Содержание к диссертации
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 7
Анализ современного состояния угледобывающей отрасли в мире и в России 7
Обогащение углей в России и за рубежом 12
Переработка и утилизация угольных шламов 27
Цели и задачи диссертационной работы 38
ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА И ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ
ИССЛЕДОВАНИЯ 40
Методы отбора проб и их анализ 40
Методика испытания технологии обогащения и обезвоживания угольного шлама с помощью высокооборотной осадительной центрифуги 40
Установка для виброизмельчения шламов и производства ВШТ 44
Разжижители для ВШТ 48
Реологические свойства ВШТ 48
СтабильностьВШТ 49
Анализ состава дисперсной фазы ВШТ 49
Методика ультразвуковой обработки шламов 50
2.9 Методика многочастотной обработки шламов '..51
Методика получения из шламов брикетов 51
Метод дифференциальной сканирующей калориметрии 52
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ
ПЕРЕРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ В ТОВАРНЫЕ ПРОДУКТЫ 54
3.1. Исследование состава шламов угледобывающих и углеперерабатывающих
предприятий и оценка возможности их переработки в товарную продукцию 54
Разработка технологической классификации шламов 54
Изучение физико-химического состава угольных шламов и разработка направлений по интенсификации их переработки в товарную продукцию 59
3.2. Изучение технологии переработки угольных шламов в высокооборотной
осадительной центрифуге 66
Исследование технологии разделения шламов шахты им. С.М.Кирова 67
Исследование технологии разделения шламов ЦОФ «Березовская» 69
3.3. Изучение закономерностей измельчения шламов в вибромельнице 72
Исследование виброизмельчения «сухого» шлама 73
Исследование виброизмельчения необогащенного обводненного шлама 74
Исследование виброизмельчения обогащенного шлама 85
Исследование получения ВШТ из мелкодисперсного необогащенного шлама 88
Исследование влияния разжижителей на виброизмельчение и структурно-реологические свойства ВШТ из необогащенных шламов 92
Исследование изменения распределения минеральной части шлама по фракциям при мокром виброизмельчении 93
Изучение закономерностей воздействия УЗ-обработки на водные суспензии угольных шламов 97
Изучение закономерностей разделения шламов при многочастотном воздействии 107
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ
В ВОДОШЛАМОВОЕ ТОПЛИВО 118
Изучение возможности промышленного получения ВУТ из угольных шламов. 118
Результаты опытно-промышленных испытаний разработанной технологии производства водошламового топлива из обогащенного и обезвоженного шлама... 133
Разработка промышленных технологических схем получения водошламового топлива (ВШТ) из угольного шлама 134
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ
БРИКЕТОВ ИЗ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ 139
Изучение технологии получения брикетов из угольных шламов 139
Анализ газообразных продуктов сгорания шламовых брикетов 147
5.3 Технологические схемы производства шламовых брикетов 149
ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПЕРЕРАБОТКИ
УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ 152
Разработка технологических схем разделения шламов 152
Сравнительная технологическая эффективность получения угольного концентрата из шлама 164
7. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 167
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 170
Введение к работе
Актуальность работы. При добыче и обогащении углей образуются отходы — обводненные шламы и тонкие илы (мелкодисперсный и высокозольный продукт), в твердой части которых, кроме органического вещества углей, содержится от 30 до 80 масс. % минеральной части. Они также характеризуются высоким содержанием воды - до 50 масс. %, что затрудняет сбыт и использование этих отходов.
Переработка угольных шламов, осуществляемая в настоящее время, малоэффективна. Традиционно на отечественных обогатительных фабриках угольный шлам, находящийся в шламовых водах, отделяют в пирамидальных отстойниках, в сгустительных воронках, слив которых используется как отстойная вода, возвращаемая в цикл обогащения, а сгущенный продукт обезвоживается на грохотах и осадительных центрифугах. Обезвоженный шлам добавляется к необогащенному отсеву и используется в виде некондиционного топлива, что не является квалифицированным и рациональным применением этого продукта.
В настоящее время шламообразование резко увеличилось, в т.ч. из-за повышения зольности добываемых углей, содержания мелочи и пр., и использование механизированных отстойников оказывается уже недостаточным. Поэтому для дополнительного улавливания шламов на обогатительных фабриках сооружаются земляные отстойники (шламонакопители). В механизированных отстойниках улавливается наиболее крупный и менее зольный шлам (Ad до 30 масс. %), а в земляных -более мелкий, зольный шлам (Ad> 30 масс. %).
Шламонакопители занимают большие территории вокруг угольных предприятий, они выводятся из хозяйственного оборота, при этом замораживается часть средств, вложенных в добычу и переработку угля. Кроме того, они загрязняют окружающую среду. В настоящее время только в Кузбассе накоплено более 25 млн.т шламов.
Поэтому разработка новых технологических решений, направленных на эффективную переработку шламов с получением товарного продукта с улучшенными потребительскими свойствами является актуальной и имеет большое практическое значение, именно этой задаче посвящена данная диссертационная работа.
Работа выполнена в соответствии с Государственным контрактом №02.526.12.6006 по теме «Разработка технологии и оборудования прямоточной газификации водоугольных суспензий, приготавливаемых из низкосортных, высокозольных углей и их отходов».
Цель работы: разработка процессов переработки угольных шламов в товарную продукцию с новыми потребительскими свойствами с применением нетрадиционных методов физико-химического воздействия.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- изучение гранулометрического состава угольных шламов, распределения
минеральной составляющей угля по классам крупности и разработка на
этой основе классификации шламов;
изучение влияния механохимической обработки шламов
виброизмельчением, ультразвуковым (УЗ) или многочастотным
воздействием на все типы угольных шламов (в исходном состоянии и/или в виде угольных суспензий) на гранулометрический состав и величину зольности получаемых продуктов;
- разработка процессов получения водошламового топлива (ВШТ) и
брикетов из угольных шламов различной зольности и
гранулометрического состава;
- разработка технологических схем производства ВШТ, топливных
брикетов и угольных концентратов из всех типов угольных шламов.
Научная новизна:
- установлены закономерности изменения гранулометрического состава
угольных шламов от продолжительности виброизмельчения, содержания
б воды и минеральной составляющей, позволяющие регулировать структурно-реологические свойства водошламовых топлив (ВШТ);
- впервые исследовано УЗ-воздействие на водные дисперсии угольных
шламов, установлено, что УЗ-воздействие способствует удалению
минеральных частиц; - впервые изучены закономерности разделения
водных дисперсий угольных шламов при частоте воздействия 1-2500 Гц.
Установлено, что при таком воздействии интенсифицируется отделение не
только мелкодисперсных, преимущественно минеральных частиц, но и
происходит обезвоживание крупнодисперсных частиц, показано, что при
сочетании УЗ- и многочастотного воздействия можно получать ВШТ и из
высокозольных шламов.
Практическая ценность:
предложена классификация угольных шламов по признаку распределения минеральной части по фракциям, которая позволяет сгруппировать угольные шламы в три основных типа;
разработаны рекомендации по переработке угольных шламов в ВШТ и топливные брикеты с учетом зольности и гранулометрического состава исходного сырья;
- разработаны технологические схемы производства ВШТ, топливных
брикетов и угольных концентратов из всех трех групп угольных шламов;
проведены опытно-промышленные испытания разработанных технологических схем по получению ВШТ и топливных брикетов. Проведена техноэкономическая оценка этих процессов.
