CC BY
71
----------------------------------------------- © Д.В. Бойко, А.В. Калина,
2009
УДК 622.7
Д.В. Бойко, А.В. Калина
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБОГАЩЕНИЯ МЕЛКИХ КЛАССОВ КУЗНЕЦКИХ УГЛЕЙ МЕТОДОМ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ
Приведены результаты испытаний пневматического сепаратора для обогащения мелких классов углей.
Ключевые слова: обогащение углей, пневматический сепаратор, сепарационные характеристики, угольные концентраты, плотность фракций.
Семинар № 22
D. V. Boyko, A. V. Kalina THE STUDY ON PREPARATION OF FINE-GRAIN COAL BY PNEUMATIC SEPARATION ON THE EXAMPLE OF COAL MINED AT NOVOKUZNETSKAYA PIT
The results of pneumatic separator test designed for fine-grain coal preparation are given.
Key words: coal preparation, pneumatic separator, separating characteristics, coal concentrates, fraction of density.
Одним из перспективных методов интенсификации обогащения мелких классов углей в маловодных и северных районах является применение метода воздушной сепарации. Обоснованием целесообразности применения этого метода является возможность резкого снижения материалоемкости, энергозатрат и уменьшения расхода технической воды [1, 2]. В прошедшие годы были разработаны новые конструкции машин для обогащения углей в воздушном потоке, характеризующиеся высокой эффективностью разделения [3,4], приближающейся, а в ряде случаев превышающей показатели обогащения отсадкой или в тяжелых средах. Перспективным путем решения поставленной задачи является применение новых типов аппаратов для обогащения мелких классов углей.
Испытания установки СЕПАИР - 1-
0,5 было проведено на углях, добываемых на разрезе «Бунгур», шахте «Ку-шеяковская» и шахте Эрчим-Тхан. При проведении испытаний в эксперименте использовались фракции угля крупностью до 13 мм.
Работа сепаратора осуществляется следующим образом. Поступающий на сепарацию материал с помощью вибрационного питателя 6 распределяется в один слой на поверхности ленточного сетчатого конвейера 1. Транспортируясь, материал попадает в зону воздушного сопла 2, через которое с определенной скоростью всасывается воздух. Этот воздушный поток создается за счет работы воздуходувки 4, соединенной через продуктовый бункер 3 с соплом 2. С помощью частотного преобразователя привода воздуходувки подбирается необходимый расход воздуха через сопло 2, что обеспечивает при заданном сечении сопла требуемую скорость воздушного потока. Восходящий поток воздуха передает импульс транспортируемому по конвейеру материалу. Куски, имеющие меньшую плотность, захватываются воздушным потоком и попадают в продуктовый бункер, более тяжелые остаются на конвейере 1, и транспортиру-
Рис. 1. Принципиальная схема пневматического сепаратора СЕПАИР-1-0,5:
1 - ленточный сетчатый конвейер; 2 - воздушное сопло; 3 - продуктовый бункер. 4 - воздуходувка
ются в накопительную емкость для хвостов.
Рабочая проба исследуемого материала взвешивалась и выгружалась в приемный бункер ленточного питателя, из которого по конвейеру с постоянной производительностью подавалась на установку СЕПАИР-1-0.5. Предварительно с помощью частотного преобразователя задавалась минимальная скорость вращения электродвигателя воздуходувки, которая обеспечивала создание воздушного потока в сопле со скоростью, достаточной для захвата наиболее легкого материала с сетчатого конвейера. После окончания сепарации материал из продуктового бункера выгружался, взвешивался, и из него отбиралась проба для определения плотности продукта. Хвосты сепарации, т.е. материал, который остался на конвейере, собирался в емкость, взвешивался для контроля балан-
са продуктов и снова загружался в бункер ленточного питателя. Частотным преобразователем поднималась частота вращения вала электродвигателя воздуходувки, включался ленточный питатель, и процесс сепарации повторялся.
Процесс сепарации исследуемой пробы продолжался до достижения максимальных оборотов электродвигателя воздуходувки. Продукт 1 получался при выдерживании оборотов воздуходувки и, соответственно, скорости воздушного потока в зоне сепарации на уровне 10% от максимально возможного. Для получения последующих продуктов (2-7) число оборотов и скорость воздушного потока наращивались в арифметической прогрессии (20%-70% от максимально возможного уровня).
