Решетов В.В. ПРИМЕНЕНИЕ ВИНТОВЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ

ПРИМЕНЕНИЕ ВИНТОВЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ
ПЕРЕОБОГАЩЕНИЯ ШЛАМОВ, ХРАНЯЩИХСЯ В
Abstract
ИЛОНАКОПИТЕЛЯХ
В. В. Решетов
Донецкий национальный технический университет
Кафедра: “Обогащение полезных ископаемых”
reshetov@UkrTop.com
Reshetov V. Application of screw devices for enrichment of dirts, which are stored
in pools - storehouses. In given clause there is a speech about problems in operation of
pools - storehouses, about use of dirts as secondary raw material, about research of dirts on
washability, realization of experiment on enrichment on the screw device.
В топливно-энергетическом балансе Украины угольная промышленность
играет важную роль. Уголь необходимо рассматривать как стратегический и
долговременный источник энергоснабжения в нашей стране, так как балансовые запасы
нефти и природного газа крайне малы, и строить энергетическую политику на базе этих
энергоносителей нет возможности. Угольные запасы нашей страны могут обеспечить
энергетические потребности её народного хозяйства в течение 300 лет. Поэтому, если
при разработке стратегии развития топливно-энергетического комплекса страны
принимать во внимание обеспеченность собственными энергоресурсами, то
ориентироваться необходимо на уголь как на основной сырьевой источник энергии [1].
Для отечественного углеобогащения характерным является метод
складирования в илонакопителях (хвостохранилищах), которые предназначены для
продолжительной работы и характеризуются большими объёмами и поверхностями
осветления.
В настоящее время при обогатительных фабриках Украины находится 35
илонакопителей общим объёмом 129 млн. м 3 , площадью 180 га, они вмещают 114 млн.
тонн шламов, преимущественно отходов пенной флотации зольностью 45-75% [2].
Шламы каждого из илонакопителей характеризуются своей зольностью, которая к тому
же носит различное значение как по площади хранилища, так и по его сечению.
404

Метод складирования отходов флотации в хвостохранилищах, несмотря на
кажущуюся простоту, обладает рядом существенных недостатков. Многие из них
отрицательно влияют на окружающую среду.
Для строительства илонакопителей требуется выделение крупных (в некоторых
случаях пахотных) земельных площадей. Необходима прокладка и поддержание
трубопроводов протяжённостью от 3 до 20 км для сбора суспензий и возврата
осветлённой воды. В местах строительства илонакопителей нарушается естественный
водосток, что приводит к эрозии окружающей территории. Низкая эффективность
осветления шламовых вод, длительный период отстоя и невозможность быстрой
рекультивации илонакопителей после заполнения создают неблагополучную
экологическую обстановку в местности, где они расположены. Кроме того, в настоящее
время многие хранилища уже заполнены на 90-100%, а их оградительные дамбы
находятся в неудовлетворительном состоянии.
В таких условиях, когда существуют проблемы с эксплуатацией
хвостохранилищ и дефицит энергоресурсов, повышенный интерес вызывают
забалансовые шламы (отходы флотации), которые хранятся в илонакопителях и
отстойниках углеобогатительных фабрик. В большинстве случаев они содержат
промышленно значимое количество горючей массы.
36 млн. т [ 3 ].
Потенциальные запасы топливного компонента оцениваются ориентировочно в
В этой связи хвостохранилища можно рассматривать как альтернативный
источник получения коксующихся и энергетических концентратов.
В качестве примера можно рассмотреть илонакопитель УПЦ 1 обогатительной
фабрики Авдеевского коксохимического завода (АКХЗ).
Приведенные далее данные заимствованы из отчёта компании
“Техэкспертиза”[4] и проверены в лаборатории.
В данное хвостохранилище сбрасывается 500 м 3 /ч пульпы или же 150 т/ч
отходов обогащения угля. При этом общее количество илов, которые накопились за
время эксплуатации, составляет 4 млн. м 3 .
Илонакопитель АКХЗ запущен в эксплуатацию в 1978 году. Вторая очередь
была принята в эксплуатацию в 1987 году. Предполагается 3 очереди срока службы
хранилища. Вторая очередь рассчитана на 9 лет эксплуатации, а третья – на 20 лет.
Илонакопитель удалён от фабрики на 4,5 км и включает прудковую и пляжную зоны. К
нему подведены 2 технологические линии трубопроводов сечением 325-400 мм.
405

в таблице 1.
Гранулометрический состав илов сбрасываемых в хвостохранилище приведен
Таблица 1 - Гранулометрический состав илов поступающих с фабрики
Размер граничного зерна, мкм Выход весовой, %
Точка отбора
проб
+500 0,6
+270-500 12,2
+160-270 9,7
+74-160 15,3
-74 62,2
Итого 100,0
Таблица 2 - Результаты анализа шлама из илонакопителя УПЦ 1
Влажность, % Зольность, % Выход летучих,
%
Содержание
Серы, %
1 16,0 35,9 20,5 1,23
2 17,0 31,4 21,4 1,28
3 17,8 35,8 20,8 1,08
4 13,3 27,2 23,3 1,48
5 24,2 33,5 21,3 -
6 26,3 26,9 22,7 1,23
7 24,9 39,3 19,6 -
8 31,4 43,7 18,5 -
9 28,7 46,8 17,9 0,91
10 24,4 40,9 19,7 -
11 27,9 49,2 17,1 0,98
12 26,3 44,3 18,7 0,98
13 28,2 32,2 21,7 1,18
14 25,9 36,8 20,9 0,98
15 22,3 36,1 21,1 1,03
16 22,5 41,4 20,2 1,30
17 24,4 29,0 22,6 1,33
406

