книги из ГПНТБ / Фоменко Т.Г. Водно-шламовое хозяйство углеобогатительных фабрик

Глава X

ВОДНО-ШЛАМОВЫЕ СХЕМЫ ФАБРИК

Водпо-шламовое хозяйство современной углеобогатительной фаб­ рики представляет собой сложный комплекс в общей схеме обогаще­ ния углей, включающий следующие основные операции: классифи­ кацию частиц по крупности, осветление шламовых вод, направля­ емых в оборот для повторного использования, сгущение и обогащение шламов, обезвоживание и складирование продуктов обогащения.

В последние годы как в СССР, так и за рубежом наметилась тенденция к упрощению водно-шламовых схем. Этот процесс идет по пути совмещения ряда технологических операций, применения как механических, так и физико-химических средств обработки продуктов водно-шламового хозяйства, замены устаревшего обору­ дования новым, более эффективным и производительным, примене­ ния рациональных технологических режимов эксплуатации действу­ ющих машин и аппаратов и эффективных схем осветления шламовых вод. Однако различный подход к основам построения рациональных схем осветления шламовых вод привел к большой их разнотипности. Это вызывает излишние затраты на обработку шламовых вод. По­ этому разработка рекомендаций по выбору и обоснованию схем освет­ ления шламовых вод в каждом конкретном случае является необ­ ходимой.

1. СХЕМЫ ОСВЕТЛЕНИЯ ШЛАМОВЫХ ВОД ИА УГЛЕОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИКАХ

На углеобогатительных фабриках СССР и других угледобыва­ ющих стран в проектах новых и реконструируемых фабрик приме­ няются различные схемы осветления оборотных шламовых вод, которые можно разделить на три основные группы.

К первой группе (рис. 99) относятся схемы с глубоким осветле­ нием всей оборотной воды, т. е. схемы, обеспечивающие возвращение в оборотный цикл чистой воды. В этих схемах используются

2 0 1

сгустцтельно-осветліітельные устройства с флокуляцией шламов от­ ходов флотации (рис. 99, а), или без флокуляции шламов, но с глу­ боким осветлением вод отходов флотации (рис. 99, б).

Ко второй группе (рис. 100) относятся комбинированные схемы, предусматривающие глубокое осветление только части оборотной

а

В некоторых схемах имеют место все три операции (рис. 100, а,

би в).

Ктретьей группе относятся схемы с пеглубоким осветлением всей шламовой воды (рпс. 101). В этих схемах, как и в схемах второй

202

группы, иногда часть шламовой воды возвращается для повторного использования без какой-либо обработки.

Если осветление шламовых вод по схемам первой и второй групп может осуществляться как с применением сгустительно-осветлитель- ных устройств, так и без них, то в схемах третьей группы обязательны сгустительно-осветлительные устройства.

Схемы первой группы на углеобогатительных фабриках приме­ няются редко. Эти схемы были испытаны на углеобогатительной фабрике Ясиновского коксохимического завода, Криворожской [31] и Белореченской ЦОФ. В настоящее время по этим схемам освет­ ляют шламовые воды на Киев­

ренность концентрата и породы отсадки посторонними фракциями. Содержание фракции плотностью более 1,5 в концентрате снизилось с 5,23 до 1,48%, а содержание фракции плотностью менее 1,8 в по­ роде снизилось с 5,28 до 2,38%. Зольность отходов флотации уве­ личилась с 50,1 до 66,2%. Однако незначительное содержание в пита­ нии флотации зерен крупнее 0,3 мм привело к снижению производи­ тельности вакуум-фильтров, в результате чего возникли трудности по улавливанию и обезвоживанию флотационного концентрата.

Технологическая схема водно-шламового хозяйства углеобо­ гатительной фабрики Ясиновского коксохимического завода практи­ чески не отличалась от схемы Криворожской ЦОФ, за исключением операции обработки отходов флотации, которые на этой фабрике осветлялись в радиальном сгустителе с применением флокуляции, а на Криворожской ЦОФ сбрасывались в отвал.