Последний продукт представлял собой материал, оставшийся на конвейере.
Плотность фракций
скорость восходящего потока,% от макс.
По результатам проведенных исследований были построены сепарацион-ные характеристики для отдельных фракций угля с использованием в качестве разделительного признака плотности фракций и скорости восходящего потока воздуха.
Представленные в табл. 1 и на рис.2 результаты обогащения фракции угля разреза Бунгур крупностью
+2,5 - 5,0 мм, включая данные по измерению зольности продуктов сепарации,
Рис. 2. Зависимость выходов продуктов сепарации и их зольности от плотности фракций и скорости восходящего потока для класса +2,5 -5 мм: 1. - Выход фракций. 2. - Выход концентрата. 3 - Зольность фракций. 4 -Зольность концентрата
показали, что выход фракций угольного концентрата с суммарной зольностью 9,5% (продукты 1-3) составил около 47,1%, а выход фракций промпродукта с суммарной зольностью 31,2% (продукты 4,5) - 35,1%. При этом выход отхода обогащения (хвостов) с зольностью
72,2% составил 17,6%. Расчетный выход угольного концентрата из класса 2,5-5,0 мм с зольностью 12% (рис. 2) при ведении процесса в одну операцию составляет 62,5%.
Результаты обогащения класса угля крупностью +5 -10 мм на установке СЕ-ПАИР-1-0,5 показали, что выход фракций угольного концентрата с суммарной зольностью 10,8% (продукты 1 -3) составил около 46,3%, а выход фракций промпродукта с суммарной зольностью 29,2% (продукты 4,5) - 36,6%. При этом выход отхода обогащения (хвостов) с зольностью 82,2% составил 13,5%. Расчетный выход угольного концентрата из класса 2,5-5,0 мм с зольностью 12% (рис.2) при ведении процесса в одну операцию составляет 61,5%.
Результаты обогащения класса угля крупностью +10 - 13 мм на установке
выход, содержание золы,% выход, содержание золы,%
плотность фракции, г/см3
скорость потока, % от макс
СЕПАИР-1-0,5 показали, что выход фракций угольного концентрата с
Рис. 3. Зависимость выходов продуктов сепарации от их зольности для класса +4 -10
мм: 1 - Выход фракций. 2- Выход концентрата. 3 - Зольность фракций. 4 - Зольность концентрата
суммарной зольностью
10,1% (продукты 1-5) составил около 68,7%, а выход фракций промпродукта с суммарной зольностью
38,2% (продукты 6,7) -
23,2%. При этом выход отхода обогащения (хвостов) с зольностью 74,8% составил 8,3%. Расчетный выход угольного концентрата из класса 10-13 мм с зольностью 12% (рис.4) при ведении процесса в одну операцию составляет 81,7%.
Анализ полученных результатов показал, что эффективность обогащения мелких классов углей разреза Бунгур отвечает предъявляемым требованиям к зольности угольного концентрата (9,5-11%) и уровню извлечения угольной массы (8995%).
Угли шахты Кушеяков-ская характеризуются трудной трудной обогатимостью ( ). Представленные в таблице 2 и на рис.3 результаты обогащения угля крупностью +4-10 мм, показали, что распределение выходов продуктов сепарации класс имеет четко выраженный максимум выхода продуктов с зольностью меньше 10%.
Представленные результаты обогащения класса угля шахты Кушеяковская крупностью +4 - 10 мм, показали, что на
Таблица 1
Данные по испытаниям класса +2,5 -5,0 мм
Продукт Выход,% Зольность Плотность, кг/м3
Продукт 1 6,6 9 1350
Продукт 2 22,0 8,7 1385
Продукт 3 18,7 12,4 1395
Продукт 4 15,4 21,7 1420
Продукт 5 19,7 39,2 1650
Продукт 6 (отход) 17,6 72,2 1825
Итого 100,0 28,6
Таблица 2
Данные по испытаниям класса +4 -10 мм
Продукт Выход Общии выход, % Зольность (А11), % Плотность, т/м3
кг %
Продукт 1 1,24 6,6% 1,6% 5,9 1,29
Продукт 2 3,08 16,3% 3,9% 6,5 1,30
Продукт 3 4,40 23,3% 5,6% 7,2 1,31
Продукт 4 4,40 23,3% 5,6% 9,4 1,32
Продукт 5 3,30 17,5% 4,2% 12,9 1,33
Продукт 6 1,45 7,7% 1,8% 20,5 1,43
Продукт 7 0,72 3,8% 0,9% 54,9 1,72
Итого 18,6 98,4% 23,6% 11,4
сепарационной характеристике с использованием в качестве разделительного параметра скорости восходящего потока воздуха отсутствуют резкие (скачкообразные) изменения, характерных для сепарационной характеристики с использованием в качестве разделительного параметра плотности фракций. Сравнение сепарационных характеристик с использованием в качестве разделительных параметров плотности фракций и скорости восходящего потока показывает, что в последнем случае возможна плавная регулировка и стабилизация процесса.
