Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА ГІРНИЧА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

Спеціальність: 05.15.08 - "Збагачення корисних копалин”

Автореферат

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата технічних наук

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ЗБАГАЧЕННЯ СОЛОНОГО ВУГІЛЛЯ

Кхелуфі Абделькрім

Дніпропетровськ - 1998

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Донецькому державному технічному університеті

Науковий керівник: доктор технічних наук, головний науковий співробітник кафедри "Збагачення корисних копалин" Донецького державного технічного університету Білецький Володимир Стефанович

Офіційні опоненти: доктор технічних наук зав. Придніпровською лабораторією удосконалення технології збагачення вугілля Західного Донбасу та Львівсько-Волинського басейну "УкрНДІвуглезбагачення” Полулях Олександр Данилович

кандидат технічних наук, доцент кафедри "Збагачення корисних копалин” Національної гірничої академії України Кірнарський Анатолий Семенович

Провідна організація:

Кафедра збагачення корисних копалин

Криворізького технічного університету

Захист дисертації відбудеться "29" грудня 1998 р. о14⁰⁰ год. на засіданні спеціалізованої ради Д.08.080.02 у Національній гірничій академії України по Адресу: 320027, м. Дніпропетровськ-27, пр.К. Маркса, 19.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національної гірничої академії України.

Автореферат розіслано "27” листопада 1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради, канд. тех. наук, с. н. с. О.В. Зберовський.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Якість гірничої маси, що видобувається, постійно погіршується. Це диктує необхідність розширення обсягів вуглезбагачення, освоєння передових технологій, зокрема, таких, які забезпечують раціональне використання нових сировинних та паливно-енергетичних ресурсів. У вуглезбагаченні однією з гострих є проблема переробки і використання солоного вугілля, специфічною особливістю якого є аномально підвищений вміст лужних металів, головним чином 002C натрію.

Спроби переробки цього вугілля за традиційними технологіями в багатьох країнах не досягли успіху і їх видобуток було припинено. Основна причина - серйозні технологічні труднощі, викликані шлакуванням та корозією робочої поверхні котлоагрегатів легкоплавкими сполуками Na і Cl, а також активне забруднення довкілля продуктами спалювання.

Враховуючи несприятливі властивості цього вугілля, а також наявність їх запасів в межах від 3 до 10% всіх розвіданих в ряді країн світу (США, Україна, Англія, ФРН і т.д.), вирішення проблеми переробки солоного вугілля є актуальною народно-господарською задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дисертаційна робота - складова частина науково-дослідної роботи "Розробка наукових основ технології збагачення солоного вугілля”, яка виконується згідно плану Міносвіти України (Г-1-96, реєстраційний номер 0196U006734).

Мета та задачі досліджень:

Мета роботи - встановлення основних закономірностей процесу обезсолювання вугілля, дослідження, розробка та випробовування нової промислової технології збагачення солоного вугілля водною промивкою, яка забезпечує підвищення ефективності процесів обезсолювання, обезводнювання вугілля та радикальне спрощення операції обезводнення.

Для доcягнення поставленої мети нами визначені такі задачі досліджень:

В галузі теоретичних досліджень:

- розробити феноменологічні моделі процесів обезсолювання вугілля водною промивкою в поєднанні з процесом масляної агломерації;

- розробити теоретичні уявлення про процес обезсолювання водною промивкою на всіх його етапах з урахуванням процесу вторинного соленакопичення.

В галузі експериментальних досліджень:

- дослідити основні фактори, які визначають результат солевидалення з одночасною масляною агломерацією вугілля, визначивши раціональну послідовність операцій та режимні параметри процесів;

- шляхом планування експерименту одержати і дослідити математичні моделі процесів обезсолення та обезводнення вугілля із застосуванням технології масляної агломерації;

перевірити одержані експериментальні дані в полігонних умовах.

Ідея роботи: суміщення технології обезсолення водною промивкою та масляної агломерації вугілля.

Наукові положення, що взахищаються у дисертації:

1. Раціональна послідовність операцій процесу обезсолення вугілля включає омаслення 10-20% вугільної поверхні при сухому подрібненні, приготування та турбулізацію водовугільної суміші, масляну агломерацію, механічний зрив водної плівки ежектуванням, що забезпечує підвищення ефективності процесів обезводнення у 3-3,5 рази та досягнення кондиційній його вологості 12-14% та залишкового змісту солей у ньому на рівні = 0,4 %.

2. Дезінтеграція вугільної фази і пов'язане з нею вторинне соленакопичення при обезсолюванні вугілля в процесі його гідротранспортування усувається масляною агломерацією вугілля (при витратах реагенту 5-7% від маси вугілля), яка здійснюється у вуглепроводі починаючи з точки на віддалі 30-50 км. від головного терміналу.

Наукова новизна отриманих результатів:

Розроблені елементи теорії процесу обезсолення вугілля водною промивкою на базі феноменологічного підходу, теорії адгезії та мосообмінних процесів.

Встановлено, що кінетику процесу обезсолювання вугілля визначає швидкість виділення солей із зони локально-насиченого розчину, що обумовлює необхідність ведення процесу водної промивки в турбулентному режимі.

Вперше вивчено суміщений технологічний процес "обезсолення - масляна агломерація" з математичним моделюванням процесів обезсолювання вугілля та обезводнення вуглемасляного агломерата солоного вугілля.

