RU80128U1 - Устройство для обогащения угольного шлама - Google Patents

Abstract

Техническое решение относится к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано для получения угольного концентрата из угольных шламов. Устройство содержит фильтрующую центрифугу, ротор которой образован колосниками трапецевидного сечения. 2 з. п. ф-лы.

Description

Техническое решение относится к области горнообогатительной промышленности, а именно, к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано на углеобогатительных фабриках в качестве эффективного способа для получения угольного концентрата из угольных шламов.

Существует огромное количество способов обогащения угольных шламов. Все они, как правило, включают использование дорогостоящих флокулянтов, безвозвратно теряемых с флокулированными осадками.

Основными способами обогащения шламов являются флотация и гравитационно-центробежные методы, осуществляемые во флотационных машинах, обогатительных водных циклонах, винтовых сепараторах, гидросайзерах и других аппаратах. Эффективность этих методов различна и, в первую очередь, зависит от характеристик шламов. Наиболее эффективным способом до последнего времени, особенно для обогащения тонких шламов (менее 0,2 мм) является флотация. Сложность и затратность флотации привела к необходимости поиска альтернативных технологий.

Известен способ регенерации воды и угля из углесодержащего сгущенного продукта (US, патент 4507601), включающий получение смеси из суспензии предварительно обогащенного угля и лиофобной жидкости, в результате чего получают агломерированную смесь, которую затем разделяют в сепараторе на угольный концентрат и отходы. Сгущение отходов осущесталяют в сгустителе с добавкой флокулянтов. Сгущенный продукт направляют в отвал, а слив

сгустителя используют как оборотную воду в технологической схеме обогащения.

Недостатками известного способа следует признать тот факт, что он включает стадии, в которых используют флокулянты, как правило, дорогостоящие, для которых не известен в настоящее время способ регенерации. Это не только усложняет способ, но и повышает себестоимость обогащения угля.

Известен также (Фоменко Т.Г. и др. "Технология обогащения углей", Справочное пособие. - М.: Недра, 1985, с.244, рис.84) способ обогащения угольных шламов, включающий разбавление исходного сырья (шламов) водой до необходимого соотношения твердого к жидкому (Т:Ж) с последующим отделением зернистой угольной части от породной составляющей гидроклассификацией в вертикальном гидроклассификаторе гравитационного типа. Отделение зернистой угольной части от породной составляющей осуществляют за счет разницы в крупности зерен и по плотности среды в восходящем потоке воды, выносящем взвешенную тонкодисперсную породную часть, которую направляют затем направляют в сгуститель, где ее осаждают с применением флокулянтов.

К недостаткам известного способа следует отнести относительно низкую эффективность разделения из-за засорения угольного концентрата крупными породными частицами угольного концентрата и потерь крупных низкозольных частиц угля с отходами, а также необходимость использования дорогостоящих флокулянтов, безвозвратно теряемых в процессе обогащения.

Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (RU, патент 2297284) устройство, применяемое для реализации способа обогащения угольных шламов. Согласно известному способу угольные шламы из гидроотвала

обогатительной фабрики пропускают через гидроклассификатор гравитационного типа, в котором отделение минеральной составляющей от зернистой угольной части происходит как за счет крупности зерен, так и по плотности среды. Абсолютные значения плотностей концентрата и отделяемой породы не имеют существенного значения; главное, чтобы разница в плотностях двух продуктов обеспечивала возможность формирования взвешенного слоя с нужной плотностью разделения. В результате противотока воды и угольной массы зернистая часть угля оседает на дно гидроклассификатора, а взвешенная тонкодисперсная часть, преимущественно минерального состава, перетекает в следующий аппарат (сгуститель) - для взаимодействия с полифункциональным высокомолекулярным материалом.

Для реализации известного способа разработано устройство, применяемое для обогащения угольных шламов углеобогатительной фабрики. Известное устройство содержит последовательно установленные бак-смеситель, первый топливный насос, гидроклассификатор, к гидроклассификатору посредством второго топливного насоса подключен бак-хранилище оборотной воды, первый выход гидроклассификатора, расположенный в его верхней части, подключен к входу сгустителя легкой фракции угольного шлама, выход сгустителя через насос соединен со сборником для регенерации поглотителя взвесей, в нижней части гидроклассификатора установлена арматура для удаления крупных угольных частиц суспензии. Выход указанной арматуры подключен ко входу центрифуги, выход которой по фугату подключен через промежуточный сборник к баку-хранилищу оборотной воды, а по твердой фазе - через смеситель к гранулятору, выход которого через сушилку соединен со складом готового продукта.

