СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ УГОЛЬСОДЕРЖАЩЕГО ПРОДУКТА
METHOD OF SEPARATING COAL-CONTAINING PRODUCT

Изобретение относится к разделению и переработке угольсодержащих продуктов, в частности отходов тепловых электростанций.
Известен способ [А.с. №1346250, кл. В03В 7/00, 1987] переработки зольных отходов, по которому проводят разделение зольных отходов с применением флотации, которую осуществляют в двухстадийном режиме при разных расходах воздуха на каждой стадии флотации с добавлением углеводородсодержащего и белоксодержащего реагентов. Недостатками известного способа являются проведение флотации зольных отходов без предварительной классификации материала по классам крупности, что приводит к существенному увеличению фронта флотации и повышенному расходу реагентов, а также количества применяемых флотационных машин. Кроме того, крупность отходов флотации не позволяет их использовать, например, при производстве цемента.
Известен способ [А.с. №1176952, опубл. 07.09.1985] выделения несгоревшего топлива из золы, согласно которому для приготовления суспензии берут 100 мас. частей золы и 80-100 мас. частей воды, в суспензию последовательно вводят фосфорнокислый двухзамещенный аммоний и тетраборнокислый калий. При этом разделение суспензии осуществляют вибрацией или флотацией или вибрацией с последующей флотацией. Недостатками способа являются сложность и высокая стоимость технологического процесса разделения, обусловленная дополнительным к флотации применением вибрационных способов разделения, использование дорогих флотационных реагентов при относительно низкой эффективности разделения компонентов.
Наиболее близким аналогом заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ [А.с. №1321469, опубл. 07.07.1987] разделения угольсодержащего продукта, включающий гидроклассификацию по классу 40 мк, флотацию обоих классов крупности - менее 40 мк и более 40 мк в присутствии аполярных веществ и высших спиртов, при этом каждый класс крупности разделяют на угольную и минеральную фракции и смешивают минеральную массу обоих классов для производства ячеистого железобетона.
Существенным недостатком такого способа, принятого в качестве прототипа, является отсутствие выделения классификацией крупного класса (шлака) более 0,25 мм, в котором содержание несгоревшего угля составляет менее 2%. Флотацию указанного класса крупности проводить нецелесообразно, т.к. это ведет к потере реагентов, увеличению фронта флотации и расходов на обезвоживание продуктов. Этот класс необходимо выделить до флотации.
Другим существенным недостатком является флотация тонкого и крупного классов в идентичных аэрогидродинамических условиях, не учитывая разную флотоактивность этих классов, что приводит к потерям качества и выходов продуктов разделения.
В основу изобретения положена задача разработать способ разделения угольсодержащего продукта, позволяющий за счет его гидроклассификации по граничному классу 0,25 мм на шлак и золу уноса, перед флотацией разделения золы уноса по граничному классу 0,05 мм, флотации с использованием колонного аппарата, причем, флотации крупного класса более 0,05 мм в прямоточной секции колонного аппарата, а мелкого класса менее 0,05 мм в противоточной секции колонного аппарата, более полно и эффективно разделить отходы тепловых электростанций и получить два товарных продукта - топливо для электростанций и добавки к композиционному цементу, товарному бетону, стройматериалам, смесям для упрочнения грунтов при строительстве дорог и др.
Задача решается тем, что предлагается способ разделения угольсодержащего продукта, включающий гидроклассификацию по крупности и флотацию, в котором, согласно изобретению, гидроклассификацию угольсодержащего продукта проводят по граничному классу 0,25 мм на шлак и золу уноса, шлак измельчают для производства цемента, а золу уноса перед флотацией разделяют на две фракции по граничному классу 0,05 мм, каждую из фракций раздельно кондиционируют с собирателем и вспенивателем, флотацию проводят с использованием колонного аппарата, причем флотацию крупного класса более 0,05 мм проводят в прямоточной секции колонного аппарата, а мелкого класса менее 0,05 мм в противоточной секции колонного аппарата, полученный концентрат флотации обезвоживают и направляют для сжигания в качестве топлива, а отходы каждой из секций флотации обезвоживают раздельно и используют в производстве цемента.
В предлагаемом техническом решении гидроклассификация угольсодержащего продукта по граничному классу 0,25 мм позволяет разделить материал на фракцию с концентрацией несгоревшего угля не более 4% и на фракцию, в которой она может достигать 30-35%. Класс более 0,25 мм представляет собой готовый продукт для смешивания и измельчения с цементным клинкером.
