Обґрунтування безвідходної технології переробки буровугільних шламів брикетних фабрик

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний гірничий університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.15.08 "Збагачення корисних копалин"

Обґрунтування безвідходної технології переробки буровугільних шламів брикетних фабрик

Мацюк Ірина Миколаївна

Дніпропетровськ 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі збагачення корисних копалин Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ).

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент

Кривощоков Вячеслав Іванович,

доцент кафедри збагачення корисних копалин Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ).

Офіційні опоненти доктор технічних наук, професор

Блюсс Борис Олександрович,

завідувач відділу геодинамічних систем та вібраційних технологій інституту геотехнічної механіки НАН України (м. Дніпропетровськ);

доктор технічних наук, професор

Білецький Володимир Стефанович,

професор кафедри збагачення корисних копалин Донецького державного технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Провідна установа Криворізький державний технічний університет, кафедра збагачення корисних копалин, Міністерства освіти і науки України.

Захист відбудеться "5" липня 2006 р. об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.02 із захисту дисертацій при Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ27, просп. К. Маркса, 19.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (49027, м. Дніпропетровськ27, просп. К. Маркса, 19).

Автореферат розісланий "2" червня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

Д 08.080.02, к. т. н., доцент В.В. Панченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Частка бурого вугілля в світовому виробництві електроенергії складає 4 %, але в окремих країнах вона значно більше, наприклад, у Греції - 68%, Чехії - 63 %. У Німеччині, з урахуванням новітніх технологій спалювання і забезпечення екологічних вимог, починаючи з 2000 року буре вугілля стало найдешевшим джерелом вироблення електроенергії. Як засвідчує досвід розвинених країн світу, буре вугілля є не тільки енергетичним паливом, але і цінною сировиною для хімічної та інших галузей промисловості.

Балансові запаси вугілля в Україні складають 45 млрд тонн, у тому числі бурого - більше 8 млрд тонн. При традиційній технології брикетування бурого вугілля відходи брикетних фабрик - шлам (до 3 %) і крихта (до 15 %) не переробляються внаслідок відсутності теоретичного та експериментального обгрунтування їх утилізації.

Перспективним напрямом удосконалення процесу виробництва буровугільних брикетів є розробка і впровадження безвідходної технології роздільної переробки шламу та крихти, а також замкненого циклу оборотного водопостачання брикетних фабрик, що виключить скидання за їх межі шламів і відповідно забруднення навколишнього середовища.

Виходячи з вищевикладеного, в дисертаційній роботі запропоноване рішення актуальної наукової задачі, яка полягає у визначенні закономірностей процесу безреагентної флотосепарації буровугільного шламу, кінетики процесу осадження, що являється основою технологічних рішень щодо роздільної переробки відходів виробництва брикетів.

Мета роботи розробка безвідходної технології переробки буровугільних шламів брикетних фабрик, яка забезпечує отримання просвітленої води для замкненого водопостачання та транспортабельного продукту для спалювання або брикетування із застосуванням раціонального обладнання.

Для досягнення зазначеної мети в дисертації були поставлені і вирішені наступні задачі:

1. Виявлення і вивчення особливостей бурого вугілля та шламу брикетних фабрик, а також дослідження поверхневих властивостей шламу для обґрунтування розділової ознаки.

2. Визначення розділової ознаки буровугільного шламу з урахуванням його поверхневих властивостей для встановлення технологічної ефективності безреагентної флотосепарації.

3. Дослідження кінетики осадження та вплив різних флокулянтів на ефективність процесу згущення шламу для його уловлювання та одержання оборотної води.

4. Розробка безвідходної технології переробки буровугільних шламів з метою їх утилізації на основі обґрунтування раціональних технологічних параметрів і відповідного обладнання.

Ідея роботи полягає в роздільній переробці буровугільного шламу, на фракції що спливла та потонула, на основі властивостей гідрофобної поверхні частинок першої та згущення другої, з подальшим їх перемішуванням із подрібненими крихтою та битими брикетами, що дозволяє отримати транспортабельний готовий продукт.

Об'єкт дослідження технологічний процес виробництва буровугільних брикетів.

Предмет дослідження роздільна переробка буровугільного шламу брикетних фабрик.

Методи досліджень. При виконанні дисертаційної роботи використовували фізико-хімічні, спектральний, аналітичний і експериментальний методи для виявлення і обгрунтування технологічних властивостей буровугільного шламу; регресійний аналіз для розрахунку параметрів процесу осадження буровугільного шламу і розробки його технологічних режимів; метод відновлених емпіричних функцій і сплайн-регресію для визначення коефіцієнтів кінетики осадження; дослідно-промислову апробацію для перевірки розроблених технологічних рішень.