Указанное устройство реализуют следующим образом. Водоугольную суспензию приготавливают в баке-смесителе в соотношении Т:Ж=40:60 и далее подают с использованием первого топливного насоса в верхнюю часть гидроклассификатора. Оптимальное содержание твердой фазы в баке-смесителе поддерживают за счет добавления оборотной воды или сгущенного угольного шлама. Гидроклассификатор представляет собой аппарат с принудительной подачей оборотной воды, состоящий из цилиндрической камеры для протока воды. Восходящий поток оборотной воды подают под постоянным давлением вторым топливным насосом из бака-хранилища, создавая взвешенный слой в гидроклассификаторе. По мере попадания твердых частиц в восходящий поток воды в гидроклассификаторе происходит их разделение. Более крупные (тяжелые) частицы концентрируются в нижней части аппарата, а тонкодисперсные (легкие) частицы - в верхней части. Вновь поступающие порции исходного материала вытесняют мелкую и легкую фракции через слив гидроклассификатора в аппарат для сбора взвесей - сгуститель. Сгуститель соединен посредством насоса со сборником для регенерации поглотителя взвесей.

Плотность взвешенного слоя поддерживают регулируемым сбросом через разгрузочные патрубки в верхней части гидроклассификатора. Крупные частицы удаляют через разгрузочную арматуру в нижней части гидроклассификатора. Эффективность обогащения угольных шламов обеспечивают равномерным распределением восходящего потока воды при постоянной скорости и давлении, а также контролем наполнения твердого во взвешенном слое.

Обогащенную зернистую угольную часть подвергают обезвоживанию на центрифуге, из которой фугат поступает в промежуточный сборник и далее посредством дополнительного насоса поступает в бак-хранилище оборотной воды. Угольный концентрат подвергают гранулированию в грануляторе, причем предварительно концентрат смешивают со связующим из дополнительного сборника в смесителе. Гранулированный концентрат поступает через сушилку в сборник гранулята. Полученный гранулят можно транспортировать на любые расстояния.

В результате проведенного процесса угольные шламы гидроотвалов, содержащие ценные марки зернистых коксующихся углей, отделяют от минеральной составляющей до зольности, допустимой современными технологическими нормативами.

Недостатком известного устройства следует признать его сложность, вызывающую значительную себестоимость получаемого конечного продукта.

Техническая задача, достигаемого посредством разработанного устройства, состоит в разработке нового устройства обогащения угольных шламов.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного технического решения, состоит в уменьшении отходов, получаемых при сжигании обогащенного с использованием разработанного устройства угольного шлама.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанное устройство для обогащения угольного шлама, которое в любом варианте реализации содержит фильтрующую центрифугу, ее ротор образован колосниками трапецевидного сечения, причем расстояние между колосниками, предназначенное для прохождения угольного шлама предпочтительно

в два раза больше размера граничного зерна разделения шлама. Устройство в предпочтительном варианте реализации дополнительно содержит гидроклассификатор, сгуститель и гидроциклон, последовательно установленные перед фильтрующей центрифугой.

Также разработан способ обогащения угольного шлама с использованием разработанной центрифуги. Согласно разработанному способу предварительно определяют зольность каждой предварительно выделенной по крупности фракции угольного шлама, по полученным данным строят зависимость зольности от крупности фракции, выделяют высокозольные фракции, которые затем удаляют с использованием фильтрующей центрифуги. Обычно выделяют фракции, зольность которых превышает 9,0-10,0%. В предпочтительном варианте реализации разработанного способа предварительно проводят гидроклассификацию суспензии угольного шлама с выделением в качестве второго целевого продукта легкой фракции угольного шлама, сгущают полученную суспензию легкой фракции с последующим отделением высокозольных фракций. Преимущественно после обогащения низкозольные фракции шлама, по меньше мере, частично обезвоживают. Обычно обезвоживание проводят до остаточного содержания влаги 18%.

Настоящее изобретение основано на экспериментально установленном факте.

При исследовании угольного шлама крупностью 0-0,5 мм на Нерюнгринском угольном разрезе, поступающего на обогащение методом флотации, было установлено с использованием ситового анализа, что с уменьшением крупности частиц увеличивается его зольность (табл.1).

Табл.№1
				Сумма по классам

Классы, мм	Масса, гр.	v,%	Аd %	v,%	Аd,%
>0,5	4,0	4,0	7,0	4,0	7,0
0,3-0,5	8,3	8,3	7,4	12,3	7,3
0,2-0,3	13,9	13,9	8,3	26,2	7,8
0,1-0,2	18,9	18,9	9,5	45,1	8,5
0,063-0,1	22,9	22,9	10,8	68,0	9,3
<0,063	32,0	32,0	27,1	100,0	15,0
ИТОГО	100,0	100,0	15,0

Наиболее высокую зольность, в случае Нерюнгринского угольного разреза имеют шламы крупностью менее 0,063 мм, которые озоляют, в конечном счете, весь угольный шлам класса 0-05 мм. Следовательно, если удалить шламы крупностью менее 0,063 мм, то удастся в значительной мере избавиться от золы и получить кондиционный коксовый концентрат.

