для работы с ними

Среди технологий, работающих с мелкой породой, заметное место занимают технологии химического обогащения, так называемый процесс флотации. здесь можно выделить перспективную технологию флотации с применением смеси реагентов.

Сам процесс флотации обладает недостаточно высокой эффективностью. Целесообразней создать для него использовать смесь реагентов комплексного действия. Создание новых флотационных реагентов комплексного действия позволяет увеличить выход концентрата и зольность отходов.

В этом процессе применяются реагенты аполярного типа — газойль лёгкий каталитического крекинга и коксования (РСО) и топливо печное бытовое (ТПБ); гетерополярного типа — кубовые остатки бутиловых спиртов (КОБС) и кубовые остатки 2-этилгексанола (КЭТГОЛ).

Эти флотореагенты смешиваются между собой в любых соотношениях и могут применяться как совместно, так и отдельно, в зависимости от конкретных условий. При этом расходы реагентов составляют всего 3–8 кг на тонну.

Такой расход возможно достигнуть при создании развитой системы дозаторов реагентов на обогатительных фабриках. Они предназначены для объёмного непрерывного дозирования собирателя и вспенивателя в системах автоматизации процесса флотации в широком диапазоне производительности.

Обогащение угольных шламов

Недавно было запатентовано изобретение, которое, по мнению экспертов, может стать прорывной технологией в обогащении угля.

Эту технологию предполагают использовать при обогащении угольных шламов на обогатительных фабриках, переработки шламов с гидроотвалов, регенерации шламовых вод предприятий.

Разработчики среди положительных эффектов отмечают – сокращение расхода масляного реагента и снижение энергозатрат.

Способ включает одновременную подачу в водоугольную суспензию масляного реагента и пенообразователя, операцию селективной масляной агломерации угольных частиц при подаче воздуха.

Операцию агломерации осуществляют в камере при перемешивании суспензии в течение 2-3 минут вращающейся мешалкой при окружной скорости её вращения 6 м/с. Масляный реагент и пенообразователь вводят в суспензию при весовом соотношении от 5:1 до 40:1 и общем их количестве 0,1-0,25% от массы сухого угля. Разделение продуктов селекции флотацией проводят во флотационной камере по окончании перемешивания суспензии.

При перемешивании суспензии в указанных условиях повышается дисперсность масляных капель и воздушных пузырьков и увеличивается их количество.

При контакте капель масла с пузырьками последние покрываются масляной плёнкой, при этом общая площадь поверхности омасленных пузырьков в несколько раз превышает площадь поверхности капель масла при постоянном количестве его в суспензии. за счёт этого резко возрастает число столкновений твёрдых частиц с омасленными пузырьками воздуха.

Мелкие гидрофобные частицы угля при столкновении с такими пузырьками закрепляются на плёнке масла, образуя микрофлокулы. Омасленные микропузырьки и микрофлокулы при столкновении с более крупными частицами угля закрепляются на их поверхности.

В результате в суспензии образуются комплексы, состоящие из микропузырьков, плёнок, капель масла и частиц угля различной крупности. При этом снижается расход масляного реагента и повышается скорость перевода аэрокомплексов в пенный продукт при разделении продуктов селекции флотацией.

При обогащении угольного шлама по предлагаемому способу при расходе масляного реагента 0,18% и пенообразователя 0,02% от массы сухого угля, времени перемешивания суспензии 2 мин и окружной скорости вращения мешалки 6 м/с получен угольный концентрат с выходом 87,3% и зольностью 6,5% и отходы зольностью 61,6%.

Таким образом, изобретатели метода добиваются сокращение расхода масляного реагента при обогащении угольных шламов.

Текст: Дмитрий Трапезников