способ обогащения угольных шламов

Формула изобретения

Способ обогащения угольных шламов, включающий пульпирование исходного сырья с последующим отделением зернистой угольной части от породной составляющей гидроклассификацией в вертикальном гидроклассификаторе гравитационного типа, в котором отделение зернистой угольной части от породной составляющей осуществляется за счет разницы в крупности зерен и по плотности среды в восходящем потоке воды, выносящем взвешенную породную часть, и улавливание породной составляющей в сгустителе, отличающийся тем, что породную составляющую улавливают в сгустителе с помощью полифункционального материала, выполняющего роль фильтрующего, коагулирующего, флокулирующего, сорбирующего, дренажного и водоотталкивающего слоев, который после сгущения подвергают регенерации с высвобождением породной части, причем прошедшую через дренажный слой воду возвращают на отмывку угля в гидроклассификатор, завершая оборотный цикл, а обогащенную зернистую угольную часть, полученную на гидроклассификаторе, подвергают обезвоживанию на центрифуге с отделением фугата в бак-хранилище оборотной воды и выделением угольного концентрата, смешиваемого со связующим в смесителе и направляемого на гранулирование с последующей сушкой.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано на углеобогатительных фабриках в качестве эффективного способа для получения угольного концентрата из угольных шламов.

Существует огромное количество способов обогащения углей. Все они, как правило, включают использование дорогостоящих флотореагентов, безвозвратно теряемых с флокулированными осадками.

Среди известных способов извлечения полезных ископаемых широкое применение находят гидросайзеры и сгустители [1]. Недостатком способов с применением этих аппаратов является безвозвратная потеря используемых флотореагентов с флокулированными осадками.

Известен способ регенерации воды и угля из углесодержащего сгущенного продукта [2], включающий получение смеси из суспензии предварительно обогащенного угля и лиофобной жидкости, в результате чего получается агломерированная смесь, которая разделяется в сепараторе на угольный концентрат и неугольную суспензию. Неугольная суспензия далее флокулируется в сгустителе для осаждения и выгружается вместе с флокулянтом в отвал, а отделившаяся от флокулированных осадков вода возвращается для отмывки угля.

Недостатки аналога:

- способ включает стадии, в которых используются различные флокулянты, как правило, дорогостоящие или труднодоступные;

- все использованные флокулянты безвозвратно теряются в процессе обогащения углей.

Отмеченные недостатки не только усложняют процесс, но и повышают себестоимость обогащения угля из углесодержащего сгущенного продукта.

В качестве прототипа выбран способ обогащения угольных шламов, включающий пульпирование исходного сырья с последующим отделением зернистой угольной части от породной составляющей гидроклассификацией в вертикальном гидроклассификаторе гравитационного типа, в котором отделение зернистой угольной части от породной составляющей осуществляется за счет разницы в крупности зерен и по плотности среды в восходящем потоке воды, выносящем взвешенную породную часть, и улавливание породной составляющей в сгустителе [3].

Недостатки прототипа:

- все использованные флокулянты безвозвратно теряются в процессе обогащения углей,

- используемые флокулянты, хорошо поглощающие воду, имеют высокую степень набухаемости, но не способны дренировать воду через свой слой, и поэтому о них можно говорить только, как о хорошо поглощающих угольно-глинистую суспензию, но не способных отделять воду от взвешенных веществ и дренировать воду через свой слой.

В качестве полифункционального высокомолекулярного материала выбраны гидрогели свободных гуминовых кислот [4], используемые для очистки сточных вод в атомной промышленности.

Целью изобретения является повышение эффективности извлечения горючей массы в концентрат из угольных шламов углеобогатительных фабрик за счет применения гидроклассификатора гравитационного типа с последующим осветлением отделившейся суспензии в сгустителе с помощью легко регенерируемого полифункционального высокомолекулярного материала - при одновременном отказе от дорогостоящих реагентов.

Поставленная цель достигается тем, что угольные шламы из гидроотвала обогатительной фабрики пропускают через гидроклассификатор гравитационного типа, в котором отделение минеральной составляющей от зернистой угольной части происходит как за счет крупности зерен, так и по плотности среды. Абсолютные значения плотностей концентрата и отделяемой породы не имеют существенного значения; главное, чтобы разница в плотностях двух продуктов обеспечивала возможность формирования взвешенного слоя с нужной плотностью разделения.

В результате противотока воды и угольной массы зернистая часть угля оседает на дно гидроклассификатора, а взвешенная тонкодисперсная часть, преимущественно минерального состава, перетекает в следующий аппарат (сгуститель) - для взаимодействия с полифункциональным высокомолекулярным материалом.

Предлагаемый способ поясняется схемой. На чертеже показана принципиальная технологическая схема обогащения угольных шламов углеобогатительной фабрики. Способ реализуется следующим образом.

Водоугольная суспензия приготавливается в баке-смесителе 1 в соотношении Тв:Ж=40:60 и далее подается с помощью топливного насоса 2 в верхнюю часть гидроклассификатора 7. Оптимальное содержание твердой фазы в баке-смесителе поддерживается за счет добавления оборотной воды или сгущенного угольного шлама.

Гидроклассификатор 7 представляет собой аппарат с принудительной подачей оборотной воды, состоящий из цилиндрической камеры для протока воды. Восходящий поток оборотной воды подается под постоянным давлением топливным насосом 4 из бака-хранилища 3, создавая взвешенный слой в гидроклассификаторе 7.

По мере попадания твердых частиц в восходящий поток воды в гидроклассификаторе 7 происходит их разделение. Более крупные (тяжелые) частицы концентрируются в нижней части аппарата, а тонкодисперсные (легкие) частицы - в верхней части. Вновь поступающие порции исходного материала вытесняют мелкую и легкую фракции через слив гидроклассификатора 7 в аппарат для сбора взвесей - сгуститель 9. Дополнительно предусмотрен второй сгуститель 11 с насосами для перекачки воды 10 и 12. Сгустители 9 и 11 соединены со сборником для регенерации поглотителя взвесей 13.

Плотность взвешенного слоя поддерживается регулируемым сбросом через разгрузочные патрубки в верхней части гидроклассификатора 7. Крупные частицы удаляются через разгрузочную арматуру в нижней части гидроклассификатора 7. Эффективность обогащения угольных шламов обеспечивается равномерным распределением восходящего потока воды при постоянной скорости и давлении, а также контролем наполнения твердого во взвешенном слое.

Обогащенная зернистая угольная часть подвергается обезвоживанию на центрифуге 8, из которой фугат поступает в сборник 6 и далее насосом 5 подается в бак-хранилище оборотной воды 3. Угольный концентрат подвергается гранулированию в грануляторе 16. Предварительно концентрат смешивается со связующим из сборника 14 в смесителе 15. Гранулированный концентрат поступает через сушилку 17 в сборник гранулята 18. Полученный гранулят можно транспортировать на любые расстояния. В результате проведенного процесса угольные шламы гидроотвалов, содержащие ценные марки зернистых коксующихся углей, отделяются от минеральной составляющей до зольности, допустимой современными технологическими нормативами.

Выходящую из гидроклассификатора угольно-глинистую суспензию подают в ламинарном режиме в нижнюю часть сгустителя под слой полифункционального материала. Поскольку концентрация угольно-глинистых дисперсий при поступлении в придонную часть сгустителя не высокая, полифункциональный материал не позволяет всплывать взвешенным частицам наверх, выполняя роль, как бы паутины. В результате таких взаимодействий породная составляющая отделяется от воды и остается в придонном слое или в объеме полифункционального материала, а вода дренируется через слой полифункционального материала наверх к сливу (выпуск справа).

Для усиления механической прочности каркаса коллоидных агрегатов гуминовых кислот, проводят модифицирование гуминовых кислот. В качестве модифицирующих агентов выбирают метакриловую кислоту и диметакриловый эфир диэтиленгликоля. Эти вещества в водной среде в присутствии инициатора - перекиси водорода - вступают во взаимодействие между собой с образованием сополимера по схеме.

Сополимер метакриловой кислоты со «связками» эфирного типа химически стоек в кислых средах. После прибавления модифицирующих агентов к гидрогелям гуминовых кислот смесь оставляют на сутки при комнатной температуре, после чего снимают ИК-спектры модифицированных гуминовых кислот. Метакриловую кислоту добавляют в количестве 1% от массы гуминовых кислот, а количество «связки» - диметакрилового эфира диэтиленгликоля добавляют в количестве 10% от массы метакриловой кислоты. Реакцию инициируют 20%-ной перекисью водорода (1 мл на 1 л раствора гуминовых кислот). Концентрация гуминовых кислот в воде составляет 30%.

В присутствии коллоидных агрегатов гуминовых кислот происходит взаимодействие с модификатором за счет образования водородных и других связей, о чем свидетельствует изменение ИК-спектров гуминовых кислот после модифицирования (1 - до модификации; 2 - после модификации). В результате таких взаимодействий происходит дополнительное усиление структурных связей между отдельными звеньями структурной сетки, приводящее к стабильности каркаса и усилению флокулирующих и коагулирующих свойств полифункционального материала. Полифункциональный материал подвергают регенерации, переводя его в щелочную форму с помощью 5% раствора гидроокиси натрия. В отличие от свободных гуминовых кислот, гуматы натрия хорошо растворимы в воде. Раствор гуматов натрия и породный осадок разделяют с помощью осадительно-фильтрующей центрифуги. Гуматы натрия снова переводят в свободные гуминовые кислоты добавлением 10%-го раствора серной кислоты до рН 1-2, а породный осадок анализируют на предмет извлечения ценных металлов. Поскольку концентрация модификатора не превышает 1% от массы гуминовых кислот, переход в щелочную форму не вызывает трудностей.

Пример обогащения угольных шламов.

200 мл угольной суспензии, приготовленной из угольных шламов (угольный шлам из гидроотвала обогатительной фабрики) в соотношении Тв:Ж=40:60, пропускают через гидроклассификатор при скорости подачи 10 мл/мин. Дисперсность суспензии составляет 0-800 мкм. Зольность твердой фазы исходной суспензии составляет A^d=32,12%. В пересчете на твердую составляющую через гидроклассификатор пропускают 80,0 г угольных шламов. Выгружают из гидроклассификатора 48,3 г (высушенного концентрата) с зольностью А^d=9,6%. Степень возврата ранее не востребованного из гидроотвала концентрата в пересчете на органическую массу угля составляет =80,4%.

При пропускании 200 мл угольной суспензии через гидроклассификатор (сверху вниз) навстречу ей (снизу вверх) пропускают 600 мл свежей воды. Общий объем угольно-глинистой суспензии, поступающей из гидроклассификатора в сгуститель, составляет 800 мл (за один цикл). Выход сухой угольно-глинистой дисперсии, выделенной из сгустителя, составляет 15,6% от количества поступившего угля в гидроклассификатор (за один цикл). Общий объем сгустителя составляет 3000 мл. До начала поступления угольно-глинистой суспензии из гидроклассификатора в сгуститель загружают 1000 мл 30%-го раствора гидрогелей гуминовых кислот, прибавляют к ним метакриловую кислоту в количестве 1% от массы гуминовых кислот, а количество «связки» - диметакрилового эфира диэтиленгликоля добавляют в количестве 10% от массы метакриловой кислоты. Реакцию инициируют 20%-ной перекисью водорода (1 мл на 1000 мл раствора гуминовых кислот). После прибавления модифицирующих агентов к гидрогелям гуминовых кислот смесь оставляют на сутки при комнатной температуре, после чего включают гидросайзер и проводят отмывку угольной пульпы.

Общий объем угольно-глинистой суспензии, пропускаемой через сгуститель, составляет 8000 мл (10 циклов), плюс дополнительно пропускают 2000 мл воды на промывку гидросайзера после загрузки последней порции угольной пульпы. После этого гидросайзер останавливают для уплотнения осадка в сгустителе, а также для выгрузки угольного концентрата из гидросайзера. В зависимости от объема осадка в сгустителе проводят или регенерацию осадка, или продолжают отмывку новых порций угля.

Источники информации:

1. Патент США № 6341697, B03D 001/01; B03D 001/02, 29.01.2002.

2. Патент США № 1507601, B03D 3/06, 19.04.1978.

3. Фоменко Т.Г. и др. "Технология обогащения углей", Справочное пособие. - М.: Недра, 1985, с.244, рис.84.

4. Ж.К. Каирбеков Ж.Т. Ешова, К.А. Жубанов и др. Гуминовые кислоты из угля месторождения «Киякты». / Состояние и перспективные направления развития углехимии. // Материалы научно-практической конференции. Караганда. - 2004. - С.126-128.