Анализ современного состояния техники и технологии обогащения коксующихся углей

метки: Обогащение, Способ, Уголь, Технология, Пирит, Элемент, Сульфидный, Железа

Несмотря на интенсивные поиски альтернативных источников энергии, продолжающиеся в последнее десятилетие, уголь является одним из основных источников получения тепловой и электрической энергии. Кроме того, уголь — это и технологическое сырье для энергетической, металлургической, химической и других важнейших отраслей народного хозяйства.

В условиях непрерывного роста технического уровня угольной промышленности, механизации основных и вспомогательных процессов при добыче углей и ухудшении качества добываемой горной массы обогащение является обязательной стадией в производстве топлива, удовлетворяющего по своему качеству требованиям потребителей.

Особое значение приобретает углеобогащение в связи с развитием рыночных отношений, когда получают непосредственное экономическое выражение не только потребительская ценность угольных концентратов, но и полнота извлечения полезных компонентов в товарные продукты при минимальных материальных издержках на их получение.

Возросшее засорение добываемых углей породными фракциями обусловливает необходимость увеличения объема обогащения путем строительства новых фабрик, повышения мощности и технического перевооружения действующих предприятий и применения прогрессивных процессов, высокопроизводительных и эффективных аппаратов, позволяющих сократить потери горючей массы в отходах производства.

Благодаря использованию современных достижений при разработке новых и совершествованию существующих процессов и оборудования темпы роста углеобогащения возрастали, а качество готовых продуктов постоянно улучшалось. Этому также способствовало применение новых прогрессивных методов обогащения: тяжелые среды — 41,2, отсадка 33, 6, флотация — 12,0%; освоены технология и оборудование для обогащения разубоженных углей, отвальных горных пород, предварительной породовыборки, обогащения шламов. Разработаны проекты этих установок в стационарном и модульном исполнении.

Научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими институтами с учетом опыта действующего производства разработаны и освоены новые прогрессивные схемы обогащения и режимы технологических процессов. Создано и внедрено в производство оборудование, применяемое для основных и вспомогательных процессов углеобогащения.

Достигнутый технический прогресс отечественного углеобогащения отве¬чает современному уровню мировой практики и тенденциям дальнейшего развития. Новое оборудование для углеобогатительных фабрик в ряде случаев не имеет аналогов в мировой практике или превышает их технологический уровень. К таким разработкам относят грохота инерционные типа ГИСЛ, конусные вращающие ГСК с самоочищающейся рабочей поверхностью, тяжелосредные сепараторы СТК, отсадочные машины МО, флотационные машины ФМ-16, тяжелосредные трехпродуктовые циклоны ГТ—750/630, сепараторы крутонаклонные типа КНС, камерный фильтр-пресс ФОВ-600-14-01, центробежные диспергаторы ЦДФ, сушильные установки со взвешенным слоем СВС, сгустители со взвешенным слоем СВГ, новое поколение приборов контроля качества углей и продуктов обогащения, комплексы для брике-тирования углей типа АБВК и др. Все образцы углеобогатительного оборудования производятся на машиностроительных заводах России. [8]

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ/РАБОТА Тема работы Обогащение углей обогатительной ...

... процессы: обогащение в тяжелых средах (жидкостях и суспензиях); отсадка; обогащение в струе воды, текущей по наклонной плоскости (концентрационные столы); обогащение в центробежном поле; противоточная сепарация и др. Рисунок 1 – Классификация методов и процессов обогащения углей. ... ископаемых. В углеобогащении распространен метод пенной флотации, когда гидрофобная частица угля, прилипая к вводимым в ...

2.Анализ вещественного состава

минерального сырья

В угольной толще наибольшее влияние на формирование техногенно-геохимических обстановок оказывают элементы с высокими концентрациями. В углях и вмещающих породах отмечены следующие элементы, содержание которых превышает 1%: углерод, водород, кислород, азот — связанные в основном с органическим веществом; кремний, алюминий, железо, кальций, магний, калий, натрий — составляющие, главным образом, минеральную часть, и сера, занимающая промежуточное положение. В углях установлено более 50 малых элементов, причем 12 из них имеют концентрации в 10-1000 раз превышающих фоновые . [27,28] Из перечисленных элементов наибольшую роль в техногенном преобразовании геологической среды играет сера.

Сера. Содержание серы в угольном веществе достигает 20%, среднее для месторождений территории бывшего СССР составляет 1.5%, что в 50 раз выше ее кларка в земной коре и в 10 раз больше среднего содержания в осадочных породах. В бассейнах Европейской части среднее содержание серы составляет 3.8%, Сибири — 2.7%, Казахстана — 2.0%, Приморья — 0.4%. Сера находится в сульфидной, органической, сульфатной и элементарной формах.

На долю сульфидной серы приходится около половины валового ее содержания. Наиболее распространены в углях сульфиды железа — пирит, реже марказит и тонкодисперсная метаколлоидная разновидность этих минералов — мельниковит. Содержание сульфидов в углях составляет 0.02-6.5% [29].

Происхождение сульфидной серы связывают с деятельностью сульфатвосстанавливающих бактерий [29, 30]. Щелочная среда способствует переработке сульфат-иона в сероводород и образованию пирита. Кислая среда тормозит деятельность бактерий. Сульфатвосстанавливающие бактерии используют сапрофитные организмы.

Сульфидная сера преобладает в высокосернистых углях. Сульфиды железа в ископаемых углях отмечены в форме фрамбоидов, бесформенных выделений и псевдоморфоз по растительным остаткам. Фрамбоиды — это сферические тела диаметром 0.5-1.5 мк, которые образуются в результате воздействия на коацерваты, состоящие из: Fe(OH) ₂

Бесформенные выделения пирита образуются за счет той же реакции с Fe(OH) ₂ . Кристаллы пирита и марказита рассеяны в угольном веществе (вкрапленная структура), иногда образуют сферические конкреции (марказит) или псевдоморфозы по растительным остаткам. Реже в пластах угля отмечаются пиритовые прожилки. Среди сульфидов встречаются сфалерит, галенит, халькопирит, пирротин [31].

Органическая сера входит в состав меркаптановых, тиофановых и дисульфидных групп. Валовое ее содержание составляет 1.1-1.6%. Различают две формы органической серы: первичная и вторичная.

Содержание первичной серы равняется 0.3-0.7%, вторичной — пропорционально сульфидной сере [29,30]. Первичная органическая сера попадает в осадок с растительным материалом на стадии седиментации и находится в составе тиогуминовой кислоты, тиокетонов [32].

Сера вторичная неконституционная входит в состав тетрафинил-теофена по схеме:

Согласно данным А.З. Юровского [30], тетрафинил-тиофен устойчив к окислению.

Сульфатная сера находится в большинстве случаев в форме гипса, реже барита. Содержание ее в неокисленных углях 0.1-0.5%. В окисленных углях содержание сульфатной серы увеличивается и появляются новые формы: ярозит, сульфаты железа, алюминия.

Элементарная сера установлена в отдельных месторождениях, например, в Донбассе и Кузбассе содержание ее равно 0.03-0.2% [33].

Образование ее связано с деятельностью анаэробных бактерий [29]:

Сера в породах угленосной формации изучена недостаточно, имеются сведения только по отдельных бассейнам [26].

Таблица 1

Валовое содержание серы и органического вещества в породах Воркутинского бассейна [24,25]

Порода	Сера общая, %	Сера орг., %
Песчаники	0.13	0.28
Алевролиты	0.35	0.78
Аргиллиты	0.27	1.69

Среднее содержание серы в песчаниках Канско-Ачинского бассейна составляет 0.04%, аргиллитах 0.13% . На некоторых месторождениях в горизонтах песчаников содержание пирита достигает 10%.

Элементы органической части

Алюминий. Содержание глинозема в сухом угле достигает 0.5-10%. Большая часть его связана с глинистыми минералами, среди которых типоморфным является каолинит. Парагенезис этого минерала обоснован большим фактическим материалом по многим бассейнам. Среди других минералов известны иллит, галлуазит, нонтронит, монтмориллонит. На отдельным месторождениях встречены гиббсит, диаспор, меллит, давсонит и другие минералы. В зонах окисления углей встречаются калиевые квасцы, алуноген.

Кремний, содержание которого в углях достигает 1.6-12, входит в основном, в состав кварца и его разновидностей. В меньшей степени кремнезем концентрируется в виде глинистых минералов.

Железо содержится в углях в количестве 0.6-3.8% при среднем значении 1.5%. Оно играет значительную роль в окислительно- восстановительных процессах, влияет на миграцию ряда элементов, является катализатором процессов преобразования органических веществ. Основная форма нахождения — пирит, реже марказит, сидерит, органические соединения. Пирит, как правило, приурочен к бассейнам с высокосернистыми углями, сидерит — к низко- и среднесернистым. В зонах окисления углей типичным железосодержащим минералом является ярозит, встречаются и другие сульфаты, окислы и гидроокислы железа.

Кальций, магний. Содержания кальция в углях составляет 0.2-3.8%, магния — 0.12-0.6%. В состав углей эти элементы входят в виде карбонатов — кальцита, доломита, анкерита, магнезита, которые имеют, как правило, вторичное происхождение. Сульфаты (гипс) встречаются реже. В бурых углях и в зонах вторичного окисления углей кальций содержится в виде гуматов.

Натрий и калий. Содержание этих элементов в углях равно соответственно 0.1-0.9% и 0.04-3.0%. Калий в основном связан с алюмосиликатами. В зонах окисления углей образуются калиевые квасцы, алуноген, ярозит. Натрий присутствует в минеральной и органической частях углей, причем на некоторых месторождениях отмечается содержание натрия до 15%. Минерализация вод на таких месторождениях достигает 10 г/л. Натрий органической части углей находится в сорбированном состоянии в водорастворимых формах в виде галита, мирабилита [34, 31].

Рассмотренные минеральные компоненты неравномерно распределены в угольных пластах. А.З. Юровским [35] выделено четыре группы минеральных примесей по характеру сочетания органических и неорганических составляющих углей: 1) тонкая нелокализированная минеральная примесь (глинистые минералы, кварц, пирит); 2) мелкие включения в форме зерен и сростков, рассеянные в угольной массе (пирит, кальцит, доломит); 3) минеральные включения, приуроченные к пластам напластования (глинистые минералы, кварц, пирит); 4) минеральные вещества, заполняющие трещины (пирит, кальцит).

[26]

3.Области применения коксующегося угля

На уголь приходится около 35% мирового потребления энергоресурсов. В 2007 г. в России около 28% добытых углей использовалось в энергетических целях, 22,8 — для производства кокса, 25,6 — в других отраслях промышленности, 23,8% — для бытовых нужд.

Коксующиеся угли— каменные угли средних стадий углефикации, из которых в условиях промышленного коксования в смесях (шихтах) с другими углями или без смешивания получают кусковой кокс определенной крупности и прочности.

Коксующиеся угли, в отличие от других каменных углей, при нагревании без доступа воздуха переходят в пластическое состояние и спекаются. Коксующиеся угли характеризуются в необогащённом виде или в концентратах зольностью менее 10% и низким содержанием S (менее 3,5%), выход летучих веществ (V ^daf ) 15-37%. По способности к коксообразованию коксующиеся угли подразделяются на 5 категорий — коксовые, жирные, отощённые коксовые, газовые и слабоспекающиеся. В CCCP отнесение углей к группе коксующихся углей прежде всего базируется на их пригодности для производства кондиционного доменного кокса.[11]

Таблица 2

Направление использования углей различных технологических марок, групп и подгрупп . [7]