На правах рукописи

УДК 622.75 КУЗЬМИН АЛЕКС АНДР ВЛАДИ МИРОВИЧ Повышение эффек тивности обогащения углей на основе применения вак уум но-пневматического способа сепарации Специальность 25.00.13 - "Обогащение полезных ископаемых"

Автореферат диссертации на соиск ание ученой степени кандидата техническ их наук

Моск ва 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

Ак туальнос ть работы. В условиях сниж ения доступности водных ресурсов и необходимости сниж ения себестоимости переработки углей все большее вним ание должно быть уделено методам, не предполагающим использования в качестве рабочей или вспомогатель ной среды технической воды. Особенно ак туаль на задача для предприятий Сибири и северных широт, где весь ма актуальной является разработка технологий, устойчивых к значительным отрицательным температурам.

Перспективным путем решения задачи повышения эффек тивности обогащения углей является применение воздушной сепарации.

Преимущества данного метода обусловлены возм ож ность ю резк ого сниж ения материалоемкости, энергозатрат и ум ень шения расхода техническ ой воды. При этом важ ным является выбор технологических решений, предполагающих прим енение новых способов с высокой эффек тивность ю разделения, соответствую щей показателям обогащения отсадкой или в тяж елых средах. Одним из так их способов является вак уум но-пневматическая сепарация.

Основной задачей исследований при достижении поставленной задачи повышения эффек тивности технологических процессов обогащения являлось определение закономерностей разделения угля и породных минералов, их распределения и концентрирования в продуктах обогащения в условиях применения вак уум нопневматического способа воздушной сепарации.

Методическ ой основой оценки характеристик разделения минеральных фракций являются принципы и методы математическ ого и физическ ого 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 восходящи х воздушны х потоках, создаваемых вак уум но-пневматическим способом.

Идея работы. Применение для повышения эффек тивности обогащения углей многопродуктовых вак уум но-пневматических сепараторов, характеризующихся размещением побудителя расхода воздуха в зоне разгрузки и выполнением ниж ней поверхности в виде перфорированной сетк и, перемещающейся в поперечном направлении относительно воздушного потока.

Методы исследований. В работе использованы методы хим ическ ого, минералогического, спектрального и технического анализа угля; методы микроскопического анализа размеров и формы кусков материала; методы матем атическ ой статистик и и моделирования;

абораторные и промышленные исследования на обогатимость.

Научные положения и их нов изна.

1. Определены физическ ие и физик о-хим ическ ие характеристики труднообогатимых углей. Определены границы обогащаемого к ласса (1-50 мм ) и предельно-достиж им ые 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 сниж ения обогатимости угля является присутствие фракции высок озоль ного пористого фюзенита.

2. Разработан новый способ вак уум но-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 вак уум но-пневматического сепаратора формируются сопряж енные восходящий и вихревой потоки, обеспечивающие мак сим аль ное различие в траекториях движения зерен угля и породных минералов. Показано, что в устойчивом ви хревом потоке происходит эффек тивное разделение фракций близк ой плотности.

4. Установлены количественные зависимости выхода обогащенного концентрата и его зольности от к рупности обогащаемого к ласса и скорости восходящего воздушного потока при использовании вак уум но-пневматического способа. Установлен класс крупности угля (+3 - -13 мм ), обогащаемый наиболее эффек тивно. Определены параметры процесса многопродуктовой сепарации, обеспечивающие получение высококачественных ( Аd=9-12%), энергетических (Аd=2024%) и бытовых уголь ных концентратов (Аd=32-36%) при высок ом извлечении в них горючей массы(94,5-96%).

Обосно ваннос ть и дос товерность на учных положений и выводо в подтверж даются удовлетворительной сходимостью расчетных и экспериментально измеренных значений параметров сепарации (к оэффициент R2=0,85-0,99), соответствием резуль татов лабораторных, опытно-промышленных и промышленных испытаний, положительными результатами внедрения разработок в производство.

Научн ое значение заключается в установлении закономерностей сепарации угля и породных минералов и определении оптимальных условий обогащения углей способом вак уум но-пневматической сепарации.

