6.1 Характеристика золошлаковых материалов отвала

Приводятся данные для золы и шлака, образующихся от сжигания каменного и бурого угля. Химический состав отходов зависит от минеральной части топлива и режимов его сжигания. По содержанию основных оксидов золы и шлаки относятся к алюмосиликатным материалам (рисунок 6.3).

Дисперсность зол характеризуется величиной удельной поверхности (от 800 до 8000 см²/г). Плотность зол и шлаков изменяется в зависимости от происхождения топлива и фазового состава и находится в пределах: золы – 2,0…3,0 г/см³; шлаки – 1,9…2,8 г/см³.

Средняя плотность зол и шлаков находится в пределах: золы – 560…1000 кг/м³; шлаки – 900…1500 кг/м³.

Фазовый состав зол представлен кристаллическими стекловидными и аморфизированными частицами. Шлаки состоят в основном из стекловидной фазы (80…98%). В золах стекловидная и аморфизированная часть представлены минералами кварца, полевого шпата, гепатита, муллита, реже шпинелью, кальцитом, кристобалитом.

Гранулометрический состав зол в зависимости от вида сжигаемого топлива и способа его измельчения колеблется в пределах для фракции 0,2…1 мм – 0…60 %; для 0,08…0,2 мм – 30…60 %; для фракции > 0,08 мм – 40…90 % (рисунок 6.4).

Гранулометрический состав зол изменяется по мере удаления их от места выпуска пульпы (рисунок 6.5) в золоотвалах, как правило, могут быть выделены следующие зоны: шлаковая – с преобладающим содержанием шлаковых фракций; зольная – с преобладающим содержанием зольных фракций; зольная – с преобладающим содержанием золы фракции менее 0,08 мм (в районе отстойного пруда).

Рисунок 6.3 – Химический состав зол ТЭС

Р исунок 6.4 – Гранулометрический состав зол от сжигания твердого

топлива на ТЭС

Р исунок 6.5 – Гранулометрический состав зол в зависимости от

удалённости от места выпуска пульпы на ТЭС

По высоте отвала гранулометрический состав также изменяется (рисунок 6.6). Потери при прокаливании (ППП) повышаются по мере увеличения размера частиц золы (рисунок 6.7) [59].

Рисунок 6.6 – Гранулометрический состав золы Старобешевской ГРЭС по высоте золоотвала (данные ВНИИГ)

Рисунок 6.7 – ППП в зависимости от гранулометрического состава зол

6.2 Технология добычи и обогащения сырья из отвала

Техническая схема разработки отвала должна выбираться с учетом способа его заполнения и оптимального усреднения добываемого материала. Рекомендуемые технологические схемы горных работ на золоотвалах приведены на рисунках 6.8 и 6.9.

Общий объем запасов сырьевых материалов в отвалах определяется способом среднего арифметического, аналогично определению запасов полезных ископаемых. При подсчете запасов из числа общих следует ис­ключать потери: 1) в целиках при зачистке кровли золоотвала после вскры-

Зольная зона

Золоотвал

Шлаковая зона

Разаработка блока

Организация

конуса золы

Усреднение золы путём многократного перелопачивания

Транспортировка шлака

Погрузка шлака

Шлак

Разработка зоны с погрузкой на транспорт

Транспортировка на сортировочную установку

Сортировка золошлакового материала с отделением фракций крупнее 5 мм

Конус золы

Запас на зимней период

Разработка конуса

Разработка конуса с погрузкой на транспорт

Транспортировка

Транспортировка

Завод

Рисунок 6.8 – Технологическая схема горных работ в золоотвалах с неоднородным гранулометрическим составом

Организация конуса золы

Усреднение золы путём многократного перелопачивания

Разработка конуса с погрузкой на транспорт

Завод

Рисунок 6.9 – Технологическая схема горных работ в золоотвалах с

относительно однородным грансоставом зольной массы

шных работ (0,2м); 2) в целиках для ограждающих дамб; 3) в целиках по подошве; 4) неиспользуемые включения, которые определяются по результатам лабораторных исследований грансостава смеси; 5) при транс­портировке согласно «Нормам технологического проектирования пред­приятий промышленности нерудных строительных материалов».

Разработка золоотвала производится до конечной глубины с оставлением в подошве целика толщиной 0,3…0,5м для предотвращения загрязнения сырья подстилающими породами.

Отвалы от сжигания каменных углей, в которых могут быть выявлены раздельные шлаковая и зольная зоны, следует разрабатывать с учетом распространенности зон. Разработку рекомендуется начинать на участке зольной зоны с наибольшей однородностью золошлаковой смеси. Затем разрабатывается шлаковая зона, которая, как правило, менее распространена по площади отвала.

Разработку золоотвала с относительно однородным гранулометрическим составом золы следует производить без разделения на зоны (рисунок 6.10).

1 – экскаватор-драглайн; 2 – экскаватор-прямая лопата; 3 – автосамосвал; 4 – бульдозер; 5 – навал золошлаковой смеси; 6 – конус золошлаковой смеси; 7 – граница шлаковой зоны

Рисунок 6.10 – Схема разработки золоотвала драглайном

Добыча сырья производиться уступами, высота которых определяется в зависимости от размеров золоотвала и применяемого горнодобывающего оборудования (рисунок 6.11, 6.12).

Фронт работ при разработке отвала следует располагать вдоль наибольшей оси разрабатываемой зоны. Для усреднения по влажности и грансоставу порода должна перелопачиваться и складироваться в конусы. Зола, например, должна отгружаться потребителям из конусов в усредненном состоянии с влажностью не более 30%.

Необходимые на зимний период запасы сырья могут создаваться как в отвалах, так и на территории предприятий-потребителей.

Заготовленное в конусах на зимний период сырье следует предохранять от промерзания утепляющими материалами (таблица 6.1). Толщина слоя утеплителя определяется в зависимости от глубины промерзания грунта по формуле:

; (6.1)

где h_max – максимальная глубина промерзания грунта для данного климатического района, см;

h_yt – глубина промерзания утепленного грунта (принимается по ковшу экскаватора, см;

р – коэффициент, зависящий от вида грунта и применяемого утеплителя (устанавливается опытным путем).

1 – бульдозер; 2 – одноковшовый экскаватор; 3 – автосамосвал; 4 – конус золошлакового материала

Рисунок 6.11 – Схема разработки отвала бульдозером

Таблица 6.1 – Виды утеплителей

Утеплитель	Толщина слоя утеплителя, см
	Месяцы
	XI	XII	I	II	III	IV
Солома	17	28	40	45	50	55
Опилки	15	25	35	40	45	50
Камышит	19	32	45	50	57	62
Листва	15	25	35	50	45	50
Хвоя	14	23	33	37	40	45
Снег	18	21	31	35	38	42
Пена	5	5	5	5	5	5

1 – многоковшовый экскаватор; 2 – автосамосвал; 3 – обогатительная установка; 4 – конус отсеянной золы; 5 – бульдозер; 6 – ограждающие дамбы; 7 – шлаковая зона

Рисунок 6.12 – Схема добычи золы в отвале многоковшовым

экскаватором

Отработанный отвал рекомендуется использовать для повторного заполнения, в этом случае должны оставляться ограждающие дамбы с углами откосов, значения которых указаны в таблице 6.2.

Таблица 6.2 – Размеры откосов ограждающих дамб

Высота дамбы, м	Средний уклон откоса дамб
	Материал тела дамб
	Золошлаковый материал	Песчано-гравийная смесь	Глинистый грунт
<5	1 : 3	1 : 2.5	1 : 2
5-15	1 : 8,5	1 : 3	1 : 2,5

Отвалы, не предназначенные для повторного использования, должны быть рекультивированы.

В состав горнокапитальных работ по добыче золы в золоотвалах следует включать: вскрышные работы на площадь, обеспечивающую запас сырья сроком на 8 месяцев; строительство заезда на кровлю отвала; строительство подъездных путей; добычные работы по созданию запаса сырья в конус в объеме, обеспечивающем месячную потребность карьера в летний период, а при строительстве карьера в осенний период – 8-месячную потребность для расхода зимой; комплекс электроснабжения; комплекс водоснабжения.

Рекомендуемое основное оборудование для разработки отвалов: одноковшовые экскаваторы с прямой лопатой и драглайном с емкостью ковша 0,8 – 2,0 м^З (Э-302, Э-652. Э-10011, Э-1252 и др.); многоковшовые экскаваторы малой мощности типа ЭМ-201, ЭМ-301 (черпаки емкостью 20 – 40 л); бульдозеры марок Д-493, Д-271 с уширенным отвалом на базе тракторов 1 – 100,1 – 140; ковшевые погрузчики.

Условия применения горнодобывающего оборудования представлены в таблице 6.3. Транспортирование техногенных продуктов следует производить в автосамосвалах грузоподъемностью 3…10 т. Для предотвращения пыления во время транспортирования сырья рекомендуется укрывать кузова самосвалов брезентовыми чехлами [50].

Обогащение отвальных техногенных продуктов. Отвальное сырье содержит различные включения, отделение от которых осуществляется рассевом. В зависимости от вида сжигаемого топлива золошлаковые материалы могут содержать различные включения: растительные включения в виде корней, стеблей и т.п. размером более 10 см (торф); непрочные шлаковые включения (бурый уголь); стекловидный шлак (каменный уголь). В таких золах также встречаются остатки несгоревшего топлива и коксовые частицы в количестве от 10 до 80%.

Золошлаковая смесь шлаковой зоны должна быть разделена на золу и шлак. Шлак более 5 мм должен отделяться от общей массы и складироваться отдельно в конус (рисунок 6.13).

Таблица 6.3 – Применение горнодобывающего оборудования

Механизмы	Условия применения
Экскаватор - прямая лопата	Для разработки сухих золоотвалов. На разработке конусов в летний и зимний периоды. Эффективен в комплексе с бульдозером. Рекомендуется как основной механизм при разработке золоотвалов с ярко выраженным фракционированием, но с постоянной сортировкой золы.
Экскаватор - драглайн	На разработке влажных зол. При складировании золы из забоя в отвал, расположенный ниже уровня стоянки экскаватора. При разработке неоднородных по высоте золоотвалов. Может быть использован в комплексе с прямой лопатой и бульдозером. Наибольшее усреднение достигается при работе большим фронтом работ узкими заходами (рисунок 6.10).
Бульдозер	Рекомендуется при разработке отвалов до 3 м высотой. Применим в комплексе с прямой лопатой. Эффективен при необходимости усреднения золошлаковой смеси по площади. Рекомендуется на золоотвалах со слабо выраженным фракционированием (рисунок 6.11).
Многоковшовый экскаватор	Применим в летних условиях в районах с суровой зимой. При круглогодовом режиме работ может быть использован в южных районах. Является эффективным оборудованием. Рекомендуется применять при разработке золоот­валов со слабо выраженным фракционированием при влажности до 15 % (рисунок 6.12) без конусования.
Ковшовый погрузчик	Рекомендуется при разработке конусов как погрузочно-транспортный механизм. При малых расстояниях (до 40 материалов) от конуса до обогатительной установки может транспортировать золу из конуса в бункер сортировки. Как механизм, заменяющий прямую лопату, в комплексе с автотранспортом может быть, применим на золоотвалах небольшой высоты (3…4 м).

1 – узел приема золошлаковой смеси; 2 – подъездная дорога; 3 – система ленточных транспортеров; 4 – узел рассева золошлаковой смеси; 5 – склад отсеянной золы; 6 – склад шлака

Рисунок 6.13 – Схема рассева золошлаковой смеси

Технологическая схема установки для рассева золошлакового материала производительностью 80 тыс. м золы в год должна включать три отделения: приемное, фракционирования и хранения (рисунок 6.14).

Исходные данные, использованные при расчете установки: влажность золошлакового материала – 25%; средняя плотность – 1,25 т/м³; состав смеси: золы – 70%, шлака – 30%.

Технологическая схема установки для рассева золошлакового материала производительностью до 40 тыс. м³ золы в год, рассчитанной по тем же исходным данным, представлена на рисунке 6.15.

Для рассева золошлаковой смеси используется серийно выпускаемое технологическое оборудование.

Зола, содержащая в своем составе более 10% остаточного топлива, может быть обогащена методом флотации (рисунок 6.16).

Для флотационного обогащения золы размер ее частиц не должен превышать 1мм. Зола является механической смесью минеральных и угольных частиц, что обеспечивает возможность их разделения. Остаточное топливо из золы следует выделять пенной флотацией, при которой удаляются не сгоревшие частицы топлива – с пеной, минеральные – оседают.

Золоотвал

Транспорт

Бункер

Питатель (качающийся)

Конвеер (ленточный)

Элеватор

Двухрукавное пересыпное устройство

Грохот инерционный

Грохот инерционный

Бункер золы

Бункер шлака

Бункер шлака

Бункер золы

Автотранспорт

Автотранспорт

Склад шлака

Конвейер (ленточный)

Конвейер (ленточный)

Радиально-штабелирующий конвейер

Склад золы

Рисунок 6.14 – Технологическая схема установки производительностью