Разработка технологии обогащения шламов коксующихся углей с применением фильтрующих центрифуг

Осадчий, Сергей Анатольевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка технологии обогащения шламов коксующихся углей с применением фильтрующих центрифуг
ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Разработка технологии обогащения шламов коксующихся углей с применением фильтрующих центрифуг"

На правах рукописи

ОСАДЧИЙ Сергей Анатольевич

2 7 АЫ 2009

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБОГАЩЕНИЯ ШЛАМОВ КОКСУЮЩИХСЯ УГЛЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ФИЛЬТРУЮЩИХ ЦЕНТРИФУГ (НА ПРИМЕРЕ УГЛЕЙ ЮЖНО-ЯКУТСКОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА)

Специальность 25.00.13 -"Обогащение полезных ископаемых"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□034Т5708

Москва 2009

003475708

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарн предприятии_ "Институт обогащения твёрдого топлива" (ФГУГГ ИОТТ) филиале ОФ «Нерюнгринская» ОАО ХК «Якутуголь».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор РУБИНШТЕЙН Юлий Борисович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук ЛАВРИНЕНКО Анатолий Афанасьевич.

кандидат технических наук, доцент ЯКУШКИН Валерий Петрович.

Ведущая организация - Горный институт по проектировав предприятий угольной промышленности (ЗАО "Гипроуголь").

Защита диссертации состоится 22 сентября 2009 г. в 14 час. 00 мин. заседании диссертационного совета Д 002.074.01 при Учреждении Российск академии наук - Институте проблем комплексного освоения недр РАН (УР ' ИПКОН РАН) по адресу: 111020, Москва, Крюковский туп., 4. ТелУфакс: (495) 360-89-60.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УРАН ИПКОН РАН. Автореферат разослан 18 августа 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

В.И. Папичев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из важнейших проблем углепереработки является повышение эффективности обогащения тонких классов углей (в особенности коксующихся) с учётом возрастающих требований к качеству товарного концентрата, обеспечения экономической и экологической эффективности технологических процессов, сокращения неоправданных потерь углей. Существующие технологии обогащения мелких классов углей характеризуются сложностью, многооперационностью, сравнительно высокими капитальными и эксплуатационными затратами. Кроме того, до настоящего времени не разработаны эффективные технологии обезвоживания тонкодисперсных продуктов флотации, прежде всего концентрата.

Результаты многочисленных опытно-промышленных испытаний свидетельствуют, что в фугат извлекаются преимущественно частицы с высокой зольностью. Таким образом, зольность обезвоженного осадка оказывается более низкой по сравнению с зольностью твёрдой фазы питания центрифуги. Это даёт основания полагать, что при обезвоживании угольных продуктов центробежным фильтрованием имеет место обогащение по плотности и крупности и поэтому существует возможность получения осадка, по своему качеству пригодного для отгрузки (без дальнейшей обработки) потребителю в качестве товарного продукта. До недавнего времени данному явлению в практике углеобогащения не придавалось существенного значения. .

Однако совершенствование технологий и оборудования для обогащения углей, прежде всего переход к нефлотационным методам обогащения крупнозернистых шламов, обусловило повышенный интерес к фильтрующим центрифугам как к машинам, позволяющим не только удалить влагу, но и при определённых характеристиках питания получить осадок, качество которого соответствует требованиям к концентрату.

Приведенные социально-экологические и экономико-технологические факторы обуславливают актуальность поставленной задачи.

Цель работы. Обоснование, разработка и внедрение технологии обогащения шламов коксующихся углей с применением фильтрующих центрифуг со шнековой выгрузкой осадка.

Основные задачи исследований:

- анализ технологических решений, применяемых при обогащении шламов;

- анализ способов моделирования процесса центробежного фильтрования в лабораторных, полупромышленных и промышленных условиях;

- анализ закономерностей центробежного фильтрования;

- разработка и экспериментальная проверка модели, описывающей закономерности перераспределения твёрдой фазы между осадком и фугатом при центробежном фильтровании;

- исследование процесса центробежного фильтрования шлама на лабораторных стендах;

- проведение опытно-промышленных исследований и испытаний технологии обогащения шлама с применением фильтрующих центрифуг;

- определение параметров режима разделения шлама центробежным фильтрованием;

- разработка технологии обогащения шлама с применением фильтрующих центрифуг со шнековой выгрузкой осадка.

Идея работы заключается в определении характеристик режима разделения шлама в фильтрующей центрифуге и разработке новой технологии обогащения шлама коксующихся углей.

Методы исследования. Применены методы анализа угольного шлама с использованием стендов, моделирующих работу фильтрующих центрифуг («стаканчиковая» центрифуга и одометр). Теоретические исследования закономерностей перераспределения частиц твёрдой фазы между осадком и фугатом осуществлялись на основе моделей, описывающих процессы фильтрования: центробежного и в статических условиях. Технологические исследования проводились в условиях действующего предприятия ОФ "Нерюнгринская" на промышленной шнековой фильтрующей центрифуге. При бработке результатов исследований использованы методы математической татистики.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Модель, описывающая закономерности перераспределения твёрдой азы шлама между осадком и фугатом, которая учитывает основные параметры ентрифуги и обогащаемого материала (коэффициент формы частиц, давление

зоне напорного фильтрования, длину и ширину отверстия фильтрующего отора, средний размер частиц твёрдой фазы, переходящих в фугат, содержание вёрдой фазы в исходной суспензии):

результаты технологических исследований, подтвердивших декватность разработанной модели (коэффициент корреляции > 0,7);

- применение модели для прогнозирования количества уноса твердого в угат при расчете параметров центробежного фильтрования.

2. Аналитическая зависимость извлечения в фугат узких классов рупности, полученная на основе решения уравнения массопереноса при ыбранных граничных условиях; результаты численного эксперимента по юлученной зависимости.

3. Технологические закономерности центробежного фильтрования в зависимости от содержания в питании центрифуги класса -50 мкм и содержания твёрдого в питании; значения режимных параметров работы центрифуг, обеспечивающих получение осадка с зольностью не выше 10 % (фактор разделения - 250-300; время центрифугирования - 8-10 с; содержание

твёрдого в исходной суспензии - 400-500 кг/м3; содержание класса крупностью -0,05 мм в исходной суспензии - 35-45 %).

4. Новая технологическая схема обогащения шлама на ОФ "Нерюнгринская", включающая фильтрующую центрифугу со шнековой выгрузкой осадка для разделения и обезвоживания шлама вместо флотации и фильтрования концентрата на ленточных фильтр-прессах.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлены закономерности перераспределения частиц твёрдой фазы шлама коксующихся углей между осадком и фугатом в процессе центробежного фильтрования.

2. Предложена детерминированная модель для прогнозирования уноса твёрдого в фугат при расчёте параметров центробежного фильтрования.

3. Определены зависимости технологических показателей работы фильтрующей центрифуги со шнековой выгрузкой осадка от характеристики питания и параметров центрифуги.

4. Обоснована новая технологическая схема обогащения тонких классов углей, включающая фильтрующую центрифугу и обеспечивающая получение из необогащённого угольного шлама осадка, пригодного для отгрузки в качестве товарного концентрата.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций заключается в том, что теоретические выводы подтверждаютс данными расчётов, лабораторными и промышленными исследованиями испытаниями, а также положительным опытом внедрения новой технологи обогащения угольных шламов на ОФ "Нерюнгринская". Разработанная модел перераспределения частиц твёрдой фазы суспензии между осадком и фугато адекватно описывает результаты опытно-промышленных исследований.