Практическое значение зак лючается в разработке технологического регламента и промышленной установк и для обогащения угля способом вак уум но-пневматической сепарации, обеспечивающих увеличение извлечения горючей массы на 1,5% при сниж ении расхода воды на 1,5 м на 1 т угля, а так ж е расхода электроэнергии на 2,5 кВтч на 1 т угля.

Реализация результа тов ра бо ты Разработанный аппарат и метод воздушной сепарации внедрены в опытно-промышленную эксплуатацию на разрезе Бунгурск ий-Северный с ож идаем ым эк оном ическ им эффек том 19,8 млн. руб. на 1 млн. т переработанного угля.

Апр обация рабо ты. Основные полож ения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных симпозиумах Неделя горняка (2007-2008 г., Моск ва, МГГУ), на Международной научнопрактической конференции Научные основы и прак тик а переработки руд и те хногенного сырья (Екатеринбург, УГГА, 2008 г.), научном симпозиуме, посвященном 105-летию национальной горной ак адем ии Украины (Днепропетровск, НГАУ, 2008 г.), семинарах кафедры "Обогащение полезных ископаемых" МГГУ (2007-2008 гг.).

Публикации. Основные положения диссертации опублик ованы в работах.

Объем рабо ты. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списк а использованной литературы из 112 наименований, содерж ит 31 рисунок и 29 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОД ЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Решение задачи повышения эффек тивности обогащения углей с применением способа вак уум но-пневматической сепарации требует определения уровня обогатимости исходного сырья гравитационным методом с использованием методик и фрак ционного анализа и установления зависимостей и закономерностей разделения угля и породных минералов с применением разработанного способа, определения оптим альных условий его применения, разработки аппарата, схем и технологического регламента обогащения угля.

Значительный вк лад в разработку методик исследования и моделирования процессов гравитационного обогащения внесли М.Д.

Барский, Н.Г Бедрань, И.С. Благов, Б.В. Кизель валь тер В.А.

Кинариевский, Б.И. Линев, А.Г. Лопатин, П.В. Лященк о, А.Р. Молявк о, О.П. Паршин, В.И. Ревнивцев, Н.А. Самылин, Т.Г. Фоменк о, В.Н Шохин, и другие отечественные и зарубежные ученые.

Объек том исследований являлись угли шахты Эрчим-Тхан и разреза Бунгурск ий, относящиеся к категории труднообогатимых инверсионных углей. Выбор в качестве объекта исследования углей перечисленных типов был обусловлен необходимостью оценки возможности прим енения воздушной сепарации для обогащения труднообогатимых углей Якутии и Кузнецк ого бассейна.

Исследование состава и обога тимос ти углей г равитационными методами Методик а исследования фракционного состава и обогатимости углей гравитационными методами вк лючала ситовой и фрак ционный анализ, разделение представительной пробы угля на фрак ции в жидкостях различной плотности, определение массовых выходов и зольности полученных фракций.

Анализ результатов фракционного анализа для к ласса +100 мм (рис.1) и к ласса +50 - -100 мм труднообогатимых углей ша хты ЭрчимТхан показал следующее. Суммарный выход фракций плотностью менее 1400 кг/м (концентрата) составил 62,1-63,9%. Суммарный выход фракций плотностью от 1400 до 1800 кг/м (пром продук та) - 11,1-11,2%.

Суммарный выход фракций плотностью более 1800 кг/м (хвостов) - 24,9-26,8%. Фракции ук азанной крупности относятся к труднообогатимым (Т=14,9-15,1%).

Характерно, что фракция легче 1270 кг/м характеризуется аномально высок ой зольностью (7,8%). Проведенными физик охим ическ ими исследованиями было установлено, что это явление связано с наличием особой разновидности угля, определяемого как Фюзенит и характеризуемой высокой пористостью (до 10%) и, одновременно, значительным содерж анием неорганических вк лючений размером от 1 до 50 мкм (до 12%), представленных в значительной мере солями и ок ислам и железа (до 5%). Поэтому в качестве нормативной зольности обогащенного угля выбрано значение 12%.

Расчетный выход концентрата зольность ю 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 необходим ость додрабливания фракций +50 - -100 и +мм с целью улучшения их обогатимости.

