В настоящее время только 40 % углей Кузбасса



Предыдущая | Следующая

 

В настоящее время только 40 % углей Кузбасса проходит через обогатительные фабрики, за это время, накопилось значительное количество угольных шламов, в которых содержится до 40-80 % органической массы, причем в будущем проблема будет стоять еще более остро, так как угольным предприятиям (в Кузбассе работают 50 шахт, 34 разреза и 18 углеобогатительных фабрик [1]) требуется подвергать обогащению практически весь добываемый уголь.
Перевод угольных шламов в технологически приемлемое топливо позволит не только улучшить экологическую обстановку в регионе, но и получить существенный экономический эффект. Угольные шламы представляют тонкодисперсные системы, воздействовать на которые путем применения традиционных технологий (флотация, гравитационное обогащение и т.д.) весьма сложно, а иногда и невыполнимо.
Альтернативой в разрешении этой задачи может быть нетрадиционная технология обогащения угольных шламов методом масляной агломерации, основанная на применении комплекса физико-химических и химических методов. Отличительной особенностью такой технологии являются: низкие расходы реагентов, высокая удельная производительность и селективность разделения минеральных частиц при обогащении высокозольных тонкодисперсных угольных шламов в пульпах малой и средней плотности.
Процесс агломерирования получил широкое распространение на предприятиях, связанных с переработкой дисперсных материалов, и обычно представляет собой технологический цикл производства, обеспечивающий получение ряда продуктов (полупродуктов), благодаря форме гранул которых обеспечивается улучшение их физико-механических свойств.
К основным достоинствам процесса масляной агломерации можно отнести высокую селективность при разделении частиц менее 100 мкм, широкий диапазон зольности обогащаемого угля, возмож ность вести процесс при плотности пульпы до 600 г/л, дополнительное обезвоживание концентрата вытеснением воды маслом при образовании углемасляных гранул. Все это позволяет считать масляную агломерацию весьма перспективной при обогащении углей и угольных шламов тонких классов [2].
В результате процесса образуется углемасляный концентрат (рис.1),
представляющий собой низкозольное и низкосернистое топливо, которое может применяться для различных технологий (коксования, полукоксования, брикетирования), в том числе и для приготовления экологически чистого водоугольного топлива.
Приготовление водоугольного топлива может осуществляться с привлечением ряда других промышленных отходов, например лигносульфонатов – отходов целлюлозных комбинатов, представляющих собой приемлемые реагенты-пластификаторы [3].
Важнейшим вопросом при проведении масляной агломерации является выбор связующего реагента, во многом определяющего себестоимость процесса.
В качестве связующего возможно использование топочного мазута, газойля, химических продуктов улавливания коксохимического производства (поглотительное и антраценовое масла, полимеры бензольного отделения, кислая смолка), дизельное топливо, отработанные машинные масла и т.д.
С целью определения наиболее эффективного реагента были проделаны предварительные эксперименты по обогащению угольного шлама марки СС шахты «Тырганская» (A d = 18,5 % мас.; Wa =3,6 % мас.; Vdaf =30 % мас.; Qбt = 30 378 кДж/кг). В качестве связующего реагента использовались: отработанное машинное масло, топочный мазут, поглотительное масло (см. таблицу).
Из данных таблицы видно, что наиболее приемлемым реагентом из использованных (по показаниям содержания зольности и теплоты сгорания) является отработанное машинное масло. Повышение теплоты сгорания объясняется тем, что само машинное масло (или другие реагенты), присутствуя в угольном концентрате, способствуют повышению значений его теплоты сгорания.
Выход в концентрат составлял 80-84 % мас. Расход связующего был определен потребностью для формирования агломерированного концентрата с минимально возможной зольностью Аd = 4,8-5,6 % мас. и зависел от зольности исходного угольного шлама.
Перспективным направлением применения углемасляного концентрата является получение на его основе водоугольных топлив. Поэтому полученный углемасляный концентрат далее подавался в шаровую мельницу на измельчение и пластификацию. В качестве основы пластифицирующей добавки использовался компонент на основе гуминовых препаратов.
В результате было получено водоугольное топливо с содержанием массовой доли твердой фазы от 62,4 до 63,6% и эффективной вязкостью 1 000 МПа•с.
Исследования на статическую стабильность показали: расслоение проб водоугольного топлива не наблюдалось в течение более 30 сут, что объясняется его структурным строением.
При обогащении угольного шлама реагент-собиратель адсорбируется на поверхности угольных частиц. В процессе приготовления водоугольного топлива при мокром измельчении происходил разлом углемасляных гранул с образованием поверхностей без реагента, в связи с этим катионы гумата натрия могли взаимодействовать лишь со свободными центрами поверхности угольных частиц и водой. В этом случае взаимодействие молекул гумата натрия с угольной поверхностью в определенной степени затруднено предварительной адсорбцией связующего реагента.