Достовірність отриманих наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується достатньою узгодженістю теоретичних і експериментальних досліджень, яка оцінювалася із застосуванням методів математичної статистики (коефіцієнт множинної кореляції складає 0,98, а детермінації 0,95); позитивними результатами дослідно-промислової перевірки технологічних рішень запропонованої безвідходної технології переробки відходів брикетних фабрик.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Уперше досліджені фракції буровугільного шламу, що спливла та потонула, розроблена математична модель процесу осадження фракції, що потонула, і обґрунтована необхідність роздільної переробки цих фракцій.

2. Уперше встановлені кінетичні закономірності осадження термооброблених буровугільних частинок, визначені раціональні режими, які забезпечують ефективне осадження частинок фракції, що потонула, при мінімальній витраті флокулянта.

3. Уперше виявлено явище гідрофобності поверхні мінеральних частинок (крайовий кут змочування 85^о ... 136^о) після термообробки та пресування бурого вугілля, яке прийнято за розділову ознаку, що дозволило обґрунтувати безвідходну технологію переробки буровугільних шламів із застосуванням безреагентної флотосепарації.

Наукові положення, які захищаються в дисертації:

1. Для фракцій буровугільного шламу, що спливла та потонула крайовий кут змочування змінюється в межах 122^о ... 136^о та 85^о ... 90^о, при цьому, гідрофобність їх поверхні появляється внаслідок термообробки та пресування частинок бурого вугілля.

2. Одержання транспортабельного готового продукту до 23 т/г для спалювання або брикетування із вмістом вологи 26% ... 28 % досягається роздільною переробкою фракцій буровугільного шламу, що спливла та потонула за допомогою безреагентної флотосепарації, роздільного кондиціонування та згущення фракції, що потонула, з подальшим їх перемішуванням із подрібненими до 3 мм битими брикетами (крихтою).

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці технології переробки відходів брикетної фабрики (шламу і крихти) та її переведення на замкнений цикл водопостачання, що дозволить додатково отримати до 23 т/г транспортабельного готового продукту, значно знизити споживання чистої води і виключити забруднення навколишнього середовища.

Упровадження результатів роботи. В умовах брикетної фабрики закритого акціонерного товариства “Енерговугілля” реалізовані з позитивним результатом накопичення і згущування шламів, флотосепарація, роздільне кондиціонування, згущення у поличному згущувачі та перемішування у шнековому змішувачі для розробленої технології переробки буровугільних шламів та крихти, що дозволить перевести фабрику на замкнений цикл водопостачання з одержанням транспортабельного готового продукту для спалювання або брикетування з вмістом вологи 26% ...28% та виходом до 15%.

Особистий внесок автора полягає у формулюванні мети, задачі, наукових положень, проведенні теоретичних і експериментальних досліджень; розробці безвідходної технології переробки буровугільних шламів і крихти, що забезпечує їх утилізацію.

Апробація результатів роботи. Основні положення і результати дисертації доповідалися й обговорювалися на: наукових семінарах кафедри збагачення корисних копалин; науково-технічних конференціях (Дніпропетровськ, НГАУ, 1997 - 1999); міжнародних науково-технічних конференціях “Сучасні шляхи розвитку гірничого обладнання і технологій переробки мінеральної сировини”, (Дніпропетровськ, 1997), “Наука і освіта ^`98” (Дніпропетровськ, 1998); Форумі гірників “Проблеми і перспективи геотехнологій на початку ІІІ тисячоліття” (Дніпропетровськ, 2002, 16 - 19 жовтня); “Проблемы накопления и утилизация пылесодержащих составляющих отходов промышленных предприятий и перспективы их решения в рамках научно-технической программы Евросоюза INCO” (Крим, Бахчисарайський район, с. Пісчане, 2005, 13 - 17 червня).

Публікації. Основні положення виконаних досліджень опубліковані в 14 друкованих працях, у тому числі: 9 робіт, опубліковані в фахових виданнях, 4 тези конференцій та 1 патент.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел з 86 найменувань і 2 додатків. Вона викладена на 123 сторінках тексту; містить 43 рисунки, 18 таблиць і додатки на 5 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, сформульовані мета і задачі дослідження, об'єкт, предмет та ідея роботи, відображена наукова новизна і основні результати, наведені положення, що виносяться на захист, а також дані щодо апробації і публікації досліджень.

У першому розділі проведений аналіз в області технології переробки бурого вугілля Дніпровського басейну та наведено характеристику якості цього вугілля. Розподіл бурого вугілля на землисте молоде та щільне зріле пов'язаний з впливом метаморфізму і петрографічним складом. На відміну від кам'яного вугілля, буре містить бітуми, гумінові та карбонові кислоти, володіє здібністю до пластичних деформацій.