Дано теоретичну інтерпретацію процесу вторинного соле-накопичення у вугіллі при його гідравлічному транспортуванні, яке враховує ефект дезінтеграції вугільної речовини в процесі його водної промивки.

Запропоновано рівняння для визначення ефективності обезсолення через параметри вихідного вугілля та ефективність обезводнення.

Практичне значення досягнутих результатів

Розроблені раціональні варіанти суміщеної технології "промивка - масляна агломерація" та "гідротранспорт - масляна агломерація”. Розрахунковий eкономічний eфект від впровадження запропонованої технології обезсолення вугілля на протязі 10 років, затверджений ГХК "Донбасантрацит” складає для варіанта "промивка - агломерація" - 8,429 млн. дол.; для варіанта "гідротранспорт - промивка - агломерація" - 5,089 мил. дол.

Запропоновано і обґрунтовано застосування технології механічного зриву водної плівки ежектуванням для підвищення ефективності обезводнення агломерату обезсоленого вугілля. Розроблена режимна карта процесу обезсолення вугілля із застосуванням технології масляної агломерації. Дано рекомендації по промисловому використанню та утилізації солоного вугілля Західного Донбасу.

Особистий внесок автора у роботах опублікованих у співаторстві:

[1] - дано огляд та аналіз світового досвіду переробки солоного вугілля (розділ 2; С.14-28) та узагальнені результати вітчизняних досліджень в галузі знесолення вугілля водною промивкою (розділ 5; С.53-87). [2] - дослідження процесів контакту вугілля - вода. [3] - виконано дослідження змін характеристик несучого середовища в залежності від дальності гідротранспортування. [4] - виконані порівняльні дослідження процесу знесолення обмасленого та необмасленого вугілля. [5] - викладені результати математичного моделювання процесів знесолення та зневоднення вуглемасляного агломерату солоного вугілля. [6] - запропоновано і обгрунтовано перспективне технічне рішення обезсолення вугілля із застосуванням технології масляної агломерації. [7] - досліджено процес обезсолення вугілля водною промивкою із застосуванням технології масляної агломерації при двостадійній подачі реагента. [8] - запропоновані раціональні cхемні рішення масляної агломерації вугілля при суміщенні процесів "гідротранспорт - агломерація”.

Апробація роботи

Основний зміст і окремі положення роботи доповідалися на Міжнародній конференції "Сучасні шляхи розвитку гірничого обладнання і технологій переробки мінеральної сировини” (Державна гірнича академія України, Дніпропетровськ, 1996 р.), VІІ Міжнародній конференції з хімії і технології твердого палива (Росія, Москва, 1996 р.), Міжнародній конференції "Экологически чистые технологические процессы в решении проблем охраны окружающей среды" (Росія, Іркутськ 1996 р.), ІІІ Міжнародному симпозиумі "Coal structure '96” (Польща, Закопане, 1996 р.), Міжнародній науково-технічній конференції "Прогресивні технології машинобудування та сучасність” (Севастополь, 1997, 1998 р.), Міжнародній конференції "European coal conference” (Туреччина, Ізмір, 1997 р.), ІХ Міжнародній науковій конференції по вугіллю (Німеччина, Ессен, 1997 р.), а також на конференції молодих спеціалістів зі збагачення корисних копалин Донецького державного технічного університету (Донецьк, 1995р.), на наукових семінарах кафедр "Збагачення корисних копалин" Донецького державного технічного університету, Національної гірничої академії України та Криворізького технічного університету (1998 р.).

Публікації. Основні наукові положення та результати дисертаційної роботи опубліковані в 1 монографії, 5 статтях в фахових науково-технічних журналах та 2 доповідях в матеріалах конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 4 розділів, висновків, переліку використаної літератури з 144 найменувань на 15 стор., містить 102 стор. машинописного тексту, 30 малюнків на 30 сторінках, 18 таблиць на 15 сторінках та 3 додатки на 13 сторінках, загальним обсягом 175 сторінок.

Основний зміст роботи

В першому розділі розглянуто стан питання та сформульовано задачі досліджень. Аналіз сучасних технічних рішень переробки та використання солоного вугілля (роботи Г. Леммана, А. Лісснера, А. Хаушильд, Н. J. Cluskoter, R. C Neavel, S. J. Burnley, H. S. Muralіahuva, F. Ramade, C.Д. Пожидаєва, В.В. Симонової, Т.Г. Шендрик, А.А. Крутя, Ю. Г Світлого, Л.Я. Афанасенко, В.С. Білецького та ін.) показали, що роботи ведуться за двома принципово різними напрямками (Рис.1). Перший передбачає розробку нових способів прямого використання солоного вугілля без видалення домішок, які містять солі лужних металів, зокрема, елементи натрій та хлор. Другий включає попереднє обезсолення з наступним використанням кондиційного продукту в котлоагрегатах. Враховуючи екологічний аспект, який останнім часом відіграє все більше значення, перевагу доцільно надавати другому напрямку.

