Переработка тонкодисперсных угольных шламов в сырье для коксохимической и энергетичекой промышленности

ПЕРЕРАБОТКА ТОНКОДИСПЕРСНЫХ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ В СЫРЬЕ ДЛЯ КОКСОХИМИЧЕСКОЙ И ЭНЕРГЕТИЧЕКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ*

Е.С. Злобина

Институт химических и нефтегазовых технологий Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачёва Весенняя, 28, Кемерово, Россия, 650000

Альтернативный способ переработки тонкодисперсных угольных шламов и низкосортных углей — метод масляной агломерации. Он позволяет решить проблему утилизации промышленных отходов, улучшить экологическую обстановку в городах и регионах, использовать низкокачественное сырье и получать из него продукт, который в дальнейшем может использоваться в коксохимической и энергетической промышленности.

Ключевые слова: угольные шламы, обогащение, масляная агломерация, углемасляный концентрат, переработка

Так как в России угледобывающая и углеперерабатывающая отрасли высоко развиты, основной объем отходов обусловлен именно их деятельностью. В гидроотвалах и отстойниках скапливается большое количество добываемого угля в виде тонкодисперсных угольных шламов, перевод которых в технологически приемлемое топливо позволит не только улучшить экологическую обстановку в регионах, но и получить предприятиям существенный экономический эффект.

Существующие способы переработки и обогащения низкосортных углей и отходов углеобогащения являются неэффективными из-за высокой зольности и тонкодисперсности сырья. Поэтому лишь в редких случаях, когда позволяет зольность, их брикетируют с получением низкокачественных брикетов. Большая же часть направляется в хранилище, оставаясь невостребованной.

Цель проводимых исследований — разработка технологии переработки техногенных отходов и мобильной установки, позволяющей получать из угольных шламов, низкосортных углей новые товарные продукты, а именно высококалорийный низкозольный углемасляный концентрат, композитные виды топлив непосредственно на месте образования данных отходов.

Новизна состоит в том, что из низкосортных углей (отходов) методом масляной агломерации можно получить ценную химическую и топливную продукцию, новый товарный продукт — высококалорийный низкозольный углемасляный концентрат, который может быть использован как для коксования, так и для энергетики.

Сущность метода масляной агромерации заключается в различной смачиваемости жидкими углеводородами угольных и породных частиц в воде. При этом в результате турбулизации пульпы происходит селективное образование углемас-

* Исследования выполнены в рамках государственного задания № 10.782.2014/К.

ляных агрегатов, которые уплотняются, структурно преобразуясь в прочные гранулы сферической формы [7].

Техническая вода проходит стадии отстаивания, отделения от остатков твердой фазы флотацией и очищения химическими методами. Многократная циркуляция технической воды и ее контактирование с углем приводят к поглощению твердой фазой избытка флокулянтов и флотореагентов [9]. Глубокая очистка оборотной воды от них может производиться сорбционным методом с помощью активированного угля. Очищенную воду можно использовать в котельных установках или для других производственных нужд.

Связующим реагентом может быть топочный мазут, термогазойль, отработанное машинное масло с коксохимического производства, дизельное топливо. Стоимость этих реагентов невелика.

Углемасляный концентрат можно использовать в качестве сырья для производства кокса. В таблице 1 представлены качественные характеристики шихты, идущей на коксование, и обогащенного угольного шлама [8].

Таблица 1

Сравнение углемасляного концентрата и шихты, используемой при производстве кокса

Технико-экономические показатели (наименование и единицы измерения) Шихта для коксования Углемасляный концентрат из угольного шлама

Толщина пластического слоя (У), мм 14 14

Пластометрическая усадка (х), мм 30 33

Выход летучих веществ мас. % 25—28 28,0

Зольность (Ad), мас. % Не более 9,2 5,4

Сера общая ^ общ.), мас. % Не более 0,5 0,25

Влага в рабочем состоянии ^г), мас. % 8—10 10,5

Содержание классов 0—3 мм (помол), мас. % Не менее 74 98

Цена продукции 3—4 тыс. руб т 1 — 1,5 тыс. руб т

Сравнивая цены на угольный шлам — 600 руб/т, рядовой уголь — 2 800 руб/т, концентрат из рядового угля — 3 900 руб/т и концентрат из угольного шлама — 2 000 руб/т, можно сделать вывод об экономической целесообразности применения данной технологии.

Индекс свободного вспучивания углемасляного концентрата, определяемый по ГОСТ 30313—95 [4], равен 5 единицам, что также подтверждает его пригодность для технологии коксования.

Получаемый углемасляный концентрат показывает достаточно высокую прочность при смешивании в определенных пропорциях с другими марками угля. Путем применения соответствующей ГОСТу методики — технического анализа углей, при определении выхода летучих веществ по ГОСТ 6382—2001 [5] образуется коксовый королек, по свойствам которого можно сделать вывод о качестве кокса. Определение прочности королька проводят на чашечных весах, используя методику определения механической прочности гранул.

В таблице 2 приведены данные испытаний на прочность коксовых корольков [6].

Таблица 2

Данные испытания на прочность в статических условиях коксовых корольков

Наименование королька Прочность на раздавливание в статических условиях, Н/см2

Уголь марки К для сравнения 25,0

Обогащенный угольный концентрат (ОУК) 28,0

Смесь ОУК (75 мас. %) + уголь марки Ж (25 мас. %) 21,2

Смесь ОУК (50 мас. %) + уголь марки Ж (50 мас. %) 22,0

Смесь ОУК (50 мас. %) + уголь марки Г (50 мас. %) 6,8

Смесь ОУК (25 мас. %) + уголь марки Г (75 мас. %) 5,5

Смесь ОУК (50 мас. %) + уголь марки Ж (25 мас. %) + уголь марки Г (25 мас. %) 50,1

Смесь ОУК (80 мас. %) + уголь марки Ж (10 мас. %) + уголь марки Г (10 мас. %) 36,6

В наших исследованиях было проведено обогащение угольных шламов, соответствующих углям марки А, по методу масляной агломерации. В качестве связующего вещества использовалось отработанное машинное масло.

В таблице 3 представлен технический анализ трех фракций исходных угольных шламов, а в табл. 4 — обогащенного углемасляного концентрата (ОУК).

Таблица 3

Данные технического анализа исходного угольного шлама

Наименование показателя Шлам крупностью 0,2 Шлам крупностью 0,5 Шлам крупностью 1,0

Влага аналитическая, Wa, мас. % 1,3 1,2 1,0

Зольность, Ай, мас. % 20,3 15,0 15,4

Выход летучих веществ, У,*', мас. % 4,0 4,2 4,1

Таблица 4

Данные технического анализа углемасляного концентрата

Наименование показателя ОУК, полученный из шламов крупностью 0,2 ОУК, полученный из шламов крупностью 0,5 ОУК, полученный из шламов крупностью 1,0

Влага аналитическая, Wa, мас. % 1,0 2,5 2,4

Зольность, Ай, мас. % 10,5 9,5 10,0

Выход летучих веществ, у,а', мас. % 4,2 4,6 4,3

Данные табл. 3 и 4 подтверждают, что при обогащении тонкодисперсного угле-родсодержащего сырья по методу масляной агломерации снижается зольность продукта. Увеличение влажности происходит из-за того, что обогащение происходит в водной среде. Удалить из концентрата излишки воды и масла можно прессованием (давление до 15 атм.), при этом получатся брикеты, которые удобно сжигать и транспортировать.

Технический анализ углемасляного концентрата проводится так же, как и для углей. Теплотворную способность полученного концентрата определяли по ГОСТ 147—95 [2], выход летучих веществ — по ГОСТ 6382—2001 [5], зольность — по ГОСТ 11022—95 [3], определение массовой доли влаги — по ГОСТ 11014—10981 [1].

Основные достоинства метода масляной агломерации [9]:

— высокая селективность процесса при разделении частиц менее 100 мкм;

— широкий диапазон зольности обогащаемого угля;

— практически полное извлечение (более 90%) в угольный концентрат органической части угля и углеводородного связующего, что способствует снижению зольности и увеличению теплотворной способности конечного продукта;

— возможность вести процесс при плотности пульпы до 600 г/л;

— дополнительное обезвоживание концентрата вытеснением воды маслом

Обогащение угольных шламов предлагается проводить с помощью мобильной

установки, которая состоит из емкости для обогащения, турбинной мешалки, приходящей во вращении с помощью элемента питания, дозатора связующего реагента и емкости для сбора готового концентрата.

Аналогами мобильной установки для обогащения являются осадительные центрифуги, гидроциклоны, отсадочные машины, спиральные сепараторы и др. Недостатки аналогов заключаются в высокой стоимости, большой массе и стационарности. Предлагаемую мобильную установку возможно использовать непосредственно на месте образования отходов, что позволит сократить затраты на транспортировку отходов к месту переработки.

Ожидаемый социально-экономический эффект использования результатов разработки:

— улучшение экологической обстановки в регионе (в том числе за счет снижения техногенной нагрузки на окружающую среду);

— более полное и комплексное использование сырья и материалов, в том числе вторичных;

— расширение сырьевой базы производства;

— усиление конкурентных позиций отечественной науки и бизнеса;

— создание принципиально новой продукции.

ЛИТЕРАТУРА

[1] ГОСТ 11014—1981 Угли бурые, каменные, антрацит и горючие сланцы. Ускоренный метод определения влаги. М.: Изд-во стандартов, 1981.

[2] ГОСТ 147—95 Определение высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания. М.: Изд-во стандартов, 1995.

[3] ГОСТ 11022—95 Топливо твердое минеральное. Методы определения зольности. М.: Изд-во стандартов, 1995.

[4] ГОСТ 30313—95 Угли каменные и антрациты (Угли среднего и высокого рангов). Кодификация. М.: Изд-во стандартов, 1995.

[5] ГОСТ 6382—2001 Топливо твердое минеральное. Методы определения выхода летучих веществ. М.: Изд-во стандартов, 2001.

[6] Жбырь Е.В. Разработка аппаратурно-технологического процесса утилизации угольных шламов Кузбасса: автореф. дисс. ... канд. тех. наук. Томск, 2009.

[7] Папин А.В., Неведров А.В. Переработка угольных шламов в сырье для когенерационных устройств II Ползуновский вестник. 2013. № 1. С. 48—50.

[8] Папин А.В., Жбырь Е.В., НеведровА.В., СолодовВ.С. Разработка нового метода обогащения минералов на основе масляной агломерации II Химическая промышленность сегодня. 2009. № 1. С. 36-39.

[9] Солодов Г.А., Жбырь Е.В., Папин А.В., Неведров А.В. Технология комплексной переработки шламовых вод предприятий угольной отрасли // Известия Томского политехнического университета. 2007. Т. 310. № 1. С. 139-144.

[10] News Agency REX [Electronic resource] I "In Russia there is no uniform concept of waste management". Available at: http:IIwww.iarex.ruInewsI45157.html

PROCESSING OF FINE COAL SLURRIES IN RAW MATERIALS FOR COKE AND ENERGY INDUSTRIES

E.S. Zlobina

Institute of Chemical and Petroleum Technology Kuzbass State Technical University named after T.F. Gorbacheva Spring, 28, Kemerovo, Russia, 650000

The method of oil agglomeration is an alternative method for processing fine coal slurries and low-grade coal. It to solve the problem of accumulation of industrial waste, to do the environment in cities and regions better, and to processing the low-quality raw materials for product, which can be used in coke and energy industry.

Key words: coal slurries, enrichment, oil agglomeration, the concentrate from coal and oil, processing

REFERENCES

[1] GOST 11014—1981 Ugli burye, kamennye, antracit i gorjuchie slancy. Uskorennyj metod opredelenija vlagi [State Standard 11014—1981 Lignite, coal, anthracite and combustible shale. Rapid method for determination of moisture]. M.: Izd-vo standartov, 1981.

[2] GOST 147—95 Opredelenie vysshej teploty sgoranija i vychislenie nizshej teploty sgoranija [State Standard 147—95. Determination of the higher calorific value and calculation of the lower calorific value]. M.: Izd-vo standartov, 1995.

[3] GOST 11022—95 Toplivo tverdoe mineral'noe. Metody opredelenija zol'nosti [State Standard 11022—95. Solid mineral fuel.Methods for determination of ash content]. M.: Izd-vo standartov, 1995.

[4] GOST 30313—95 Ugli kamennye i antracity (Ugli srednego i vysokogo rangov). Kodifikacija [State Standard 30313—95 Coal and anthracite (medium and high rank Coals). The codification]. M.: Izd-vo standartov, 1995.

[5] GOST 6382—2001 Toplivo tvjordoe mineral'noe. Metody opredelenija vyhoda letuchih veshhestv [State Standard 6382—2001 Solid mineral fuel. Methods for determination of volatile substances]. M.: Izd-vo standartov, 2001.

[6] Zhbyr' E.V Razrabotka apparaturno-tehnologicheskogo processa utilizacii ugol'nyh shlamov Kuzbassa [Developing equipment and technological processes for the disposal of Kuzbass coal slurries]. Avtoreferat diss. k. t. n. [PgD tech. sci. diss.]. Tomsk, 2009.

[7] Papin A.V, Nevedrov A.V. Pererabotka ugol'nyh shlamov v syr'jo dlja kogeneracionnyh ustrojstv [Treatment of coal slurries in raw materials for cogeneration devices]. Polzunovskij vestnik [Polzunov Bulletin]. 2013. № 1. S. 48—50.

[8] Papin A.V., Zhbyr' E.V., Nevedrov A.V, Solodov V.S. Razrabotka novogo metoda obogashhenija mineralov na osnove masljanoj aglomeracii [Development of a new method of enrichment of minerals by oil agglomeration]. Himicheskaja promyshlennost' segodnja [Chemical industry today]. 2009. № 1. S. 36—39.

[9] Solodov G.A., Zhbyr' E.V., Papin A.V., Nevedrov A.V. Tehnologija kompleksnoj pererabotki shlamovyh vod predprijatij ugol'noj otrasli [Technology of complex processing of sludge from the coal industry]. Izvestija Tomskogo politehnicheskogo universiteta [News of Tomsk Polytechnic University]. 2007. T. 310. № 1. S. 139—144.

[10] News Agency REX [Electronic resource] / "In Russia there is no uniform concept of waste management". Available at: http://www.iarex.ru/news/45157.html