Прогнозируемое увеличение доли угля в мировом топливном балансе электроэнергетики к 2030 г. составит 44 %, что позволяет считать уголь важнейшим электроэнергетическим потенциалом планеты [12]. В недрах России сосредоточена треть мировых ресурсов угля и пятая часть разведанных запасов – 193,3 млрд т. Данное обстоятельство свидетельствует о том, что наша страна является одним из мировых лидеров по производству угля [10]. По объемам угледобычи Россия занимает пятое место в мире после Китая, США, Индии и Австралии. В последние годы Россия вышла на уровень добычи свыше 300 млн т в год [3].
Увеличение объемов добычи угля, запланированное в утвержденной правительством Российской Федерации «Долгосрочной программе развития угольной отрасли на период до 2030 г.», приводит к ухудшению качества добываемых углей, поскольку в переработку вовлекаются высокозольные, высокосернистые и низкометаморфизованные угли. Это приводит к тому, что добываемый уголь во многих случаях не отвечает требованиям потребителей по основным качественным показателям: зольности, влажности, теплотворной способности и спекающим свойствам.
Одним из основных направлений улучшения качества угольного сырья является развитие обогащения. Повышение эффективности обогатительного производства полезных ископаемых требует разработки и внедрения новых технологических процессов и оборудования, обеспечивающих получение высоких технико-экономических показателей в условиях снижения качества исходного сырья. Совершенствование технологических процессов должно быть направлено на сокращение энергозатрат и материалов на производство концентратов, устранение вредного влияния обогатительного производства на окружающую среду и получение высококачественных угольных концентратов, востребованных как на внутреннем, так и на внешнем рынках.
В настоящее время на углеобогатительных фабриках в основном применяются гравитационные и флотационные методы обогащения. Современная практика обогащения коксующихся углей сводится в основном к использованию для переработки углей трудной и очень трудной обогатимости тяжелых сред и для углей легкой и средней обогатимости – отсадочных машин.
Для обогащения углей с нижним пределом крупности 0,5 мм, в ряде случаев – 0,1 мм применяются тяжелосредные гидроциклоны. Достоинствами этой технологии являются: эффективное обогащение углей трудной обогатимости, высокая точность разделения и высокая точность регулирования плотности разделения. Однако высокие эксплуатационные затраты и необходимость регенерации магнетитовой суспензии являются существенными недостатками обогащения в тяжелосредных гидроциклонах.
Спиральные сепараторы производят разделение по средней и высокой плотности разделения, поэтому их применяют для обогащения энергетических углей любой обогатимости и коксующихся углей легкой обогатимости. Для обогащения коксующихся углей трудной обогатимости применение спиральных сепараторов менее эффективно, поскольку качество концентрата существенно ухудшается вследствие засорения фракциями промежуточной плотности. Использование спиральных сепараторов позволяет значительно снизить нагрузку на флотационные отделения фабрик по твердому, повысить нижний предел крупности мелкого машинного класса, обогащаемого в тяжелосредных гидроциклонах, с 0,5 до 1 мм и тем самым существенно снизить потери магнетита с продуктами обогащения. Но вместе с тем уменьшается средняя крупность частиц, поступающих на флотацию. Недостатками спиральных сепараторов являются: ограниченный диапазон плотности разделения 1550–2000 кг/м3, низкая эффективность обогащения частиц крупностью менее 0,15 мм и относительно невысокая удельная производительность на единицу занимаемой площади по питанию. Помимо этого, при наличии в питании флотации глины критически ухудшаются показатели флотации, увеличивается расход флотореагентов и, соответственно, увеличивается себестоимость процесса.
Достоинствами использования сепараторов с качающейся постелью, или гидросайзеров, применяемых для крупности угля 0,08–3 мм, является возможность обогащения углей по низкой плотности разделения менее 1500 кг/м3, а также простота устройства, возможность автоматического регулирования плотности разделения и относительно высокая удельная производительность. Однако обогащение углей трудной обогатимости в этих сепараторах характеризуется низкой эффективностью. К недостаткам этих сепараторов стоит также отнести потребность в чистой оборотной воде и узкий класс крупности частиц.
В практике обогащения всех типов энергетических углей и коксующихся углей легкой и средней обогатимости широкое распространение получили отсадочные машины, благодаря своей универсальности, простоте технологии, высокой производительности и относительно низкой энергоемкости процесса. Однако использование отсадки для обогащения тонких шламов неэффективно [9].
Методы обогащения в тяжелосредных гидроциклонах и отсадочных машинах ограничены нижней крупностью материала 0,15 мм. Методы с использованием спиральных сепараторов, водных циклонов и центрифуг ограничены нижней крупностью 0,03 мм. Для обогащения ультратонкого шлама крупностью менее 0,03 мм в настоящее время используют флотационные методы. Флотация позволяет выделить ценный компонент в виде флотоконцентрата с низкой зольностью из мелкого угольного шлама, образующегося в процессах гравитационного обогащения и промывки углей. Флотационное разделение основано на различии в удельных свободных поверхностных энергиях минералов. Несмотря на то, что уголь относится к минералам с высокой естественной гидрофобностью, его эффективная флотация может быть достигнута только с применением флотационных реагентов (собирателей, пенообразователей, реагентов-модификаторов, комплексных флотореагентов).
В России в настоящее время в качестве флотореагентов используют полупродукты нефтепереработки и отходы нефтехимии. В большинстве случаев в качестве собирателей при флотации углей в странах СНГ используются аполярные реагенты: керосин, дизельное топливо, топливо ТС-1, термогазойль и др. В качестве пенообразователей – гетерополярные: КОБС (кубовые остатки производства бутилового спирта), КЭТГОЛ (кубовые остатки от производства 2-этилгексанола), Т-80 (полупродукт, образующийся при получении 1,3-диоксана), ВПП (полупродукт, образующийся при производстве 4,4-диметил-1,3-диоксана).
Важным направлением в развитии флотационного обогащения углей является разработка комплексных флотореагентов. Так, на некоторых фабриках Кузбасса применяется комплексный реагент собиратель КРС – смесь регенерированных нефтепродуктов (минеральных масел) с добавлением или без добавления керосиногазойлевых фракций переработки нефти, активирующих добавок для увеличения флотационной способности (масло Х) и присадок для понижения температуры замерзания.
Помимо этого, ООО «Минерал» (Группа компаний «Маррико») внедряет новые флотореагенты UnicolTM марок «С» и «F» на спиртовой основе, которые флотируют все известные виды углей: газовые, жирные, коксовые, тощие, а также антрациты, ? образуют стабильную пену, которая хорошо обезвоживается. Причем флотореагент UnicolTM марки «С» обладает собирательными свойствами, а флотореагент марки «F» ? пенооборазующими свойствами. Эти флотореагенты смешиваются между собой в любых соотношениях и могут применяться как совместно, так и отдельно, в зависимости от конкретных условий. При совместном использовании флотореагентов UnicolTM марок «С» и «F» достигается выраженный синергетический эффект. Эти реагенты образуют стабильную пену, которая хорошо обезвоживается. Флотореагенты UnicolTM действуют селективно во всем спектре размеров частиц в пульпе [4].
Существенно повысить селективность флотационного процесса позволяет применение реагентов-модификаторов, в качестве которых используются соединения как органического, так и неорганического происхождения, позволяющиЕ увеличить различие в гидратированности поверхности угля и минерализованных компонентов угольного вещества [1, 8, 11].
Использование в качестве модифицирующих добавок неорганических серосодержащих солей позволяет не только улучшить качественно-количественные показатели флотации, но и повысить извлечение серы в отходы флотации. Последнее обусловлено повышением гидратированности поверхности пиритсодержащих примесей за счет образования водородных связей между координированными молекулами воды гидроксоаквакомплексов катионов данных солей и молекулами воды жидкой фазы пульпы, что обеспечивает депрессию серосодержащих примесей [6].
Целесообразно также использование в качестве реагентов-модификаторов соединений органического происхождения. Флотационные исследования с использованием сложных эфиров линейного строения свидетельствуют о повышении селективности процесса, особенно при наличии изомерии в структуре вещества. Данное обстоятельство создает возможность специфического закрепления этих соединений на угольной поверхности [2, 5, 7].
Таким образом, одной из важнейших проблем углепереработки в настоящее время является повышение качества угольных концентратов, которое возможно только при условии интенсификации процесса обогащения. Анализ различных методов обогащения углей показал, что наиболее перспективными являются флотационные и гравитационные методы, однако применение последних ограничено нижней крупностью материала 0,03 мм. Единственным эффективным методом обогащения ультратонких шламов крупностью менее 0,03 мм в настоящее время является флотация. Совершенствование флотационного процесса возможно за счет разработки селективных реагентных режимов, позволяющих повысить технико-экономические показатели процесса и улучшить качество угольных концентратов.
Библиографическая ссылка
Гришин И.А., Князбаев Ж.С. К ПРОБЛЕМЕ ВЫБОРА МЕТОДА ОБОГАЩЕНИЯ ДЛЯ УГЛЕЙ РАЗЛИЧНОЙ СТАДИИ МЕТАМОРФИЗМА // Успехи современного естествознания. – 2016. – № 1. – С. 107-110;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35751 (дата обращения: 20.04.2024).