Дослідження, виконані Державним інститутом мінеральних ресурсів (ДІМР) України та НВО "Гаймек”, показали, що технічні рішення по обезсоленню вугілля дозволяють видалити з органічної речовини 80-90 % солей і забезпечити концентрацію оксиду натрію на рівні С_Na2O = 0,4 %, що за даними ВТИ прийнятно для вугілля, яке спалюють та ТЕС. Причому, процес обезсолення добре поєднується з обеззоленням та гідравлічним транспортуванням. Встановлено, що найбільш гострими при обезсоленні є проблема ресурсів прісної води, обезводнення тонких вугільних класів і вторинного соленакопичення в органічній фазі при гідротранспорті вугілля. Дослідженнями ДІМР показано, що для обезсолення може бути використана технічна вода с наступною дистиляцією в замкнутому циклі.

Для вирішення питання високоефективного обезводнення тонких вугільних класів ДонДТУ розроблено ряд нових технічних рішень на основі масляної агломерації. Але застосування цього процесу для солоного вугілля практично не досліджено.

Для усунення вторинного соленакопичення на вугіллі при його обезсолюванні в умовах гідравлічного транспортування Ю.Г. Світлим запропонована повна або часткова заміна водної фази суспензії. Однак, це повязано з додатковим використанням водних ресурсів, які обмежені й дефіцитні.

Аналіз стану розробок та досліджень в галузі освоєння й переробки солоного вугілля, виконаний за роботами провідних в цій області фахівців - С.Д. Пожидаєва, В.В. Симонової, Т.Г. Шендрик, Р. Мартенсона, Н. Кейо, Щ. Дзюньє, А.А. Крутя, F. Smіt, S. Burnley та ін. показав відсутність цілісної теоретичної інтерпретації процесу обезсолення. Дослідженнями ІНФОВ НАН України запропоновано розглядати процес обезсолення як послідовність субпроцесів "контакт з водною фазою - розчинення - перехід солей у обємну фазу суспензії”. С.Д. Пожидаєвим, В.В. Симоновою, Р. Мартенсон, Т.Г. Шендрик висунуті різні гіпотези по генезису засолення та будові солоного вугілля. Однак, чіткі теоретичні уявлення про процес його обезсолення у водному середовищі, про окремі етапи цього процесу відсутні. Не вивчено механізм та кінетика солевидалення при ліофільно-ліофобній мозаїчності вугільної поверхні, особливості масляної агломерації солоного вугілля, не досліджено суміщений процес "обезсолення-агломерація”, не встановлені його раціональні режимні параметри.

На основі проведеного огляду та аналізу нами визначені напрямки та задачі досліджень.

В другому розділі викладені теоретичні уявлення про процес обезсолювання вугілля водною промивкою. Виділені основні етапи процесу, суть яких представлена в розробленій феноменологічній моделі. Згідно з цією моделлю процес обезсолювання вугілля водною промивкою являє собою сукупність послідовно протікаючих елементарних актів (субпроцесів), визначальними з яких є: елементарний акт контакту вугілля з водною фазою, розчинення солей, перехід сольових компонентів в обємну фазу суспензії та їх часткова адсорбція, масляна агломерація вугілля і механічне обезводнення. Виконано теоретичний аналіз кожного з цих субпроцесів, котрий базується на фундаментальних уявленнях про структуру та будову вугілля, сучасній теорії адгезії, масообмінних процесів і масляної агломерації, розвинутих в працях В.І. Саранчука, В.Г. Левіча, С.Д. Зімона, Н.А. Каражанова, Г.А. Аксельруда, В.М. Лисянського, В.С. Білецького та ін.

Контакт вугілля з водною фазою характеризується високою активністю гідратації як зовнішньої так і внутрішньої поверхні вугільної речовини. Закономірності процесів розчинення солей та переходу сольових компонентів в обємну фазу суспензії розглянуті з позиції обєднаної конвективно-дифузійної кінетичної теорії розчинення, яка інтегрально враховує явища в міжфазній зоні та дифузійні процеси.

Виходячи з цієї теорії структура граничного шару розчинення включає три основні зони: -поверхневої гідратації, -обємної гідратації і -локально насиченого розчину. Визначено, що кінетику процесу солевидалення в цілому визначає швидкість виділення солей із зони . Доведено, що ефективне екстрагування солей можливе тільки з макропор і тріщин вугільної речовини. Для залучення в процес розчинення сольових компонентів, які містяться в мезо - та мікропорах, необхідно розкриття внутрішньої поверхні вугілля.

Адсорбція йонів солей на вугільній поверхні обумовлена фізико-хімічною взаємодією в міжфазній зоні "вугілля-розчин”. Показано, що факторами, які визначають інтенсивність цього процесу є шорсткість, пористість, окисненість, характер поверхневих функціональних груп твердої фази, а також йонний склад та ступінь мінералізації води. Вторинне соленакопичення обумовлене порушенням балансу сорбційних процесів у міжфазній зоні "вугілля-вода” і, як витікає з виконаного аналізу, обумовлене, в першу чергу, дезінтеграцією вугільної речовини в процесі її обезсолювання. Дезінтеграція супроводжується різким підвищенням сорбційного потенціалу вугілля внаслідок збільшення його зовнішньої поверхні.

Згідно феноменологічної моделі, завершальним етапом процесу обезсолювання є обезводнення вугілля після його промивки. Нами одержано рівняння для визначення ефективності обезсолювання через основні параметри вугілля, його суспензії і ефективність обезводнення:

, (1)

де _{ос -} эфективність обезсолювання; _{oв -} эфективність обезводнення; C_{р -} концентрація розчину; R_{H -} розрідження вихідної суспензії; С_{Н -} початкова концентрація солі у вугіллі; _{B -} густина води.

збагачення солове вугілля масляний

Як видно з рівняння (1), ефективність обезсолювання прямо пропорційна ефективності обезводнення. Принципові труднощі обезводнення вугілля, яке піддається переробці у воді, повязані з підвищеною гідратацією поверхні (що особливо характерно для солоного вугілля), втратою ультратонких фракцій з фугатом, суттєвою дезінтеграцією вугілля у водному середовищі. З метою усунення вказаних труднощів а також ефекту вторинного соленакопичення, застосована суміщена технологія обезсолювання водною промивкою і масляної агломерації.

Теоретично обгрунтовано раціональне поєднання процесів "обезсолювання-агломерація”. По-перше, прийнята економічно і технологічно доцільна для умов обробки солоного вугілля різновидність агломерації - масляна флокуляція, суть якої полягає у вибірковій агрегації тонких вугільних частинок у флокули крупністю 0,2-0,3 мм в умовах турбулентного перемішування водовугільної суспензії. По-друге, в звязку з деяким погіршенням кінетики обезсолювання омасленого вугілля запропонована технологія двостадійної подачі звязуючого у процес: попередня обробка вугільної маси невеликою кількістю реагента, що забезпечує виникнення активних центрів агломерації (10-20% зовнішньої поверхні вугілля), а потім власне агломерація обезсоленого вугілля (після промивки). При цьому, виходячи з вимог виникнення стійких гідрофобних зон на вугільній поверхні та даних досліджень методом ІЧ-спектроскопії, сформульовані раціональні умови контакту (вугілля-реагент) на першій стадії його вводу в процес:

1. контакт вугілля-реагент проводиться одночасно з сухим дробленням вугілля.2. витрати реагенту не повинні перевищувати необхідних для покриття гідрофобних ділянок вугільної поверхні.

Для визначення раціональних витрат звязуючого реагенту на першій стадії його подачі одержано вираз:

, (2)

де h_{a -} товщина плівки звязуючого на окремо взятому зерні; _- коефіцієнт покриття вугільної поверхні звязуючим; S_{і -} зовнішня поверхня вугілля в одиниці маси агрегату; _{і -} вихід і-ого класу у вихідному вугіллі; _{с -} густина звязуючого.

При цьому методом ІЧ-спектроскопії встановлено, що контакти в міжфазній зоні "солоне вугілля-звязуюче” для вуглемасляних агломератів обумовлені поряд з простою фізичною адсорбцією проявом сил хімічної природи.

Теоретично сформульовані принципи підбору раціонального складу звязуючої речовини у суміщеному процесі "промивка-агломерація”: реагент-звязуюче повинен містити підвищену кількість аполярних компланарних структур і мінімальну кількість фрагментів з функціональними групами.

Висунуто гіпотезу і теоретично обгруновано суттєве підвищення ефективності обезводнення вуглемасляного агломерату шляхом механічного зриву водної плівки (ежектуванням). В порівнянні з границею "вугілля-вода” поверхневий натяг на границі "вуглемасляний агломерат-вода” суттєво знижується, що полегшує механічний зрив водної плівки. Таким чином, за рахунок обмаслення поверхні вугілля досягається більш глибоке механічне обезводнення і, отже, обезсолювання вугілля.

Сукупність висунутих, розроблених і розвинутих теоретичних положень складає елементи теорії процесу обезсолювання вугілля промивкою із застосуванням технології масляної агломерації.

В третьому розділі викладені результати експериментальних досліджень. Для визначення впливу обмаслювання на результати обезсолювання вугілля виконано порівняльні дослідження процесів обезсолювання обмасленого і необмасленого вугілля.

Як вихідний матеріал прийнято вугілля марки Д пластів С₄ та С₁₂ Новомосковського родовища Західного Донбасу, зольністю 14,0% і 10,9% відповідно. Кернові проби вугілля дробилися до крупності 0-3 мм і 0-0,02 мм, що відповідає технологіям переробки запропонованим ДІМР, НВО "Гаймек” та ДонДТУ. Як масло-звязуюче використано композиційний реагент на основі топочного мазуту марки М100 та флотореагенту ААР-1.

Порівняльний аналіз результатів досліджень дозволив виявити велику схожість характеристик рNa (), які не залежать від різновиду солоного вугілля, його крупності і витрат звязуючого (рис.2). Криві pNa () в загальному вигляді можуть бути описані емпіричним рівнянням:

, (3)

де ₀ - тривалість процесу обезсолювання; pNa_і, pNa, pNao - натрієві показники середовища, відповідно поточний, при ₀ = та ₀ = 0;

k - коефіцієнт, який враховує властивості матеріалів та умови обезсолювання.

Встановлено, що попереднє обмаслення солоного вугілля незначною мірою погіршує солевидалення (на 5-7%). Встановлено раціональні межі режимних параметрів процесу

обезсолювання по критерію залишкового вмісту нарію у вугіллі (рис.3). Одержані експериментальні дані (рис.2 і 3) підтверджують принципову можливість ефективного обезсолювання обмасленого вугілля. Технологічним експериментом підтверджена гіпотеза про позитивний вплив механічної активації солоного вугілля в присутності звязуючого на його агрегаційну спроможність. Для оцінки останньої запропоновано інтергальний критерій агрегаційної спроможності вугілля, фізична сутність якого - швидкість агрегатоутворення в період амальгамування вугілля (рис.4). Як витікає з рис.4, ефект підвищення агрегаційної спроможності за рахунок попередньої механохімічної активації має місце і для несолоного вугілля марок Г і К Донбасу. Однак, початкова агрегаційна спроможність (при Q₁= 0) для цього вугілля значно вище,

ніж для солоного. Виявлено, що при раціональних витратах Q₁ = 0,5%, параметр К_а для солоного вугілля, яке пройшло механохімічну активацію, збільшується в 2-17 разів, що задовільняє технологічним потребам.

На основі одержаних експериментальних результатів встановлено, що раціональним режимом вводу масляного реагента при агломерації солоного вугілля в процесі "обезсолювання-агломерація" є його дробна подача: до 7-8% загальної кількості реагента, але не більше 0,4 мас. % - на суху масу вугілля перед його дробленням; останні 92-93% від загальної кількості реагенту - у водовугільну гідросуміш при масляній агломерації обезсоленого вугілля (після операції промивки). З метою оцінки впливу процесу масляної агломерації вугілля на результати його механічного обезводнення проведені порівняльні дослідження обезводнення солоного вугілля та вуглемасляного агломерату. Процес обезводнення здійснювався у модернізованій центрифузі ЦЛС-3 при Fr=400.

В таблиці 1 приведені результати досліджень. Доведено, що ефективність механічного обезводнення вуглемасляного агломерату обезсоленого вугілля значно більша, ніж неагломерованого вугілля. Це пояснюється, з одного боку, підвищеною гідрофільністю солоного вугілля, а також значною дезінтеграцією вугільної речовини в процесі гідротранспорту і, з іншого, покращеними технологічними властивостями агломерату як обєкту обезводнення.

Таблиця 1 - Вологість (Wгt, %) обезсоленого вугілля та агломерату

Вихідний матеріал	Проба 1	Проба 2
Вугілля Агломерат	41,5 22,6	40,0 19,1

Таким чином, попередня масляна агломерація дозволяє в 1,8-2 рази підвищити ефективність механічного обезводнення солоного вугілля і, отже, знизити в ньому залишковий вміст Na₂O.

Поглиблені дослідження процесів обезсолювання омасленого вугілля та обезвожування агломерату виконані методом планування активного експерименту. При цьому прийнято рототабельний центрально-композиційний план експерименту другого порядку. Математичні моделі процесів обезсолювання (перша модель) і обезвожування вуглемасляного агломерату (друга модель) представляють собою поліноми другого порядку, які адекватно моделюють досліджувані процеси при довірчій імовірності 0,95. Досліди проволились на солоному вугіллі (пласт С₁₂) Новомосковського родовища Західного Донбасу. Обробка одержаних результатів по обом моделям виконана на ЕОМ за спеціально розробленою програмою.

Модель обезсолювання омасленого вугілля являє собою залежність функції відгуку Y (залишковий вміст Na₂O у вугіллі) від чотирьох найважливіших факторів: Х_{1 -} тривалості промивки ₀; Х₂ - частоти обертання імпелера n_m1; X₃ - густини пульпи _n; X_{4 -} витрат звязуючого Q₁:

Аналіз одержаної моделі показує, що найбільш значимим являється фактор "час" (X₁), що повністю узгоджується з обширним експериментальним матеріалом ДІМР та НВО "Гаймек”. Однозначний позитивний вплив фактору "гідродинаміка" (Х₂) підтверджує тезу про необхідність ведення процесу водної промивки в турбулентному режимі. Фактори "густина" (Х₃) та "обмаслювання” (Х₄) порівняно несуттєво впливають на процес солевидалення, що кореспондує з результатами інших експериментальних досліджень, зокрема, кінетики солевидалення з обмасленого вугілля.

Модель процесу обезводнення вуглемасляного агломерату являє собою залежність функції відгуку Y (вологість кеку) від: Х₁ - зовнішньої питомої поверхні вугілля S_уд; Х₂, Х₄ - витрат звязуючого Q₁ Q_{2 (}перша та друга подача реагента) та від Х_{3 -} критерія Фруда Fr:

Аналіз моделі показує, що найбільш значимими факторами, впливаючими на вологість кеку центрифуги є "зовнішня питома поверхня S_уд " і "витрати звязуючого (X₁) Q₂ " (X₂). Зі збільшенням фактору Х₁ вологість кеку центрифуги зростає.

З метою одержання геометричних уявлень про гіперповерхні функції відгуку і більш глибокої оцінки впливу найважливіших факторів на процеси обезсолювання та обезводнення одержані окремі перетини для обох моделей.

Отримані і проаналізовані факторні моделі служать експериментальною основою для вивчення механізмів розглядуваних процесів і можуть бути використані для прогнозування технологічних результатів обезсолювання та обезводнення, а також для визначення раціональних значень основних режимних параметрів кожного з цих процесів.

В четвертому розділі приведені умови і технологічна схема установки та результати полігонних випробовувань технології обезсолювання вугілля. Розроблено два варіанти раціональної технології обезсолювання вугілля: "промивка-масляна агломерація" та "гідротранспорт-масляна агломерація”, запропоновано перспективні напрямки використання солоного вугілля та сформульовані рекомендації по промисловому обезсоленню та утилізації цього вугілля.

Полігонні випробовування технології обезсолювання вугілля проведені на установці НВО "Гаймек” (рис.5). Випробовувано дві технології обезсолювання: шляхом водної промивки в промивочних машинах і шляхом суміщення процесів обезсолювання та гідротранспорту. Кожна з вказаних технологій реалізовувалася як по базисним схемам, запропонованим відповідно інститутами ДІМР та ВИИПИГТ (НВО "Гаймек”), так і по удосконаленим схемам, розробленим нами із застосуванням технології масляної агломерації. Обєктом досліджень слугувало солоне вугілля Новомосковського родовища марки Д зольністю 12.8% з вмістом Na₂O у вугіллі та в золі відповідно 0,61% та 4,8%. Вихідною бралася кернова проба масою 20 кг, крупністю 13-0 мм. Результати полігонних випробовувань на установці НВО "Гаймек” повністю підтвердили теоретичні положення і результати лабораторних досліджень.

Апробовані технічні рішення можуть бути положені в основу при розробці напівпромислових та промислових установок обезсолювання вугілля.

На основі існуючих схемних рішень процесу обезсолювання вугілля розроблених в ДІМР та НВО "Гаймек”, а також результатів полігонних випробовувань нами розроблені якісно-кількісні схеми суміщених технологій обезсолювання вугілля: "промивка-масляна агломерація" та "гідротранспорт-масляна агломерація”. На основі цих схем виконано підбір та розрахунок технологічного обладнання для обох вказаних варіантів. Одержані результати по першій технології показали, що вона забезпечує зниження насиченості схеми обезсолювання енергомістким дорогим обладнанням при одночасному підвищенні ефективності обезсолювання, зокрема заміну дорогої та пожежоне безпечної операції термічної сушки на ежектування, покращення технологічних властивостей обезсоленого вугілля як палива. Перевага другої технологій заключається, зокрема, в зниженні вмісту класу - 0,1мм в обезводнюваному вугіллі з 35,8% до 2,8%, усуненні явища вторинного соленакопичення в процесі гідротранспорту. В обох варіантах виключається осідання солей на вугіллі при термосушці. При цьому методами механічного обезводнення досягнута вологість знесоленого вугілля на равні 12-14%, що в 3,5 рази нижче, ніж в способах-аналогах. Остаточну кількісну оцінку ефективності технології обезсолювання можна зробити тільки в умовах промислової експлуатації.

Запропоновано такі перспективні напрямки використання солоного вугілля: підготовка та спалювання паливних суспензій - водовугільних (ВВВС); водовуглемасляних (ВВМС) та вуглемасляних (ВМС). Результати комплексу теоретичних та лабораторних досліджень, а також полігонних випробовувань дозволили розробити рекомендації по промисловому обезсолюванню та утилізації вугілля.

Подальший розвиток досліджень по проблемі утилізації солоного вугілля доцільно вести в напрямках його оцінки як сировини для зрідження, газифікації, брикетування та піролізу. Технологічні властивості вуглемасляного агломерату хорошо поєднуються з особливостями вказаних процесів.

Висновки

В дисертації, яка є завершеною науково-дослідною роботою, одержані нові результати в галузі збагачення солоного вугілля при його використанні в теплоенергетиці шляхом встановлення закономірностей процесу знесолення омасленого вугілля та обезводнення вуглемасляного агломерату і розробки на їх основі раціональних варіантів суміщеної з масляною агломерацією та гідротранспортом технології, які в сукупності вирішують важливу наукову задачу по промисловому знесоленню та утилізації солоного вугілля Західного Донбасу.

Стан питання. Використання в промисловості "солоного” вугілля запаси, яких в Україні оцінюваються до 25 млрд. т. (Західний та Південий Донбас) пов'язано з великими труднощами. При спалюванні такого вугілля спостерігається різке збільшення зашлакування робочих поверхонь котлоагрегатів.

Пошук ефектівних технічних рішень переробки солоного вугілля показав, що роботи ведуться у двох принципово різних напрямках. Перший передбачає пряме спалювання, піроліз, скраплення та ін. солоного сугілля зі спеціальними добавками. Другий передбачає попереднє знесолення вугілля з наступним використанням кондиційного продукту в котлоагрегатах тощо. Враховуючи екологічний аспект, перевагу слід віддавати другому напрмку. Дослідження показали, що знесолення водною промивкою дозволяє видалити 80-90 % солей і забезпечити концентрацію оксиду натрію на рівні С_Na2O = 0,4 %, що за даними ВТІ, прийнятно для вугілля, яке спалюють на ТЕС. Однак, проблема ефективного обезводнення тонких вугільних класів, котрі інтенсивно виникають під час водної промивки, особливо у вуглепроводі (до 40% класу - 100 мкм.), а також проблема усунення вторинного соленакопичення так і не були вирішені.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження виконані на основі сучасних уявлень про будову та структуру вугілля, теорії адгезії, масообмінних процесів та масляної агломерації. В експериментальних дослідженнях використоні: ІЧ - спектроскопія, йонометричний метод вимірювання pNa водної фази, седиментаційний метод Сабаніна, методи математичної статистики, метод визначення зовнішньої питомої поверхні за Товаровим, метод Колбановської вибіркової адсорбції фарбників, а також методи математичного моделювання та планування експериментів з використанням ЕОМ. Ескперементальні дослідження проводились в лабораторних та стендових умовах із застосуванням метрологічно атестованої апаратури.

Обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій забезпечується: проведенням достатнього обсягу теоретичних та експериментальних досліджень, адекватністю розроблених матема-тичних моделей при рототабельному центрально-композиційному плануванні експерименту, збіжністю результатів теоретичних, експериментальних та полігонних досліджень. Об'єм експериментів достатній для того, щоб з імовірністю 0,95 відхилення результатів не перевищувало 10%.

Найбільш важливі наукові і практичні результати роботи

1. Розроблені елементи теорії процесу обезсолювання вугілля водною промивкою, зокрема, феноменологічна модель процесу "обезсолювання - масляна агломерація" з двостадійною подачею реагента, котра включає в себе всі елементарні акти (субпроцеси); визначені їх основні закономірності та взаємозвязок. Встановлено, що кінетику процеса солевидалення в цілому визначає швидкість виділення солей із зони локально насиченого розчину, а ефект вторинного соленакопичення в процесі гідротранспорту обумовлюється дезинтеграцією вугільної фази.

2. Вперше встановлено кількісні показники, що оцінюють ступінь впливу обмаслення вугілля на кінетику солевидалення при водній промивці. Встановлені раціональні режимні параметри процесу "обезсолювання - агломерація" за критерієм залишкового вмісту натрію у вугіллі. Теоретично сформульовані принципи підбору раціонального складу реагента-звязуючого в суміщеному процесі "промивка-агломерація”. Для солоного вугілля Західного Донбасу експериментально підтверджено теоретичне положення про підвищення агрегаційної здатності вугілля шляхом його механохімічної активації в присутності реагента.

3. Одержані математичні моделі процесів обезсолювання омасленого вугілля і обезводнення вуглемасляного агломерату з допомогою яких визначені характер та ступінь впливу на ці процеси основних технологічних параметрів.

4. Розроблена та апробована в полігонних умовах раціональна технологія знесолення вугілля водною промивкою. Розроблені якісно-кількісні схеми нових варіантів технологій "обезсолення-агломерація”, "гідротранспорт-обезсолення-агломерація” і запропоновані перспективні напрямки використання солоного вугілля. Розрахунковий eкономічний eфект від впровадження запропонованої технології обезсолення вугілля на протязі 10 років, затверджений ГХК "Донбасантрацит” складає для варіанта "промивка - агломерація" - 8,429 млн. долл.; для варіанта "гідротранспорт - промивка - агломерація" - 5,089 млн. долл.

5. Розроблені рекомендації по промисловому знесолюванню та утилізації солоного вугілля.

Рекомендації, щодо застосування одержаних результатів

Висновки та рекомендації роботи будуть використані при обгрунтуванні технологічних рішень по освоєнню і переробці солоного вугілля Західного Донбасу. Основні результати роботи використані при випробовуванні процесу обезсолення вугілля на установці науково-виробничого об'єднання "Гаймек”. Розроблена технологія збагачення солоного вугілля може бути також використана при підготовці вугілля до коксування (підприємства Мінчормету), а також у перспективних технологіях піролізу та зрідження вугілля.

Основні положення і результати опубліковані в таких роботах

1. Перспективы освоения соленых углей Украины / В. С Белецкий, С. Д Пожидаев, А. Кхелуфи, П.В. Сергеев. - Донецк: ДонГТУ, УКЦентр, 1998. - 96с.

2. Белецкий В.С., Кхелуфи А. Сохранение технологических свойств коксующегося угля при гидравлическом транспортировании // Кокс и химия. - 1996. - №4. - С.9-10.

3. Белецкий В.С., Свитлый Ю.Г., Сергеев.П.В., Кхелуфи А. Исследование явления вторичного соленакопления в процессе обессоливания угля // Известия Донецкого горного института. - 1998. - №1 (7). - С.66 - 69.

4. Білецький В.С., Сергеев.П. В, Кхелуфі Абделькрім, Шендрик Т.Г. Дослідження кінетики знесолюавння обмасленого вугілля // Геологія і геохімія горючих копалин. - 1998. - №2 (103). - С.85 - 89.

5. Кхелуфи А., Белецкий В.С., Сергеев П.В. Создание новой прогрессивной технологии облагораживания соленых углей. // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Междунар. сб. науч. тр. - Донецк: ДонГТУ. - 1998. - Т.2. - Вып 6. - С.150-153.

6. Белецкий В.С., Шендрик Т.Г., Кхелуфи А. Проблемы и перспективы технические решения обессоливания угля // Сб. науч. тр. ДонГТУ. - Донецк: - 1996. - С.61-62.

7. Bіletskyі V. S, Sergeev P. V, Kheloufі A. Preparatіon of salty coals wіth oіl agglomeratіon // Proc. Іnternatіonal Conf. on Coal Scіence. ІX. - Essen (Germany). - 1997. - V.1. - P.535-538.

8. Белецкий В.С., Папушин Ю.Л., Сергеев П.В., Кхелуфи А. Рациональные конструкции и схемные решения аппаратов масляной агломерации угля. // Сб. тр. Междунар. научно-технической конф. "Перспективные технологии машиностроения и современность”. - Донецк: ДонГТУ. - 1987. - С.24-25.

Анотація

Кхелуфі Абделькрім. Розробка технології збагачення солоного вугілля. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.08. - "Збагачення корисних копалин”. - Національна гірнича академія України, Дніпропетровськ, 1998.

Дисертація присвячена питанням розробки та апробації технології збагачення солоного вугілля Західного Донбасу. В роботі розглядається перспективний напрямок збагачення солоного вугілля шляхом обезсолення водною промивкою і суміщення її з технологією масляної агломерації, що забезпечує високу ефективність процесу обезводнення та облагороджування низькосортного вугілля. Досліджено вплив обмаслення вугілля на кінетику солевидалення при водній промивці. Встановлені раціональні режимні параметри суміщеного процесу "обезсолення-агломерація" за критарієм залишкового вмісту натрію у вугіллі. Теоретично сформульовані принципи підбору раціонального складу звязуючої речевини у суміщеному процесі "промивка-агломерація”. Запропоновано та обгрунтовано застосування технології механічного зриву водної плівки ежектуванням для підвищення ефективності обезводнення агломерату обезсоленого вугілля. Методом факторного планування одержані математичні моделі процесів обезсолення обмасленого вугілля та обезвожування вуглемасляного агломерату, з допомогою яких визначено характер та ступінь впливу на процеси основних технологічних параметрів. Разроблена рижимна карта суміщеного процесу "обезсолення-агломерація”. В умовах НВО "Гаймек” виконані полігонні випробовування запропонованої технології і розроблені рекомендації по її промисловому використанню.

Ключові слова: знесолення вугілля, технологія, масляна агломерація, обезводнення, математичні моделі, ежектування.

Аннотация

Кхелуфи Абделькрим. Разработка технологии обогащения соленых углей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.08 - "Обогащение полезных ископаемых”. - Национальная горная академия Украины, Днепропетровск, 1998.

Диссертация посвящена вопросам разработки и апробации технологии обогащения соленых углей Западного Донбасса. В работе рассматривается перспективное направление обогащения соленых углей путем их обессоливания водной промывкой и совмещение ее с технологией масляной агломерации угля, что обеспечивает высокую эффективность процесса обезвоживания и облагораживания низкосортного угля. Исследовано влияние омасливания угля на кинетику солеудаления при водной промывке. Установлены рациональные режимные параметры совмещенного процесса "обессоливание-агломерация" по критерию остаточного содержания натрия в угле. Теоретически сформулированы принципы подбора рационального состава связующего вещества в совмещенном процессе "промывка - агломерация”. Предложено и обосновано применение технологии механического срыва водной пленки эжектированием для повышения эффективности обезвоживания агломерата обессоленного угля. Методом факторного планирования получены математические модели процессов обессоливания омасленного угля и обезвоживания углемасляного агломерата, с помощью которых определены характер и степень влияния на процессы основных технологических параметров. Разработана режимная карта совмещенного процесса "обессоливание-агломерация”. Даны рекомендации по промышленному использованию и утилизации соленых углей.

В условиях НПО "Хаймек” выполнены полигонные испытания предложенной технологии и разработаны рекомендации по ее промышленному использованию.

Ключевые слова: обессоливание угля, технология, масляная агломерация, обезвоживание, математические модели, эжектирование.

Summary

Kheloufі Abdelkrіm. Elaboratіon of technology of preparatіon salty coals. - Manuscrіpt

Thesіs for postgraduate's degree by specіalіty 05.15.08 - "Міneral processіng”. - Natіonal mіnіng unіversіty, Dnepropetrovsk, 1998.

The dіssertatіon іs devoted to analytіcal topіcs, elaboratіon and approbatіon of salty coals preparatіon technology іn Western Donbass. Іn the work іs examіned the perspectіve dіrectіon of preparatіon salty coals by water washіng and overlappіng them wіth oіl agglomeratіon technology, whіch provіdes hіgh effіcіency of process dewaterіng and ennoblіng law qualіty coal. Among the factors analyzed іs the effect of oіled coal on kіnetіc of salt removal durіng water washіng. Ratіonal parameters have been establіshed for the combіned process "desaltіng-agglomeratіon" by crіterіon of the resіdual contents sodіum іn coal.

The prіncіples for slectіng a ratіonal structure of bіndіng substance іn the combіned process "washіng - agglomeratіon" theoretіcally were formulated. The applіcatіon of the mechanіcal faіlure of water fіlm technology by ejectіon whіch іncrease the effіcіency of dewaterіng the agglomerate of desalted coal was proposed and reasonabled.

Usіng the method of factorіal plannіng, mathematіcal models have been receіved of processes desaltіng oіled coal and dewaterіng coal oіl agglomerate, wіth the help of whіch have been determіned the character and degree of іnfluence on processes of the basіc technologіcal parameters.

The regіme card of the combіned process "desaltіng - agglomeratіon" was elaborated. Recommendatіons have been proposed for the іndustrіal use and utіlіzatіon salty coals.

Іn "Hаymеc" S.І. U. condіtіons the polygone test of the offered technology have been realіzed and the recommendatіons for іts іndustrіal use have been elaborated.

Key words: coal desaltіng, oіl agglomeratіon, dewaterіng, mathematіcal models, ejectіon.

Размещено на Allbest.ru