Выход углей с зольностью 5,9-9,4% составил 69%, промпродукта с зольностью 20.5% - 8%, а отхода с зольностью 54,9% - 4%. Расчетный выход угля класса 4-10 мм с зольностью 10,5% при ведении процесса в одну операцию составляет 96,3%.
Суммарные показатели обогащения, полученные на основании данных по сепарации отдельных фракций данной
пробы показали возможность получения из рядовых углей марки Г добываемых на шахте «Кушеяковская» высокообогащенного угольного концентрата (зольность 10,5%) с высоким выходом непосредственно в одну обогатительную операцию. Оценка полученных результатов показывает, что применяемый метод воздушной сепарации оказался весьма эффективным для обогащения мелких классов угля. Следует отметить относительно небольшой выход пром-продукта (22%).
Угли шахты Эрчим-Тхан относится к очень труднообогатимым (Т=24-32%). Трудная обогатимость угля во многом объясняется значительным выходом слабо метаморфизированного угля с высокой пористостью и одновременно со значительным содержанием равномерно вкрапленных вмещающих пород. Результаты обогащения класса угля шахты Эрчим-Тхан крупностью +3 - 8 мм, показали, что распределение выходов продуктов сепарации имеет четко выражен-
Рис. 4. Принципиальная схема промышленной установки для пневматического обогащения угля с выделением трех концентратов, промпродукта и отвальных отходов: 1 - Ленточный сетчатый конвейер. 2 - Сопло. 3 - Бункер для накопления продуктов сепарации. 4 - Воздуходувка. 5- Система аспирации воздуха. 6 - конвейер для удаления концентратов. 7 - конвейер для удаления промпродуктов. 8 - конвейер для удаления отходов
ный максимум выхода продуктов с зольностью меньше 16%. Расчетный выход угольного концентрата из класса +3 -8 мм с зольностью 16,0% при ведении процесса в одну операцию составляет 72,5%.
Результаты обогащения угля крупностью +8 - 13 мм, показали, что наблюдаемая зависимость выхода продуктов от зольности аналогична зависимости полученной при сепарации класса +3 -8 мм. Выход углей с зольностью 16 % составил 65,0%, промпродукта с зольностью 21,5% - 31,2%, а отхода с зольностью 75,.0% - 12,4%. Расчетный выход концентрата с зольностью 15,0% при ве-
дении процесса в две операции составляет 71,3%.
Суммарные выходы концентратов, промпродуктов и хвостов обогащения на основании данных по сепарации отдельных фракций пробы показали возможность получения из мелких классов труднообогатимых углей, добываемых ОАО на шахте «Эрчим-тхан» обогащенного угольного концентрата с зольностью 16% с высоким выходом непосредственно в одну обогатительную операцию и небольшими потерями углистого вещества с отходами обогащения.