Осветление 3000 м3/ч оборотной воды осуществлялось в четырех радиальных сгустителях диаметром 25 м каждый. Удельный расход

203

полиакриламида при этом был примерно в 2 раза выше, чем на Криворожской ЦОФ, ввиду значительных колебаний содержания твердого в питании сгустителей. Применение на этой фабрике схемы с глубоким осветлением всей оборотной воды позволило снизить содержание в ней твердого с 250—300 до 3 г/л.

В результате почти полностью ликвидирована оборотная шла­ мовая нагрузка в количестве около 850 т/ч, улучшились показатели работы основного технологического оборудования [61]. Снижение зольности концентратов и повышение зольности породы происходило по всем классам крупности, но особенно изменялась зольность класса крупностью менее 3 мм. Зольность мелкого концентрата сни­ зилась с 6,8 до 5,1%, а шламового с 9,9 до 8,8 %. Зольность мел­ кой породы повысилась с 68,1 до 72,5%, шламовой — с 29,4 до 46,4%, а отходов флотации с 47,1 до 67,0%.

Основной трудностью на этой фабрике, так же как и иа Кри­ ворожской ЦОФ, было резкое снижение производительности вакуумфильтров с 0,26 до 0,126 т/м2-ч.

Схема с глубоким осветлением всей оборотной воды на фабрике без флотационной установки была проверена на Белореченской ЦОФ, обогащавшей газовые угли крупностью более 10—13 мм. При этом сбрасывалось 50—60 т/сутки шлама, а содержание твердого в оборотной воде составляло 350 г/л и периодически достигало 600 г/л. Глубокое осветление оборотной воды осуществлялось в пи­ рамидальных отстойниках. В период работы фабрики иа чистой обо­

в наружные отстойники, так как их зольность повысилась, а круп­ ность снизилась.

Аналогичная схема применена на углеобогатительной фабрике шахты Siemanowice I (Йолыпа), где осуществляется флокуляция всех оборотных вод препаратом крахмала Р-26 или реагентом Gigtar [75].

На основании данных работы по схеме с глубоким осветлением всей оборотной воды в сгустительно-осветлительных аппаратах можно сделать вывод о том, что качественные показатели работы фабрики улучшаются, однако при этом возрастают расходы на фло­ куляцию н возникают трудности по улавливанию и обработке тонких шламов.

Схема с направлением всей оборотной воды на флотацию и по­ следующим глубоким осветлением отходов флотации применяется

внастоящее время на Киевской ЦОФ, обрабатывающей легкообогатимые угли марки Г. Подрешетные воды обезвоживающих грохотов

вколичестве 800—900 м3/ч после предварительной классификации шлама в пирамидальном отстойнике площадью 250 м2 направляются иа флотацию. Флотационные отходы подвергаются глубокому освет­ лению в радиальном сгустителе. Осуществление этой схемы на фаб­

204

рике позволило снизить содержание твердого в оборотной воде с 200—300 до 0—3 г/л. В результате улучшились технико-экономи­ ческие показатели работы фабрики, зольность отходов флотации увеличилась с 62 до 74,6%, выход концентрата повысился с 80,1 до 83,8% [18]. Однако в результате снижения содержания твердого в питании флотации до 50—70 г/л, снизилась производительность флотационных машин и вакуум-фильтров. Это неизбежно при расходе оборотной воды более 3,5—4 м3/т обогащаемого угля.

Для сохранения производительности флотационных машин ранее была предложена схема с каскадным использованием оборотной воды и последующим направлением ее на флотацию [17]. Предпо­ лагалось, что вода будет использоваться последовательно — под­ решетная вода после обезвоживания концентрата одной или группы отсадочных машин поступит на следующую машину или группу машин и т. д. При последовательном прохождении через отсадочные машины, грохоты и классификационные устройства вода насыщается шламом и поступает на флотацию. Такая схема не была применена из-за трудности ее осуществления. Кроме того, в схеме не решен вопрос подачи на отсадку чистой оборотной воды. Часть отсадочных машин по такой схеме работает на воде, загрязненной выше до­ пустимых пределов. Схемы с подачей всей шламовой воды на фло­ тацию применены на некоторых углеобогатительных фабриках Англии и США [41,42]. Принципиальное отличие схем, применяемых на фабриках США, заключается в том, что на флотацию направляется слив гидравлических классификаторов, используемых для дешламации рядового угля.