Дисертантом встановлено, що фракції буровугільного шламу, що спливла та потонула, відрізняються кількісним вмістом в них летких речовин, первинної смоли напівкоксування, бітумів та гумінових кислот.

Недоліком традиційної технології виробництва буровугільних брикетів є втрати палива у вигляді скидання шламів за межі фабрики через відсутність замкненого водно-шламового циклу.

Шламова вода брикетної фабрики (після змивання промплощадок і системи мокрого знепилювання) містить фракції, що спливла (46,96 %) та потонула (53,04 %). З концентрацією твердого 1030 кг/м³ вона важко просвітлюється, оскільки швидкість природного осадження частинок фракції, що потонула, мала.

Розвитку теорії та практики брикетування вугілля присвячені роботи А.А. Агроскіна, А.Т. Єлішевича, В.Н. Крохіна, І.Д. Ремесленікова, І.Ю. Святця, а переробці вугільного шламу і зернистих матеріалів М.Г. Бедраня, В.С. Білецького, В.С. Бутовецького, Б.О. Блюсса, А.С. Кірнарського, В.І. Кривощокова, О.І. Назимко, П.І. Пілова, О.Д. Полуляха, Т.Г. Фоменко та ін.

Нині проблемі утилізації відходів виробництва надається особливе значення у зв'язку з охороною навколишнього середовища і раціональною експлуатацією брикетних фабрик, що запобіжить скиданню шламових вод у кар'єр-відстійник. Тому необхідна ефективна безвідходна технологія переробки буровугільних шламів з метою їх утилізації на основі обґрунтування раціональних технологічних параметрів і відповідного обладнання

За результатами аналізу сформульовані задачі дослідження, рішення яких дозволяє досягти мети дисертації.

У другому розділі відповідно до першої поставленої задачі на основі хімічного, спектрального та фракційного аналізів виявлені і вивчені особливості бурого вугілля і шламу, а також досліджені його поверхневі властивості.

Як відомо, на брикетних фабриках утворюються відходи у вигляді пилу і шламу, які скидаються в золовідстійник, а також биті брикети і крихта. Встановлено, що у статичних умовах уже через 1,5 с спостерігається розділення буровугільного шламу на фракції, що спливла та потонула, а по закінченні 4 хв чітка межа між ними.

Для проведення аналізу поверхневих властивостей фракцій, що спливла та потонула, були виготовлені брикети і за відомою методикою виміряні крайові кути змочування.

Методика вивчення змочування за допомогою виміру крайових кутів використовується не тільки в теоретичних дослідженнях елементарного явища прилипання, але і підчас досліджень чисто прикладного характеру. Цією методикою при дослідженнях користувалися Д.С. Ємельянов, М.Г. Єльяшевіч, В.І. Классен та І.Н. Плаксин.

Для фракції буровугільного шламу, що спливла, величина крайового кута змочування склала 122^о...136^о, а для фракції, що потонула, 85^о...90^о, що свідчить про високу гідрофобність поверхні частинок шламу та, особливо, фракції, що спливла. З метою перевірки одержаних результатів був виміряний крайовий кут змочування парафіну, який приймався за еталонний зразок.

Для визначення залежності крайового кута змочування И від температури нагрівання відбиралась проба рядового бурого вугілля, висушувалась, охолоджувалась, розділялась у воді на фракції, що спливла та потонула, знову висушувалась і потім окремо брикетувалась ручним пресом при постійному тиску (Р = 120 МПа) і різній температурі нагрівання в муфельній печі з подальшим охолоджуванням.

Збільшення крайового кута змочування обох фракцій пов'язане з плавленням бітумних смол, які підвищують гідрофобність, особливо фракції, що спливла, де їх вміст найбільший. Це дозволяє прийняти гідрофобність поверхні частинок, як розділову ознаку для буровугільного шламу, і виконати сепарацію шламу на фракції, що спливла та потонула.

Хімічний аналіз компонентів, що утворюють золу, і виконаний розрахунок свідчать про переважний вміст SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, SO₃ і MgO у фракціях, що спливла та потонула, у порівнянні з іншими оксидами, а спектральний - що обидві фракції відрізняються одна від одної кількісним вмістом таких елементів як Ba, Ti, Sr, Mn, Zn і Pb. Це дає підставу враховувати відмінність кристалічних структур даних фракцій, що впливає на їх технологічні властивості.

Фракційний аналіз фракції буровугільного шламу, що спливла (табл. 1), проводився за такою методикою. Пробу поміщали у воду з температурою t=100 ^оC, перемішували, охолоджували та видаляли воду, з якої вилучали бітумні компоненти. Потім пробу висушували при кімнатній температурі та фракціонували в розчині хлористого натрію із вмістом солі 1,5; 2,8; 5,0; 9,0 і 15 %. Фракційний аналіз фракції, що потонула (табл. 2), виконували в розчині хлористого цинку за стандартною методикою.

