Разработка и обоснование гравитационного метода глубокого обогащения мелких классов антрацитов в безнапорных криволинейных потоках тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.08, кандидат технических наук Молчанов, Андрей Анатольевич

• Молчанов, Андрей Анатольевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Молчанов, Андрей Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВАУГЛЕПРОДУКТОВ

С ВЫСОКИМИ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИМИ СВОЙСТВАМИ.

1.1. Основные тенденции углепереработки и пути ее развития.

1.2. Сера как дополнительный фактор снижения качества углей и продуктов их обогащения.

1.3. Оценка возможностей эффективного использования различных методов обогащения мелких классов углей.

1.4. Выводы.

2. ИССЛЕДОВАНИЯ ГРАВИТАЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ПО ПЛОТНОСТИ УЗКИХ МЕЛКИХ КЛАСС0Д;А1ВДА1 ЩТОВ.

2.1. Выбор и характеристика объекта исследований,V.

2.2. Экспериментальные лабораторные исследования с использованием методов разделения по плотности и крупности и построением кривых обогатимости.

2.3. Методы оценки результатов обогащения и эффективности работы обогатительных машин и аппаратов.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ГРАВИТАЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ СМЕСЕЙ ПРИ ИХ ДВИЖЕНИИ ПО НАКЛОННЫМ ПОВЕРХНОСТЯМ.

3.1. Характеристики движения твердых тел по наклонной спиральной винтовой) поверхности.

3.2.Закономерности перемещения минеральных частиц в открытых безнапорных потоках жидкости малой толщины.

3.3. Особенности механизма разделения частиц минералов в криволинейных желобах спиральных сепараторов.

4. ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СПИРАЛЬНОЙ СЕПАРАЦИИ МЕЛКИХ

КЛАССОВ УГЛЕЙ НА ПИЛОТНЫХ УСТАНОВКАХ.

4.1. Анализ параметров спиральных сепараторов и результатов испытаний на мелких классах углей.

4.2. Исследования процесса разделения мелких классов антрацитов в спиральном сепараторе с использованием метода интервалов ширины его желоба.

4.3. Опытно-промышленные испытания различных технологических вариантов работы спиральных сепараторов на мелких классах антрацитов.

5. ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ГЛУБОКОГО ОБОГАЩЕНИЯ МЕЛКИХ КЛАССОВ АНТРАЦИТОВ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА С ПРИМЕНЕНИЕМ СПИРАЛЬНЫХ СЕПАРАТОРОВ.

5.1. Технологическое и технико-экономическое обоснование проектных решений о переработке антрацитов шахты «Октябрьская - Южная» на обогатительной фабрике с получением глубокообогащенной товарной продукции.

5.2. Исследования качественных характеристик узких мелких классов крупности в промышленных продуктах спиральной сепарации на действующей ОФ «Октябрьская - Южная».

5.3. Технологические и технико-экономические показатели глубокого обогащения антрацитов с применением спиральных сепараторов в промышленных условиях ОФ «Октябрьская - Южная».

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и обоснование гравитационного метода глубокого обогащения мелких классов антрацитов в безнапорных криволинейных потоках»

Актуальность работы. Общемировая тенденция в добыче и потреблении угля имеет четко выраженный нарастающий характер: прогнозируется рост общей добычи угля в мире с 3705 млн.т в 1996 году до 4125 млн.т к 2000году и до 7700 млн.т в 2025 году. Сегодня 37 % мировой энергетики производится за счет угля, в то время как гидроэнергетика дает 21 %, атомная - 17 %, газ - 16 %, нефть - 9 %. Предполагается, что доля угля в мировом производстве электроэнергии возрастет до 40 % к 2010 году, учитывая современные акценты формирования угольной политики на развитие добычи угля в таких странах, как США, Китай, ЮАР, Австралия. В России же в начале 90-х годов тенденция увеличения объемов добычи угля сменилась на ее падение: достигнув в 1988 году максимума 426,6 млн.т, объем добычи сначала к 1990 году снизился до 396,5 млн.т, а к 1996 году упал до 242,7 млн.т.

Это связано со снижением потребительского спроса в условиях рыночной экономики на производимую по несовершенным технологиям товарную продукцию низкого качества (по содержанию золы, серы, непостоянной теплотворной способности) в виде рядовых углей и отсевов (угольная мелочь крупностью менее 6 (3) мм). Необходимость удовлетворения возросших требований потребителя является основной предпосылкой получения товарной продукции высокого качества, которую невозможно получить без широкого развития углеобогащения.

Сущность этого развития заключается в необходимости технического перевооружения обогатительных фабрик, работающих по традиционным технологическим схемам, и строительства новых фабрик с целью производства кондиционного обогащенного и глубокообогащенного топлива при минимальных затратах и максимальных ценах, обеспечивающих высокий уровень производства электроэнергии у потребителя.

В этой связи установление возможностей получения такого угольного топлива на базе эффективных методов и технологий, обеспечивающих достаточно высокую глубину обогащения углей, в частности, антрацитов Восточного Донбасса, является актуальной научной задачей.

Работа выполнена в рамках научного направления МГГУ «Переработка, обогащение и комплексное использование сырья» в соответствии с планом НИР по темам: УР - 6.3 и ОПИ - 351.

Цель работы заключается в установлении закономерностей влияния особенностей разделения по плотности узких классов крупности антрацитовой мелочи для разработки гравитационного метода ее глубокого обогащения в безнапорных криволинейных потоках.

Идея работы состоит в использовании различий в закономерностях движения мелких частиц антрацитовой угольной пульпы в безнапорных криволинейных потоках для обогащения антрацитов в спиральных сепараторах.

Методы исследований. В работе использованы методы определения гранулометрического и фракционного состава различных проб антрацитов Восточного Донбасса, химико-аналитический, метод определения показателей разделения фракций по плотности с построением кривых обогатимости, метод оценки эффективности работы машин для гравитационного обогащения по критериям среднего вероятного отклонения и коэффициента погрешности, метод «интервалов» поперечного сечения спирального желоба для изучения особенностей распределения в нем мелких частиц антрацитовой пульпы, экспериментальный с использованием опытно-промышленных установок и промышленных модулей, сравнительные технико-экономические расчеты технологических схем с различной глубиной обогащения.

Научные положения и их новизна:

- теоретически обоснована возможность разделения по плотности мелких классов антрацитов в узких диапазонах их крупности и построены кривые обогатимости, позволяющие оценить предельно-возможные показатели сепарации;

- установлены закономерности движения и распределения мелких частиц антрацита и пустой породы в безнапорных криволинейных потоках пульпы на различных участках зон сепарации в желобах спиральных сепараторов;

- научно обоснованы характеристические параметры и принципы компоновки спиральных сепараторов для глубокого обогащения мелких классов антрацитов с учетом оценки эффективности работы гравитационного оборудования

Научное значение работы состоит в установлении теоретической возможности разделения по плотности и крупности узких мелких классов частиц антрацитов, закономерностей их движения в безнапорных криволинейных потоках и оптимальных условий их разделения в спиральных сепараторах.

Практическое значение работы состоит в разработке гравитационного метода обогащения антрацитов в спиральных сепараторах, обеспечивающего эффективность глубокого обогащения их мелких классов с получением товарной продукции улучшенного качества.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты работы использованы для обоснования целесообразности применения спиральных сепараторов в технологической схеме обогащения антрацитов для проектируемой новой обогатительной фабрики «Октябрьская - Южная» ОАО «Ростовуголь». Внедрение результатов работы в промышленных условиях построенной и введенной в строй в середине 1998 года обогатительной фабрики позволило получить товарную угольную продукцию класса 0 - 6 мм улучшенного качества и, соответственно, с более высокими потребительскими свойствами. Экономический эффект от улучшения качества класса 0-6 мм составил 10,8 млн.руб. в год.

Личный вклад автора диссертационной работы. В процессе выполнения диссертационной работы непосредственно автором проведены необходимые теоретические и экспериментальные исследования, включающие анализ литературных данных и постановку задачи исследований, разработку методик исследований, участие в лабораторных, опытно-промышленных и промышленных исследованиях и испытаниях, обобщение результатов работы, проведение технико-экономических расчетов.

Обоснованность и достоверность результатов проведенных исследований подтверждается соответствием теоретически определенных показателей обогатимости мелких классов антрацитов с экспериментальными результатами, установленными гравитационными методами исследований на опытно-промышленной установке спиральных сепараторов, и положительными результатами, полученными в промышленных условиях новой фабрики для обогащения антрацитов Восточного Донбасса.

Апробация работы. Основные результаты и положения работы докладывались в ходе научных симпозиумов «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 1998, 1999 гг.), на Международной научной конференции «Химия и природосберегающие технологии использования угля» (Звенигород, 1999 г.), на технических советах ОАО «Ростовуголь» (Шахты, 1997, 1998 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем 165 страниц машинописного текста, содержит 33 рисунков, 29 таблиц и список литературы из 73 наименований.

Заключение диссертации по теме «Обогащение полезных ископаемых», Молчанов, Андрей Анатольевич

Основные выводы по работе:

1. Установлены причины снижения деятельности угледобывающих и углеперерабатывающих предприятий, связанные со снижением потребительского спроса на производимую по несовершенным технологиям товарную продукцию низкого качества (по содержанию золы, серы, непостоянной теплотворной способности) в виде рядовых и отсевов крупности менее 6 (3) мм.

2. Обоснованы перспективные направления обогащения мелких классов углей и зернистых шламов гравитационными методами, из которых наиболее экономичным, простым по конструктивному исполнению и эффективным в работе является метод спиральной (винтовой) сепарации.

3. На основе сопоставительного изучения физико-механических свойств каменных углей и антрацитов выявлена специфика последних как объекта обогащения методом спиральной сепарации. На основании ситовых, фракционных, химических анализов и методов определения обогатимости проб антрацитов Восточного Донбасса рассчитан теоретический баланс продуктов обогащения классов крупности 0,1 - 2 (1) мм и установлена возможность получения качественного концентрата.

4. В результате теоретического анализа особенностей механизма разделения смесей минеральных частиц в безнапорных потоках малой толщины в спиральных желобах определены направления экспериментальных исследований этого процесса применительно к мелким классам антрацитов с учетом выбора оптимального профиля желоба сепаратора.

5. Впервые на мелких классах крупности антрацитов (Восточного Донбасса) выполнен комплекс исследований на пилотной установке с использованием промышленного сепаратора фирмы «Мультотек». С помощью разработанного «метода равных интервалов» по ширине поперечного сечения спирального желоба сепаратора установлены закономерности распределения продуктов сепарации на различных участках желоба и определены технологические показатели процесса и эффективность работы сепаратора.

6. Экспериментально исследованы технологические варианты работы спиральных сепараторов по различным схемам: одноступенчатая установка, двухступенчатая установка с циркуляцией продуктов сепарации. Показано, что при более развитых схемах можно получить концентрат с лучшими показателями. На основании этих исследований для промышленного внедрения выбран технологический вариант двухступенчатой спиральной сепарации с дообогащением микста на второй ступени и предварительной классификацией в гидроциклонах перед каждой ступенью по классу 0,1 мм.

7. Выполнено технологическое и технико-экономическое обоснование целесообразности внедрения промышленной технологии глубокого обогащения антрацитов шахты «Октябрьская - Южная» ОАО «Ростовоуголь» с использованием спиральных сепараторов на новой, требующей строительства, обогатительной фабрике. Общий экономический эффект от улучшения качества товарного угля составит 14,4 млн. руб. (в ценах 1999 года), в том числе 10,8 млн. руб. от улучшения качества класса 0 -6 мм за счет вхождения в него концентрата спиральных сепараторов крупностью 0,1 - 1 м.

8. Исследован процесс спиральной сепарации зернистых шламов антрацита в промышленных условиях построенной в 1998 году действующей обогатительной фабрики «Октябрьская - Южная» модульного типа. Проведено технологическое опробование различных продуктов обогащения на модуле спиральных сепараторов и определены их гранулометрический и фракционный составы по узким классам крупности: 0,5 - 2,0; 2,0 - 0,5 и 0 -0,2 мм. Определена обогатимость этих классов и установлена необходимость более тщательного обесшламливания по классу 0,1 мм для улучшения результатов сепарации. В целом установлена эффективность работы спиральных сепараторов по выбранной технологической схеме с получением конечного концентрата с зольностью около 12 % (при выходе 80 - 82 %) и отходов с зольностью около 70 %.

9. Проведено технико-экономическое сравнение проектных и фактических показателей обогащения на ОФ «Октябрьская - Южная». Расчетами установлено превышение фактических показателей над проектными в сумме 2,2 млн. руб. за счет более эффективной работы спиральных сепараторов и улучшения качества класса 0-6 мм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи разработки и обоснования гравитационного метода глубокого обогащения мелких классов антрацитов в безнапорных криволинейных потоках, обеспечивающего получение товарной угольной продукции с высокими потребительскими свойствами.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Молчанов, Андрей Анатольевич, 1999 год

1. Кассихин Г.А., Линев Б.И., Дебердеев И.Х. Повышение эффективности топливно-энергетического комплекса России путем обогащения углей. // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, № 6, 1998, с. 135-145.

2. Итоги работы угольной промышленности. // Уголь, 1998, № 3.

3. Рубинштейн Ю.Б., Дебердеев И.Х., Самойлова Е.К. Прогрессивные технологии обогащения и переработки тонкодисперсных углей. // Горный вестник. М.: АГН, № 2, 1998, с. 52-60.

4. Евтушенко А.Г., Рубан А.Д., Дебердеев И.Х., Линев Б.И. Практические основы создания новой системы углепользования России. // Энергетическая политика, № 4 5, 1998.

5. Чантурия В.А., Башлыкова Т.В., Рубинштейн Ю.Б., Дебердеев И.Х. Прогнозная оценка обогатимости высокосернистых углей на основе метода анализа изображений. // Горный вестник. М.: АГН, № 3, 1997, с. 62-71.

6. Справочник по обогащению углей. Под ред. Благова Н.С. М.: Недра, 1984,613 с.

7. Ягодкина Т.К. Обогащение и брикетирование угля. М.: № 9, 1984, с. 1-69.

8. Обогащение угля. Под ред. Митчелла Д.Р. (пер. с англ.) М.: Углетехиздат, 1958, 707 с.

9. Butcher D.A., Rowson N.A. Desulphurisation of coal in intensified magnetic, electrostatic and gravitational fields. Proc. Of the 12 th Int. Coal Prep., Cracow, Poland, 1994, pp. 223-228.

10. Yoon R.N., Lagno M.L., Lutrell G.H., Mielczarski J.A. @n the hydrophobicity of Coal Pyrite. Proc., 4 th Conf. On Processing and Utilization of High Sulphur Coals. Idaho falls, Idaho, 1991, pp. 241-253.

11. Фон Гатен P. Возможности и границы обессеривания каменного угля. // Глюкауф, 1979, № 3, с. 20-26.

12. Тейлор С.Р., Миллер К.Дж., Хакко Р.Е., Дуебрук А.В. Новые методы обессеривания углей. Труды 8-го Международного конгресса по обогащению углей. Донецк, 1980.

13. Хакко Р.Е., Маронд К.О. Применение высокоградиентной магнитной сепарации в углеобогащении. Труды 9-го Международного конгресса по обогащению углей. Нью-Дели, Индия, 1982.

14. Кармазин В.И., Кармазин В.И. Магнитные методы обогащения. -М.: Недра, 1984,416 с.

15. Техника и технология обогащения углей. Под ред. Чантурия В.А., Молявко А.Р. 3-е изд. М.: Недра, 1995.

16. Акопов М.Г., Благов И.С., Бунин Г.М. Гравитационные и специальные методы обогащения мелких классов углей. М.: Недра, 1975, 350 с.

17. Drogon W.Z. The principles of designing Polish plants for cleaning and desulphurizing of steam coal fines. Proc. of the 12 th Int. Coal Prep. Cracow, Poland, 1994, pp. 829-834.

18. Rossi L. et al. A new outlook for the fines treatment of a sub-bituminous coal: application of spirals and optimisation of the overall process in the new preparation plant of Carbosulsis Sp.A. Min. and Mat. Proc. Inst, of Japan, Tohyo, 1990.

19. Гертнер Х.Г. Винтовые сепараторы для обогащения тонкой и тончайшей фракций. Глюкауф, № 7 - 8, 1994, с. 46-50

20. Kelly S.G. et al. Performance of modern spirals cleaning fine coal. SME-AIME Ann. Meet., 1984, pp. 1-12.

21. Gallagher P. et al. Operation of 300 t/h spiral concentrator circuit at the German Creek Preparation Plant. X Int. Coal Prep. Congr., Edmonton, 1986, pp. 41-59.

22. Bohle B. Environmental applications of spiral concentrator in Europe. Proc. of the 5 th Ann. Min. Proc. Symp., Turkey, 1994, pp. 69-71.

23. Sanda A.P. Handling more fine boots recovery.- Coal, 1990, 95, №2, pp.52-53.

24. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. М.: Недра, т.1, 1973.

25. Штах Э., Маковски М.Т., Тейхмюллер М., Тейлор Г., Чандра Д., Тейхмюллер Р. Петрология углей. М.: Мир, 1978.

26. Аммосов И.И. и др. Петрографические особенности и свойства углей. -М.: АН СССР, 1963.

27. Технология обогащения антрацитов. М.: Недра, 1974.

28. Рожнов В.Е., Рожнова Е.Е. Гравитационные методы обогащения углей. М.: Углетехиздат. 1955, 179 с.

29. Артюшин С.П. Обогащение углей. М.: Недра, 1975, 384 с.

30. Фоменко Т.Г., Бутовецкий B.C., Погарцева Е.М. Исследование углей на обогатимость. М.: Недра, 1978, 214 с.

31. Глурман В.Е. Теория вероятности и математическая статистика. -М.: Высшая школа, 1987.

32. Бриллюен JI. Научная неопределенность и информация. М.: Мир, 1966.

33. Коткин A.M., Ямпольский М.Н., Геращенко К.Д. Оценка обогатимости и эффективности процессов обогащения. М.: Недра, 1982, 200 с.

34. Оборудование для обогащения угля. Под ред. Братченко Б.Ф. М.: Недра, 1979, 335 с.

35. Справочник по обогащению углей. М.: Недра, 1972, 488 с.

36. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: Наука, 1972.

37. Левенсон Л.Б. Машины для обогащения полезных ископаемых. Труды ин-та Механобр. Л., вып. 2, 1925.

38. Шохин В.Н., Лопатин А.Г. Гравитационные методы обогащения. -М.: Недра, 1980,400 с.

39. Шохин В.Н., Лопатин А.Г. Гравитационные методы обогащения. -М.: Недра, 1993,349 с.

40. Справочник по обогащению руд. Под ред. Богданова О.С. т.2, ч.1 -М.: Недра, 1974,447 с.

41. Справочник по обогащению руд. Основные процессы. Под ред. Богданова О.С. т.2, ч.1 М.: Недра, 1983, 381 с.

42. Богомолов А.И., Боровков B.C., Майрановский В.Г. Высокоскоростные потоки со свободной поверхностью. М.: Стройиздат, 1979.

43. Кизевальтер Б.В. Теоретические основы гравитационных процессов. М.: Недра, 1979.

44. Чугаев P.P. Гидравлика. JL: Энергия, 1970.

45. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1975.

46. Гончаров В.Н. Основы динамики русловых потоков. М.: ГИМИЗ, 1954.

47. Благов И.С. Обогащение углей на концентрационных столах. М.: Недра, 1967.

48. Фоменко Т.Г. Гравитационные методы обогащения полезных ископаемых. М.: Недра, 1966.

49. Михайлова H.A. Перенос твердых частиц турбулентными потоками воды. JL: Гидрометеоиздат, 1966.

50. Аникин М.Ф. Изучение процесса концентрации на винтовых сепараторах и применение их в технологии обогащения руд. Сб. Вопросы теории гравитационных методов обогащения. М.: Госгортехиздат, 1960.

51. Аникин М.Ф., Иванов В.Д., Певзнер M.JI. Винтовые сепараторы для обогащения руд. М.: Недра, 1970, 184 с.

52. Яшин A.B., Аникин М.Ф., Скрипко В.А. Винтовые сепараторы. -М.: Недра, 1984.

53. Humphreeys I.B., Habbard J.S. Where spirals replaced tables, flotation cells. Eng. Min. J, 1945, 164, pp. 82-84.

54. Берт P.O. Технология гравитационного обогащения. M.: Недра, 1990, 576 с.

55. Burt R.O. and Yashin A.V. Spiral concentration current trends in design and operation. Min. Proc. and Extr. Metallurgy, Kunming, China, 1984. The institution of Min. and Met.

56. Burt R.O. Selection of gravity concentration equipment. In: Designed and installation of concentration and dewatering circuits, AIME, New York, 1986, pp. 194-207.

57. Holland-Batt A.B. Spiral separation: theory and simulation. Trans. IMM Lond. (Sect C), 1989, 89, pp. 46-59.

58. Holland-Batt A.B. Some design considerations for spiral separators. Min. Eng., 1995, 8 (11), pp. 1381-1395.

59. Holland-Batt A.B. The dynamic of sluice and spiral separators. Min. Eng., 1995, (1/2), pp. 3-21.

60. Apodaca L.E. Application of spiral concentrators in fine coal processing. In: Industrial Practice of Fine Coal Processing. AIME, New York, 1988, pp. 87-96.

61. Holtham P.N. Flow visualisation of secondary currents on spiral separators. -Mineral Engineering, 1990, 3 (3/4), pp. 279-286.

62. Holtham P.N. Primary and secondary fluid velocities in spiral separators. -Mineral Engineering, 1992, 5 (1), pp. 79-91.

63. Jancar T., Fletcher C.A.J., Holtham P.N. and Reizes J.A. Computational and experimental investigation of spiral separator hydrodynamics. Proc. XIX Int. Min. Proc. Congress, 1995, San Francisco.

64. Horsfall D.W. Current practice and future development in the benficiation of coal in South Africa. Proc. of the 12 th C.M.M.I. Congress, S. Africa Inst. Min. Met., 1982, pp. 491-504.

65. Sivomohan R., Forssberg E. Principles of spiral concentration. Int. J. Miner. Proc., 1985, 15,pp.173-181.

66. Wills B.A. Mineral Processing Technology. Pergamon Press, Oxford, 2 nd edition, pp. 308-310.

67. Atesok G., Yildirim I., Celik M.S. Applicability of the Reichert spiral for cleaning bituminous and lignitic coals: a pilot scale study. Int. J. of Min. Proc., 1993, 40, pp. 33-44.

68. Углеобогатительная спираль «Райхерт LD-4». Информационный материал фирмы СЕТСО.

69. Advanced in Coal Preparation Technology. Coal Preparation, chapter, 3, JRMRC, Australia, 1993.

70. Крапчин И.П. Экономика переработки углей. М.: Недра, 1989, 244 с.

71. Шпирт М.Я., Рубан В.А., Иткин Ю.В. Рациональное использование отходов добычи и обогащения углей. М.: Недра, 1990, 244 с.

72. Эталоны ТЭО строительства предприятий по добыче и обогащению угля. Т.1.-М.: АГН, 1998.

73. Кочетов В.В., Левандович А.П., Беринберг З.Ш., Пилов П.И., Кирнарский А.С. Применение спиральных сепараторов для обогащения угля. Труды 13-го Международного конгресса по обогащению углей. Брисбен, Австралия, 1998, т.1, с.341-348.