WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

УДК 622.75

Кузьмин Александр Владимирович

Повышение эффективности обогащения углей на основе применения вакуумно-пневматического способа сепарации

Специальность 25.00.13 – "Обогащение полезных ископаемых"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2008

Работа выполнена в Московском государственном горном уни­верситете (МГГУ)

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Морозов Валерий Валентинович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук

Линев Борис Иванович

кандидат химических наук

Эпштейн Светлана Абрамовна

Ведущая организация – ОАО "СИБНИИУГЛЕОБОГАЩЕНИЕ" (г. Прокопьевск Кемеровской обл.)

Защита состоится "23" декабря 2008 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.128.08 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, ГСП-1, Ленинский проспект, 6

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГГУ

Автореферат разослан "21" ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор Шек Валерий

Михайлович

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В условиях снижения доступности водных ресурсов и необходимости снижения себестоимости переработки углей все большее внимание должно быть уделено методам, не предполагающим использования в качестве рабочей или вспомогательной среды технической воды. Особенно актуальна задача для предприятий Сибири и северных широт, где весьма актуальной является разработка технологий, устойчивых к значительным отрицательным температурам.

Перспективным путем решения задачи повышения эффективности обогащения углей является применение воздушной сепарации. Преимущества данного метода обусловлены возможностью резкого снижения материалоемкости, энергозатрат и уменьшения расхода технической воды. При этом важным является выбор технологических решений, предполагающих применение новых способов с высокой эффективностью разделения, соответствующей показателям обогащения отсадкой или в тяжелых средах. Одним из таких способов является вакуумно-пневматическая сепарация.

Основной задачей исследований при достижении поставленной задачи повышения эффективности технологических процессов обогащения являлось определение закономерностей разделения угля и породных минералов, их распределения и концентрирования в продуктах обогащения в условиях применения вакуумно-пневматического способа воздушной сепарации.

Методической основой оценки характеристик разделения минеральных фракций являются принципы и методы математического и физического моделирования процессов гравитационного обогащения при варьировании параметров технологического процесса и применяемых схем.

Цель работы. Установление закономерностей и определение оптимальных условий разделения угля и породных минералов в восходящих воздушных потоках, создаваемых вакуумно-пневматическим способом.

Идея работы. Применение для повышения эффективности обогащения углей многопродуктовых вакуумно-пневматических сепараторов, характеризующихся размещением побудителя расхода воздуха в зоне разгрузки и выполнением нижней поверхности в виде перфорированной сетки, перемещающейся в поперечном направлении относительно воздушного потока.

Методы исследований. В работе использованы методы химического, минералогического, спектрального и технического анализа угля; методы микроскопического анализа размеров и формы кусков материала; методы математической статистики и моделирования; лабораторные и промышленные исследования на обогатимость.

Научные положения и их новизна.

  1. Определены физические и физико-химические характеристики труднообогатимых углей. Определены границы обогащаемого класса (1-50 мм) и предельно-достижимые технологические показатели их обогащения (зольность 12-16%, извлечение горючей массы 90-94%). Установлена закономерность достижения максимума выхода концентрата, извлечения горючей массы и выхода породы в интервале от 3 до 10 мм. Установлено, что существенной причиной снижения обогатимости угля является присутствие фракции высокозольного пористого фюзенита.
  2. Разработан новый способ вакуумно-пневматической сепарации угля, отличающийся размещением побудителя расхода воздуха в зоне разгрузки угольного концентрата, подачей исходного материала в зону сепарации с постоянной скоростью поперек восходящего воздушного потока и последовательным повторением процесса сепарации в нескольких рабочих зонах с различающейся скоростью воздушного потока.
  3. Впервые установлено, что в рабочей зоне вакуумно-пневматического сепаратора формируются сопряженные восходящий и вихревой потоки, обеспечивающие максимальное различие в траекториях движения зерен угля и породных минералов. Показано, что в устойчивом вихревом потоке происходит эффективное разделение фракций близкой плотности.
  4. Установлены количественные зависимости выхода обогащенного концентрата и его зольности от крупности обогащаемого класса и скорости восходящего воздушного потока при использовании вакуумно-пневматического способа. Установлен класс крупности угля (+3 - -13 мм), обогащаемый наиболее эффективно. Определены параметры процесса многопродуктовой сепарации, обеспечивающие получение высококачественных (Аd=9-12%), энергетических (Аd=20-24%) и бытовых угольных концентратов (Аd=32-36%) при высоком извлечении в них горючей массы(94,5-96%).

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждаются удовлетворительной сходимостью расчетных и экспериментально измеренных значений параметров сепарации (коэффициент R2=0,85-0,99), соответствием результатов лабораторных, опытно-промышленных и промышленных испытаний, положительными результатами внедрения разработок в производство.

Научное значение заключается в установлении закономерностей сепарации угля и породных минералов и определении оптимальных условий обогащения углей способом вакуумно-пневматической сепарации.

Практическое значение заключается в разработке технологического регламента и промышленной установки для обогащения угля способом вакуумно-пневматической сепарации, обеспечивающих увеличение извлечения горючей массы на 1,5% при снижении расхода воды на 1,5 м3 на 1 т угля, а также расхода электроэнергии на 2,5 кВтч на 1 т угля.

Реализация результатов работы Разработанный аппарат и метод воздушной сепарации внедрены в опытно-промышленную эксплуатацию на разрезе «Бунгурский-Северный» с ожидаемым экономическим эффектом 19,8 млн. руб. на 1 млн. т переработанного угля.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных симпозиумах «Неделя горняка» (2007-2008 г., Москва, МГГУ), на Международной научно-практической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (Екатеринбург, УГГА, 2008 г.), научном симпозиуме, посвященном 105-летию национальной горной академии Украины (Днепропетровск, НГАУ, 2008 г.), семинарах кафедры "Обогащение полезных ископаемых" МГГУ (2007-2008 гг.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 112 наименований, содержит 31 рисунок и 29 таблиц.

Основное содержание работы

Решение задачи повышения эффективности обогащения углей с применением способа вакуумно-пневматической сепарации требует определения уровня обогатимости исходного сырья гравитационным методом с использованием методики фракционного анализа и установления зависимостей и закономерностей разделения угля и породных минералов с применением разработанного способа, определения оптимальных условий его применения, разработки аппарата, схем и технологического регламента обогащения угля.

Значительный вклад в разработку методик исследования и моделирования процессов гравитационного обогащения внесли М.Д. Барский, Н.Г Бедрань, И.С. Благов, Б.В. Кизельвальтер В.А. Кинариевский, Б.И. Линев, А.Г. Лопатин, П.В. Лященко, А.Р. Молявко, О.П. Паршин, В.И. Ревнивцев, Н.А. Самылин, Т.Г. Фоменко, В.Н Шохин, и другие отечественные и зарубежные ученые.

Объектом исследований являлись угли шахты Эрчим-Тхан и разреза Бунгурский, относящиеся к категории труднообогатимых инверсионных углей. Выбор в качестве объекта исследования углей перечисленных типов был обусловлен необходимостью оценки возможности применения воздушной сепарации для обогащения труднообогатимых углей Якутии и Кузнецкого бассейна.

Исследование состава и обогатимости углей гравитационными методами

Методика исследования фракционного состава и обогатимости углей гравитационными методами включала ситовой и фракционный анализ, разделение представительной пробы угля на фракции в жидкостях различной плотности, определение массовых выходов и зольности полученных фракций.

Анализ результатов фракционного анализа для класса +100 мм (рис.1) и класса +50 - -100 мм труднообогатимых углей шахты Эрчим-Тхан показал следующее. Суммарный выход фракций плотностью менее 1400 кг/м3 (концентрата) составил 62,1-63,9%. Суммарный выход фракций плотностью от 1400 до 1800 кг/м3 (промпродукта) – 11,1-11,2%. Суммарный выход фракций плотностью более 1800 кг/м3 (хвостов) – 24,9-26,8%. Фракции указанной крупности относятся к труднообогатимым (Т=14,9-15,1%).

Характерно, что фракция легче 1270 кг/м3 характеризуется аномально высокой зольностью (7,8%). Проведенными физико-химическими исследованиями было установлено, что это явление связано с наличием особой разновидности угля, определяемого как Фюзенит и характеризуемой высокой пористостью (до 10%) и, одновременно, значительным содержанием неорганических включений размером от 1 до 50 мкм (до 12%), представленных в значительной мере солями и окислами железа (до 5%). Поэтому в качестве нормативной зольности обогащенного угля выбрано значение 12%.

Расчетный выход концентрата зольностью 12% составляет 62,7% (рис.1А). Расчетное извлечение горючей массы при получении концентрата зольностью 12% составляет 67,0-80,3% (рис. 1Б). Невысокое значение извлечения горючей массы в концентрат показывает необходимость додрабливания фракций +50 - -100 и +100 мм с целью улучшения их обогатимости.

