Збагачення твердих горючих копалин

Реферат на тему:

Збагачення твердих горючих копалин




Безперервне зростання механізованого видобутку вугілля, залучення дп нього тонких пластів і пластів з порушеннями веде до підвищення вмісту в гірничій масі мінеральних домішок і дрібних фракцій. Підвищена зольність енергетичного вугілля знижує ККД парововикористоуючих агрегатів, викликає передчасний знос деяких вузлів обладнання, сприяє забрудненню золою навколишнього середовища. Збільшення зольності коксівного вугілля приводить до підвищення витрат при їх підготовці до коксування, витрат коксу і флюсів при виробництві чавуну і зниження продуктивності доменних печей.

Для видалення з ТГК мінеральних компонентів широко використовуються різні способи збагачення, основані на використанні різниці фізичних, фізико-хімічних, а іноді і хімічних властивостей горючої маси і мінеральних включень.

Мінеральні речовини, що містяться в видобутому вугіллі, поділяються на дві основні групи. До першої групи відносять мінерали, привнесені в торф'яник на ранніх стадіях вуглеутворення, а також що виділилися в сформовані вугільні пласти з розчинів. Трудність збагачення такого вугілля залежить від складу, частоти і потужностей порідних прошарків та дисперсності мінеральних включень.

До другої групи відносять мінеральні включення у вигляді уламків вміщаючи порід, що попали у вугілля з ґрунту і покрівлі при видобутку. Збагачення ТГК, засмічених мінеральними домішками, що попали під час видобутку, здійснюється порівняно легко.

Відомі наступні основні методи мокрого і сухого збагачення твердих горючих копалин: гравітаційний, флотаційним, магнітний, електричний і спеціальні. Кожний з цих методів включає ряд процесів, основаних на загальних фізичних або фізико-хімічних властивостях, за якими проводиться розділення матеріалу, і відмінних один від одного використанням додаткових розділяючих сил і відповідними конструкціями машин і апаратів.

Гравітаційний метод збагачення заснований на використанні відмінностей в густини гірських порід. До цього методу відносять процеси збагачення у важких середовищах (рідинах і суспензіях), відсадку, збагачення в струмені води, яка тече по похилій площині (концентраційні столи і ін.), збагачення у відцентровому полі, протитечійну сепарацію і ін.

У флотаційному методі збагачення використовується відмінність в природній та додатково підсиленій реагентами змочуваності гірських порід. Флотація поділяється на пінну флотацію, пінну сепарацію, масляну флотацію (агломерацію), каскадно-адгезійне збагачення.

У основу магнітного методу збагачення покладена відмінність в магнітній сприйнятливості гірських порід. Він включає процеси магнітної сепарації і магнітну флокуляцію.

Електричний метод збагачення оснований на використанні електричних властивостей гірських порід. До нього відносять процеси розділення компонентів суміші за електропровідністю і процес електричної сепарації на основі відмінностей в електризації речовини вугілля і мінеральних домішок.

До спеціальних методів збагачення, що рідко застосовуються для вугілля, відносять рентгенометричну сепарацію, збагачення за формою і тертям, магнітогідродинамічне збагачення, хімічне збагачення, селективну коагуляцію, бактерійне збагачення і ін.

Застосування тих або інших процесів обумовлюється якісною характеристикою початкової сировини і техніко-економічними міркуваннями. Сукупність процесів, що застосовуються і операцій обробки вугілля компонуєтся в схему збагачення.

Основними процесами збагачення вугілля в Україні, як і у всьому світі, є збагачення у важких середовищах, у відсадочних і флотаційних машинах. У 1992 р. в Україні збагачено 112,2 млн. т вугілля, в тому числі 23,6 % у важких середовищах, 63,1 % у відсадочних машинах і 13,3 % у флотаційних машинах. У 1993 р. ці цифри відповідно становили 93,1 млн. т, 23,4 %, 64,4 % і 12,2 %.

На збагачувальних фабриках ХМО "Укркокс" збагачено в 1992 р. 11,5 млн. т вугілля, з них 73,7 % у відсадочних машинах і 26,3 % у флотаційних машинах. У 1993 році ці показники були рівні відповідно 9,0 млн. т, і 75,7 % і 24,3 %.

Збагачення вугілля у важких середовищах застосовували в основному для вугілля крупних класів, однак, зараз цей процес знаходить все більше застосування для збагачення у важкосередовищних гідроциклонах вугілля дрібних класів і дробленого промпродукту відсадки. Збагачення у важких середовищах здійснюється в рідкому (водно-обваженому) середовищі або в повітряних зависах (аеросуспензіях).

Як важке середовище застосовують однорідні органічні рідини і їх розчини, водні розчини солей і суспензії. Як органічні важкі рідини випробувані трихлоретан=1460 кг/м3, чотирьоххлористий вуглець=1600 кг/м3, пятихлоретан=1680 кг/м3, диброметан=2170 кг/м3, бромоформ=2810 кг/м3, ацетилентетрабромід=2930 кг/м3 і ін. Однак застосування органічних рідин для збагачення вугілля в промислових масштабах стримується їх високою вартістю, токсичністю, технічною складністю регенерації і, як наслідок, великими капітальними і експлуатаційними витратами.

Водні розчини неорганічних солей хлористого кальцію =1654 кг/м3, хлористого цинку =2070 кг/м3 і ін. застосовуються для дослідження збагачуваності вугілля і контролю роботи збагачувальних машин.

Найбільш широке застосування, як важке середовище для розділення вугілля у важкосередовищних апаратах, знайшли суспензії мінеральних порошків високої густини, подрібнені до крупності менше 0,1 мм.

Найважливішими властивостями мінеральних суспензій, що визначають можливість і ефективність розділення вугілля, є їх густина, в'язкість і стійкість.

Густина суспензії повинна відповідати граничній густині розділення. Зі збільшенням густини обважнювача і його вмісту густина суспензії збільшується. Оскільки з підвищенням вмісту обважнювач збільшується в'язкість суспензії, перевагу віддають обважнювачам з більш високою густиною. Визначення необхідної густини суспензії диктується збагачуваністю вугілля і необхідністю отримання продуктів збагачення кондиційної якості. Найбільш широке промислове застосування для збагачення вугілля знайшли магнетитові суспензії густиною від 1300 до 2100 кг/м3.

В'язкість суспензії і граничне напруження зсуву характеризують реологічні властивості суспензії. При високому вмісті обважнювача і наявності шламу та глини магнетитові суспензії стають структурно-в'язкими, внаслідок чого гіршає розділення вугілля, особливо дрібних зерен, які не спливають і не тонуть, оскільки не можуть подолати опір середовища.

Стійкість суспензії характеризує її здатність зберігати однакову густину в різних шарах технологічно збагачувального апарату і залежить від гранулометричного складу обважнювача, його концентрації і ступеня засмічення суспензії шламами та глиною. Зі зменшенням розміру частинок обважнювача і збільшенням вмісту шламу та глини стійкість суспензії зростає, однак при цьому збільшується в'язкість суспензії.

Поліпшення реологічних властивостей суспензій проводиться шляхом підбору обважнювачів, які мають високу агрегатну стійкість не підвищують в'язкість суспензії, гідродинамічними впливами в робочому просторі важкосередовищного апарату, а також шляхом добавок реагентів-пептизаторів, що знижують в'язкість і граничне напруження зсуву на 15-35%, внаслідок чого поліпшується процес збагачення, відділення обважнювача при обполіскуванні продуктів і ефективність регенерації суспензії.

Гідравлічна відсадка - це процес розділення початкової суміші зерен на окремі близькі за густиною матеріалу шари у вертикальному пульсуючому потоку води знакозмінної швидкості. Широке застосування відсадки при збагаченні великого (понад 13 мм), дрібного (0,5-13 мм) і некласифікованого вугілля пояснюється властивим цьому процесу рядом істотних переваг, що полягають в універсальній виробничій простоті, технологічній ефективності і економічності.

Універсальність процесу характеризується широким діапазоном (від 0,5 до 250 мм) крупності вугілля, що збагачується.

Виробнича простота технології відсадки полягає в застосуванні незначного числа основного і допоміжного обладнання. 

Технологічна ефективність відсадки характеризується порівняно високою питомою продуктивністю, а економічність процесу зумовлена перерахованими вище категоріями. Відсадка є найбільш економічним процесом збагачення, як за капітальними вкладеннях, так і за експлуатаційними витратами на 1 т вугілля, що збагачується.

Фізична модель процесу відсадки що розробляється на основі швидкісної, суспензійної, потенціально-енергетичної і масово-статистичних гіпотез, розглядає процес розшарування гірничої маси як горизонтальне під дією транспортної води і вертикальне під дією пульсуючого потоку переміщення постелі з утворенням шарів збагачувального матеріалу різної густини з деякою середньою швидкістю. Під постіллю розуміють суміш вугільних, промпродуктових і порідних фракцій, що знаходяться безпосередньо на решеті машини (природна постіль). При достатній тривалості переміщення постелі вздовж відсадочного відділення розшарування гірничої маси пиводить до того, що легкі фракції концентруються у верхньому, а важкі - в нижньому шарах.

Процес відсадки в машині відбувається таким чином. Вихідне вугілля разом з транспортною водою через завантажувальний пристрій поступає в машину на решето завантажувального відділення. Внаслідок невеликого нахилу (2-3°) і пульсації води (наприклд,стисеним повітрям, що періодично поступає через пульсатори у водно-повітряні камери машини), вихідне вугілля по мірі переміщення розшаровується на відходи збагачення, промпродукт і концентрат. Відходи збагачення (порода) і промпродукт послідовно вивантажуються розвантажувальними пристроями у відповідні воронки корпусів і потім в башмаки елеваторів, а концентрат разом з транспортною водою через зливний поріг прямує в приймальний жолоб. Під час роботи машини висота постелі (відходів збагачення і промпродуктової) підтримується на заданому рівні за допомогою системи автоматичного регулювалння.

На сучасних збагачувальних фабриках у відсаджувальних машинах збагачується дрібне вугілля, а крупні класи збагачуються тільки в важкосередовищних сепараторах. Іноді разом з дрібним вугіллям на відсаджувальні машини поступає дроблений промпродукт важкосередовищних сепараторів. 

Розділення гірських порід за густиною на концентраційному столі і в мийному жолобі основане на закономірностях руху зерен в струмені води, що тече по похилій площині.

Збагачення вугілля в мийних жолобах відбувається в порівняно глибокому потоку води що тече по похилому жолобу. Внаслідок складної взаємодії суміші частинок різної крупності, густини і форм з вихровими потоками води відбувається розшарування матеріалу внаслідок чого у верхніх шарах потоку концентруються переважно легкі, а в нижніх важкі фракції. Важка фракція розвантажується через донні отвори жолоба, а легка виноситься з жолоба з потоком води.

Концентраційний стіл являє собою малонахилену в поперечному напрямі поверхню, що гойдається із заданими амплітудою і частотою. Завдяки встановленим на поверхні нарифленням і течії води створюється специфічніумови для стратифікації матеріалу середовище розділення. Розділення гірських порід на концентраційному столі відбувається під дією комплексу механічних і гідродинамічних сил внаслідок чого на бічній і торцевій розвантажувальних сторонах деки утворюється так зване віяло продуктів різної густини, які спеціально встановленими відсікачами спрямовується у збірники концентрату, промпродукту і відходів. Основною перевагою концентраційного столу перед апаратами інших типів є можливість його використання для досить ефективного виділення піриту з високосірчистого вугілля.

Протитечна водна сепарація в шнекових і крутонахилених сепараторах здійснюється в закритих каналах, оснащених системою однотипних елементів, обтічних потоків, обумовлюючих утворення системи повторних течій і вихорів, завдяки чому початковий (вихідний) матеріал розділяється за густиною, що більша густини розділювального середовища.

Протитечійні сепаратори мають невисоку ефективність розділення, але завдяки простоті, надійності роботи, низьким капітальним і експлуатаційним витратам знаходять застосування для збагачення низькосортного палива, перезбагачування старих відвалів і ін.

Традиційні мокрі процеси збагачення зі складним водношламовим господарством, пов'язані з споживанням і втратами води, незважаючи на високу ефективність розділення, залишаються складними і дорогими . Сухе збагачення вугілля може значно спростити технологію переробки, знизити собівартість продуктів і вирішити ряд питань складування і утилізації відходів.

Пневматичне збагачення здійснюється на перфорованій робочій поверхні машин під дією постійного або пульсуючого повітряного потоку, іноді в комбінації з механічним струшуванням робочої поверхні. При цьому матеріал розпушується і розшаровується за густиною і крупністю. Матеріал розділяється на продукти збагачення внаслідок переміщення шарів частинок, що утворюються на робочій поверхні. При цьому матеріал розпушується і розшаровується за густиною і крупністю. Матеріал розділяється на продукти збагачення внаслідок переміщення шарів частинок, що утворюються на робочій поверхні (деці) в одному або декількох напрямах.

Характер впливу робочої поверхні і повітряного потоку на збагачений матеріал, принципи розділення і способи розвантаження продуктів визначаються конструкцією машин, які ділять на пневматичні сепаратори і пневматичні відсаджувальні машини.

Пневматичне збагачення набуло деякого поширення головним чином при збагаченні бурого і кам'яного енергетичного вугілля в районах з суворими кліматичними умовами або обмеженими водними ресурсами.

Збагачення в аеросуспензіях основане на використанні явища псевдозрідження тонкодисперсних сипких матеріалів під дією висхідного повітряного потоку. Аеросуспензії, що утворюються при цьому (киплячий шар) використовуються як сухе важке середовище для гравітаційного розділення частинок вугілля за густиною. Аеросуспензії в принципі подібні водним суспензіям, що підтверджено дослідженнями їх фізико-хімічних характеристик і експериментальними даними по розшаруванню сумішей мінеральних частинок різної густини і крупності. Як обважнювачі в аеросуспензіях можуть бути використані різні порошкоподібні сипкі матеріали: кварц (пісок), тонкодисперсні магнетит, галеніт, апатит, гранульований феросиліцій і ін.

Флотація вугілля відбувається внаслідок так званого акту флотації прилипання частинок до бульбашок повітря. У основі цього методу лежать фізико-хімічні явища, що протікають на границі розділу трьох фаз - твердої, рідкої і газоподібної, найбільш важливими з яких є змочуваність поверхні твердої фази і зміна її властивостей при сорбції флотореагентів.

Вугілля є природногідрофобною речовиною, однак практично його флотація здійснюється із застосуванням флотореагентів, що підвищують флотуємість вугільних шламів. При флотації вугілля впливають, як правило, тільки на компонент, що флотується (вугілля). Флотаційному збагаченню підлягають вугільні шлами, кількість яких досягає 20 % від вугілля, що переробляється. 

Велика різноманітність фізичних і фізико-хімічні властивостей гірських порід і вугілля зокрема, дозволяє застосовувати для розділення гірничої маси практично всі відомі методи збагачення, основані на різниці в електропровідності, магнітних і термомагнітних поверхневих властивостях та інші . Такі методи і процеси не знайшли поки промислового застосування через велику складність, низьку ефективність, високу вартість і інші причини. Найбільш перспективними для збагачення вугілля вважають процеси магнітогідродинамічного, магнитогідростатичного, каскадно-адгезійного, селективно-флокуляційного розділення і масляної грануляції.

У основі методу масляної грануляції лежить різниця в змочуванності вуглеводнями вугілля і породних домішок, внаслідок чого частинки вугілля спочатку покриваються масляною плівкою, а потім притубулентній (як правило) ажітації гідгосуміші злипаються в гранули, а мінеральні частинки залишаються зваженими у воді. Технологія реалізації грануляції полягає в перемішіванні вугільного шламу з відносно великою (6-12 %) кількістю вуглеводнів (нафтопродукти, мазут, масла) у водному середовищі.

Масляна грануляція, може бути використана як високоефективний метод збагачення тонких класів високозольного вугілля і антрацитів, інтенсифікації процесу незводнення дрібних концентратів, підготовки бурого вугілля до гідротранспорту, утилізації твердих осадів мулонакопичувачів збагачувальних фабрик, а також як метод підготовки вугілля до гідрогінезації. 


ЛІТЕРАТУРA



Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация, структура и свойства углей.- К.: Наукова думка.

Саранчук В.И., Бутузова Л.Ф., Минкова В.Н. Термохимическая деструкция бурых углей.- К.: Наукова думка, 1984.

Нестеренко Л.Л., Бирюков Ю.В., Лебедев В.А. Основы химии и физики горючих ископаемых.- К.: Вища шк., 1987.-359с.

Бухаркина Т.В., Дигуров Н.Г. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов.-Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева,-1999.-195с.

Агроскин А. А., Глейбман В. Б. Теплофизика твердого топлива.-- М. Недра 1980.-- 256 с.

Глущенко И. М. Теоретические основы технологии твердых горючих ископаемых.-- К. : Вища шк. Головное изд-во, 1980.-- 255 с.

Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические свойства углей. -- М. : Недра, 1980. -- 266 с.

Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей.-- М : Недра, 1975.-- 159 с.

Раковский В. Е., Пигулееская Л. В. Химия и генезис торфа.--М. : Недра, 1978.--231 с.

Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля.-- К. : Наук. думка, 1982.-- 166 с.

Стрептихеев А. А., Деревицкая В. А. Основы химии высокомолекулярных соединений.-- 3-е изд., перераб. и доп.-- М. : Химия, 1976.-- 436 с.