В последнее время все большее распространение на фабриках получают схемы второй группы, т. е. комбинированные схемы осветления оборотных шламовых вод. Комбинированные схемы со сгустительно-осветлптельными устройствами испытаны и применены на углеобогатительных фабриках Горловского и Днепропетровского

Макеевского, Карагандинского, Енакиевского коксохимических за­ водов, Колосниковской, Октябрьской, Краснолиманской, Добро­ польской ЦОФ применены комбинированные схемы без сгустп- тельно-осветлительных устройств (см. рис. 100, Ö).

Схема осветления шламовой воды, показанная на рис. 100, а, проверена на углеобогатительной фабрике Горловского коксохими­ ческого завода. По этой схеме около половины всей шламовой воды (примерно 600 м3/ч) направлялось в радиальный сгуститель диа­ метром 25 м. Сюда же подавался раствор полиакриламида 0,15%-ной концентрации в количестве 2—5 г/т. Вторая половина шламовой воды направлялась в пирамидальный отстойник, работающий па­ раллельно с радиальным сгустителем. Слив радиального сгустителя смешивался с загрязненным сливом пирамидального отстойника и возвращался в оборот. Такая схема позволила снизить содержание твердого в оборотной воде до 30—40 г/л, выход энергетического

205

шлама с 1,6% до 0,8 %, повысить зольность отходов и на 1— 1,5%, увеличить выход концентрата.

Комбинированные схемы осветления оборотных шламовых вод, предусматривающие глубокое осветление части шламовой воды и предварительное сгущение, другой части, рекомендованы также рядом зарубежных авторов. В одной из работ [56] указано, что пол­ ное осветление всех оборотных вод является слишком дорогостоящей операцией. Считается достаточным ограничение содержания твердого в оборотной воде при соблюдении условия равновеспя. Такого же мнения прпдеряшвается автор другой работы [2]. По его мнению, содержание твердого в осветленной шламовой воде для каждого технологического процесса должно быть различным. Например, чем выше крупность материала, обогащаемого отсадкой, тем выше должно быть содержание твердого в используемой воде.

Схема, предусматривающая осветление всей оборотной воды и не обеспечивающая чистого слива, считается неэкономичной и рекомендуется к применению на малопроизводительных фабриках при обогащении углей средних и крупных классов [2]. Для фаб­ рик большой производительности и при необходимости иметь высокую степень осветления рекомендуются более сложные схемы. Эти схемы основаны на наличии двух типов устройств, работающих с получением загрязненного п чистого слива. Одна из таких схем предполагает параллельное расположение устройств, т. е. деление потока на две части, одна из которых подвергается глубо­ кому осветлению. Другая схема отличается последовательным расположением этих устройств с таким расчетом, что часть загряз­ ненной воды, полученной после первой стадии осветления, направля­ ется на вторую стадию, выдающую практически чистый слив. В ка­ честве одной из разновидностей такой схемы приводится вариант, при котором часть шламовой воды возвращается в оборот без пред­ варительного осветления (например па отсадку крупного угля). В работе [2]. указано, что применение схем с параллельной системой сгустительно-осветлительных устройств, работающих с получением загрязненного и чистого сливов, целесообразно на крупных обога­ тительных фабриках и при небольшом содержании тонких классов в исходном угле. Вместе с тем системы с последовательным располо­ жением этих аппаратов дают более высокий технологический эффект.

Схема с глубоким осветлением части шламовой воды в ради­ альном сгустителе применена на1некоторых фабриках ПНР и ГДР. По такой схеме работает и Кураховская ЦОФ (Донецкий бассейн).

Аналогичные схемы, но предусматривающие отвод и глубокое осветление части слива сгустительно-осветлительных устройств на фабриках без флотационных установок применяются в ФРГ, а также испытаны в СССР.

Впоследствии комбинированные схемы претерпели ряд изменений [68]. Глубокое осветление шламовой воды стали осуществлять перед флотацией, а отходы флотации осветлять в радиальпом сгу­ стителе с флокуляцией.

206

Было показано, что для поддержания в оборотной воде допусти­ мого содержания твердого (50 г/л для сильноглинистых шламов и 80 г/л для малоглииистых шламов), при котором процессы обога­ щения и обезвоживания протекают вполне удовлетворительно, достаточно направлять непосредственно на флотацию, минуя опера­ цию сгущения, только часть шламовой воды. Методика расчета таких схем предусматривала определение рационального распреде­ ления потоков в зависимости от расхода оборотной воды на 1 т обогащаемого угля и количества поступающих в систему шламов.

На углеобогатительной фабрике Днепропетровского коксохи­ мического завода была осуществлена схема, по которой около 20% всей шламовой воды (-—150 м3/ч) направлялось непосредственно на флотацию. Остальная вода осветлялась в радиальном сгустителе диаметром 25 м. Такая схема позволила снизить содержание твер­ дого в воде с 160 до 50 г/л и значительно улучшить технологические II экономические показатели работы фабрики. За счет повышения зольности отходов выход концентрата увеличился более чем на 2%.

Подобная схема осветления шламовых вод применена на Кали­ нинской ЦОФ. Отличие состоит в обезвоживании и классификации по крупности мелкого концентрата, осуществляемых в элеваторном классификаторе (багер-зумпфе). Кроме этого непосредственно на флотацию поступало только около 10% всей шламовой воды. Осталь­ ные 2800 м3/ч подавались в радиальный сгуститель. Этого оказалось достаточно, чтобы снизить содержание твердого в оборотной воде до 35—45 г/л и повысить технико-экономические показатели работы фабрики.

Для углеобогатительных фабрик Остравско-Карвинского уголь­ ного бассейна (ЧССР) также рекомендована схема с направлением части шламовой воды непосредственно на флотацию, а другой части

врадиальный сгуститель. Отличие этой схемы заключается только

втом, что шлам сгустителя и шлам, не прошедший сгущения, фло­ тируются раздельно в разных флотационных машинах.

Комбинированная схема осветления шламовых вод, без сгусти- тельно-осветлительных устройств для предварительного сгущения части шламов, впервые была внедрена на углеобогатительной фаб­ рике Ясиновского коксохимического завода. Осветление шламовых

вод на этой фабрике осуществлялось по схеме с неглубоким осветле­ нием всей шламовой воды. Все подрешетные воды (около 3500 м3/ч)

поступали в 10 пирамидальных отстойников общей площадью 500 м2, а сгущенный продукт после обогащения и сгущения — на шламовые грохоты. Слив пирамидальных отстойников направляется на четыре

207

По новой схеме [6] масть подрешетных вод обезвоживающих грохотов без какой-либо обработки направлялась в оборот и исполь­ зовалась для мокрой классификации и транспортирования рядового угля в отсадочные машины. Количество этой воды составляло около 40% (примерно 1200 м3/ч) от всего количества воды, потребляемой отсадочными машинами. Остальные 60% шламовой воды поступали на четыре иизконапорных гидроциклона диаметром 900 мм, слив которых направлялся на флотацию. Сгущенный продукт гидро­ циклонов — крупнозернистый шлам — также возвращался в обо­ ротный цикл — на отсадочные машины. Отходы флотации и фильтрат флокулировались в радиальных сгустителях, и чистый слив пода­ вался в отсадочные машины в качестве подрешетной воды. Работа по такой схеме позволила получить чистую подрешетную воду для отсадочных машин. В результате содержание твердого резко сни­

а с учетом сгущенного продукта гидроцнклонов содержание твердого в этой воде составило около 250 г/л.

Освоение такой схемы осветления шламовых вод в сочетании с расширением примерно в 1,7 раза флотационной установки и ввода в эксплуатацию илонакопителя позволило резко улучшить техникоэкономические показатели работы фабрики. Выход концентрата повысился на 1 —1,5%, зольность концентрата снизилась на 0,2— 0,25%. При этом увеличилась переработка угля примерно в 1,3 раза, сократился расход электроэнергии и прекратился выпуск энерге­ тического шлама.

состоит в классификации шламов перед флотацией па фабрике № 1,

■осуществляемой в радиальном сгустителе диаметром 9 м, а на фабрике № 2 в двух гидроциклонах диаметром 900 мм, на которые направля­ ется 60—70% шламовой воды. Кроме этого сгущенный продукт — крупнозернистый шлам — поступает на обезвоживающие грохоты и сразу выводится из системы.

Применение на этих фабриках комбинированных схем без сгу- стительно-освѳтлительных устройств позволило уменьшить потери

на 1—1,5%. Снизилась также влажность обогащенного угля примерно на 2%.

Такие же схемы применены на фабриках Енакиѳвского и Горловского коксохимических заводов, Моспинской ОФ [37], Краснолиманской и Октябрьской ЦОФ.

Представляет интерес комбинированная схема фабрики Rowland (США). На этой фабрике на флотационную установку также на­ правляется часть шламовой воды после дешламацип рядового угля.

208

Комбинированные схемы все большее распространение получают на углеобогатительных фабриках Кузнецкого бассейна [18]. По данным КузНИИуглеобогащения из 11 фабрик с флотационными установками комбинированные схемы осуществлены на четырех («Зимника», «Анжерская», «Судженская», «Абашевская»), Проводятся работы по переводу на комбинированные схемы еще трех фабрик («Чертииская», «Киселевская» и «Томь-Усинская»).

Целесообразность применения иа современных углеобогатитель­ ных фабриках комбинированных схем подтверждается как техноло­ гической целесообразностью, так и меньшими капитальными затра­ тами на их осуществление [13, 68] и экономическими показателями обогащения [43, 54].

На большинстве фабрик СССР до сих пор применяются схемы

снеглубоким осветлением оборотных вод. Эти схемы (см. рис. 101)

вбольшинстве случаев предусматривают обработку шламов в две стадии. В первой стадии осуществляется классификация шламов по крупности, а во второй — осветление шламовой воды и предва­ рительное сгущение шламов перед флотацией. Эти схемы отли­ чаются друг от друга, как правило, только применяемым оборудо­ ванием. Для классификации шламов по крупности на некоторых фабриках еще применяются пирамидальные отстойннки («Брянковская», «Криворожская», «Суходольская», ОФ Енакиевского кок­ сохимического завода и др.). На Чумаковской ЦОФ для этой опе­ рации используется воронка диаметром 12 м. Но иа большинстве фабрик для классификации шламов по крупности 0,5 мм широко

используются низконапорные гндроциклоны. На фабриках, где мелкий концентрат обезвоживается в элеваторных классификаторах (багер-зумпфах), классификация шлама вообще отсутствует.

Осветление шламовой воды п предварительное сгущение шламов осуществляется в основном в радиальном сгустителе. Ріа некоторых фабриках для этой цели используются пирамидальные отстойники (Брянковская, Селндовская, Узловская ЦОФ и др.).

Водно-шламовые схемы с флотацией шламов, применяемые в на­ стоящее время на ряде углеобогатительных фабрик, можно отнести к типам, приведенным в табл. 70.

Данные показывают, что схемы, предусматривающие глубокое осветление всей оборотной воды, не находят широкого распростра­ нения на фабриках. В последнее время на фабриках осуществляются комбинированные схемы. Из 48 фабрик с флотационными установ­ ками эти схемы применяются на 22, из них на семи фабриках часть шламовой воды сгущается перед флотацией.

На многих фабриках с неглубоким осветлением всей шламовой воды количество сгущенного продукта, направляемого на флотацию, достигает 40—50% всей оборотной воды, а содержание в нем твердого не намного превышает содержание твердого в питании сгустителя. Ра­ диальный сгуститель в таком случае лишь делит поток шламовой воды.

Таким образом, на фабриках с флотационными установками применяются в основном комбинированные схемы с предварительным

210