Новые подходы создания углеобогатительных фабрик Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.7:622.33 © Л.А. Антипенко, 2017

Новые подходы к созданию углеобогатительных фабрик

(Доклад на семинаре «Обогащение и глубокая переработка полезных ископаемых» в рамках «Неделя горняка 2017»)

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-6-68-72

АНТИПЕНКО Лина Александровна

Доктор техн. наук, проф., советник генерального директора ООО «Сибнииуглеобогащение», 653000, г. Прокопьевск, Россия, e-mail: [email protected]

Экономическая ситуация на российском угольном рынке вносит свои коррективы в планы по модернизации углеобогатительных активов. Предугадать направление развития и предложить наилучший вариант реализации проекта - одна из главных задач. Современные технологии развития угольной энергетики обусловлены технологиями переработки углей. В статье перечисляются технологические схемы, используемые за рубежом и в отечественной горной и смежных отраслях технологий, комплексное применение которых наделяет установку по термической сушке угля уникальными для российского рынка потребительскими свойствами. Ключевые слова: термическая сушка, безопасность в угольной промышленности, обогащение угля.

Согласно прогнозу Международного энергетического агентства в середине нынешнего столетия в мировом топливно-энергетическом балансе будет преобладать уголь, запасов которого хватит на шесть веков, причем на долю угля приходится около 90% энергетического потенциала полезных ископаемых органического происхождения, пригодных для промышленной разработки. Мировое потребление энергоресурсов возрастет в 1,4 раза - до 17,3 млрд т условного топлива.

Современные технологии развития угольной энергетики обусловлены технологиями переработки углей.

В настоящее время одним из ключевых факторов повышения технологической, экономической и экологической эффективности угольной энергетики является использование обогащенного топлива, освобожденного от основной части неорганических веществ, количество которых достигает 35-50%. Облагороженное обогащением топливо отличается от валовых, рядовых углей не только

существенно меньшей зольностью, но и более высоким энергосодержанием.

Обогащенные угли отличаются более высокой конкурентной способностью в условиях рыночной экономики. На мировом рынке всегда стабильно высокий спрос на низкозольные угли с повышенным содержанием витрини-та и теплотворной способности. Добываемые угли требуют глубокого обогащения.

В 2016 г., по данным Росстата, в России добыто 385,4 млн т угля. Больше всего угля добыла компания АО «СУЭК» - 105,47 млн т. Далее по объемам добычи следуют ОАО УК «Кузбассразрезуголь» с объемом 44,5 млн т, АО ХК «СДС-Уголь» - 28,6 млн т. В число компаний с большим объемом добычи угля вошли такие предприятия, как ООО «Компания «Востсибуголь» (13,1 млн т), ПАО «Южный Кузбасс» (9 млн т), ОАО ОУК «Южкузбассуголь» (11,2 млн т), АО «ХК «Якутуголь» (9,9 млн т).

Одной из самый крупных угледобывающих компаний страны является АО «СУЭК». В АО «СУЭК» действуют восемь обогатительных предприятий, на которых предусмотрены новейшие технологии обогащения:

- гравитационные: тяжелые среды, отсадка и винтовые сепараторы;

- водно-шламовые схемы. На некоторых фабриках схемы замкнуты благодаря установке фильтр-прессов. Глубина обогащения - 0,1-0,15 мм.

По отчетным данным (см. таблицу), на обогатительных фабриках выпуск осадков фильтр-прессов изменяется от 1,5% (ОФ шахты «Талдинская-Западная-1») до 11% (ОФ шахты «Полысаевская»), зольность осадков - от 25,9 до 41,1% с влагой - от 25 до 40,1%.

На всех обогатительных фабриках шлам с низкой зольностью добавляется к породе, чем снижается зольность породы и в итоге в пересчете на зольность получаются значительные потери. Так, например, на ОФ «Тугнуйская» при производительности 1200 т/ч около 80 т рядового угля выпускается с отходами обогащения. Проблема шламов (осадков ленточных фильтр-прессов) состоит в получении более высокой зольности при обогащении и низкой влаге при обезвоживании. Высокая влага создает проблемы при транспортировке и разгрузке транспортных средств. Из анализа литературных источников и практики использования осадков фильтр-прессов следует:

- получение водоугольного топлива (ВУТ);

- брикетов, пеллетов;

- технология наносушки;

- обезвоживание сорбентами;

- добавка шлама к рядовому углю или промпродукту и отправка для сжигания в стационарных котельных установках, слоевого сжигания в отопительных печах объектов социально-бытового назначения.

Проект получения водоугольного топлива выполнен для Тугнуйской обогатительной фабрики [1]. Технология приготовления ВУТ заключается в следующем, исходный шлам загружается в смеситель с одновременной дозированной подачей в него раствора-реагента классификатора. После перемешивания полученная смесь через фильтр грубой очистки разгружается в зумпф и далее насосом подается в вибромельницу. Сжигание топлива осуществляется в котельной установке с котлом адиабатической вихревой камерой сгорания. Схема приготовления ВУТ приведена на рис 1. На рис. 2 приведена схема подачи и сжигания ВУТ. Себестоимость приготовления ВУТ составляет 190-250 руб.

Не менее затратный способ брикетирования угольной мелочи. Брикетирование - метод, который может быть эффективно применен для бурых углей. Можно брикетировать без связующего вещества. Разработки последних

лет позволили формировать каменноугольные брикеты без применения связующих из любых отходов угольной промышленности. Брикетирование в таких установках проходит в два этапа. Сначала измельченный уголь проходит первоначальное уплотнение для удаления пустот между частицами. Затем путем давления до 100-200 Мн/ м2 происходят деформация и уплотнение самих частиц.

Получение легкого наполнителя бетона возможно из высокозольных шламов и породы. Метод требует обжига и весьма затратный.

В соответствии с ГОСТ 32347-2013 [2] добавка осадка фильтр-прессов к рядовому углю, промпродукту может быть использована для сжигания в стационарных котельных установках, слоевого сжигания в отопительных печах объектов социально-бытового назначения. Такой метод может быть применен на всех обогатительных фабриках. Тем более что при существующей технологии обогащения потери рядового угля с отходами обогащения значительные - от 2,5 до 13%.

Для снижения потерь можно рекомендовать установку дополнительных блоков гидроциклонов малого диаметра

Осадки фильтр-прессов (кек) ОФ АО «СУЭК» в 2016 г.

Отчетные Аd (отходы) + Осадок фильтрпрессов),%

Предприятия Зольность, % Влага, % Выход, % данные Аd породы (отходов), %

ОФ шахты им. С.М. Кирова, секция № 1 30,4 38,4 8,9 80,9 69,0

ОФ шахты им. С.М. Кирова, секция № 2 31,3 38,8 7,8 81,1 71,5

ОФ шахты «Комсомолец» 32,7 37,2 6,5 79,4 71,7

ОФ «Тугнуйская» 39,9 31,1 5,5 68,3 62,0

ОФ ООО «СУЭК-Хакасия» 32,7 35,8 1,6 55,0 53,6

ОФ «Чегдомын» 41,3 40,1 9,0 73,6 64,9

ОФ шахты «Талдинская-Западная-1» 25,9 33,4 1,5 67,6 64,5

ОФ шахты «Полысаевская» 31,3 25,0 11,0 76,3 62,6

СОФ

основной продукт р— - раствор реагента техническая вода

-т — - готовое ВУТ (топливо)

измерение разрежения измерение давления измерение расхода запорная арматура

приготовления раствора реагента

Аккумули- Аккумули-

рующая рующая

емкость емкость

для ВУТ для ВУТ

71

объемного типа

_о_

Рис. 1. Схема приготовления ВУТ

Трубопровод подачи ВУТ с установки приготовления

Расходная Расходная

емкость емкость

Воздух атмосферный

компрессора

-© -о

V-

Демпфер

в систему газоочистки

Рис. 2. Схема подачи и сжигания ВУТ

Условные обозначения:

--ВУТ

---- воздух

----- сжатый воздух

—д.г. — - дымовые газы

(Р - измерение давления

О) - измерение расхода

>< - запорная арматура

-ЕЗ- - регулятор давления

50-75 мм. В этом случае зольность осадков фильтр-прессов возрастет, но обезвоживание тонких илистых частиц на ленточных фильтр-прессах невозможно. Влага осадка будет более 40%. Обезвоживание такого осадка более эффективно производится на камерных фильтр-прессах. Потребуется замена ленточных фильтр-прессов на камерные. Влага снизится до 25%.

Самый главный вопрос - это обезвоживание тонких шламов до транспортабельного состояния. В этом случае упрощается сбыт осадка как самостоятельного товарного продукта. Известна термомеханическая технология - на-носушки системы N01. В основе технологии лежит использование молекулярных сит (по аналогии с губкой) [3], которые впитывают в себя излишки влаги из частиц мелкого угля. Эти молекулярные сита (шарики, гранулы) представляют собой наноэлементы, которые обычно используются для удаления примесей из воздушной, аэрозольной или жидкой среды. Молекулярные сита имеют поры размером от 3 до 10 ангстрем. Сита могут впитывать до 42% влаги по отношению к собственному весу и могут быть повторно использованы после удаления из них влаги путем нагревания. Молекулярные сита по диаметру больше, чем тонкие угольные частицы, которые путем грохочения могут быть отделены от высушенного шлама. Метод требует просушки сит (гранул). При этом возможно образование пыли и взрыва. Молекулярные сита состоят из силиката алюминия, глины, пористого древесного угля, цеолитов, активного углерода или синтетических составов, образующих открытые структуры, каналы которых могут быть проницаемы для молекул воды (рис. 3,4).

Осушивающий материал безопасен для окружающей среды. Срок службы - 2000-4000 циклов. Характеристика системы N01: максимальный размер фракции угля -

менее 1 мм; снижение влаги на 98-100%; общая эффективность процесса до 81%; время нахождения угля в осушающей установке - 1,5-3 мин; контроль за процессом - программируемый логический контроллер; занимаемая площадь - 18x34 м (производительность - до 135 т/ч).

Компанией «Коралайна Инжиниринг» создана новая технология, несколько отличающаяся от N01. Новые решения позволили уменьшить время циклов осушения и регенерации сорбента, позволили разработать метод короткоцикловой адсорбции. Новая технология названа короткоцикловой наносушкой «Кронос». Разработана опытно-промышленная установка (рис. 5), на которой проводятся испытания по осушению сорбентами концентратов центрифуг «Декантер». По заказу компании отечественным производителем катализаторных систем разработан уникальный сорбент, превосходящий своими характеристиками по износостойкости и сорбционной активности большинство известных сорбентов, для работы с углями классов 0-3 мм и шламами 0-1 мм с исходной влажностью до 30% (см. рис. 5).

Известен метод снижения влаги при обезвоживании шламов в гипербар фильтрах с подачей пара. Этот метод может быть успешно применен для флотационного концентрата или шлама крупностью до 0,5 мм (осадки фильтр-прессов крупностью менее 0,1 мм).

В институте «Сибнииуглеобогащение» есть разработка патронного фильтра под давлением, пригодного для обезвоживания шламов взамен фильтр-прессов [4]. На модульной установке, состоящей из шести патронных фильтров до 60 т/ч, возможно получение влаги 13-15%. Патронный фильтр, работающий под давлением до 4 кг/см2 , защищен патентом.

Для снижения потерь рядового угля в породе ОФ увеличения выхода концентрата необходимо внедрять флотационный метод обогащения шламов крупностью менее 0,5 мм. Тем более, что этот метод способствует регенерации оборотной воды.

В проектах обогатительных фабрик построенных после 2000 г. этот метод исключен. Вместе с этим исключен метод сушки товарной продукции ОФ. В технологических схемах предусмотрены для обогащения шлама спиральные сепараторы и классификационные гидроциклоны.

Спиральные сепараторы для шламов крупностью менее 1 мм до 0,15 мм технологически не пригодны, так как технологическая эффективность спиральных сепараторов зависит от крупности и обогатимости поступающего шлама. По технической характеристике крупность поступающего шлама должна быть от 0,5 до 3(4) мм.

Рис. 3. Термомеханическая технология наносушки NDT

Рис. 4. Молекулярные сита (шарики, гранулы) представляют собой наноэлементы, которые обычно используются для удаления примесей из воздушной, аэрозольной или жидкой среды

Внедрение флотационного метода позволит получать высокое качество концентрата, как по зольности, так и теплотворной способности. Высокозольные отходы флотации после обезвоживания на фильтр-прессах камерного типа вместе с породой отправлять в отвал.

В институте разработана конструкция флотационная машина механического типа, которая была успешно внедрена на обогатительных фабриках Кузнецкого бассейна. Технологическая эффективность при сравнении с работой применяемых машин значительно выше, что подтверждено актами испытаний при внедрении.

Таким образом:

1. В технологических схемах предусматривать флотационный метод обогащения шламов с использованием

машин механического типа с пено-съёмными устройствами для пенного продукта;

2. Для обезвоживания отходов флотации применять фильтр - прессы камерного типа;

3. Для концентрата флотации и тонких малозольных шламов представляют интерес методы обезвоживания и сушки с применением нано технологий N01 и Кронос с использованием сорбентов.

Список литературы

1. Мурко В.И., Федяев В.И., Силютин С.А. Разработка технологического комплекса по утилизации тонкодисперсных отходов углеобогащения ОФ Тугнуйская // Труды XVIII Международного конгресса по обогащению угля. Санкт-Петербург, 2016. С. 339-345.

2. ГОСТ 32347-2016. Угл и каменные и антрациты Кузнецкого и Горловского бассейнов для энергетических целей.

Технические условия. М.: Стандартинформ, 2015. 16 с.

3. Нанотехнология для сушки угольного шлама - гарантия безопасности // Уголь. 2013. № 11. С. 80. URL: http://www. ugolinfo.ru/Free/112013.pdf (дата обращения 11.05.2017).

4. Фильтр патронный для фильтрования суспензий под давлением и просушки осадка сжатым воздухом (Тип ТПК) / Л.А. Антипенко и др.: пат. 254711 Рос. Федерация. МПК В 01 D 27/14, В 01 D 29/11. Заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Сибирский научно-исследовательский институт углеобогащения». № 2013148184/05; заявл. 29.10.2013; опубл. 10.04.2015. Бюл. № 10.

Рис. 5. Короткоцикловая наносушка «Кронос»

COAL PREPARATION

Russian Coal Journal, 2017, № 6, pp. 68-72

UDC 622.7:622.33 © Antipenko L.A., 2017 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' -

Title

new approaches to coal preparation plants arrangement

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-6-68-72

Author

Antipenko L.A.1

1 "SibNIIugleobogashenie", LLC, Prokopyevsk, 653000, Russian Federation Authors' Information

Antipenko LA., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Consultant General Director, e-mail: [email protected]

Abstract

The paper presents the report, delivered by its authors during the seminar "Natural resources preparation and deep conversion", held within the framework of the "Miner's week - 2017' in January 2017. Russian coal marker economic situation introduces specific amendments in the plans for coal preparation assets upgrade. One of the key tasks is to predict the trend and off the optimal project implementation option. Present-day col energy development technologies are driven by coal processing techniques. The article lists the processes, applied in the international and domestic mining industry and related technologies, providing unique consumer properties to the coal thermal dehydration unit.

Keywords

Thermal dehydration, Safety coal mining, Coal preparation.

References

1. Murko V.I., Fediaev V.I., Siliutin S.A. Razrabotka tekhnologicheskogo komplek-sa po utilizatsii tonkodispersnyh othodov ugleobogashcheniya OF Tugnuyskaya [Fine wastes disposal complex development at Tugnuyskaya coal washing plant]. Saint Petersburg, Proceedings of the XVIII International coal preparation congress, 2016, pp. 339-345.

2. GOST 32347-2016 Ugli kamennye i antratsity Kuznetskogo i Gorlovskogo basseynov dlya energeticheskih tseley Tekhnicheskie usloviya [GOST 323472016 Hard coal and anthracites of Kuznetsk and Gorlovsky basins for power supply. Specifications]. Moscow, Standartinform Publ., 2015, 16 p.

3. Nanotekhnologiya dlya sushki ugol'nogo shlama garantiya bezopasnosti [Nanotechnologies for drying of coal wastes are safety conduct]. Ugol'- Russian Coal Journal, 2013, no. 11, p. 80. Available at: http://www.ugolinfo.ru/ Free/112013.pdf (accessed 11.05.17).

4. Anipenko L.A. et al. Filtr patronnyy dlya filtrovaniya suspenziy pod davleniem i prosushkiosadkaszhatym vozduhom (TipTPK) [Cartridge filter for suspensions pressure filtering and residue drying with compressed air (TPK type)]: patent 254711 Russian Federation. MPK B 01 D 27/14, B 01 D 29/11. Applicant and patent holder -Limited Liability Company "Siberian Scientific and Research Coal Preparation Institute", no. 2013148184/05, applied on 29.10.2013, published on 10.04.2015, Bulletin no. 10.

Мурманский морской торговый порт стал партнером проекта «Арктика на улицах города»

В Москве состоялись мероприятия, приуроченные к профессиональному празднику - День полярника, который по Указу Президента В.В. Путина с 2013 г. ежегодно отмечается в России 21 мая.

В этом году празднование Дня полярника совпадает с большим событием в истории освоения Арктики. 80 лет назад, 21 мая 1937 г., была открыта первая в мире полярная научно-исследовательская дрейфующая станция «Северный Полюс - 1» под руководством легендарного Ивана Дмитриевича Папанина.

В год 80-летия экспедиции И.Д. Папанина федеральным министерством природных ресурсов совместно с Экологической палатой России и при поддержке ПАО «Мурманский морской торговый порт» (ММТП) было положено начало реализации уникального граффити-проекта «Арктика на улицах города».

Как отметил сопредседатель и статс-секретарь Экологической палаты России Вадим Петров, проект граффити будет долгосрочным. «Я думаю, мы не ограничимся только Москвой, мы планируем граффити в Мурманске, Санкт-Петербурге. Это будет большой долгосрочный проект», -сказал он.

Первый рисунок из этой серии, был создан на основе исторической фотографии всемирно известного фотографа Якова Халипа. Он посвящен героическому дрейфу папанинцев. Граффити можно увидеть в Москве, на стене дома № 5 по улице Сретенка.

СУЭК

СИБИРСКАЯ УГОЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КОМПАНИЯ

Презентация проекта «Арктика на улицах города» стала одной из центральных тем большой пресс-конференции, в которой приняли участие министр природных ресурсов и экологии Российской Федерации Сергей Донской, генеральный директор ПАО «ММТП» Александр Масько, а также хранитель архива Якова Халипа, журналист Николай Халип.

«Мурманский морской торговый порт имеет богатейшую историю, связанную с полярными исследованиями. Предприятие и сегодня строит планы развития с учетом реализации арктических проектов. Фундаментом для этого развития, безусловно, являются научные открытия и опыт легендарных полярников», - отметил в своем выступлении Александр Масько.

19 мая, в Мурманской области, как и в других регионах, состоялся Всероссийский школьный урок «Арктика - фасад России», подготовка которого проходила при активной поддержке федерального министерства образования и науки. В связи с этим министр природных ресурсов и экологии Российской Федерации Сергей Донской отметил: «Мы должны рассказать школьникам об Арктике, об истории полярных открытий. Это немаловажно с учётом того, что Россия и СССР участвовали в освоении Арктики очень активно». Он также добавил, что учащимся необходимо рассказать и о современных достижениях России в Арктике. «Это необходимо молодым людям, если они интересуются Арктикой, чтобы понять, куда дальше двигаться, какие интересные проекты они могли бы реализовать в своём будущем, когда будут выбирать профессию», - отметил министр.