Вследствие этого связывание гуматов натрия с поверхностью угольных частиц в его присутствии уменьшается. Из этого следует, что при получении водоугольной суспензии происходит неполная стабилизация дисперсной системы гуматом натрия.
При неполной стабилизации дисперсной системы двойной электрический слой и сольватная оболочка более крупных частиц нарушаются лишь частично, происходит слипание частиц в определенных местах, на участках поверхности, не имеющих фактора устойчивости после стабилизации, т.е. в местах, где адсорбировался реагент. Образуется пространственная сетка, в петлях которой сохраняется дисперсионная среда.
Образующаяся жидкостная прослойка между частицами, хотя и уменьшает прочность структуры, но придает ей некоторую пластичность и эластичность.
В свою очередь, мелкие частицы угля в суспензии стабилизируются полностью.
Это объясняется наличием более плотных слоев гуматов на мелких частицах угля, что обусловливает их отталкивание и препятствует агрегации. Таким образом, можно представить модель пространственной структуры данной водоугольной суспензии (рис. 2).
Как уже отмечалось, при продолжительном хранении (более 30 сут) водоугольные суспензии постепенно сжимались с образованием рыхлых осадков, выделяя жидкую фазу, содержащуюся в их структуре. Предположительно, это результат коагуляционной перегруппировки частиц, число контактов которых, очевидно, увеличивается, что и приводит к сжатию водоугольных суспензий и «выжиманию» из них дисперсионной среды. При применении механического воздействия (перемешивания) происходило восстановление первоначальной структуры суспензий. Это явление объясняется тем, что в определенной степени данная водоугольная суспензия сохраняет существовавшую при ее образовании внутреннюю структуру [4].
Из литературных источников известно, что восстановление структур после их разрушения под действием механического воздействия свойственно тиксотропным системам [5]. Явление тиксотропии связано с восстановлением нарушенных связей между частицами, при механическом воздействии. Такое явление встречается у золей, гелей, студней и носит название “память студня”. Следовательно, можно предположить, что водоугольные суспензии, приготовленные с добавками мазута и гумата натрия, обладают структурированной пространственной сеткой из угольных частиц. Эти свойства, обусловленные особенностями строения структуры, обеспечивают получение водоугольных суспензий со стабильными свойствами.
После сжигания водоугольного топлива остается зола (рис.3) практически без недожога – уникальное сырье, зачастую содержащее промышленные кондиции редких и ценных металлов.Зола от полученного водоугольного топлива направлялась на установку магнитной сепарации, где отделялась магнитная фракция. Так, например, было выделено 7 % магнитной фракции, содержащей оксиды железа.
Образующиеся при проведении процесса масляного агломерирования угольных шламов “хвосты обогащения” могут найти свое применение также в технологии извлечения редких рассеянных элементов, производстве строительных материалов, различных наполнителей как балластные примеси.
В результате будут внедрены новые направления технологий обогащения сырья и угольной продукции, из которых могут быть извлечены концентраты редких и ценных металлов, значительно превосходящих по стоимости добываемые угли. Соответственно, повысится конкурентоспособность угольной продукции на рынке сбыта. Углепродукция, содержащая редкие и ценные металлы, с внедрением глубокой переработки принесет экономическую выгоду, в 2–4 раза большую, чем продажа рядовых углей.
Кратко рассмотрев возможности формирования научно-технического направления комплексной переработки угольных шламов обогатительных фабрик, можно сделать следующий вывод.
В настоящее время назрела необходимость создания данного направления, что предполагает восстановление и образование новых связей межотраслевого взаимодействия промышленных предприятий, переориентирование и переоценку экономической направленности сырьевой базы, привлечение научного потенциала и в свою очередь постепенный переход от кризисного состояния к устойчивому развитию угольных регионов.

Список литературы 1. Лазаренко С.Н., Потапов В.П. Концепция стратегии развития угольной отрасли Кузбасса как основы экономической самодостаточности региона // Финансово-экономическая самодостаточность регионов. - Мат-лы межрегиональной научно-практической конференции. – Кемерово, 2003.
- С.163-166.
2.Клейн М.С., Байченко А.А., Почевалова Е.В. Масляная грануляция угольных шламов Кузбасса // Вестн. КузГТУ.
- 1999. - № 6. - С. 59 – 62..
3.Солодов Г.А., Заостровский А.Н.,
Папин А.В., Папина Т.А. Стабилизация водоугольных суспензий органическими реагентами // Вестник КузГТУ. - 2003. № 2. - С. 79-82.
4. Папин А.В., Солодов Г.А., Заостровский А.Н., Папина Т.А. Процесс формирования структуры высококонцентрированных водоугольных суспензий, приготовленных из обогащенных угольных шламов методом масляной агломерации // Вестн. КузГТУ. - 2003. № 4. - С. 96-99.
5. Зайденварг В.Е., Трубецкой К.Н.,
Мурко В.И., Нехороший И.Х. Производство водоугольного топлива. – М.: Издательство АГН, 2001. - 176 с.