Для оценки возможности и определения эффективности промышленного
Таблица 3 Рис. 5. Принципиальная схема обогащения
Технологические показатели обогащения фракцияеЛкиХЗ фракций углей на пневматическом углей разреза Бунгур в одну стадию на полупромььштрамйіре с горизонтальным воздушном установке пневматического обогащения угля потоке: 1, 3, 5, 7 - грохота (сита); 2 - крупная
Выход фракция на додрабливани е); ^ИзвлеЧение1 оны
Продукты обогащения кг пневмати ций; 9 - іескойьйбпарадии тородные фракці выделвнныхмфр аки; 10 -ьу%ольный
Концентрат 1 Концентрат 2 5740 2750 57онцентр 27,5 ат; 11 1Ф,т0гв 25,20 67,31 28,21
Отвальный продукт Итого 1510 10000 15,1 100,0 >0 72 0 70 ^ о" 40
Таблица 4
Технологические показатели обогащения фракции +1 -13 мм углей разреза Бунгур в две стадии на полупромышленной установке пневматического обогащения угля
Продукты обогащения Выход Зольность; % Извлечение угольной мас-сы,%
кг
Концентрат 1 6510 65,1 14,62 75,72
Концентрат 2 1940 18,4 25,40 18,81
Отвальный продукт 1650 16,5 75,76 5,47
Итого 10000 100,0 26,86 100,00
применения разработанного метода и аппарата были поставлены опыты на фракции угля широкого диапазона крупности. Учитывая полученные результаты исследований, средний размер и, соответственно, границы класса были сдвинуты в область меньших величин. Исследованиям был подвергнут класс +1 -13 мм. Опытно-промышленные испытания обогатимости углей, добываемых на разрезе «Бунгур», методом пневматической сепарации проводились на промышленной обогатительной установке (рис. 4).
Полученные результаты (табл. 3) показали, что при обогащении угля без разделения на узкие классы происходит снижение выхода концентрата и отвальных хвостов обогащения с увеличением выхода промпродукта. В этом случае достижение требуемых техникоэкономических показателей возможно только на основе применения развитых схем обогащения с замкнутым или отдельным промпродуктовым циклом.
Как показали результаты исследований, при использовании схемы с переработкой промпродуктовой фракции в отдельном цикле удается достичь увеличения выходов угольного концентрата и отвального продукта. Однако качество угольного концентрата (Аё=14,6%) не полностью удовлетворяет имеющимся требованиям.
Анализ угольного концентрата показал, что наибольший выход породных минералов в концентрат а угля в отвальный продукт связан с классом +1-3 мм. Этот класс является так же причиной снижения эффективности разделения более крупных классов.
Обогащение класса +1 -3 мм на аппарате СЕПАИР-1-0,5 нецелесообразно, поскольку размер отверстий в сите-конвейере превышает указанную величину крупности зерен. Для обогащения указанного класса целесообразно применить другие способы, например способ и аппарат для обогащения угля в горизонтальном потоке воздуха.
Технологический процесс обогащения включает операции деления на ситах (грохотах) с соотношением размеров
1. Молявко А.Р. Комплексное обогащение и использование углей // Обзор ЦНИИЭУголь. -М.: ЦНИИЭУголь., 1974. - 87 с.
2. Бесов Б.Д. Тенденции развития пневматического обогащения углей в СССР // Уголь, 1989, №11. -С.18-20.
3. Люленков В.И., Кузьмин А.В., Качу-ров К.В., Кардаков А.Л., Бойко
— Коротко об авторах ----------------------
Бойко Д.В. Калина А.В. - НИИ «Комплексные +7 (3843) 740010 +7 (3843) 749300_______
ячеек двух соседствующих сит 1,38-1,5 и пневматическую сепарацию выделенных фракций в горизонтальном воздушном потоке. Попадающие с исходным питанием крупные куски додрабливаются в дробилке.
При исследовании обогатимости фракции угля 0-8 мм на пневматическом сепараторе с горизонтальным воздушным потоком получили концентрат с зольностью 10,7% и отход с зольностью 50,6%. Полученные отходы представляют собой сумму промпродукта и отвальной породы. Данный эксперимент показал возможность получения низкозольного концентрата при очень низкой себестоимости процесса. При проведении оптимизации процесса, имеется возможность получения отхода с зольностью 89% и низкозольного промпродукта.
Таким образом, в результате проведенных исследований была установлена возможность эффективного обогащения мелких классов углей Кузбасса на пневматических сепараторах с восходящим и горизонтальным потоком воздуха.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Д.Ю. Способ сухого обогащения. Патент РФ № 2268787, 2005. . Опубл.
27.01.2006.
4. Кузьмин А.В., Люленков В.И., Качуров К.В., Кардаков А.Л., Способ сухого обогащения угля. Патент РФ № 2282503, 2005. Опубл.
27.08.2006. ЕШ '
проблемы обогащения минералов», Факс:
