Источник:http://actamont.tuke.sk/pdf/2005/n5/4blaske.pdf

Акт Montanistica Slovaca Rocnik 10 (2005)

ОБОГАЩЕНИЕ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ, СКЛАДИРОВАННЫХ В ИЛОНАКОПИТЕЛЯХ

Вьеслав Блашке и София Блашке

В результате процесса обогащения твердого угля образовалось значительное количество угольных шламов. Они принадлежат к классу крупности <1.0 мм (большинство зерен <0.035 мм) и часто продаются по заказу для приготовления смеси для энергетики. Это ценится, потому что в Польше около 11 млн. тонн таких шламов - залежи. Шламы с низкой зольностью могут использоваться и продаваться. Шламы с высокой зольностью должны обогащаться. В Польше есть одна обогатительная фабрика для шламов. Статья описывает технологию и представляет результаты упрощенного экономического анализа использования шламов и их обогащения.

Введение

Угольные шламы с пределом крупности <1 мм восстанавливаются во время угольного обогащения на углеобогатительных фабриках. Они разделяются во время обезвоживания продуктов обогащения и потом после сгущения могут быть готовым продуктом для продажи или возвращаться в илонакопители как отходы. Это разделение главным образом из-за параметров качества. При условии, что параметры качества (зольность, сера, влажность) благоприятны, шламы смешиваются с мелким углем, образуя смесь для энергетики. Достаточно часто угольные шламы покупаются как готовый продукт, также в данное время они находят больше и больше покупателей. В прошлые годы большинство шламов были аккумулированы в илонакопителях, и к ним не проявлялся интерес со стороны пользователей. Залежи шламов образовывались как отходы углеобогащения. В реальности большинство этих отходов - топливо для энергетики. Окаменевшие отходы состоят главным образом из засоренных илом минералов, песчаников и сланцев. В зависимости от доли угля и окаменевших отходов в шламах могут существовать различные пути их использования. С малой долей окаменевших отходов и сравнительно высокой калорифической ценностью шламы могут находить применение в процессах сжигания. С высокой зольностью (окаменевших отходов) шламы могут обогащаться или направляться как минеральное сырье (при наличии заказчика).

Угольные шламы, складированные в илонакопителях, пропадают с легальной точки зрения. Шламы текущих продуктов, с другой стороны, (если не складированы в илонакопителях и продаются целенаправленно) - легальное топливо для энергетики. Интересно, что это не зависит от качественных параметров шламов. Часто шламы, складированные в илонакопителях, имеют лучшие качественные показатели, чем шламы из текущих продуктов. В первом случае шламы подчиняются принципам управления отходами, а во втором случае они - коммерческий продукт. Эти законно-ограниченные результаты состоят в значительных трудностях планирования методов использования шламов, складированных в илонакопителях. Технологические и законные аспекты использования таких шламов обсуждались в номерах публикаций [4-6, 8-11]. В этой газете будет обговорена проблема восстановления угля из илонакопителей.

Обогащение угольных отходов в Польше

В Польше одна фабрика "Polho", расположенная в Червенка-Лесжине, имеет дело с обогащением шламов[3,7]. Фабрика осуществляет обогащение шламов после флотации, выпущенных как отходы обогатительных фабрик[12,13,14]. Фабрика базируется на технологии профессора Х. Хёльтера. Технология беглого обогащения была осуществлена на практике в 1988 г. в Люнене вблизи Дормунта. В принципе, целью фабрики являлась ликвидация аккумулированных шламов после флотации. Шламы, собранные в илонакопителе под открытым небом за десятки годов, создают неплодородные земли. Земли были экологически потеряны и представляли собой лунный ландшафт. Такая технология была тщательно разработана, позволяя извлечь обратно угольный концентрат высокой ценности из утилизированных отходов. Положительный результат дала фабрика в Люнене, позволив внедрить эту технологию в Польше…

В 1991 г был подписан контракт на осуществление этой технологии между Central Planning Authority и Polish-German International Committee. Конструирование началось в августе 1991 г и завершилось в октябре 1993. Инвестирование было инициировано Польско-Германской компанией. Затем Германская компания перепродала свою долю Австралийской компании и они, в свою очередь, продали ее частным инвесторам. Фабрика работает до сих пор. В прошлые годы фабрика была награждена призом "Конструкция 1992" и также министром Пространственного менеджмента и строительства, министром Центрального фабричного управления, наградой журналистов и наградой Польской ассоциации шахтных инженеров и технологов. Установка технологической планировки обогащения шламов предназначена для зерен крупностью как отходы после флотационных процессов коксующихся угляй. Тем не менее, применение процесса флотации обычно для восстановления карбоновых субстанций. В случае обогащения плавающих углей это решение также возможно осуществить, при этом уровень флотационных реагентов должен быть определенно высоким. Плавающие угли флотируются трудно, поэтому процесс флотации очень дорогой. В прошлые годы фабрика выполнила испытания по индустриальным меркам обогащения шламов, складированных в других илонакопителях. Положительные результаты этих опытов указали, что возможно обогащение шламов из других (ныне не используемых) илонакопителей.

Введение в технологию газообразной постели горения углей позволяет использовать угольные шламы по направленному пути - без необходимости их обогащения. Количество шламов, использованных таким образом, зависит от вместимости бойлеров. В Польше как раньше, так и сейчас, существует ограниченное число таких бойлеров. Остаточные шламы могут быть присоединены к мелким углям, формируя необходимую энергетическую смесь. Очищенные шламы в случае необходимости их удаления из илонакопителей, должны пройти процесс обогащения.

Экономические причины и фактически высокая стоимость конструирования фабрики по переработке шламов, практически не привлекает новых инвестиций. Если бы была сконструирована такая фабрика крупным угольным производителем, он мог бы получить рецепт долгосрочных концентратов, по крайней мере на время, пока инвестиции бы не самортизировали.

Технология обогащения послефлотационных шламов

Послефлотационные отходы - необработанный материал для обогащения, который извлекается экскаваторами из илонакопителей и транспортируется грузовиками до хранилищ, откуда после смешивания попадают через загрузчик на спиральный питатель, который, в свою очередь, транспортирует отходы по сборочному конвейеру на промывку. В промывке подготовительная классификация имеет место, в результате чего механические нечистоты и порода крупностью >30 мм выводятся из смеси воды и шламов. Расположение классифицирующих сит позволяет получать три различных класса крупности >2.5 мм, 2,5-0,4 мм, <0,4 мм.

Класс крупности >2.5 мм относится к классу 2,5-0,4 мм и направляется на обогащение в винтовых сепараторах, где получается концентрат зольностью 7,0-9,0 % и отходы 70,0-80,0 %.

Концентрат из винтовых сепараторов направляется на первичное обезвоживание на дуговые сита и гидрогрохоты с размером ячейки 0,4 мм производства "Schauenburg Company" и окончательно обезвоживается на ленточных вакуум-фильтрах.

Зерна класса <0,4 мм направляются в основной процесс обогащения - пенную флотацию, обеспечивая высокую зольность отходов и максимальный выход концентрата из флотационной пульпы. Флотореагенты добавляются перед каждой стадией флотации. Чтобы добиться лучшей степени обезвоживания концентрата соответственно подготовленные флокулянты дозируются в контактные чаны.

Обезвоживание концентрата после 1-й стадии флотации, смешанного с концентратом из винтовых сепараторов происходит в ленточных вакуум-фильтрах компании "O&K". Концентрат после 2-й стадии флотации обезвоживается на дисковых вакуум-фильтрах компании "Sala".

На первой стадии флотации получается концентрат с зольностью 9-12 %, когда на второй стадии обогащения - концентрат зольностью 15-20 %. Отходы, выходящие после двух стадиальной флотации, имеют зольность 65-70 %. Общее извлечение угля составляет около 40-50 %, в зависимости от качества сырья.

Флотоотходы направляются в радиальные сгустители (диаметр 15 мм) компании "Sala". Флокулянт "Preastol" используется в процессе флокуляции. Осветленная вода возвращается в технологическую цепь. Сгущенные отходы (450-650 г/л) обезвоживаются на камерном фильтре типа PF-ROW-1/570. обезвоженные флотоотходы направляются на мелиорацию илонакопителей, из которых были извлечены шламы. Водно-шламовая схема замыкается внутри фабрики.

Процесс обогащения полностью автоматизирован и контролируется компьютером из комнаты контроля. Благодаря установке мерно-регулирующей системы дистанционное управление возможно так же, как и регулирование операционного оборудования и, в случае отказа отказавшая система быстро обнаруживается. Кроме того, установка возможна со станции обогащения и дозировки флокулянта, которая контролируется микропроцессором, работающим с главным компьютером.

Обезвоженный концентрат после первой и второй стадии флотации со средним содержанием влажности 24-28 % поставляется на термальную сушку в сушильные барабаны.

Горячие дымоходные газы, извлеченные из коксового газа вблизи фабрики по изготовлению кокса "Дебиенско" высушены посредственно. Дымоходные газы после сушки продуктов направляются на электрофильтры, эффективность которых 99,92 %. Очищенные газы выводятся в атмосферу через дымовую трубу.

В результате сушки, готовый продукт получается со средним содержанием влаги 12-13 % и зольностью 12-24 % (согласно соглашению с заказчиком). Благодаря факту, что концентрат поступает в сушку с помощью загрузчика, готовый продукт может быть получен путем смешивания различных по качеству классов. Сухой продукт загружается в железнодорожные вагоны на собственной фабричной погрузочной станции, оборудованной весами "Schenck".

Параметры качества продуктов фабрики

Применяемая технология используется для угольных шламов и получаемых после обогащения угля концентратов из них.

В курсе обогащения имеет также место значительное снижение содержания серы в концентрате.

Экономика обогащения шламов

Проблема утилизации шламов, складируемых в илонакопителях в Польше, - серьёзная. Это обусловлено тем, что общее содержание шламов более чем 11 млн тонн. Шламы имеют различные параметры качества: калорифический уровень 2-15 мДЖ/кг, зольность 19-51 %, содержание серы 1-5 %. В зависимости от действительных значений параметров шламов из каждого илонакопителя, они могут быть направлены заказчикам; могут быть обогащены или оставлены в илонакопителе как отходы окончательно. Прибыль от обогащения угольных шламов будет зависеть от цены получаемого концентрата, дохода от него, и стоимости процесса обогащения. Должна быть упомянута также проблема цены, по которой владелец илонакопителя будет согласен продать складированный материал. Такие анализы - индивидуальная проблема для каждого илонакопителя. Эти анализы производятся для отбора шламов из илонакопителей. На фабрике "Polho" индустриальные испытания проводились на процессе обогащения шламов из такого проанализированного илонакопителя. Качественные параметры питания были: калорифический уровень 11 587-12 946 кДж/кг, зольность 27-29,9 %. Как результат обогащения шламов концентрат был получен со следующими средними параметрами: калорифический уровень 22 160-22 585 кДж/кг, зольность 7,43-9,3 %. Доход от концентрата был около 41 %.

На основе проведенных индустриальных испытаний, учитывая качество доставленных шламов (особенно их разнородность) компания "Polho" (мнение дирекции) может предлагать сумму в 14 злотых за каждую тонну шламов. Сумма делится между возможной ценой, затраченной на производство концентрата и стоимостью всех технологических операций, входящих в счет, при условии, что прибыль от концентрата - 40 %. Такой подсчет показывает, что эта сумма, используемая в компании "Polho", находится в своих рамках. Приняв эту сумму за начальную точку для дальнейших анализов, необходимо вычесть из этой цены стоимость вывоза и обогащения, также как и их транспортировку на фабрику "Polho". Оценка стоимости эксплуатации и доставки шламов была определена отделом транспортировки. Было принято, что около 640 тыс. тонн шламов будут извлечены.

Согласно этой оценки стоимость элементов была:
- переработка илонакопителей для эксплуатации (раскрытие, удаление и хранение материала, удаление части почвы и т.д.) - 0,53 зл/т;
- подготовка подъездных путей и кромки илонакопителя (делать твердым), подготовка места для хранения и т.д. - 2 зл/т;
- использование шламов и транспортировка к месту хранения (для обезвоживания) - 0,45 зл/т;
- перемещение шламов на место хранения (смешивание, удаление влаги) - 0,52 зл/т;
- другие затраты (административные, налоговые, взносы и т.д.) - 1,85 зл/т;
- доставка шламов пользователям (транспортировка с загрузкой и выгрузкой между местом хранения и фабрикой "Polho") - 6 зл/т.
Общая сметная стоимость - 11,35 зл/т.

Заключение

Угольные шламы, складированные в илонакопителях, в случае содержания больших количеств окаменевших элементов, должны пройти процесс обогащения. В этом направлении только одна технология, применяемая в Польше, - технология обогатительной фабрики "Polho". Фабрика обогащает до сих пор отходы флотации коксующихся углей. На основе осуществленных экспериментов была доказана возможность обогащения шламов также из других илонакопителей. Экономические анализы показали, что процесс обогащения может оплатить затраты и владельцу илонакопителя (его эксплуатацию), и обогатительной фабрике.

Ссылки

[1] Blaschke W., Blaschke S., A: Metoda wyznaczania ceny mulow pochodzacych z osadnikow kopaln wegla kamiennego. Czasopismo Techniczne KTT. 2004. nr 102 - 107.
[2] Blaschke W.: Okreslenie wartosci mulow weglowych zdeponowanych w osadnikach ziemnych. Mat. VI Konf. Kompleksowe i szczegolowe problemy inzynierii srodowiska. Ustronie Morskie 2005.
[3] Dziwok M., Grzesik M.: Zaklad wzbogacania odpadow poflotacyjnych Spolki POLHO. Inzynieria Mineralna. 2004. z. 2(13).
[4] Gawlik L.: Klasyfikacja mulow weglowych - interpretacja prawna. Czasopismo Techniczne KTT. 2004. nr 102 - 107.
[5] Gawlik L.: Prawne aspekty wykorzystania mulow weglowych zdeponowanych w osadnikach. Mat. VI Konf. Kompleksowe i szczegolowe problemy inzynierii srodowiska. Ustronie Morskie 2005.
[6] Grudzinski Z.: Analiza porownawcza jakosci mulow wegla kamiennego pochodzacych z biezacej produkcji i zdeponowanych w osadnikach ziemnych. Mat. VI Konf. Kompleksowe i szczegolowe problemy inzynierii srodowiska. Ustronie Morskie 2005.
[7] Holter H., Weber A.: Nowoczesne eko - techniki w przerobce wegla. Mat. IX Konf. Zagadnienia surowcow energetycznych w gospodarce krajowej. Zakopane 1995.
[8] Lorenz U., Ozga Blaschke U., Grudzinski Z.: Mozliwosci i ograniczenia wykorzystania mulow wegla kamiennego w energetyce. Czasopismo Techniczne KTT. 2004, nr 102 - 107.
[9] Lorenz U., Ozga Blaschke U.: Muly wegla kamiennego - produkt energetyczny czy odpad. Mat. VI Konf. Kompleksowe i szczegolowe problemy inzynierii srodowiska. Ustronie Morskie 2005.
[10] Lutynski A.: Wydzielanie ziarn weglowych z odpadow drobnoziarnistych. Mat. VI Konf. Kompleksowe i szczegolowe problemy inzynierii srodowiska. Ustronie Morskie 2005.
[11] Pyka I., Wierzchowski K.: Wzbogacanie surowca weglowego pochodzacego z antropogenicznych zloz mulow weglowych. Przeglad Gorniczy. 2005. nr 6.
[12] Blaschke W.: Opinia dotyczaca dzialalnosci Spolki Polho dotyczacej wzbogacania odpadow poflotacyjnych zgromadzonych w osadnikach. Opracowanie dla ZWOP Polho. 1996. Niepublikowane.
[13] Blaschke W.: Ocena przydatnosci koncentratow weglowych produkowanych przez Spolke Polho do procesow skladowania wegla. Opracowanie dla ZWOP Polho. 1996. Niepublikowane.
[14] Blaschke Z., Blaschke W.: Opinia dotyczaca prowadzenia bezodpadowej technologii w ZWOP Polho. Opracowanie dla ZWOP Polho.2001. Niepublikowane.
[15] Blaschke W.: Ekspertyza dotyczaca ewentualnej przydatnosci odpadow z osadnikow zewnetrznych KWK "Jas - MOS". Praca dla JSW S.A. 2004. Niepublikowane.
[16] Blaschke W.: Opinia dotyczaca wartosci osadow zdeponowanych w osadniku KWK "Jas- Mos". Opracowanie dla ZWOP Polho. 2004. Niepublikowane.
[17] Opinia IChPW dotyczaca wartosci mulow z osadnikow KWK "Jas - Mos". Opracowanie dla JSW S.A. 2004. Niepublikowane.
[18] Wariantowa koncepcja modernizacja osadnikow KWK "Jas - Mos". Opracowanie GIG. 2000. Niepublikowane.
[19] Raporty z badan jakosci mulow z osadnikow KWK "Jas - Mos". Centralne Laboratorium Pomiarowo - Badawcze Sp. z o.o. Opracowanie dla JSW S.A. 2004. Niepublikowane.
[20] Protokol z prob przemyslowego wzbogacania mulu z osadnika MOS. Opracowanie ZWOP Polho i Katedry PKiUO Politechniki Slaskiej. 2004. Niepublikowane.