СПОСОБ СУХОГО ГРАВИТАЦИОННО-ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЯ
METHOD FOR DRY GRAVITATIONAL-ELECTRIC COAL IMPROVEMENT

Изобретение относится к области обогащения материалов с помощью газовых или воздушных потоков и может быть использовано, в частности, для сухого обогащения углей и других полезных ископаемых разделяемые компоненты которых отличаются по плотности и, как правило, имеют близкие электропроводности.
Известен способ электростатического обогащения сырых калийных солей (авторское свидетельство SU№ 1055321 опубл. 15.11.1983), включающий измельчение и кондиционирование исходного материала, разделение в две стадии между противоположно заряженными в электросепараторе свободного падения, при этом, отклоняемый к положительному электроду ценный компонент, отбирается после участка падения длиной 0,4 – 1,2 м, другой отклоняемый к положительному электроду ценный компонент отбирают после следующего дополнительного участка длиной 1,5 – 2,5 м, а неотклоненный промежуточный продукт возвращается на начало дополнительного участка.
Основные недостатки способа в относительно низкой эффективности разделения, больших габаритах аппарата, сложности его конструкции из-за необходимости возврата промежуточного продукта.
Известен способ обогащения полезных ископаемых (патент № 2494815, опубл.  10.10.2013), который включает дробление, измельчение, классификацию и сушку продуктов переработки полезных ископаемых перед электрической сепарацией. Сушку осуществляют при естественной положительной температуре продукта переработки и пониженном давлении 1-150 мм рт.ст. Выделяемую при фазовом переходе тепловую энергию возвращают обратно в процесс сушки продуктов переработки.
Основные недостатки способа в низкой эффективности разделения особенно материалов, разделяемые компоненты которых имеют близкие электропроводности.
Известен способ сухого обогащения угля (патент РФ № 2558872, опубл. 10.08.2015), который включает подачу угольного сырья к средству отделения угля от породы, с помощью которого осуществляют отделение. В качестве средства отделения угля от породы используют, по меньшей мере, одну ротационную щетку, выполненную в виде установленного своей осью по ходу движения сырья вращающегося барабана с закрепленным на его цилиндрической поверхности ворсом. Отделение угля от породы осуществляют путем вращения ротационной щетки с обеспечением воздействия ворса щетки на сырье и сметания частиц угля, более легких, чем куски породы. Подачу сырья осуществляют по транспортной ленте ленточного конвейера, при этом используют барабан с ворсом на внешней цилиндрической поверхности, установленный над транспортной лентой. Используют транспортную ленту, имеющую форму желоба. Используют пустотелый барабан с ворсом на его внутренней поверхности, ось которого расположена под углом не менее 45° к горизонту и внутри которого вдоль оси расположен лоток для приема частиц угля, при этом подачу сырья осуществляют на внутреннюю поверхность барабана.
Основными недостатками способа является низкая эффективность разделения из-за недостаточной селективности процесса.
Известен способ обогащения высокозольного каменного угля (патент № 2651827, опубл. 24.04.2018), который включает этапы переработки, осуществляемые в следующей последовательности: исходный уголь крупностью менее 120 мм подвергают измельчению до крупности менее 5 мм и одновременной сушке в измельчающем агрегате с контролируемой атмосферой, измельченный продукт подвергают обеспыливанию пневматической классификацией, после чего осуществляют электростатическую сепарацию для частичного удаления зольной фракции, затем полученный электростатической сепарацией концентрат подвергают среднетемпературному пиролизу путем нагрева в контролируемой атмосфере, полученный полукокс подвергают сухой магнитной сепарации для удаления зольной фракции. Температуру материала, разгружаемого из измельчающего агрегата, поддерживают на уровне 120-250°C, а содержание кислорода в контролируемой атмосфере измельчающего агрегата поддерживают на уровне ниже 10%. Обеспыливание осуществляют по крупности менее 0,1 мм. Выделенную пылевидную фракцию сжигают в топке, полученный топочный газ используют в качестве теплоносителя при сушке.
Основные недостатки способа в высокой энергоемкости и сложности осуществления из-за необходимости измельчения материала и его сушки в контролируемой атмосфере, пиролизу, а также недостаточно высокой эффективности разделения материала.
Известен способ переработки калийных сильвинитовых (патент № 2738400, опубл. 11.12.2020), принятый за прототип, который включает рудоподготовку, термическую обработку и электрическую сепарацию руды. Термическую обработку ведут микроволновым излучением с частотой от 2000 до 3000 МГц мощностью от 600 до 1000 Вт. Затем материал подвергают коронно-электростатической сепарации с получением глинистой и солевой составляющей. Глинистую составляющую отправляют в отвал. Солевую нагревают от 200 до 300°С при одновременном вибрационном воздействии, затем охлаждают от 100 до 120°С с одновременным объемным вибрационным воздействием и подвергают трибоэлектростатической сепарации с получением сильвинитового и галитового концентратов.
Основной недостаток способа в недостаточно высокой эффективности разделения и относительно низкой производительности процесса электросепарации.
Техническим результатом является повышение эффективности разделения и повышения удельной производительности.
Технический результат достигается тем, что термическую обработку ведут при температуре от 200 до 300°С и одновременным вибрационным воздействием при частоте колебаний от 50 до 200 Гц, с получением удельно-тяжелого продукта, который отправляют в хвостохранилище и удельно-легкого продукта, который направляют на трибоэлектростатическую сепарацию с напряженностью электрического поля от 5 до 10 кВ/см, с получением угольного концентрата и хвостов.
Способ осуществляется следующим образом. Исходный материал, а именно высокозольный уголь дробится в валковой дробилке до крупности размеров частиц в диапазоне от 0,5 до 5 мм, после чего отправляется в циклонный аппарат. В циклонном аппарате проводят нагревание при температуре от 200 до 300°С и одновременно оказывают вибрационное воздействие с частотой от 50 до 200 Гц. В результате нагретый материал в циклонном аппарате, разделяется за счет действия центробежной силы на удельно-легкий и удельно-тяжелый продукты. Удельно-тяжелый продукт направляется в хвосты в хвостохранилище и не подвергается дальнейшей обработке. Удельно-легкие продукт после циклонного аппарата поступают на трибоэлектростатическую сепарацию в электростатический сепаратор, с напряженностью электрического поля от 5 до 10 кВ/см, в результате происходит окончательное разделение на готовый угольный концентрат, отгружаемый потребителю и хвосты, идущие в золотоотвалы.
Обогащение при одновременном воздействии и гравитационного и электрического полей позволяет повысить эффективность разделения.
Способ поясняется следующими примерами. Обогащению подвергались отсевы рядовых высокозольных углей одного из месторождений Кузбасса. Зольность отсевов составляла около 40 %, крупность – 5 мм. Исходный материал предварительно подсушивался при температуре около 110 С. Затем материал по касательной подавался в циклон диаметром 50 мм. В циклоне материал нагревался до 170 – 330ºС. Также на циклон оказывалось вибрационное воздействие при частоте вибраций 40 – 240 Гц. В циклоне материал разделялся на удельно-тяжелый продукт, направляемый в отвал и удельно-легкий продукт направляемый в трибоэлектростатический барабанный сепаратор. В трибоэлектростатическом сепараторе материал, при напряженности электрического поля от 3,5 до 12 кВ/см разделялся на хвосты, направляемые в отвал и окончательный концентрат.
Влияние температуры нагрева на результаты разделения приведены в таблице 1. Частота вибраций при этом составляла 50 Гц, напряженность электрического поля 8 кв/см.
Таблица 1. Зависимость результатов разделения от температуры нагрева.
№
Температура нагрева, °С
Выход концентрата, %
Содержание угля, %
Извлечение угля, %
1
170
52,4
83,17
77,18
2
200
53,8
92,81
88,42
3
250
54,1
93,18
89,27
4
300
54,3
93,18
89,60
5
330
54,3
93,19
89,61
Нагрев материала ниже 200°С ведет к снижению эффективности разделения. Это связано с тем, что недостаточно нагретые частица приобретают недостаточные заряды. Нагрев выше 300°С не увеличивает эффективность разделения, но ведет к избыточному расходу энергии на нагрев частиц.
Влияние частоты вибраций на результаты разделения приведены в таблице 2. Нагрев производился до 240°С, напряженность электрического поля 8 кв/см.
Таблица 2. Зависимость результатов разделения от частоты вибраций.
№
Частота вибраций, Гц
Выход концентрата, %
Содержание угля, %
Извлечение угля, %
1
40
52,8
88,65
82,89
2
50
53,4
92,23
87,22
3
130
54,8
93,65
90,88
4
200
54,7
93,61
90,68
5
240
53,1
91,12
85,68
Частота вибраций ниже 50 Гц и выше 200 Гц уменьшает степень зарядки частиц, что ухудшает эффективность разделения.
Влияние напряженности электрического поля на результаты разделения приведены в таблице 3. Нагрев производился до 240°С, частота вибраций составляла 50 гЦ.
Таблица 3. Зависимость результатов разделения от напряженности электрического поля.
№
Напряженность электрического поля, кВ/см
Выход концентрата, %
Содержание угля, %
Извлечение угля, %
1
3,5
50,3
87,96
78,35
2
5
53,5
92,11
87,27
3
8
54,7
93,69
90,75
4
10
54,6
93,66
90,56
5
12
54,5
93,66
90,39
Напряженность электрического поля меньше 5 кВ/см ведет к снижению эффективности разделения из-за снижения величины электрической силы действующей на разделяемые частицы. Увеличение напряжённости поля выше 10 кВ/см не улучшает эффективность разделения и ведет к дополнительному расходу электроэнергии.
Таким образом, применение заявляемого способа, в котором на разделяемые частицы воздействует и центробежная, и электрическая силы, позволяет повысить как эффективность разделения, так и удельную производительность сепаратора, что иллюстрируется повышением технологических показателей обогащения.