книги из ГПНТБ / Циперович, М. В. Обогащение углей в тяжелых суспензиях

Т а б л и ц а 27 Результаты обогащения угля в суспензии с различным содержанием глины

стимой концентрацией глины (типа каолина) можно считать для суспензии плотностью 1,35—1,40 г/см® — 35—30%; для суспензии плотностью 1,65—1,70 г/см3 — 22—20% веса магнетита.

В этих случаях предельно допустимое объемное содержание твердой фазы (магнетита и немагнитных примесей) составит: для магнетита и угольной пыли — 30%, для магнетита и глины — 25%.

При этом плотность утяжелителя будет равна для суспензии плотностью 1,35—1,40; 2,2—2,3 и 2,4—2,6 г/см3 соответственно для добавок типа пыли и глины; для суспензии плотностью 1,65—1,70

будет 3,2—3,3 и 3,6—3,8 г/см3.

Приведенные данные свидетельствуют о снижении эффективности обогащения при ухудшении реологических параметров суспензии. Значения этих параметров для суспензии постоянной плотности определяются характером утяжелителя, вследствие чего допустимое содержание его для получения одинаковой эффективности разделе­ ния различно.

Одинаково высокую эффективность обогащения угля в аппаратах, где разделение происходит под действием центробежной силы, можно получить при значительно более худших параметрах суспензий, чем в аппаратах, где разделение происходит под действием сил тяжести.

Предельно допустимые значения реологических параметров сус­ пензии для достижения максимальной и экономически оправданной величины эффективности разделения могут быть определены в каж­ дом конкретном случае, исходя из требований к концентрату, каче­ ства обогащаемого угля, его крупности, схемы обогащения угля и регенерации суспензии и некоторых других факторов.

70

Глава III

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЯ И РЕГЕНЕРАЦИИ СУСПЕНЗИИ

V

§1. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМ ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЯ В СУСПЕНЗИИ

Возможность удаления породы при обогащении в тяжелой сус­ пензии позволила в СССР и в ряде других стран перейти от извлече­ ния угля с определенной зольностью к извлечению горной массы, содержащей значительное количество породы. По данным, получен­ ным во Франции, Бельгии и Голландии, содержание породы в круп­ ных классах горной массы, поступающей на установки при шахтах с тяжелой суспензией, колеблется от 40 до 70%.

Содержание породы в угле зависит от горногеологических усло­ вий залегания угольных пластов и от способа ведения горных работ, а количество отгружаемого обогащенного угля определяет величину добычи, так как обогатительная фабрика является частью единого комплекса с шахтой или группой шахт.

Дальнейшая переработка крупного предварительно обогащенного на шахте угля зависит от назначения угля и степени его обогатимости. Если уголь предназначается для энергетических целей, то обогащенный крупный и необогащенный мелкий уголь подвергают необходимой сортировке и дроблению, а затем складируют или отгружают потребителю.

Если уголь предназначается для коксования или для других технологических целей, когда требуется получение низкозольного концентрата, дальнейшая его переработка зависит от степени труд­ ности его обогащения и от того, где уголь должен обогащаться, — на месте добычи или на месте потребления.

Рассмотрим вариант обогащения угля на месте добычи. Если уголь в целом, т. е. и крупный, отделенный в суспензии от породы, и мелкий, относится к категории легкообогатимых, то его следует обогащать в отсадочных машинах (после отделения от мелкого угля пыли, которая в виде шлама должна обогащаться флотацией).

Если уголь относится к категории углей средней трудности обогащения, крупный уголь рекомендуется обогащать в суспензии для получения лучших качественных и количественных результатов обогащения. Мелкий уголь, после отделения мелочи, которая должна обогащаться флотацией, следует обогащать в отсадочных машинах.

71

Сростки, полученные при обогащении крупного угля в суспензии, если исследование показало целесообразность их переобогащения, подвергаются дроблению до 13 мм и вместе с мелким промпродуктом перечищаются в гидроциклонах.

Если уголь относится к категории трудноили весьма труднообогатимых, крупный и мелкий уголь следует обогащать в суспензии. Крупный, предварительно отделенный от породы на шахте уголь после грохочения и дробления до кусков размером 100—150 мм обогащается в суспензии гравитационным способом в статических условиях. Получаемый при этом концентрат является конечным продуктом, а промпродукт (сростки) дробится и обогащается вмеете с мелким углем также в суспензии в центробежном поле (гидро­ циклоны).

Перед обогащением в суспензии мелкий уголь подвергается обесшламливанию и шлам обогащается флотацией.

§2. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЯ

ИРЕГЕНЕРАЦИИ СУСПЕНЗИИ

Процесс обогащения углей в минеральной суспензии включает: классификацию и обесшламливание угля перед обогащением; разделение исходного угля по плотности и удаление полученных продуктов обогащения из обогатительного аппарата, в котором

производится разделение; отделение суспензии от продуктов обогащения и возвращение ее

в аппарат для обогащения; отделение прилипших частиц утяжелителя от поверхности про­

дуктов обогащения промывкой последних сильной струей воды, в процессе которого отделяется не только утяжелитель, но глини­ стый и угольный шлам;

выделение утяжелителя из промывных вод с одновременным отделением его от угольного и глинистого шлама;

возвращение извлеченного утяжелителя в виде суспензии высокой плотности (суспензия, плотность которой выше плотности разделе­ ния) в аппарат для обогащения угля;

непрерывную очистку части кондиционной суспензии от уголь­ ного и глинистого шлама.

Последние три операции называют регенерацией суспензии. В процессе обогащения углей в суспензии регенерация последней является наиболее ответственным и сложным процессом.

Рассмотрим операции процесса обогащения угля в суспензии. Разделение угля по плотностям и выдача продуктов обогащения

производятся в сепараторах.

Из сепаратора продукты обогащения удаляются вместе с суспен­ зией. Большая часть суспензии отделяется от продуктов обогащения

72

содержится в возвращаемой в сепаратор суспензии частиц угольного и глинистого шлама. Применение подвижных сит позволяет умень­ шить размер щели в них до 0,35 мм, что упрощает регенерационную схему установки, так как уменьшается количество оборотной сус­ пензии.

Обычно на неподвижном сите осуществляется предварительное отделение, а окончательный дренаж суспензии производится на подвижном сите.

После отделения суспензии от продуктов обогащения на их поверхности остаются прилипшие частицы утяжелителя. Эти частицы должны быть удалены и уловлены, так как в противном случае неизбежны большие безвозвратные потери утяжелителя, что снизило бы рентабельность процесса. Обычно к поверхности продуктов обога­ щения прилипает от 10 до 50 кг утяжелителя на 1 т обогащенного

больше прилипает частиц утяжелителя. Отсюда видно, что улавли­ вание утяжелителя и возвращение его в процесс совершенно необходимо.

Прилипшие частицы с поверхности продуктов обогащения уда­ ляются промывкой последних сильной струей воды на подвиж­ ных ситах.

Дренаж суспензий и отмывка утяжелителя обычно производятся

Отделенные от суспензии продукты обогащения с поверхности сита первого короба грохота поступают на сито второго короба. Для отмывки утяжелителя над ситом второго короба устанавливают брызгала или форсунки специальной конструкции, обеспечивающие энергичное орошение продуктов обогащения водой. Размер отвер­ стий сита второго короба грохота при обогащении крупного угля не должен превышать 1 мм.

Наряду с утяжелителем при промывке продуктов обогащения с их поверхности удаляются мельчайшие угольные и глинистые частицы. Таким образом, промывные воды из-под второго короба грохота содержат утяжелитель, угольный и глинистый шлам.

Утяжелитель, содержащийся в промывных водах, должен быть отделен от угольного и глинистого шлама и возвращен в суспензию, находящуюся в сепараторе, т. е. суспензия должна быть реге­ нерирована.

Выделенный из промывных вод утяжелитель возвращается в се­ паратор в виде суспензии повышенной плотности. Таким образом, в схеме должна быть предусмотрена аппаратура для выделения утяжелителя из промывных вод. Процесс должен быть автоматизи­ рован, поэтому в цепи аппаратов предусматриваются соответству­ ющие устройства для этой цели.

73

Однако регенерации должны подвергаться не только разбавлен­ ная суспензия (промывные воды), но и часть оборотной суспензии, постепенно загрязняющейся угольным и глинистым шламом. За­ грязнение суспензии происходит по двум причинам: во-первых, от обогащаемого угля недостаточно удовлетворительно отделяется мелкий уголь в процессе подготовки угля к обогащению, в том числе и шлам, во-вторых, в процессе обогащения, а также при транспорти­ ровании угля и продуктов обогащения от истирания образуется угольный шлам с размером частиц менее 0,5 мм.

Так как размер отверстий сил в дренажных грохотах обычно не менее 0,3 мм, то угольные и глинистые частицы меньшего размера постепенно накапливаются в суспензии. По мере их накопления вязкость суспензии увеличивается, и по достижении последней

ями, проведенными Восточным научно-исследовательским углехими­ ческим институтом (ВУХИНом), о том, что наличие небольшого количества угольных и глинистых частиц в суспензии практически не снижает подвижность обогащаемых частиц и способствует ста­ бильности суспензии, но это засорение не должно превышать опре­ деленных пределов.

Так, на одной обогатительной установке в Англии [143] для обогащения угля в суспензии считается нормальным содержание

Утяжелитель из разбавленной и рабочей суспензии можно извле­ кать несколькими способами в зависимости от физических и физико-химических свойств утяжелителей: с помощью электро­ магнитов (при применении утяжелителей, обладающих магнитными свойствами), гидравлической классификацией и флотацией.

При извлечении утяжелителя из суспензии с помощью электро­ магнитов всю разбавленную суспензию (промывные воды) и часть оборотной суспензии направляют в электромагнитные сепараторы ленточного или барабанного типа.. При этом магнитные частицы

74

отделяются, а вода, содержащая немагнитные примеси, удаляется для дальнейшей обработки.

При извлечении утяжелителя из суспензии с помощью гидравли­ ческой классификации всю разбавленную суспензию и часть оборот­ ной направляют в конические классификаторы, рассчитанные таким образом, чтобы тяжелые частицы утяжелителя опускались, а более легкие примеси оставались в верхнем слое воды и удалялись вместе с водой в периферический желоб.

При извлечении утяжелителя флотацией суспензию, которую необходимо очистить, сгущают и направляют во флотационную машину, в которой угольные частицы флотируются и переходят

впенный продукт, а частицы утяжелителя представляют собой несфлотировавшиеся отходы. Следует иметь в виду, что имеющиеся

всуспензии частицы сланца и глины также не флотируются и не отделяются от утяжелителя, поэтому утяжелитель отделять флота­ цией можно только при применении глинисто-баритовой или слан­ цевой суспензии.

Отделенный одним из перечисленных способов утяжелитель в виде суспензии несколько большей плотности, чем заданная плот­ ность разделения, добавляется к суспензии, циркулирующей через сепаратор.

В настоящее время применяют в основном утяжелитель, обла­ дающий магнитными свойствами, и его извлекают в магнитных сепараторах.

При регенерации утяжелителя неизбежны некоторые его потери, которые определяются качеством утяжелителя, расходом воды на промывку, типом брызгал, крупностью обогащаемого угля, применя­ емым способом регенерации и степенью автоматизации процесса регенерации. В настоящее время безвозвратные потери утяжелителя не превышают 1 кг, а в отдельных случаях составляют 250—300 г на 1 т обогащенного угля. Эти потери восполняются свежепригото­ вленным утяжелителем.

Приготовление свежего утяжелителя является важной опера­ цией. Для получения суспензии, по своим свойствам аналогичной истинным жидкостям высокой плотности, магнетит должен быть достаточно тонко измельчен. Магнетит на месте обогащения угля измельчается в шаровых мельницах в замкнутом цикле с механи­ ческим классификатором. Иногда классификация производится с по­ мощью гидроциклона. Однако в большинстве случаев утяжелитель доставляют потребителю в готовом для применения виде.

Можно применять утяжелители, не требующие очень тонкого измельчения, но при этом получают менее устойчивую суспензию, что неблагоприятно отражается на точности обогащения. Предло­ жены (Тромпом, Топорковым) способы, когда применение грубоизмельченного утяжелителя даже необходимо, так как обусловли­ вает успешность процесса. Однако в большинстве способов обогаще­ ния в минеральных суспензиях утяжелитель должен быть измельчен весьма тонко.

75

Во всех схемах обогащения угля в магнетитовой суспензии пред­ усматривается сухая, мокрая или комбинированная классификация угля (сухой отсев части материала с последующей дешламацией) перед обогащением.

Ниже приводятся схемы обогащения в суспензии, рекомендуемые ИОТТ, УкрНИИУглеобогащение и Центрогипрошахтом.

Схема с разделением на два продукта (рис. 29) может применяться для механизированной выборки породы и обогащения легкообогатимых и энергетических углей при обогащении по плотности от 1,5

до 1,9—2,0 г/см3.

При обогащении хорошо классифицированных углей класса +25 мм без размокаемых пород дренаж суспензии на породном гро­ хоте может не предусматри­

плотности к большей и наоборот. Первый вариант имеет следующие преимущества:

мелкие зерна с плотностью, немного выше граничной, не попадают в концентрат;

из процесса сразу выводится основная масса чистого концентрата (наиболее ценная часть сырья);

аппараты второй стадии обогащения нагружены меньше и могут быть меньших размеров;

из схемы можно исключить один грохот.

Второй вариант рекомендуется применять при: наличии в угле быстро размокаемых пород;

содержании в исходном угле более 25% породы, что позволяет применять для второй стадии оборудование меньших размеров;

наличии в породе большого количества крупных кусков разме­ ром > 1 5 0 мм, которые требуют увеличения габаритов разгрузочных желобов.

Разновидностью этих схем следует считать также обогащение двух классов угля различной крупности в одном сепараторе. Рекоменду­ емые классы крупности при этом: 6/10—25/30 мм и 25/30—300 мм

76

Рис. 30. Двухстадиальная схема разделения угля на три продукта, от мень­ шей плотности к большей, с автоматическим распределением циркуляцион­ ных потоков суспензии

Рис. 31. Схема обогащения угля в тяжелой суспензии о разделением на три продукта от большей плотности к меньшей

Рядовой уголь

Рис. 33. Схема обогащения энергетических и коксующихся углей крупных классов

(+ 1 3 , + 1 0 или + 6 мм)

78

двух; меньшим количеством оборудования (сепаратор, грохот, ем­ кость); компактностью и меньшим объемом здания.

Схема обогащения энергетических углей и крупных классов (+13, +10 или + 6 мм) углей для коксования (рис. 33) включает предварительную классификацию на сите с размером ячеек 300, 200

Рис. 34. Схема обогащения мелкого угля в магнетитовой суспензии

или 125 мм в зависимости от схемы дальнейшей обработки угля и требований потребителя. Надрешетный продукт после удаления инородных предметов обычно подвергают дроблению. Классифика­ ция обязательно комбинированная.

При глубине обогащения до 6 мм и значительном выходе классов +25 мм предпочтительно ведется обогащение угля двух классов

79