В общем случае для определения граничного зерна разделения необходимо установить зависимость зольности от размеров частиц шлама и по требуемой зольности угольного концентрата установить размер граничного зерна. В зависимости от качества угля для различных месторождений и, вероятно даже для различных шахтопластов одного месторождения, эта величина может меняться.

В предпочтительном варианте реализации способа предложено, после определения порогового значения крупности фракции с допустимой зольностью, предварительно провести гидроклассификацию суспензии угольного шлама для получения содержания твердого в суспензии порядка 45-55%, что достигается установкой перед центрифугой сгустителя и/или гидроциклона. Сгущенный до указанной плотности продукт, поступает в центрифугу, где происходит разделение по выбранному граничному зерну, путем удаления в фугат тонкодисперсных высокозольных частиц и выделением в осадок (кек) низкозольных зернистых угольных фракций. При этом влажность осадка составляет 16 до 20%, что существенно ниже, чем влажность обезвоженного шлама такой же крупности, достигаемая на дисковых и ленточных вакуум-фильтрах и ленточных фильтр-прессах. Слив гидроциклона (в случае его установки перед центрифугой) совместно с фугатом центрифуги направляют на сгущение в сгуститель с последующим обезвоживанием сгущенного продукта на ленточных фильтр-прессах. В зависимости от получаемой зольности, определяющей целевое назначение продукта, его направляют в присадку к промпродукту, или к необогащенному шламу, или в отходы.

В предпочтительном варианте реализации устройства предложено использовать фильтрующую центрифугу, ротор которой образован колосниками трапецевидного сечения, а ширина щели между колосниками, предпочтительно, в два раза больше размера граничного зерна разделения шлама. В наиболее предпочтительном варианте реализации используемое устройство содержит последовательно установленные гидроклассификатор, сгуститель, гидроциклон, фильтрующую центрифугу с ротором указанной конструкции.

В частности на обогатительной фабрике «Нерюнгринская» в результате многолетних научно-исследовательских изысканий была разработана альтернативная технология обогащения и обезвоживания мелких классов угля (0-0,5 мм) без применения традиционного метода флотации.

Данная технология разработана на основании исследований угольного шлама крупностью 0-0,5 мм, поступающего на обогащение методом флотации. Ситовый анализ исследуемого шлама показал, что с уменьшением крупности частиц увеличивается его зольность (см. табл.1).

Из графика видно, что для указанного месторождения зольность шламов крупностью более 0,063 мм составляет 9,3%, в то время как зольность шлама класса менее 0,063 мм-27,1%.

Приведенные выше данные показывают лишь яркий пример изменения зольности шламов от его крупности и не являются постоянной величиной. Как показали дальнейшие исследования, зольность шламов находится в непосредственной зависимости от зольности рядового угля, поступающего на переработку. Поэтому, зольность шлама крупностью более 0,063 мм может колебаться от 8,5% до 10,5%, соответственно и выход данного класса изменяется в пределах 60%-75%.

Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать следующие основные заключения: для получения кондиционного концентрата с зольностью 9,5-10,5%, из шламов класса 0-0,5 мм для углей Нерюнгринского месторождения, достаточно удалить высокозольную его составляющую, т.е. класс менее 0,063 мм; выход концентрата при этом составит 60-70%, следовательно, нет необходимости в обогащении данных шламов методом флотации.

Успешно проведенные промышленные испытания данной технологии, позволили приступить к ее внедрению в производство без остановки обогатительной фабрики, с поэтапным выводом из эксплуатации процесса флотации.

Технически решить вопрос удаления класса 0,063 мм из шламов позволили фильтрующие центрифуги типа EBW-48RH (фирма «Stokes & Со. Ltd.» пр-во Англия) и гидроциклоны типа ГЦ -150. Применение данных центрифуг позволяет решить сразу несколько задач:

1. удаление высокозольного класса (менее 0,063 мм) из шлама в фугат с целью получения осадка, соответствующего по качеству кондиционному концентрату (9,5-10,5%);

2. обезвоживание полученного концентрата до влажности 18% с целью снижения затрат не его просушку.

3. Исключение из технологии реагентов: дизельного топлива и бутиловых спиртов, а следовательно, и затрат на их приобретение. юномия от внедрения на сегодняшний день -61,103,млн. руб.

Claims (3)

1. Устройство для обогащения угольного шлама, отличающееся тем, что оно содержит фильтрующую центрифугу, ротор которой образован колосниками трапециевидного сечения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит гидроклассификатор, сгуститель и гидроциклон, последовательно установленные перед фильтрующей центрифугой.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширина щели между колосниками в два раза больше размера граничного зерна разделения шлама.