Практическое значение работы заключается в разработке новой технологии обогащения шлама с применением фильтрующих центрифуг, В условиях ОФ "Нерюнгринская" доказана эффективность новой технологической схемы по сравнению с проектной (предусматривающей обогащение шлама флотацией и обезвоживание концентрата на ленточнь

фильтр-прессах) и определена величина экономического эффекта, достигаемого за счёт снижения производственных расходов на процессы флотации, обезвоживания продуктов разделения и сушки, а также увеличения доходов от реализации товарной продукции.

Реализация результатов работы. Основные положения работы использованы при модернизации технологической схемы ОФ "Нерюнгринская" путём установки фильтрующих центрифуг со шнековой выгрузкой осадка в операции обогащения шлама. Высокая эффективность технологической схемы подтверждена более чем двухлетним опытом работы фабрики по новой схеме, езультаты работы могут быть распространены на проектируемые и еконструируемые углеобогатительные фабрики с учетом характеристики ырьевых баз.

Личный вклад автора состоит в обосновании, разработке и внедрении овой технологии обогащения угольных шламов на ОФ "Нерюнгринская", роведении опытно-промышленных испытаний, обработке, анализе и бобщении полученных данных.

Апробация работы. Основные результаты и положения работы окладывались на: 4-й международной научной школе молодых учёных и пециалистов "Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых" г. Москва, ИПКОН РАН, 6-9 ноября 2007 г.); научном симпозиуме 'Плаксинские чтения" (г. Владивосток, 2008 г.); учёных советах ИОТТ г.Люберцы, 2007-2009 гг.); технических совещаниях ОАО ХК "Якутушль" г. Нерюнгри, 2007-2009 гг.).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в статьях (в том числе три в изданиях, рекомендованных ВАК), патенте и решении о выдаче патента.

1 Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения; содержит 64 рисунка, 12 таблиц и список использованных источников из 53 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Современные способы обогащения угольных шламов характеризуются сложностью технологических схем, что, в свою очередь, обусловлено необходимостью обезвоживания продуктов обогащения, причём нередко в две и более стадий. Одним из перспективных направлений повышения эффективности обогащения шламов является применение фильтрующих центрифуг. Анализ работ A.B. Шлау, JI.C. Зарубина, Д.Е. Шкоропада, И.А. Файнермана, Л.Т. Вертолы, B.C. Гершанова, А.И. Домбэ, X. Анлауфа и других исследователей даёт основания полагать, что при обезвоживании угольных продуктов центробежным фильтрованием имеет место обогащение по плотности и крупности. Это позволяет получить осадок, по своему качеству пригодный для отгрузки (без дальнейшей обработки) потребителю в качестве товарного продукта. Однако до настоящего времени не установлены (в аналитическом виде) закономерности извлечения твёрдой фазы суспензий в фугат, что затрудняет прогнозирование и количественную оценку технологических показателей работы фильтрующих центрифуг.

В работе с целью определения закономерностей извлечения твёрдой фазы в фугат выполнен анализ режима работы фильтрующей центрифуги со шнековой выгрузкой осадка. Установлено, что частицы твёрдой фазы извлекаются в фугат главным образом в зоне напорного фильтрования, соответствующей начальному периоду процесса разделения суспензии в центрифуге.

Для количественной оценки уноса твёрдого в фугат U предложена математическая модель па основе известного уравнения, описывающего процесс фильтрования в статических условиях. Получено модифицированное уравнение:

и-л'мг^«™. (1)

где А!, В - экспериментальные постоянные;

/(к) - функциональная зависимость, учитывающая влияние коэффициента

формы частиц;

Р - давление в зоне напорного фильтрования, Па;

п - показатель степени; 0<и<1;

Ь,1— соответственно длина и ширина отверстия фильтрующего ротора, м;

5 - средний размер частиц твёрдой фазы, переходящих в фугат, м;

Со - содержание твёрдой фазы в исходной суспензии, принятое за эталонное в данной серии опытов, кг/м3;

С - содержание твёрдой фазы в исходной суспензии, кг/м3.

Логарифмируя данное уравнение, получаем

1п(Ц) = 1п(А') + 1п/(к(+ п1п(Р) + 1п(Ы) - 21п(5) + В'С0 -В'С (2)

Для более полной оценки и прогнозирования результатов разделения шлама в центрифуге необходимо определить в аналитическом виде закономерности извлечения в фугат не только общего количества твёрдой фазы, но и отдельных узких классов крупности. В основу подхода к решению данной задачи положено уравнение массопереноса:

дс ду1 ду у

где с=с(1,у) — значение доли частиц в момент времени I в точке у\

О — коэффициент диффузии,

У - коэффициент сноса, соответствующий вертикальной составляющей скорости частицы, м/с.

Ротор центрифуги рассматривается в качестве "упругого экрана", который обладает как поглощающим, так и отражающим свойствами.

Решая уравнение (3) при граничном условии

= (4)

ду

(соответствует у=0, т.е. поверхности ротора), получаем функциональную зависимость извлечения в фугат е(х):

l-eKfx)

e(X) = 1--, (5)

K(x) v'

где x - крупность частиц;

K(x) - вспомогательная функция.

Лабораторию исследования выполнены на стендах, моделирующих работу фильтрующей центрифуги (модифицированная «стаканчиковая» центрифуга и лабораторный одометр). Результаты исследований подтвердили принципиальную возможность получения при центробежном фильтровании шлама ОФ "Нерюнгринская" осадка с кондиционной для концентрата зольностью (10 %).

Выявлены следующие закономерности центробежного фильтрования шлама:

- с увеличением содержания в питании центрифуги класса -0,05 мм от 18,0 до 47,0 %: влажность осадка незначительно возрастает (от 14,1 до 14,8 %); выход осадка снижается (в среднем) от 62,5 до 57,0%; зольность осадка практически не изменяется и составляет 9,7-10,3 %; извлечение данного класса в фугат возрастает от 83,0 до 87,0 %;

- с увеличением содержания твёрдого в питании центрифуги от 250 д< 650 кг/м3: выход осадка возрастает от 55,0 до 66,0 %; зольность осадк: возрастает от 9,6 до 10,5%; влажность осадка снижается от 17,2 до 14,3% извлечение в фугат класса -0,05 мм снижается от 87,0 до 83,0 %.

Также были определены ожидаемые значения режимных параметро) работы центрифуги, обеспечивающие получение осадка с данной зольностью:

- фактор разделения - 250-300;

- время центрифугирования - 8-10 с;

- содержание твёрдого в исходной суспензии - 400-500 кг/м3;

- содержание класса крупностью -0,05 мм в исходной суспензии-35-45 %. ^ Технологические исследования были осуществлены на

ОФ "Нерюнгринская" в 2006-2008 гг. Проектной технологией на данной ОФ предусмотрено обогащение шлама крупностью -0,5 мм флотацией.

Анализ ситового состава шлама (см. таблицу, рис. 1 и 2) показывает, что зольность крупнозернистой части шлама (0,063-0,5 мм) существенно ниже зольности тонко дисперсной части (-0,063 мм) и составляет примерно 10 % против 24,2 %.

Ситовый состав шлама ОФ "Нерюпгринская" по усреднённым данным

Класс, мм Выход, % Зольность, % Суммарно сверху

Выход, % Зольность, %

+0,5 3,3 6,9 3,3 6,9

0,3-0,5 9,7 7,2 13,0 7Д

0,2-0,3 13,5 7,9 26,5 7,5

0,1-0,2 14,4 9,8 40,9 8,3

0,063-0,1 27,1 13,4 68,0 10,3

-0,063 32,0 24,2 100,0 14,8

Итого: 100,0 14,8 - -

0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 Класс крупности, мм

Рис.1. Зависимость суммарной зольности шлама от размера частиц

о 10 20

SS 30

I 40

ш 50

3 60

с.

« 70

>, 80

90 100

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Средневзвешенная зольность Y*А/100, % Рис. 2. Кривая Майера для шлама (по усреднённым данным)

Таким образом, для получения кондиционного концентрата с зольность: не более 10 % достаточно удалить из шлама крупностью -0,5 мм ысокозольну его составляющую, т.е. частицы с верхним пределом крупности 0,05-0,08 Mi Выход концентрата с кондиционной зольностью 10 % при этом можс достигать 70 %.

Следовательно, отпадает необходимость в обогащении шламо сравнительно дорогостоящим методом флотации (при этом следует такж принимать во внимание низкую селективность флотационного обогащени тонких частиц).

В процессе испытаний шлам, предварительно ыущённый до содержат твёрдого 300-650 кг/м3, направлялся в фильтрующую центрифугу со шнеково выгрузкой осадка ЕВ W48-HR.

Техническая характеристика центрифуги: нагрузка на одну центрифуг по твёрдому - 70-80 т/ч, по суспензии - до 130 м3/ч; частота вращения, об/ми (двигателя - 1500, ротора — 800, шнека - 600); фактор разделения - 250; разме отверстий фильтрующего ротора, мм - в среднем 0,2; мощность привод 37 кВт; габаритные размеры (длина 1765 мм, высота 1810 мм, масса 4550 кг).

Зависимость технологических показателей работы центрифуги от свойст исходной суспензии представлена на рис. 3 и 4.

О V? S ^

z . о н т 2 С >>

§ -В-g ш

5Й 1П

Ч о о 9

о СО

Ч ö О О

х <5 ^ 2 ш

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

.п 1

♦ __♦ ^

А т—

■ 1

28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8

о о

I-

СО

с;

л t-о о

X л

о еэ

300 350 400 450 500 550 600 650 700 Содержание твердого в питании центрифуги, кг/м3

□ - извлечение класса -0,05 мм в фугат, %; ♦ - выход осадка, %; А - влажность осадка, %; ш - зольность осадка, %

Рис. 3. Зависимость параметров разделения в центрифуге от содержания класса -0,05 мм в питании

С увеличением содержания твёрдого в питании центрифуги от 325 до 640 кг/м3 (см. рис. 3):

- извлечете класса -0,05 мм в фугат снижается от 87 до 82 %;

- выход осадка снижается от 62 до 50 %;

- влажность осадка снижается от 16,6 до 14,1 %;

- зольность осадка снижается весьма незначительно (от 9,7 до 9,0 %).

С увеличением содержания класса -0,05 мм в питании центрифуги (см. рис. 4):

- извлечение класса -0,05 мм в фугат возрастает от 75 до 85-86 %;

- выход осадка снижается от 57-59 до 47-48 %;

- влажность осадка возрастает от 13,8 до 15,2 %;

- зольность осадка существенно не изменяется и составляет 9,0-10,5 %.

10 20 30 40 50

Содержание класса -0,05 мм в питании центрифуги, %

♦ - извлечение класса -0,05 мм в фугат, %; я - выход осадка, %; • - влажность осадка, %; А - зольность осадка, %

Рнс. 4. Зависимость параметров разделения в центрифуге от содержания класса -0,05 мм в питании

Анализ полученных данных позволил установить, что наибол© эффективное разделение шлама в центрифуге, характеризуемое значениям! извлечения класса -0,05 мм в фугат, выхода, влажности и зольности осадка может быть достигнуто в интервале значений определяющих параметро: исходной суспензии:

- содержание твёрдого в исходной суспензии от 450 до 550 кг/м3;

- содержание класса -0,05 мм в исходной суспензии от 30 до 40 %.

Данные промышленных испытаний по разделению шлам'

ОФ "Нерюнгринская" центробежным фильтрованием свидетельствуют, чт< новая технология разделения шлама на центрифугах EBW48-HR обеспечивает получение кондиционного концентрата крупностью 0,2-0,5 мм с зольностью 9,5-10,0%, а также фугата, содержащего частицы крупностью -0,2 мм зольностью 18,7-24,5 %.

Следует отметить также, что полученные данные согласуются с результатами лабораторных экспериментальных исследований.

Результаты технологических исследований подтвердили адекватность модели перераспределения твёрдой фазы суспензии между осадком и фугатом. В координатах 1п(Ц)~Г(1п(5)) (рис.5 а) полученные данные аппроксимируются прямой, причём значение тангенса угла наклона близко к теоретически предсказанному (-2), а коэффициент корреляции составляет 0,77.

В координатах 1п(Ц)=Г(С) (рис. 5 б) коэффициент корреляции для прямой составляет 0,73.

Ьп (8), среднее по кл. -0,2 С, кг/мЗ

а) 0

Рис. 5. Корреляционные зависимости в координатах 1п(Ц)=Г(1п(6)) (а) и в координатах 1п(Ц)=ДС) (б)

Это позволяет сделать вывод о том, что предложенное уравнение вполне довлетворительно (с коэффициентом корреляции не менее 0,7) описывает ависимость уноса твёрдого в фугат от содержания твёрдого в питании центрифуги и от содержания в питании класса крупностью -0,2 мм. Следовательно, подтверждается адекватность предложенной модели, описывающей перераспределение твёрдой фазы суспензии между осадком и фугатом при центробежном фильтровании.

Данные, полученные при испытаниях центрифуги, позволили также осуществить проверку адекватности математической модели, основанной на решении уравнения (5). На рис. 6 представлены расчетные кривые извлечения в

фугат по результатам трёх опытов (к, т — экспериментальные постоянные). Очевидно, что расчётные данные вполне удовлетворительно согласуются с экспериментальными: сходимость результатов в пределах погрешности опробований (не более 3 %), что свидетельствует об адекватности построенной модели. По виду расчётные кривые сходны с кривыми Тромпа, но отличаются от последних асимметричностью.

? °>8

ч о

-е*

8 0.2 9*

<0 t| И

0.6

0.4

0.2

0.8

0,4 0,6

Крупность частиц, мм • -опыт№ 2: k=5,09;m=0,080; ■ -опыт№ 3: k=6,56;m=0,138; А - опыт№ 5: к=2,52;т=0,130

Рис. 6. Кривые извлечения частиц шлама в фугат по классам крупности

Анализ полученных зависимостей позволил сделать следующие выводы

- средняя граничная крупность разделения (т.е. крупность части: извлечение которых в фугат составляет 50 %), находится в пределг 0,06-0,12 мм;

- в фугат извлекаются частицы с крупностью, превышающей ширит ■ щели ротора (0,2 мм); это связано, вероятно, с наличием в исходной суспензш продолговатых и плоских частиц;

- высокая эффективность разделения в опыте 2 обусловлена более низкил содержанием твёрдого в исходной суспензии (551 кг/м3 против 617кг/м3 опытах 1 и 3).

Таким образом, предложенная математическая модель с достаточно высокой степенью точности описывает закономерности извлечения в фугат твёрдой фазы шлама по узким классам крупности.

Анализ вариантов технологической схемы переработки шламов позволил установить, что наиболее эффективной является схема, представленная на рис. 7.

Спив багер-зумпфа

0=79,4 А"=14,1

У„=1456,8 Ус=1509,7

С=52,6 -

СГУЩЕНИЕ

Слив

0=2,8 А"=16,8

У„=1354,7 Ус=1356,6

С=2,1 -

С-10

\ В оборот |

Осадок

Сгущенный продукт

0=76,6 А"=14,0

Ув=102,0 Ус=153,1

С=500,0 -

ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ

0=42,6

Уа=8,0

ЕВ\У48-т

А =9,8

У^ =15,8

<3=34,0

У„=94,0

С=292,5

Фугат

А-19,2

Ус=116,2

На сушку

ОБЕЗВОЖИВАНИЕ

Осадок Ленточный фильтр-пресс "Еипсо" Фильтрат

(2=31,7 А"=19,1 0=2,3 А"=20,6

У„=15,6 - Ув=78,4 Ус=79,9

W=33.0 - С=28,8 -

I На сушку]

[ В оборот |

<3 - нагрузка по твёрдому, т/ч; А - зольность, %; Ув - объёмный расход воды, Ус - объемный расход суспензии, м^ч; С - содержание твёрдого в суспензии, кг/м3; У/- влажность осадка, %

Рис. 7. Качественно-количественная схема обогащения шлама с применением фильтрующей центрифуги

Представленная схема предусматривает следующие операции:

1) Сгущение необогащённого шлама в цилиндро-коническом сгустителе с применением флокулянта; в результате получаются:

- практически чистый слив (содержание твёрдого 2,1 кг/м3), пригодным для направления в линию оборотного водоснабжения фабрики;

- сгущённый продукт с содержанием твёрдого 400-600 кг/м3.

2) Разделение шлама в фильтрующей центрифуге с получением следующих продуктов:

- осадка зольностью не более 10,0% и влажностью 15,0-16,0%, присаживаемого к концентрату;

- фугата с содержанием твёрдого 300 кг/м3 и зольностью 19,0-21,0 %.

3) Обезвоживание фугата на ленточном фильтр-прессе с получением осадка, присаживаемого к промежуточному продукту, и фильтрата, направляемого в линию оборотного водоснабжения фабрики.

По сравнению с проектной предлагаемая технологическая схема обогащения шлама является значительно более простой и малооперационной. Исключается весьма дорогостоящая операция флотационного обогащения.

Обезвоживание концентрата в центрифуге позволяет обеспечить уменьшение количества влаги, поступающей на сушку с продуктами обогащения в 1,5 раза, и, следовательно, снижение затрат на сушку концентрата и промежуточного продукта. Кроме того, данная схема обеспечивае возможность гибкого регулирования параметров суспензии, направляемой к разделение в центрифугу, путём управления режимом работы сгустителя. Высокая эффективность этого варианта технологической схемы подтвержден более чем двухлетним опытом работы фабрики по новой схеме. Внедрен» данной технологии на ОФ "Нерюнгринская" за счёт сокращения затрат на флотационные реагенты, топливо для сушильных установок и других текущие затрат позволило снизить производственную себестоимость на 85 млн. руб. в год. Суммарный экономический эффект составляет 100 млн. руб. в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основании выполненных исследований решена актуальная научно-техническая задача: обоснована, разработана и внедрена новая технология обогащения угольных шламов коксующихся углей с применением фильтрующих центрифуг со шнековой выгрузкой осадка. Работа имеет существенное значение для угольной отрасли России.

Основные научные и практические результаты исследований заключаются в следующем:

1. Обоснована перспективность применения фильтрующих центрифуг для обогащения угольных шламов на основе изучения сырьевой базы фабрики и данных по вторичному шламообразованто. До настоящего времени это оборудование применялось только для обезвоживания мелких классов углей.

2. Предложена математическая модель, описывающая закономерности перераспределения твёрдой фазы шлама между осадком и фугатом,

читывагощая основные параметры центрифуги и обогащаемого материала коэффициент формы частиц, давление в зоне напорного фильтрования, длину ширину отверстия фильтрующего ротора, средний размер частиц твёрдой ■азы, переходящих в фугат, содержание твёрдой фазы в исходной суспензии), [анные технологических исследований подтвердили адекватность азработанной модели: величина коэффициентов корреляции по сследованным зависимостям не менее 0,7. Показана возможность применения одели для прогнозирования и количественной оценки уноса твёрдого в фугат ри расчёте параметров процесса центробежного фильтрования.

3. Разработана и экспериментально подтверждена модель извлечения в иугат частиц твёрдой фазы суспензии по узким классам крупности, основанная на решении уравнения массопереноса при выбранных граничных условиях.

Сходимость результатов, рассчитанных по данной модели, с данными технологических исследований показывает точность в пределах погрешности опробований (не более 3 %).

4. Принципиальная возможность обогащения шлама коксующихся углей по плотности и крупности центробежным фильтрованием подтверждена исследованиями на лабораторных стендах. Определен характер зависимостей:

- влажности осадка от фактора разделения;

- влажности, зольности и выхода осадка от содержания твёрдого в питании центрифуги;

- извлечения класса крупностью -0,05 мм в фугат от содержания питании твёрдого и данного класса.

5. Возможность получения кондиционного концентрата путём разделен! необогащённого шлама в фильтрующей центрифуге доказана в промышленны условиях на ОФ "Нерюнгринская".

6. По результатам опробования центрифуги на фабрике подтверждены уточнены и дополнены технологические закономерности разделения угольног шлама центробежным фильтрованием, определенные на этапе лаборатории исследований и численного экспериментирования по модели.

7. Определены значения режимных параметров процесса обеспечивающие получение осадка с кондиционной для концентрат зольностью (10 %), максимально возможным выходом (55-60 %) и минимальн возможной влажностью (15-16 %): содержание твёрдого в питании центрифуг' 450-550 кг/м3; содержание класса крупностью -0,05 мм в питании центрифуг 30-47 %.

8. Выполнено сравнение трех технологических схем: проектной обогащения шлама в фильтрующих центрифугах и обогащения шлама фильтрующих центрифугах с последующей флотацией фугата. В качеств предпочтительной выбрана схема обогащения шлама с применение фильтрующих центрифуг, характеризующаяся простотой малооперационностью, относительно невысокими эксплуатационным затратами.

9. Разработана, испытала и внедрена новая технология обогащени угольных шламов с применением фильтрующих центрифуг. Внедрение данно технологии на ОФ "Нерюнгринская" улучшило экологическую обстановку з

чет снижения выбросов парниковых газов, исключило применение .дотационных реагентов и частично флокулянтов, сократило расход топлива и лектроэнергии для сушильных установок и другие эксплуатационные затраты, роизводственная себестоимость снижена на 85 млн. руб. в год, а суммарный кономический эффект составляет 100 млн. руб. в год.

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих убликациях:

1. Дебердеев И.Х., Костромитин A.B., Осадчий С.А. Опыт переработки на Ф "Нерюнгринская" шихты угля с компонентами различной обогатимости // кологические проблемы и новые технологии комплексной переработки инерального сырья: Матер. Межд. совещ. "Плаксинские чтения-2002", Чита, 6-19 сект. 2002. — М.: Альтекс, 2002. — С. 112-113.

2. Засядько A.B., Осадчий С.А. Обогатительной фабрике "Нерюн-инская" ОАО Ж "Якутуголь" 20 лет// Уголь. —2004. -№ 10. — С. 25-27.

3. Костромитин A.B., Осадчий С.А. Обогатительная фабрика Нерюнгринская" ОАО ХК "Якутуголь" - вчера и сегодня // Уголь. •— 2004.

-№ 10. —С. 28-31.

4. Засядько A.B., Костромитин A.B., Осадчий С.А. Организационная иагностика ОФ "Нерюнгринская" // Горный информационно-аналитический юллетснь, № 4. — М.: МГГУ, 2005. — С. 42-52.

5. Осадчий С.А. Исследование параметров разделения тонких классов лей при центрифугальном обогащении // Матер. 4-й Межд. научной школы олод. учён, и спец. "Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых" . Москва, 6-9 ноября 2007 г.). — М.: ИПКОН РАН, 2007. — С. 198-200.

6. Осадчий С.А., Муклакова А.Н. Опыт освоения новой технологии богащения шламов коксующихся углей с применением фильтрующих ентрифуг (на примере ОФ "Нерюнгринская") // Современные проблемы богащения и глубокой комплексной переработки минерального сырья Плаксинские чтения): Мат. межд. совещ., Владивосток, 16-21 сентября 2008 г.

■Владивосток, 2008. — С. 381-383.

7. Гольберг Г.Ю., Рубинштейн Ю.Б., Осадчий С.А, Исследование закономерностей классификации угольных шламов на фильтрующих центрифугах // Химическое и нефтегазовое машиностроение. —2008. —№ 7. — С. 10-12.

8. Осадчий С.А., Самойлова Е.К., Гольберг Г.Ю. Опыт освоения и совершенствования новой технологии обогащения шламов коксующихся углей с применением фильтрующих центрифуг (на примере Оф "Нерюнгринская") / Кокс и химия. — 2009. — № 6. — С. 2-6.

9. Пожидаев В.Ф., Рубинштейн Ю.Б., Гольберг Г.Ю., Осадчий С.А Математическое моделирование массопереноса при центробежно фильтровании полидисперсных суспензий // Химическое и нефтегазово машиностроение. —2009. — № 8. — С. 10-13.

10. Патент на полезную модель 80128 Российская Федерация, МПК ВОЗВ 7/00. Устройство для обогащения угольного шлама / Осадчий С.А. заявитель и патентообладатель Осадчий С.А. — № 2008132764/22; заявл 11.08.2008, опубл. 27.01.2009, Бюл. №3.-2 с.

11. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке J 2008107427/12(008038) «Ротор фильтрующей центрифуги» // Шлау А.В Коломиец A.B., Попов C.B., Осадчий С.А. Дата подачи заявки 29.02.2008 г.

Подписано в печать 27.07.2009г. Формат 60x90/16

Объем 1 печ.л. Тираж 100 экз. Заказ № 135

Типография МГГУ, Ленинский пр., 6.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Осадчий, Сергей Анатольевич

1 ВВЕДЕНИЕ.

2 ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ МЕТОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ И ОБЕЗВОЖИВАНИЯ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ ЦЕНТРОБЕЖНЫМ ФИЛЬТРОВАНИЕМ.

2.1 Анализ технологических решений, применяемых при обогащении тонких классов углей.

2.1.1 Гравитационные методы обогащения.

2.1.2 Обогащение флотацией.

2.1.3 Обогащение с применением центробежного поля.

2.2 Моделирование процесса центробежного фильтрования и методики исследования.

3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ КЛАССИФИКАЦИИ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ В ФИЛЬТРУЮЩИХ ЦЕНТРИФУГАХ.

3.1 Основы теории центробежного фильтрования.

3.2 Анализ режима работы высокоскоростной фильтрующей шнековой центрифуги.

3.3 Разработка модели для определения уноса твёрдой фазы в фугат.

3.4 Моделирование процесса центробежного фильтрования на основе уравнений массопереноса.

4 ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ ПРИ РАЗДЕЛЕНИИ ШЛАМОВ.

4.1 Методики проведения экспериментальных исследований.

4.1.1 Стаканчиковая центрифуга.

4.1.2 Лабораторный одометр.

4.2 Исследование влияния основных технологических факторов на показатели центробежного фильтрования шлама ОФ

Нерюнгринская".

4.2.1 Результаты экспериментальных исследований по определению ожидаемых значений технологических показателей работы центрифуги.

4.2.2 Результаты экспериментальных исследований кинетики центробежного фильтрования шлама на лабораторном одометре. 95 5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО

ФИЛЬТРОВАНИЯ ШЛАМА ОФ МНЕРЮНГРИНСКАЯМ.

5.1 Основные предпосылки для разработки новой технологии обогащения шламов.

5.2 Характеристика шламовых продуктов, подвергаемых центрифугированию.

5.3 Методика проведения промышленных испытаний.

5.4 Результаты промышленных испытаний.

5.4.1 Технологическая схема переработки шлама.

5.4.2 Определение показателей разделения шлама в центрифуге.

5.4.3 Проверка адекватности уравнения перераспределения частиц твёрдой фазы шлама между осадком и фугатом.

5.4.4 Проверка адекватности модели извлечения частиц твёрдой фазы в фугат по узким классам крупности.126.

5.5 Анализ вариантов технологической схемы переработки шламов.

5.6 Технико-экономические расчёты.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка технологии обогащения шламов коксующихся углей с применением фильтрующих центрифуг"

Современные тенденции развития технологий и оборудования для обогащения углей как в отечественной, так и в зарубежной практике обусловлены следующими требованиями, предъявляемыми к отраслям топливно-энергетического комплекса:

- повышение конкурентоспособности угольной энергетики;

- повышение качества товарной продукции, в особенности — качества коксующихся углей;

- экологические требования: сведение к минимуму вредных выбросов в окружающую среду; повышение эффективности ресурсо- и энергосбережения; сокращение неоправданных потерь угля при обогащении;

- упрощение технологических схем обогатительных фабрик (ОФ) и уменьшение количества технологических операций;

- комплексная механизация и автоматизация обогатительных процессов;

- необходимость научного обоснования методов расчёта, прогнозирования и управления технологическими процессами.

К числу важнейших из упомянутых тенденций следует отнести развитие технологий обогащения шламов преимущественно гравитационными методами и соответственно сокращение объёма шламов, обогащаемых флотацией. Главная причина заключается в относительно высоких капитальных и эксплуатационных затратах, связанных с флотационным обогащением углей.

Поэтому в отечественной и зарубежной практике для обогащения шламов крупностью 0,1 (0,2)-0,5 (1,0) мм получили широкое распространение:

- тяжёлосредные гидроциклоны;

- гидроциклоны без утяжелителя;

- шламовые отсадочные машины;

- винтовые сепараторы;

- концентрационные столы;

- гидросайзеры.

Технологические схемы обогащения угольных шламов с применением вышеупомянутого оборудования включают, как правило, следующие операции:

- классификацию шлама по крупности 0,1 (0,2) мм;

- обогащение шлама+0,1 (0,2) мм;

- обогащение шлама -0,1 (0,2) мм флотацией;

- обезвоживание продуктов обогащения.

Очевидно, что описанные технологические схемы являются весьма сложными и многооперационными (особенно для коксующихся углей трудной и очень трудной обогатимости). Следует также отметить низкую селективность обогащения флотацией частиц крупностью -0,05 мм. Поэтому в ряде случаев получение концентрата требуемого качества оказывается проблематичным. Кроме того, имеют место неоправданные потери угля в операциях классификации и обезвоживания, а также значительное вторичное шламообразование. Также не разработаны эффективные технологии обезвоживания тонкодисперсных продуктов флотации, прежде всего — концентрата.

Таким образом, существующие в настоящее время технологии обогащения угольных шламов не в полной мере отвечают современным требованиям. До настоящего времени не решена проблема рационального построения технологических схем обогащения, классификации и обезвоживания шламов.

Решение задач по повышению эффективности технологий обогащения, классификации и обезвоживания угольных шламов становится возможным на основе качественно новых подходов. Наиболее перспективным представляется совмещение операций обогащения и обезвоживания в одном аппарате. С этой точки зрения несомненный интерес вызывают фильтрующие центрифуги. Названные машины за последние 40-50 лет получили широкое распространение в практике углеобогащения для обезвоживания угольных концентратов, промежуточных продуктов и не-обогащённых углей крупностью 0,5 (0,2)-13 (30) мм. Совершенствование конструкции центрифуг и технологии обезвоживания центробежным фильтрованием имеет целью прежде всего повышение производительности по твёрдому и снижение влажности осадка. При этом переход частиц твёрдой фазы обезвоживаемого продукта в фугат считается нежелательным, но в тоже время является неизбежным. Однако, анализ результатов многочисленных опытно-промышленных испытаний позволил установить, что в фугат извлекаются преимущественно частицы с высокой зольностью. Таким образом, зольность обезвоженного осадка оказывается более низкой по сравнению с зольностью твёрдой фазы питания центрифуги. Это даёт основания полагать, что при обезвоживании угольных продуктов центробежным фильтрованием имеет место обогащение по зольности и существует возможность получения осадка, по своему качеству пригодного для отгрузки (без дальнейшей обработки) потребителю в качестве товарного продукта. До недавнего времени данному явлению в практике углеобогащения не придавалось сколь-нибудь существенного значения. Однако, совершенствование технологий и оборудования для обогащения углей, прежде всего - переход к нефлотационным методам обогащения крупнозернистых шламов, обусловило повышенный интерес к фильтрующим центрифугам как к машинам, потенциально способным к не только к обезвоживанию, но и классификации шламов по крупности, что, в свою очередь, при определённых параметрах питания центрифуг позволяет обеспечить возможность получения осадка, качество которого соответствует требованиям к концентрату. Настоящая работа выполнена применительно к ОФ "Нерюнгринская". Характерной особенностью углей, перерабатываемых на данном предприятии, является весьма значительная доля в шламе низкозольных частиц. Это обстоятельство даёт основания полагать, что упомянутые частицы могут быть выделены из шлама без обогащения с последующей отгрузкой в качестве товарного концентрата. Вполне целесообразным для осуществления данной операции по классификации шлама представляется применение фильтрующих центрифуг, тем более, что осадок при центробежном фильтровании подвергается глубокому обезвоживанию, следовательно, можно прогнозировать снижение затрат на термическую сушку концентрата.

Основные задачи исследований:

- анализ технологических решений, применяемых при обогащении шламов;

- анализ закономерностей центробежного фильтрования;

- исследование процесса центробежного фильтрования шлама на лабораторных стендах;

- определение параметров режима разделения шлама центробежным фильтрованием;

-разработка технологии обогащения шлама с применением фильтрующих центрифуг со шнековой выгрузкой осадка.

Методы исследования. Применены методы анализа угольного шлама, использованы стенды, моделирующие работу фильтрующих центрифуг (стаканчико-вая центрифуга и одометр). Теоретические исследования закономерностей перераспределения частиц твёрдой фазы между осадком и фугатом осуществлялось на основе моделей, описывающих процессы фильтрования: центробежного и в статических условиях. Технологические исследования проводились в условиях действующего предприятия ОФ "Нерюнгринская" на промышленной шнековой фильтрующей центрифуге. При обработке результатов исследований использованы методы математической статистики.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Модель, описывающая закономерности перераспределения твёрдой фазы шлама между осадком и фугатом, учитывающая основные параметры центрифуги и обогащаемого материала (коэффициент формы частиц, давление в зоне напорного фильтрования, длину и ширину отверстия фильтрующего ротора, средний размер частиц твёрдой фазы, переходящих в фугат, содержание твёрдой фазы в исходной суспензии):

- результаты технологических исследований, подтвердивших адекватность разработанной модели (коэффициент корреляции > 0,7);

- применение модели для прогнозирования количества уноса твердого в фугат при расчете параметров центробежного фильтрования.

2. Аналитическая зависимость извлечения в фугат узких классов крупности, полученная на основе решения уравнения массопереноса при выбранных граничных условиях; результаты численного эксперимента по полученной зависимости.

3. Технологические закономерности центробежного фильтрования в зависимости от содержания в питании центрифуги класса -50 мкм и содержания твёрдого в питании; значения режимных параметров работы центрифуг, обеспечивающих получение осадка с зольностью не выше 10 % (фактор разделения — 250-300; время центрифугирования - 8-10 с; содержание твёрдого в исходной суспензии — 400-500 кг/м3; содержание класса крупностью -0,05 мм в исходной суспензии — 35-45 %).

Научная новизна работы заключается в следующем:

4. Обоснована новая технологическая схема обогащения тонких классов углей, включающая фильтрующую центрифугу и обеспечивающая получение из не-обогащённого угольного шлама осадка, пригодного для отгрузки в качестве товарного концентрата.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций заключается в том, что теоретические выводы подтверждаются данными расчётов, лабораторными экспериментальными и промышленными исследованиями, и испытаниями, а также положительным опытом внедрения новой технологии обогащения угольных шламов на ОФ "Нерюнгринская". Разработанная модель перераспределения частиц твёрдой фазы суспензии между осадком и фугатом адекватно описывает результаты опытно-промышленных исследований.

Практическое значение работы заключается в разработке новой технологии обогащения шлама с применением фильтрующих центрифуг. В условиях ОФ "Нерюнгринская" доказана эффективность новой технологической схемы по сравнению с проектной (предусматривающей обогащение шлама флотацией и обезвоживание концентрата на ленточных фильтр-прессах) и определена величина экономического эффекта, достигаемого за счёт снижения производственных расходов на процессы флотации, обезвоживания продуктов разделения и сушки, а также увеличения выручки от реализации товарной продукции.

Реализация результатов работы. Основные положения работы использованы при модернизации технологической схемы ОФ "Нерюнгринская" путём установки фильтрующих центрифуг со шнековой выгрузкой осадка в операции обогащения шлама. Высокая эффективность технологической схемы подтверждена более чем 2-х летним опытом работы фабрики по новой схеме. Результаты работы могут быть распространены на проектируемые и реконструируемые углеобогатительные фабрики с учетом характеристики сырьевых баз.

Личный вклад автора состоит в обосновании, разработке и внедрении новой технологии обогащения угольных шламов на ОФ "Нерюнгринская"; проведении опытно-промышленных испытаний, обработке, анализе и обобщении полученных данных.

Апробация работы. Основные результаты и положения работы докладывались на: 4 международной научной школе молодых учёных и специалистов "Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых" (г. Москва, ИПКОН РАН, 6-9 ноября 2007 г.); научном симпозиуме "Плаксинские чтения" (г. Владивосток, 2008 г.); учёных советах ИОТТ (г. Люберцы, 2007 — 2009 гг.); технических совещаниях ОАО ХК "Якутуголь" (г. Нерюнгри, 2007 - 2009 гг.).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 9 статьях (в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК), патенте и решении о выдаче патента.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения; содержит 64 рисунка, 12 таблиц и список использованных источников из 53 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Обогащение полезных ископаемых", Осадчий, Сергей Анатольевич

Выводы по разделу.

1) Анализ ситового состава шлама ОФ "Нерюнгринская" позволил установить, что зернистая часть данного продукта (крупность 0,2-0,5 мм, зольность порядка 10 %) может быть выделена путём центробежного фильтрования и отгружена потребителю без обогащения в качестве кондиционного концентрата.

2) Доказана принципиальная возможность получения из необогащённого шлама концентрата с заданной зольностью путём центробежного фильтрования.

3) На основании анализа полученных экспериментальных данных установлено, что наиболее эффективное разделение шлама в центрифуге, характеризуемое значениями извлечения класса -0,05 мм в фугат, выхода, влажности и зольности осадка, может быть достигнуто в интервале значений определяющих параметров исходной суспензии:

- содержание твёрдого в исходной суспензии от 450 до 550 кг/м ;

- содержание класса -0,05 мм в исходной суспензии от 30 % до 40 %.

4) Граничная крупность разделения шлама в фильтрующей центрифуге составила 0,100-0,125 мм.

5) Результаты технологических исследований подтвердили адекватность уравнения, предложенного для расчёта уноса твёрдого в фугат при центробежном фильтровании: значение коэффициента корреляции составило 0,7-0,8.

6) Экспериментально подтверждена адекватность модели извлечения твёрдой фазы в фугат по узким классам крупности, разработанной на основе уравнения массопе-реноса. Сходимость расчётных и экспериментальных данных составила не более 3 % (в пределах ошибки эксперимента).

7) Разработана рациональная технологическая схема переработки шлама, включающая следующие операции:

- сгущение исходной суспензии (слива багер-зумпфа) до требуемого содержания твёрдого;

- разделение шлама в фильтрующей центрифуге;

- отгрузку осадка центрифуги в качестве концентрата;

- обезвоживание фугата на ленточном фильтр-прессе с последующей отгрузкой осадка в качестве промежуточного продукта.

8) Установлено, что внедрение новой технологии переработки шлама на ОФ "Не-рюнгринская" с применением фильтрующих центрифуг обеспечит снижение производственной себестоимости по сравнению с проектной технологией ориентировочно на 85 млн. руб. в год и увеличение суммарного экономического эффекта примерно на 100 млн. руб. в год при значении коэффициента рентабельности 13,3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основании выполненных исследований решена актуальная научно-техническая задача - обоснована, разработана и внедрена новая технология обогащения угольных шламов коксующихся углей с применением фильтрующих центрифуг со шнековой выгрузкой осадка. Работа имеет существенное значение для угольной отрасли России.

Основные научные и практические результаты исследований заключаются в следующем:

1. Обоснована перспективность применения фильтрующих центрифуг для обогащения угольных шламов на основе изучения сырьевой базы фабрики и данных по вторичному шламообразованию. До настоящего времени это оборудование применялось только для обезвоживания мелких классов углей.

2. Предложена математическая модель, описывающая закономерности перераспределения твёрдой фазы шлама между осадком и фугатом, учитывающая основные параметры центрифуги и обогащаемого материала (коэффициент формы частиц, давление в зоне напорного фильтрования, длину и ширину отверстия фильтрующего ротора, средний размер частиц твёрдой фазы, переходящих в фугат, содержание твёрдой фазы в исходной суспензии). Данные технологических исследований подтвердили адекватность разработанной модели: величина коэффициентов корреляции по исследованным зависимостям не менее 0,7. Показана возможность применения модели для прогнозирования и количественной оценки уноса твёрдого в фугат при расчёте параметров процесса центробежного фильтрования.

3. Разработана и экспериментально подтверждена модель извлечения в фугат частиц твёрдой фазы суспензии по узким классам крупности, основанная на решении уравнения массопереноса при выбранных граничных условиях. Сходимость результатов, рассчитанных по данной модели, с данными технологических исследований показывает точность в пределах погрешности опробований (не более 3 %).

- влажности осадка от фактора разделения;

- влажности, зольности и выхода осадка от содержания твёрдого в - питании центрифуги;

- извлечения класса крупностью -0,05 мм в фугат от содержания в питании твёрдого и данного класса.

5. Возможность получения кондиционного концентрата путём разделения необо-гащённого шлама в фильтрующей центрифуге доказана в промышленных условиях на ОФ "Нерюнгринская".

6. По результатам опробования центрифуги на фабрике подтверждены, уточнены и дополнены технологические закономерности разделения угольного шлама центробежным фильтрованием, определенные на этапе лабораторных исследований и численного экспериментирования по модели.

7. Определены значения режимных параметров процесса, обеспечивающие получение осадка с кондиционной для концентрата зольностью (10 %), максимально возможным выходом (55-60 %) и минимально возможной влажностью (15-16 %): содержание твёрдого в питании центрифуг — 450-550 кг/м ; содержание класса крупностью -0,05 мм в питании центрифуг— 30-47 %.

8. Выполнено сравнение 3-х технологических схем: проектной, обогащение шлама в фильтрующих центрифугах и обогащение шлама в фильтрующих центрифугах с последующей флотацией фугата. В качестве предпочтительной выбрана схема обогащения шлама с применением фильтрующих центрифуг, характеризующаяся простотой, малооперационностью, относительно невысокими эксплуатационными затратами.

9. Разработана, испытана и внедрена новая технология обогащения угольных шламов с применением фильтрующих центрифуг. Внедрение данной технологии на ОФ "Нерюнгринская" улучшило экологическую обстановку за счет снижения выбросов парниковых газов, исключило применение флотационных реагентов и частично флокулянтов, сократило расход топлива и электроэнергии для сушильных установок и другие эксплуатационные затраты. Производственная себестоимость снижена на 85 млн. руб. в год, а суммарный экономический эффект составляет 100 млн. руб. в год.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Осадчий, Сергей Анатольевич, Москва

1. Техника и технология обогащения углей. Справочное руководство. Под ред. В.А. Чантурия, А.Р. Молявко. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Наука, 1995. - 622 с.

2. Справочник по обогащению углей. Под ред. И.С. Благова, A.M. Коткина, JI.C. Зарубина. Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Недра, 1984. 614 с.

3. Rong, R. Development of improved dense medium and classifying cyclones / R. Rong, T.J. Napier-Munn / XIV International coal preparation congress, Johannesburg, 11-15 March, 2002. Sandton. - 2002. - P. 297-302.

4. Проспект фирмы "Krebs Engineers". — США. www.krebs.com.

5. Проспект фирмы "Dorr-Oliver Eimco". США. www.glv.com.

6. Coal preparation in South Africa. — Pietermaritzburg, 2002. — 298 P.

7. Проспект фирмы "Humboldt Wedag". Германия, www.humboldt-wedag.de.

8. Проспект фирмы "Falcon Concentrators". Канада, www.concentrators.net.

9. Проспект фирмы "Knelson Concentrators International, Inc.". Канада. www.knelson.com.

10. Проспект фирмы "Multotec". ЮАР-Австралия, www.multotec.com.

11. Luttrell, G. H. Operating guidelines for coal spiral circuits // Coal Age. — 2003. -V. 108, №8.-P. 26-29.

12. Антипенко, Л. А. Технологические регламенты обогатительных фабрик Кузнецкого бассейна. Прокопьевск: СибНИИУглеобогащение, 2002. — 427 с.

13. Сазыкин, Г. П. Проектирование и строительство углеобогатительных фабрик нового поколения /Т.П. Сазыкин, Б.А. Синеокий, Л.П. Мышляев/ Изд. 2-е, доп. Новокузнецк: СибГИУ, 2004. - 156 с.

14. Coal Preparation. Ed. By J.W. Leonard. Fourth Edition. New York: The American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers, Inc., 1979.

15. United opens Wellmore No 8 plant // Coal Age. 1978, № 11. - P. 65-68.

16. Drummond, R. Teetered bed separators the Australian experience / R. Drummond, S. Nicol, A. Swanson / XIV International coal preparation congress, Johannesburg, 11-15 March, 2002. - Sandton. - 2002. - P. 353-358.

17. Каминский, В. С. Центробежное обогащение углей и сланцев. — М.: Недра, 1967.-275 с.

18. Корсак, JL Л. Исследование обогащения угольных шламов центрифугированием в водной среде / JI.JI. Корсак, Ю.Ф. Дробышева // Совершенствование методов обогащения твёрдого топлива. — М.: Недра, 1985.-С. 32-39.

19. Аюпова, А. М. Исследование движения жидкости и твёрдых частиц в центробежном поле / A.M. Аюпова, Ю.Ф. Дробышева, JI.JI. Корсак // Интенсификация создания новой техники и технологии в углеобогащении. Научные труды. Люберцы: ИОТТ, 1987. - С. 99-105.

20. Зарубин, Л. С. Обогащение и обезвоживание шлама по способу "Конвертоль". -М.: Углетехиздат, 1956. 23 с.

21. Шлау, А. В. Фильтрующие центрифуги для обогащения угля // А.В Шлау, Л.С. Зарубин, В.А. Трофимов. — М.: Недра, 1965. — 135 с.

22. Keller, К. Neue Moglichkeiten zur Auslegung und optimierung von Zentrifugen-processen mit einer neu entwickelten Labor-Becherzentrifuge // Chemie Ingenieur Technik. 2000. - Jg. 72, № 9. - S. 1009.

23. Ruslim, F. Modified lab-scale beaker centrifuge as a tool for investigation on filter cake washing processes // Aufbereitungs-Technik. 2006. - V. 47, № 11.— P. 20-31.

24. Peuker, U. A. Centrifugal dewatering of hazardous suspensions in the laboratory / U.A. Peuker, W. Stahl // Aufbereitungs-Technik. 2001. - V. 42, № 9.-P. 426-431.

25. Siborsky, M. Centrifugal deliquoring of mineral materials with variable particle size distribution / M. Siborsky, H. Anlauf // Aufbereitungs-Technik. -2000.-V. 41, № 11.-P. 506-513.

26. A.C. СССР 632397, МКИ B04B 5/02. Лабораторная фильтрующая центрифуга. Шлау А.В. и др. Заявл. 28.03.77, № 2467138/23-13; опубл. 15.11.78, Б.И. №42.

27. Шлау, А. В. Исследование и создание фильтрующих центрифуг для обезвоживания угля: Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук. — Люберцы, 1980. — 331 с.

28. Кусакина, С. А. Совершенствование методов расчёта и конструкций проточных частей лопастных фильтрующих центрифуг для разделения сточных вод животноводческих комплексов: Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. — Пенза, 1998.

29. Sambuichi, M. Theory of batchwise centrifugal filtration / M. Sambuichi, F.M. Tiller // AIChE Journal. 1987. - V.33, № 1. - P. 109-120.

30. Sambuichi, M. Comparison of batchwise centrifugal and constant-pressure filtration / M. Sambuichi, H. Nakakura, K. Osasa // Journal of chemical engineering of Japan. 1988. - V.21, № 4. - P. 418-423.

31. Файнерман, И. А. Исследование напряжённо-деформированного состояния роторов фильтрующих центрифуг и метод их расчёта: Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. — М., 1971.

32. Шарипов, А. Г. Повышение эффективности процесса разделения соевой суспензии путём обоснования параметров и режимов работы фильтрующей центрифуги: Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Курган, 2005.

33. Шкоропад, Д. Е. Центрифуги и сепараторы для химических производств / Д.Е. Шкоропад, О.П. Новиков. М.: Химия, 1987. - 256 с.

34. Домбэ, А. И. Исследование фильтрующих шнековых центрифуг для химической промышленности: Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. — М., 1972. — 16 с.

35. Вертола, JI. Т. Исследование фильтрующих шнековых центрифуг для обезвоживания мелкого угля: Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. М., 1971. — 154 с.

36. Vergleich der Systeme "Voreilenge Schnecke/Nacheilende Schnecke" bei Siebschneken-Zentrifugen // Aufbereitungs-Technik. 1993. - V. 34, № 2. - P.78.

37. Шкоропад, Д. E. Центрифуги для химических производств. — М.: Машиностроение, 1975. -248 с.

38. Соколов, В. И. Современные промышленные центрифуги. Изд. 2-е, перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1967. — 523 с.

39. Конструкции и расчёты фильтрующих центрифуг. — М.: Недра, 1976. — 216 с.

40. Мошинский, А. И. Некоторые модели процесса отжима осадка в фильтрующей центрифуге // Химическое и нефтегазовое машиностроение. — 1985.-Т. 19, № 1.-С. 74-79.

41. Брук, О. Л. Фильтрование угольных суспензий. — М.: Недра, 1978. 271 с.

42. Гольдберг, Ю. С. и др. Процессы и оборудование для обезвоживания руд. -М.: Недра, 1977.- 168 с.

43. Толубинский, Е. В. Теория процессов переноса. — К.: Наукова думка, 1969.-260 с.

44. Пожидаев, В. Ф. Статистическое описание распределений смеси зёрен // Горный журнал. Свердловск: Изд-во ВУЗов, 1974, № 8. - С. 150-153.

45. Пожидаев, В. Ф. Моделирование процессов углеобогащения с помощью уравнения случайного блуждания / В.Ф. Пожидаев, И.А. Савенко // Вюник СхщноукраТньского державного ушверситету. — Луганьск: Видавництво СУДУ. 1999, № 3 (18). - С. 182-187.

46. Гарус, В. К. Формализация результатов разделительных процессов в углеобогащении / В. К. Гарус, О. В. Грачев, В. Ф. Пожидаев, А. Д. Полулях. — Луганск: ВНУ им. В. Даля, 2003. 231 с.

47. Тихонов, О. Н. Автоматизация производственных процессов на обогатительных фабриках. М.: Недра, 1985. - 272 с.

48. Пожидаев, В. Ф. Прикладные задачи математической статистики. — Луганск: Изд-во Восточноукраинского государственного университета, 1998. -156 с.

Информация о работе

Осадчий, Сергей Анатольевич
кандидата технических наук
Москва, 2009
ВАК 25.00.13

Диссертация

Разработка технологии обогащения шламов коксующихся углей с применением фильтрующих центрифуг - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы