Проблемы экологии и ресурсосбережения при очистке шламовых вод углепереработки

ЭКОЛОГИЯ И ОХРАНА ТРУДА

УДК 504.064.4 : 622.7 М.С. Клейн, Т.Е. Алёшкина ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ ПРИ ОЧИСТКЕ ШЛАМОВЫХ ВОД УГЛЕПЕРЕРАБОТКИ

Значительное увеличение объемов переработки углей на обогатительных фабриках и установках требует повышенного внимания к проблемам предупреждения отрицательного воздействия на природную среду при эксплуатации этих предприятий и рационального использования ресурсов ископаемых углей. Важное место при решении указанных проблем занимают вопросы, связанные с совершенствованием технологии очистки шламовой воды и обработки выделенных шламов, поскольку от этого зависит технологическая эффективность и экологическая безопасность производства [1].

При переработке угля вода является технологической средой, в которой осуществляются все основные технологические операции. Для уменьшения забора воды из внешних источников на фабриках используются водно-шламовые схемы с оборотным водоснабжением. При оборотном водоснабжении в воде накапливается шлам, который необходимо удалить из шламовой воды перед ее повторным использованием. Технологические схемы очистки шламовой воды включают процессы выделения из воды твердых частиц и обработку их до потребительских кондиций.

Выбор схем очистки шламовой воды и их эффективность зависят от состава, свойств, количества твердой фазы воды и требований к качеству товарного продукта.

На предприятиях по переработке энергетических углей для

обеспечения оборотного водоснабжения используют схемы очистки шламовой воды (рис. 1), включающие операции классификации угольных шламов и их обезвоживания. К недостаткам схем очистки, усиливающим техногенные воздействия на окружающую среду, можно отнести следующие:

1. Товарным продуктом очистки шламовой воды являются необогащенные высокозольные угольные шламы, при сжигании которых увеличиваются вредные выбросы в атмосферу и объемы золошлаковых отходов.

2. Низкая эффективность операций улавливания и обезвоживания тонких угольных шламов приводит к необходимости сбрасывать их в наружные отстойники, увеличивая потери угля и загрязняя природную среду.

3. Повышенная зольность и влажность не позволяет использовать шламы энергетических углей некоторых марок (например Г, СС) в качестве сырья для производства кокса.

Решение проблемы эффективного и экономичного обогащения и обезвоживания шламов энергетических углей позволит сократить потери углей, повысить экологическую безопасность производства и использования топлива, расширить сырьевую базу углей для коксования.

На фабриках по переработке коксующихся углей, к качеству концентрата которых предъявляются жесткие требования, целесообразность вклю-

чения в водно-шламовые схемы процессов селективной сепарации шламов определяется их зольностью и количеством в шламовой воде. В случае объединения гравитационного кон-

Шламовая вода

Рис. 1. Схема очистки шламовой воды и обработки выделенных продуктов при переработке энергетических углей.

центрата и необогащенного шлама сложно получить товарный продукт кондиционного качества. Приведенные зависимости зольности товарного продукта от зольности присаживаемого шлама показывают (рис. 2), что только в редких случаях качество общего концентрата укладывается в заданные кондиции. Кроме того, без селективной сепарации шламов технологический процесс становится трудно управляемым при колебаниях качества рядового угля. Поэтому на большин-

стве фабрик шламы коксующихся углей обогащаются, а эффективность процесса обогащения шламов, которое осуществляют методом флотации,

определяет качество очистки шламовых вод.

На фабриках с флотационными установками преимущественно применяют комбинированные водно-шламовые схемы, в которых часть шламовой воды без обработки сразу направляется в оборот, а другая часть -на очистку воды от твердой фазы (рис. 3.). В этом случае содержание твердого в оборотной воде определяется объемом очищенной шламовой воды, который зависит от производительности флото-

фильтровального отделения фабрики и от технологических и экономических факторов. На многих фабриках, построенных в 1950-1960 годы, повышенное

содержание твердого в оборотной воде объясняется недостаточным объемом шламовой воды, направляемой на очистку.

Технологическая схема очи-

стки шламовых вод и обработки выделенных продуктов при обогащении коксующихся углей (рис. 3) включает операции

флотации, обезвоживания и сушки флотоконцентрата, осветления и складирования отходов флотации. Из-за высокой дисперсности угольных и породных частиц (таблица) усложняется отделение их от жидкой фазы шламовой воды в отдельных операциях схемы очистки и, в результате этого, увеличиваются загрязняющие выбросы предприятий, ухудшаются технико-экономические показатели обогащения. Для повышения качества очистки необходимо выявить основные причины недостаточной эффек-

тивности операций обработки шламовой воды и возможности их интенсификации.

При флотации угольных шламов к недостаткам процесса

можно отнести низкую эффективность флотации угольных частиц крайних размеров, которые часто являются основными источниками потерь угля с отходами флотации, и недостаточную скорость процесса при флотации пульп с высоким содержанием тонких шламов, что приводит к увеличению фронта флотации и расхода реагентов, обводнению пенного продукта. Особо остро эта проблема стоит на фабриках, где для обогащения крупных шламов используются спиральные сепараторы, а на флотацию поступают только тонкие шламы. Например, в питании флотации ЦОФ «Бе-ловская» содержание частиц крупностью меньше 32 мкм

с

О

СО

Шламовая

в(н)а

Оборотная

вода

Зольность шламов, %

Рис. 2. Зависимости зольности товарного продукта от зольности шлама при содержании шлама: 1 - 20%; 2 - 15%; 3 - 10%.

Рис. 3. Схема очистки шламовой воды и обработки выделенных продуктов при обогащении коксующихся углей.

Гранулометрический состав угольных шламов некоторых обогатительных фабрик Кузбасса

Фабрики Показа- тели Классы, мкм Всего

+500 250-500 125-250 63-125 32-63 10-32 0-10

Сибирь Ъ % 2,8 8,2 15,2 20,9 14,7 21,1 17,0 100,0

Аа,% 5,8 6,3 6,4 7,4 9,3 17,7 32,6 13,9

Беловс кая Ъ % - 2,2 9,4 20,4 18,2 26,8 22,9 100,0

АЛ,% - 3,1 3,7 5,3 10,8 24,7 32,6 17,5

Томуси нская Ж 7,3 11,3 15,0 15,9 13,9 19,6 16,9 100,0

А % 15,1 11,5 10,3 11,5 12,4 13,2 15,7 12,7

Абашевская Ъ % 1,8 12,0 18,8 15,4 19,7 19,3 13,0 100,0

АЛ,% 4,1 4,3 4,5 6,1 13,4 24,9 28,2 13,5

может доходить до 50 % (таблица), что значительно усложняет работу флото-фильт-

ровального отделения фабрики. При пониженной скорости флотационного процесса недостаточные объемы шламовой воды подвергаются глубокой очистке, что приводит к повышенному содержанию твердого в оборотной воде.

При обезвоживании на вакуум-фильтрах флотоконцен-

трата с повышенным содержанием мелких частиц увеличивается влажность осадка до 30-35 % и снижается производительность оборудования. Из-за высокой влажности осадка вакуум-фильтров усложняется процесс термической сушки, растет количество сжигаемого топлива. Относительное повышение расхода топлива Пв при увеличении влажности поступающего на сушку осадка вакуум-

1 2 фильтров от W1 до W1 и

влажности высушенного материала Ж2 определяется уравнением [2]:

БВ =100х

х _ _ w2)(100 _ г12) ]

12 ]

%.

Расчет показывает, что при росте влажности осадка на 1 % количество сжигаемого топлива (значит и выбросы загрязняющих веществ в атмосферу) увеличивается более чем на 5 %.

Складирование отходов

флотации в гидроотвалах приводит к загрязнению окружающей среды, т.к. при их строительстве теряются значительные площади земельных участков, а дренирование воды через дно и

стенки гидроотвалов повышает минерализацию и загрязнение органическими соединениями подпочвенных пресных вод [3].

В результате недостаточной эффективности отдельных операций в схемах очистки шламовых вод возникает целый ряд негативных экологических последствий. Например, при переработке на обычной фабрике 1 млн. тонн коксующихся углей в гидроотвалы с отходами флотации сбрасывается примерно 800 тыс. м3 воды, содержащей 20 тыс. тонн твердых частиц зольностью 40-60 %, т.е. теряется около 10 тыс. тонн органической части угля. Концентрация углеводородов в воде может доходить до 10 мг/л, что многократно превышает предельно допустимые концентрации. При работе сушильных установок для испарения влаги сжигается около 4 тыс. тонн угля и выбрасывается в атмосферу до 200 тонн загрязняющих веществ. Учитывая, что в Кузбассе обогащается около 50 млн. тонн коксующихся углей в год, легко подсчитать масштабы загрязнения окружающей среды углеобогащением и ущерб от потерь и нерационального использования ископаемых углей.

Таким образом, существующие технологии очистки шламовых вод не обеспечивают в должной мере охрану природы от загрязняющих выбросов углеперерабатывающих предприятий и не позволяют рационально использовать природные ресурсы органического сырья. При совершенствовании применяемых схем и технологий обработки угольных шламов и разработке новых перспективных решений по очистке шла-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

мовых вод необходимо решить следующие задачи:

- повысить эффективность процессов селективной сепарации угольных и породных частиц с целью сокращения потерь угля с отходами;

- уменьшить объемы сбрасываемых осадков твердых частиц для увеличения срока эксплуатации гидроотвалов;

- увеличить удельную производительность флотационных установок для роста объемов очищенной шламовой воды;

- сократить расход флотационных реагентов и остаточные концентрации их в сбрасываемых водах;

- снизить влажность флото-концентрата после механического обезвоживания для сокращения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при термической сушке;

- разработать рациональные технологии обработки шламов энергетических углей для увеличения сырьевой базы углей для коксования.

Одним из действенных способов решения всех поставленных задач является снижение количества мельчайших частиц угля в шламовой воде за счет селективной агрегации их масляными реагентами [4]. Использование процесса масляной агломерации угля в схемах очистки шламовых вод позволяет улучшить показатели обогащения и обезвоживания шламов, уменьшить техногенные воздействия на природную среду при переработке энергетических и коксующихся углей, рационально использовать природные ресурсы твердого топлива [1,5].

1. Клейн М. С. Ресурсосберегающие и экологичные технологии регенерации шламовых вод углепере-работки // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири: Сибресурс-2004: Материалы Х Междунар. науч.-практ. конф. ГУ КузГТУ. - Кемерово, 2004. С. 263-265.

2. Клейн М.С. Повышение экологической безопасности углеобогащения при интенсификации процессов механического обезвоживания угольных шламов. Вест. КузГТУ. 2004. № 6(1). С.109-111.

3. Бутовецкий В.С. Охрана природы при обогащении углей: справочное пособие. - М.: Недра, 1991.231 с.

4. Клейн М.С. Оценка эффективности процесса масляной агломерации мелких угольных частиц.

Экология и охрана труда

117

Вест. КузГТУ. 2003. № 5. С. 82-85

5. Клейн М.С., Байченко А.А., Почевалова Е.В. Обогащение и обезвоживание тонких угольных шла-мов с использованием метода масляной грануляции. Горный информационно-аналитический бюллетень.

- 2002. № 4. С. 237-239.

Авторы статьи:

Клейн Михаил Симхович

- канд.техн.наук, доц. каф. «Обогащение полезных ископаемых»

Алешкина Татьяна Евгеньевна

- аспирант каф. «Обогащение полезных ископаемых»

УДК 504.064.4 : 622.7

М.С. Клейн

ЭФФЕКТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕЛКОГО УГЛЯ ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ ВОД УГЛЕОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК

При очистке техногенных вод углепереработки от угольных шламов для обеспечения оборотного водоснабжения технологического процесса используют флотационный метод селективного извлечения мелких частиц угля из шламовой воды при расходе масляных реагентов 1-5 кг/т. Исследование причин низкой эффективности флотации угольных шламов показало, что основной причиной снижения скорости процесса и увеличения потерь угля с отходами является повышенное содержание в техногенной воде тонких шламов. Образование агрегатов из мелких частиц угля с использованием масляных реагентов позволяет интенсифицировать процесс флотации угольных шламов. Однако заметный положительный эффект достигается при подаче в процесс масляной агломерации (МА) угля повышенных количеств масляных реагентов (30-

50 кг/т), что снижает конкурентоспособность этого метода по сравнению с обычной подготовкой пульпы перед флотацией.

Основная задача при совершенствовании процессов сепарации частиц угля и породы по смачиваемости заключается в разработке условий, обеспечивающих высокую эффективность агрегации и флотации угля малым количеством масляных реагентов. Для научнообоснованного решения поставленной задачи проведено исследование механизма и кинетики процесса образования углемасляных агрегатов с помощью кинетической модели [1] и по результатам экспериментального определения степени агрегации мелких частиц угля [2]. Изучение вероятности осуществления отдельных стадий образования углемасляных агрегатов в зависимости от свойств взаимодействующих фаз и гидродинамических условий перемеши-

вания пульпы позволило сделать ряд важных выводов.

1. Показано, что недостаточная степень покрытия поверхности частиц угля маслом (5-10 %) при обычном кондиционировании пульпы снижает вероятность агрегации и флотации частиц угля. Кинетический коэффициент омасливания угольной поверхности Мо(^ [1] увеличивается в результате соударения частиц и передачи реагента с частицы на частицу в турбулентных потоках перемешиваемой пульпы. Изучение кинетики процесса омасливания угольной поверхности показало, что величина коэффициента Мо(}) растет с увеличением интенсивности перемешивания суспензии и дисперсности масляной фазы (рис. 1). При этом влияние крупности капель масла на величину Мо(1) становится малозаметным при высоких значениях диссипации энергии (£о=10 Вт/кг). При сла-

Результаты флотации угольных шламов после процессов МА и МАА

Продукты Время флота- ции,мин Питание флотации Крупность, мм

0 - 0, 045 0,045 - 0, 25 + 0,25

К А £ У, % Аа, % У % А % У % А %

после МА

Концентрат 4,8 89,8 6,1 38,5 7,9 25,6 5,3 25,8 4,0

Отходы 10,2 68,2 8,9 70,2 0,8 61,5 0,5 44,9

Всего 100 12,4 47,4 19,6 26,4 7,0 26,2 4,8

после МАА

Концентрат 3,3 91,5 6,3 41,2 7,9 26,0 5,9 26,0 4,4

Отходы 8,5 77,3 7,8 79,0 0,5 62,3 0,2 49,8

Всего 100 12,4 47,4 19,6 26,4 7,0 26,2 4,8