Класс менее 0,25 мм содержит, как правило, большое количество несгоревшего угля, который может быть выделен на основе флотации.
Известно, что флотоактивность угольных частиц зависит от их крупности. Выполненные кинетические исследования флотации угля показали, что флотоактивность класса 0,05-0,25 мм выше, чем класса менее 0,05 мм, т.е. граничным классом разделения является 0,05 мм. Следовательно, для оптимизации флотации необходимо проводить раздельное их кондиционирование и флотацию при различных аэрогидродинамических и технологических режимах.
На основании экспериментальных исследований установлено, что время кондиционирования для крупного класса составляет 1-3 минуты, а для мелкого 3-5 минут. Концентрация твердого в пульпе для крупных классов составляет 150-250 г/л, а для мелких классов - 100-150 г/л. При этом расходы реагентов - аполярного собирателя и вспенивателя-монтанола для крупных классов на 20-30% меньше, чем для мелких классов.
Исследования влияния числа оборотов импеллера при кондиционировании пульпы с собирателем в аппарате кондиционирования перед флотацией на результаты разделения при флотации выявили области оптимальных значений числа оборотов импеллера для разных классов крупности. При кондиционировании крупных классов число оборотов в минуту составляет не менее 1300-1500, а мелких классов - не менее 1800-2000.
На основании исследований флотоактивности указанных классов крупности предложено проводить их флотацию в колонной машине, состоящей из двух секций: крупного класса более 0,05 мм в прямоточной секции, в режиме параллельного движения потоков пульпы и воздушных пузырьков, а мелкого класса менее 0,05 мм - в противоточной, в режиме противотока пульпы и пузырьков воздуха. Экспериментальные исследования показали, что при этом соотношение расхода пульпы и воздуха в прямоточной секции находится в пределах 0,4÷0,6, а в противоточной секции - 0,7÷0,9.
Продукты флотации подвергают раздельному сгущению и фильтрации, причем каждый из продуктов в зависимости от гранулометрического состава и содержания органической и минеральной составляющей золы подвергают фильтрации на разных фильтровальных аппаратах. Флотационный концентрат фильтруют в осадительной шнековой центрифуге, для отходов прямоточной флотации также применяют осадительную шнековую центрифугу, а отходы противоточной флотации фильтруют на ленточных фильтр-прессах и сушат до влажности не более 1%. Угольный концентрат колонного аппарата после обезвоживания шихтуют с рядовым углем и далее направляют на сжигание. Отходы прямоточной флотации после обезвоживания направляют непосредственно на шаровое измельчение совместно с цементным клинкером на цементном заводе. Отходы противоточной флотации после обезвоживания и сушки смешивают с измельченным клинкером в пропорции 75-80% измельченного цементного клинкера и 25-20 минеральной части золы уноса.
Разработанный способ обогащения осуществляется следующим образом. Угольсодержащий продукт, состоящий из золы уноса и шлака, анализируют, определяя его гранулометрический состав и зольность узких классов крупности. По полученным данным проводят гидроклассификацию угольсодержащего материала по крупности по граничному классу 0,25 мм, в котором содержание несгоревшего угля не превышает 2-5%; а далее класс менее 0,25 мм разделяют на две фракции по граничному классу 0,05 мм. Затем шлак - фракцию более 0,25 мм направляют на измельчение совместно с клинкером для производства цемента. Оставшуюся золу уноса подвергают классификации в гидроциклоне, в котором осуществляют разделение золы по граничному классу 0,05 на два класса крупности.
Каждую из полученных фракций раздельно подвергают обработке реагентами (вспениватель и собиратель) в аппарате кондиционирования.