Б А 20 50 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 0 10 20 30 40 50 60 70 Зольность,% Плотность фракций, кг/мРис. 1. Кривые обогатимости (А) и сепарационные характеристики (Б) фракции угля ша хты Эрчим-Тхан крупностью +100 мм :

1 - кривая обогатимости; 2- кривая концентрата; 3 - кривая отходов; 4 - вы ход частных фракций; 5- выход концентрата; 6 - выход отходов; 7 - извлечение горючей массы угля в концентрат Анализ резуль татов фракционного анализа для к лассов +13 - -мм, (рис.2) и +6 - -13 мм показал следующее. Суммарный выход фракций плотностью менее 1400 кг/м (концентрата) составил 76,877,6%. Суммарный выход фракций плотностью от 1400 до 1800 кг/м (промпродукта) - 11,6-11,8%. Суммарный выход фрак ций плотностью более 1800 кг/м (хвостов) - 10,6-11,6%. Классы +13 - -25 мм и +6 - -мм относятся к труднообогатимым.

Расчетный выход концентрата зольностью 12% составляет 78,881,7% (рис.2а). Расчетное извлечение горючей массы при получении концентрата золь ность ю 12% составляет 90,0-91,5% (рис. 2б).

Достигнутое значение извлечения горючей массы позволяет сделать заключение о возмож ности обогащения фракций угля шахты Эрчим-Тхан +13 - -25 и +6 - -13 мм без додрабливания. Пористость фрак ции угля плотностью 1270 кг/м для указанных к лассов составляет 7,4-7,5%.

Анализ результатов фракционного анализа для к лассов +3 - -6 мм и +1 - -3 мм показал следующее. Суммарный выход фрак ций плотностью менее 1400 кг/м (концентрата) составил 75,6-80,0%. Суммарный выход Выход легкой фракции,% Выход, золь ность, извлечение;% фракций плотностью от 1400 до 1800 кг/м (пром продук та) - 13,9-15,3%.

Суммарный выход фракций плотностью более 1800 кг/м (хвостов) - 10,5-14,7%.

Расчетный выход концентрата с золь ность ю 12% составляет 80,083,1%. 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 к лассов +3 - -6 мм, и +1 - -3 мм угля ша хты Эрчим-Тхан. Пористость фракций угля плотностью 1270 кг/м для указанных к лассов составляет 6,5-7,0%.

Б А 20 100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 0 10 20 30 40 50 60 70 Зольность,% Плотность фракций, кг/мРис. 2. Кривые обогатимости (А) и сепарационные характеристики (Б) фракции угля ша хты Эрчим-Тхан крупностью +13 - -25 мм:

1 - кривая обогатимости; 2- кривая концентрата; 3 - кривая отходов; 4 - вы ход частных фракций; 5- выход концентрата; 6 - выход отходов; 7 - извлечение горючей массы угля в концентрат Анализ резуль татов фракционного анализа для к ласса -1 - +0,5 и - 0,5 мм показал следующее. Суммарный выход фракций плотностью менее 1400 кг/м (концентрата) составил 46,8 - 62,2%. Суммарный выход фракций плотностью от 1400 до 1800 кг/м (промпродукта) - 18,7-28%.

Суммарный выход фракций плотностью более 1800 кг/м (хвостов) - 19,2-25,2%. Фрак ции 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 зак лючение о возмож ности эффек тивного обогащения фракций +0,5-1 и -0,5 мм гравитационным методом. Следует учесть, что Выход легкой фракции,% Выход, зо ль ность, извлечение;% фракционный анализ этих к лассов проводился в тяжелых средах в динамическ ом режиме, характеризующемся неполным достиж ением теоретически возм ожных показателей. Учитывая достигнутую степень раскрытия уголь ных и породных частиц, следует принять как теоретически достиж им ую обогатимость для данного к ласса показатели по см еж ном у к лассу +1 - -3 мм. Однак о наблюдаемое низкое извлечение горючей массы в концентрат свидетельствует о нецелесообразности применения к лассическ их гравитационных методов обогащения для к ласса Ц1 мм.