18 17,4 37,2 20,6 1,48
19 37,0 61,2 13,4 0,83
20 16,5 39,1 20,6 -
В 1996-1997 годах на илонакопителе было проведено исследование, которое
было посвящено определению фактического гранулометрического состава и зольности
отходов флотационного обогащения хранящихся в нём.
Анализ показал, что поверхностная влага и содержание серы не превышают 30
и 1,5%, а зольность колеблется в пределах 30-40%, что говорит о высокой
перспективности разработки илонакопителя.
Результаты анализа приведены в таблице 2.
В лаборатории ОТК центральной обогатительной фабрики “Чумаковская” из
класса 0,16-3,00 мм в растворе хлористого цинка плотностью 1500 кг/м 3 была
извлечена концентратная фракция. Затем она была промыта и просушена, и её
отправили на лабораторный анализ в хим. лабораторию ГКХ “Донуголь”. Результаты
лабораторного анализа приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Результаты лабораторного анализа
Параметр Единица измерения Численное значение
Зольность % 8,9
Влажность % 4,7
Содержание серы % 1,3
Выход летучих % 26,4
Теплотворная способность Ккал/кг 7940
Пластометрические показатели:
X
Y
мм
мм
Приведенные результаты исследований говорят о возможности получения
концентрата для коксования из отходов флотации, которые хранятся в данном
илонакопителе.
Чтобы провести анализ шламов илонакопителя АКХЗ на обогатимость были
отобраны пробы в местах соответствующих точкам отбора проб 1, 2, 3, 4, 5. Именно
данные точки были выбраны потому, что илонакопитель предполагается разрабатывать
407
33
14

с прудковой зоны, т. е. места наиболее близкого к берегу или плотине. Однако
разработка будет возможна только после осушения прудковой зоны.
Были проведены ситовые анализы проб прудковой зоны и точки забоя, т. е.
ситовый анализ точечных проб 1, 2, 3, 4 и пробы 5 соответственно.
Результаты проведенного ситового анализа приведены в таблице 4.
Таблица 4 – Результаты ситового анализа прудковой зоны и точки забоя
Класс крупности,
Прудковая зона Зона забоя
мкм Выход, % Зола, % Выход, % Зола, %
+1000 - - 2,57 5,90
-1000 +630 1,21 11,65 4,15 9,81
-630 +400 1,38 4,19 3,76 10,07
-400 +315 3,33 3,26 4,85 13,10
-315 +200 7,14 3,75 11,72 9,20
-200 +160 2,13 4,78 5,14 10,58
-160 +100 4,90 7,05 12,89 14,58
-100 +50 8,71 18,85 21,49 42,46
-50 71,20 65,99 33,43 76,40
Итого 100,00 49,65 100,00 39,74
В том числе +160 15,19 4,46 32,19 10,79
В том числе +100 20,09 5,09 45,08 11,94
В том числе +50 28,80 9,25 66,57 22,19
Результаты ситового анализа показали, что наиболее высокозольным является
класс –50 мкм, а низкозольным является класс –630 +100 мкм.
В шламах класса +100 мкм содержание горючей массы довольно велико.
Однако для определения максимального извлечения угля плотностью < 1800 кг/м 3
необходимо подсчитать вес всплывших фракций.
Для определения обогатимости шламов илонакопителя, был проведен
фракционный анализ. Результаты, которого приведены в таблице 5.
Плотность,
Таблица 5 – Результаты фракционного анализа
Прудковая зона Зона забоя
кг/м 3 Выход, % Зола, % Выход, % Зола, %
< 1400 82,63 1,62 59,43 1,84
1400 – 1800 11,38 11,60 25,58 10,44
408

1800 5,99 40,58 14,99 60,78
Итого 100,00 5,09 100,00 12,78
Фракционный анализ показал, что содержание лёгких фракций в классе + 100
мкм составляет примерно 85%. Это означает, что для обогащения могут быть
использованы гравитационные процессы.
Для проверки шламов илонакопителя АКХЗ на обогатимость гравитационными
методами был проведен пробный эксперимент по обогащению на винтовом сепараторе.
Класс
крупности,
мкм
При этом использовались следующие исходные условия:
• однозаходный сепаратор:
- диаметр – 500 мм;
- шаг – 200 мм;
- внутренний диаметр – 125 мм;
- ширина жёлоба – 180 мм;
- количество витков – 6;
- длина поверхности – 7325 мм;
- продольный угол наклона – 7 0 30 ’ ;
- поперечный угол наклона – 26 0 10 ’ ;
• исходный уголь – класс +50 мкм пробы забойной зоны, зола – 22,19%,
Таблица 6 – Результаты обогащения шламов на винтовом сепараторе
Питание
сепаратора
Выход
, %
Зола,
%
Выход к
пита-
нию, %
Концентрат Пром. продукт
Выход
к
исход-
ному, %
Зола,
%
Выход
к пита-
нию, %
Выход
к
исход-
ному, %
Зола,
+1000 2,57 5,90 1,65 1,10 12,80 0,12 0,08 58,60
-1000 +630 4,15 9,81 4,02 2,68 4,65 0,47 0,31 13,44
-630 +400 3,76 10,07 3,19 2,12 5,64 0,82 0,55 10,14
-400 +315 4,85 13,10 4,21 2,80 5,80 2,73 1,82 8,36
-315 +200 11,72 9,20 13,38 8,91 5,49 4,43 2,95 8,08
-200 +160 5,14 10,58 12,53 8,34 5,25 2,40 1,60 8,67
-160 +100 12,89 14,58 18,95 12,62 8,36 6,07 4,04 17,90
409
%

-100 +50 21,49 42,46 18,57 12,36 20,37 6,46 4,30 46,15
Всего +50 66,57 21,33 76,50 50,93 9,91 23,50 15,64 21,61
пульпа – 200 г/л.
Результаты обогащения шламов забойной зоны хвостохранилища на винтовом
сепараторе приведены в таблице 6.
Также был проведен эксперимент по обогащению шламов этой же зоны,
однако без отделения класса – 50 мкм, которой показал следующие результаты
(таблица 7).
Класс
крупнос-
ти, мкм
Таблица 7 - Результаты обогащения шламов забойной зоны илонакопителя
АКХЗ без обесшламливания
Питание сепаратора Концентрат Пром. продукт
Выход, % Зола, % Выход к
исходно-
му, %
Зола, % Выход к
исходно-
му, %
Зола, %
+1000 2,57 5,90 0,97 14,60 0,06 52,39
-1000 +630 4,15 9,81 2,34 6,75 0,38 28,35
-630 +400 3,76 10,07 2,01 7,59 0,80 23,25
-400 +315 4,85 13,10 1,71 5,99 0,80 23,59
-315 +200 11,72 9,20 7,02 4,34 1,95 15,63
-200 +160 5,14 10,58 4,02 5,46 0,82 19,10
-160 +100 12,89 14,58 11,05 8,65 2,35 36,43
-100 +50 21,49 42,46 11,47 23,20 3,60 62,94
-50 33,43 76,40 43,10 55,60 5,54 77,84
Всего 100,00 39,74 83,69 34,24 16,30 51,59
По результатам видно, что обогащение на винтовом сепараторе
обесшламленного исходного продукта даёт лучшие результаты, чем обогащение
рядового шлама. При обогащении обесшламленного исходного сырья зольность
концентрата составляет примерно 10%, а при обогащении с не обесшламленным
исходным питанием полученный результат на много хуже и составляет 34%, что явно
выходит за требуемые нормы. При обогащении обесшламленного исходного сырья
зольность промышленного продукта составляет около 22%.
Из полученных результатов видно, что преимущества обесшламливания
питания гравитационных процессов обогащения, в частности обогащения на
410

винтовых аппаратах, очевидны. Однако, как показывает практика использования
винтовых аппаратов, можно было произвести обесшламливание по классу 0,1 мм, что
снизило бы вязкость пульпы, повысило селективность разделения, повысило
производительность винтового аппарата и тогда обогащение на винтовом сепараторе
показало бы лучший результат.
В заключении хотелось бы сказать о том, что применение винтовых
аппаратов на шламах илонакопителя УПЦ 1 (АКХЗ) дало положительный результат,
невзирая на то, что шламы, хранящиеся в илонакопителе трудной категории
обогатимости, о чём свидетельствует их фракционный состав. Поэтому, среди наиболее
подходящих процессов для переобогащения шламов, которые хранится в
хвостохранилищах, можно выделить обогащение на винтовых аппаратах.
Литература
1. С.В. Янко, доктор техн. наук (Академия горных наук Украины)
“Альтернатива традиционной разработки уольных месторожденийй”. Уголь
Украины, май, 2002, с. 51.
2. Г.М. Сычев, инж. (Корпорация “Радон”), С. Л. Иванов, Л. Г. Алексеев,
инженеры (ЗАО “Международные угольные технологии”), И. А. Штепа, инж. (ЗАО
“Радонкокс”), И.Д. Дроздник, Ю. С. Кафтан, И. Н. Никитин, кандидаты техн. наук
(УХИН) “Опыт получения угольного концентрата для коксования из шламоотходов”.
Уголь Украины, июль, 2002, с. 39.
3. А.А. Золотко, И.П. Курченко, кандидаты техн. наук
(УкрНИИуглеобогащение) “О ресурсной ценности забалансовых шламов”. Уголь
Украины, февраль-март, 2002, с. 67.
4. Работа компании “Техэкспертиза” для компании Укрросуголь “Анализ
эффективности обогащения шламов шламонакопителя УПЦ 1”, 1997г.
411