После кондиционирования золу уноса флотируют в колонном двухсекционном аппарате, при этом крупный класс флотируют в прямоточной секции в режиме параллельного движения потоков пульпы и воздушных пузырьков, а мелкий класс - в противоточной секции в режиме противотока пульпы и воздуха, при соотношении расхода пульпы и воздуха в прямоточной секции в пределах 0,4÷0,6, а в противоточной секции в пределах 0,7÷0,9. После флотации продукты раздельно обезвоживают, применяя сгущение и фильтрацию. Концентрат флотации фильтруют в осадительной шнековой центрифуге, для отходов прямоточной флотации также применяют осадительную шнековую центрифугу, а отходы противоточной флотации фильтруют на ленточных фильтр-прессах, сушат до влажности не более 1% и направляют на производство цемента, смешивая с измельченным цементным клинкером в пропорции: 75-80% измельченного клинкера и 25-20% минеральной части золы уноса. Угольный концентрат двухсекционного колонного аппарата после обезвоживания шихтуют с рядовым углем, поступающим на измельчение, и далее направляют на сжигание, например, на электростанции. Отходы прямоточной флотации после обезвоживания направляют непосредственно на шаровое измельчение совместно с цементным клинкером на цементном заводе.
Пример осуществления способа.
Испытания выполнены на пробе угольсодержащих отходов Кировской ГРЭС. Количество несгоревшего угля в пробе составляло 18,2%. На основании результатов гранулометрического анализа пробы и количества несгоревшего угля в каждом из классов крупности была выбрана технологическая схема обогащения (см. таблицу).
Гранулометрический анализ пробы
Классы крупности, %
Выход класса, %
Количество несгоревшего угля, %
>0,25
8,5
2,7
0,05-0,25
44,5
24,9
<0,05
47,0
14,6
Прежде всего, провели гидроклассификацию пробы на грохоте и разделили ее по граничному классу 0,25 мм на два класса крупности, при этом содержание несгоревшего угля в надрешетном продукте составило 2,7%, а в подрешетном - 19,6%.
Класс более 0,25 мм представлял собой шлак, который направили на измельчение совместно с клинкером для производства цемента. Исходя из требований к качеству цемента, до 20% шлака, измельченного до крупности менее 0,05 мм, может добавляться к цементу с сохранением прочностных, коррозионных и других свойств цемента.
Класс менее 0,25 мм поступил на классификацию в гидроциклон. Слив (класс менее 0,05 мм) и пески (класс 0,05-0,25 мм) гидроциклона направили на кондиционирование с реагентами в аппараты, отличающиеся числом оборотов ротора: для крупных классов 1400 об/мин, для мелких - 1800 об/мин. Количество несгоревшего угля составило в сливе 14,6%, а в песках - 24,9%.
В качестве собирателя применяли печное бытовое топливо (расход для слива составил 1100 г/т, для песков - 800 г/т; в качестве вспенивателя - монтанол (расход для слива - 200 г/т, для песков - 150 г/т). После кондиционирования пульпа поступала на флотацию в двухсекционный колонный аппарат, причем крупные классы в прямоточную секцию, а мелкие в противоточную. Скорость движения пульпы в секциях аппарата составила 1,4 см/с, соотношение пульпы и воздуха в прямоточной секции составило 0,5, в противоточной 0,8. Соответственно газосодержание в прямоточной секции - 23%, а в противоточной - 35%.
В результате флотационного разделения получили объединенный угольный концентрат с зольностью 49%. После сгущения с применением катионоактивного флокулянта Праестол 859BS концентрат обезвоживали в осадительной шнековой центрифуге и получали осадок с влажностью 21% и фильтрат, который направляли в оборот. Осадок шихтовали с рядовым углем и направляли в мельницу на доизмельчение и далее на сжигание. Зольность отходов прямоточной секции 97,2%, противоточной - 96,7%. После сгущения и обезвоживания отходы прямоточной секции направляли в мельницу измельчения клинкера, а противоточной - сушили до влажности 1% и смешивали с цементом в пропорции 80% цемента и 20% очищенной от несгоревшего углерода золы уноса.
Предложенный способ позволяет более полно и эффективно разделить угольсодержащий продукт, с выделением органической части, используемой как дополнительное топливо, например, на тепловых электростанциях, и минеральной части, используемой в качестве сырья для промышленности строительных материалов, являющейся крупнотоннажным потребителем природных ресурсов, добыча которых оказывает негативное воздействие на окружающую среду. При этом уголь, выделенный из отходов тепловых электростанций, может быть не только возвращен в энергетический цикл, а использован, например, как сорбент для очистки сточных вод.
Кроме того, способ позволяет значительно улучшить экологическую среду за счет существенного снижения объема складируемых отходов тепловых электростанций. Использование каждой тонны золы уноса вместо цемента позволяет сократить на одну тонну выброс парниковых газов, что также является важным фактором улучшения экологии.