Рис. 1. Кривые обогатимости (А) и сепарационные характеристики (Б) фракции угля шахты Эрчим-Тхан крупностью +100 мм:

1 – кривая обогатимости; 2- кривая концентрата; 3 – кривая отходов; 4 – выход частных фракций; 5- выход концентрата; 6 – выход отходов; 7 – извлечение горючей массы угля в концентрат

Анализ результатов фракционного анализа для классов +13 - -25 мм, (рис.2) и +6 - -13 мм показал следующее. Суммарный выход фракций плотностью менее 1400 кг/м3 (концентрата) составил 76,8-77,6%. Суммарный выход фракций плотностью от 1400 до 1800 кг/м3 (промпродукта) – 11,6-11,8%. Суммарный выход фракций плотностью более 1800 кг/м3 (хвостов) – 10,6-11,6%. Классы +13 - -25 мм и +6 - -13 мм относятся к труднообогатимым.

Расчетный выход концентрата зольностью 12% составляет 78,8-81,7% (рис.2а). Расчетное извлечение горючей массы при получении концентрата зольностью 12% составляет 90,0-91,5% (рис. 2б). Достигнутое значение извлечения горючей массы позволяет сделать заключение о возможности обогащения фракций угля шахты Эрчим-Тхан +13 - -25 и +6 - -13 мм без додрабливания. Пористость фракции угля плотностью 1270 кг/м3 для указанных классов составляет 7,4-7,5%.

Анализ результатов фракционного анализа для классов +3 - -6 мм и +1 - -3 мм показал следующее. Суммарный выход фракций плотностью менее 1400 кг/м3 (концентрата) составил 75,6-80,0%. Суммарный выход фракций плотностью от 1400 до 1800 кг/м3 (промпродукта) – 13,9-15,3%. Суммарный выход фракций плотностью более 1800 кг/м3 (хвостов) – 10,5-14,7%.

Расчетный выход концентрата с зольностью 12% составляет 80,0-83,1%. Расчетное извлечение горючей массы при получении концентрата зольностью 12% составляет 91,2-94,0%. Достигнутое значение извлечения горючей массы позволяет сделать заключение о возможности обогащения классов +3 - -6 мм, и +1 - -3 мм угля шахты Эрчим-Тхан. Пористость фракций угля плотностью 1270 кг/м3 для указанных классов составляет 6,5-7,0%.

Рис. 2. Кривые обогатимости (А) и сепарационные характеристики (Б) фракции угля шахты Эрчим-Тхан крупностью +13 - -25 мм:

1 – кривая обогатимости; 2- кривая концентрата; 3 – кривая отходов; 4 – выход частных фракций; 5- выход концентрата; 6 – выход отходов; 7 – извлечение горючей массы угля в концентрат

Анализ результатов фракционного анализа для класса -1 - +0,5 и – 0,5 мм показал следующее. Суммарный выход фракций плотностью менее 1400 кг/м3 (концентрата) составил 46,8 - 62,2%. Суммарный выход фракций плотностью от 1400 до 1800 кг/м3 (промпродукта) – 18,7-28%. Суммарный выход фракций плотностью более 1800 кг/м3 (хвостов) – 19,2-25,2%. Фракции относятся к очень труднообогатимым. Расчетный выход концентрата зольностью 12% составляет 57,0-72,8%. Расчетное извлечение горючей массы при получении концентрата зольностью 12% составляет 68,5-88,8%.

Невысокое значение извлечения угольной массы не позволяет сделать заключение о возможности эффективного обогащения фракций +0,5-1 и -0,5 мм гравитационным методом. Следует учесть, что фракционный анализ этих классов проводился в тяжелых средах в динамическом режиме, характеризующемся неполным достижением теоретически возможных показателей. Учитывая достигнутую степень раскрытия угольных и породных частиц, следует принять как теоретически достижимую обогатимость для данного класса показатели по смежному классу +1 - -3 мм. Однако наблюдаемое низкое извлечение горючей массы в концентрат свидетельствует о нецелесообразности применения классических гравитационных методов обогащения для класса –1 мм.

Таким образом, для труднообогатимых углей шахты Эрчим-тхан применение гравитационных методов обогащения обосновано в диапазоне крупности фракций +1 - -25 мм. Обогащение класса +25 - -50 мм целесообразно в случае невысокого содержания пористой фюзенитовой фракции.

Обобщение результатов проведенных исследований позволило установить закономерности экстремального характера зависимостей выхода обогащенного угля, извлечения горючей массы угля в концентрат и выхода отвального продукта от крупности обогащаемого класса (рис. 3).

Рис.3. Зависимости технологических свойств угля и параметров разделения от крупности классов (D):

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»