Таблиця 1. Фракційний аналіз фракції буровугільного шламу, що спливла

Щільність фракції, кг/м3	Вихід г, %	Зольність Аd, %	гi Аid	Сумарні показники, %
				Фракція, що спливла	Фракція, що потонула
				г	Аd	г	Аd
<1009	8,58	11,94	102,44	8,58	11,94	100,0	12,65
1009-1017	17,61	12,56	221,18	26,19	12,36	91,42	12,71
1017-1035	69,35	12,68	879,36	95,54	12,59	73,81	12,75
1035-1070	2,42	12,73	30,81	97,96	12,59	4,46	13,85
1070-1109	1,17	14,85	17,37	99,13	12,62	2,04	15,17
>1109	0,87	15,61	13,58	100,0	12,65	0,87	15,61
Разом	100,0	12,65	1264,74	-	-	-	-

Таблиця 2. Фракційний аналіз фракції буровугільного шламу, що потонула

Щільність фракції, кг/м3	Вихід г, %	Зольність Аd, %	гi Аid	Сумарні показники, %
				Фракція, що спливла	Фракція, що потонула
				г	Аd	г	Аd
<1100	0,27	12,61	3,40	0,27	12,61	100,0	22,18
1100-1200	1,03	14,35	14,78	1,30	13,98	99,73	22,21
1200-1300	15,05	16,52	248,63	16,35	16,32	98,70	22,29
1300-1400	72,53	23,07	1673,27	88,88	21,83	83,65	23,33
1400-1500	9,58	24,45	234,23	98,46	22,08	11,12	25,03
1500-1600	1,04	24,83	25,82	99,50	22,11	1,54	28,62
>1600	0,50	36,52	18,26	100,0	22,18	0,50	36,52
Разом	100,0	22,18	2218,39	-	-	-	-

Фракції буровугільного шламу, що спливла та потонула, дещо відрізняються за крупністю.

Визначене необхідне обладнання для просвітлення шламових вод і згущення пульп, яке основане на визначенні швидкості переміщення межі розділення між освітленою водою та гідросумішшю твердого у мірчому циліндрі. Вивчено вплив різних флокулянтів (ПАА - поліакриламід, KAT-FLOC 3840, KAT F 148, KAN 20 VHM і X 99 B1) на осадження фракції буровугільного шламу, що потонула, при концентрації твердої фази 50 кг/м³. З чого встановлено, що найефективнішим флокулянтом є ПАА або KAT-FLOC 3840.

Осадження найкрупніших частинок буровугільного шламу в пульпі супроводжується витісненням рідкої та тонкодисперсної фаз у верхні шари пульпи, внаслідок чого сила опору падіння тонких частинок (менше 0,05 мм) зростає, а швидкість їх осадження знижується на 50 - 65 %.

Таким чином були проведені експериментальні дослідження властивостей буровугільних шламових пульп брикетних фабрик, а також визначені особливості та розділова ознака полідисперсної фази буровугільного шламу для досягнення вказаної мети в дисертаційній роботі.

У третьому розділі з метою дослідження технологічних рішень кінетики осадження буровугільного шламу виконано багатофакторне планування експерименту та отримано математичну (регресійну) модель.

На основі планування експерименту визначалася область, у якій вивчався вплив раціональних параметрів, і проводилися додаткові досліди, необхідні для ідентифікації моделей кінетики.

Встановлене рівняння регресії має такий вигляд:

Y = 88,5 + 2,5X₁ + 3,5X₃ - 1,5X₂ X₃,

де Y - вихід осаду, %; X₁ - витрата реагенту поліакриламіду (g), г/т; X₂ - щільність пульпи (р), %; X₃ - час осадження (t), хв.

Або у натуральних, змінних остаточний вигляд рівняння регресії:

.

З рівняння регресії отримуємо, що найбільш істотними факторами, що впливають на процес осадження буровугільного шламу, є витрата реагенту X₁, час осадження X₃ і взаємодія щільності пульпи з часом осадження X₂ X₃.

Досягнута задовільна збіжність результатів експериментальних досліджень (рівень значущості відповідає табличному значенню критерію Фішера і складає менше 1 %) і досліджень одержаних за регресійною моделлю, що дозволяє розраховувати не тільки параметри процесу осадження буровугільного шламу в заданому інтервалі зміни чинників. Цей результат використаний при розробці технологічних режимів осадження.

У четвертому розділі вирішена третя задача дисертаційної роботи. На базі експериментальних даних для вузьких класів крупності встановлені коефіцієнти кінетики осадження фракції буровугільного шламу, що потонула, які визначалися за методом сплайн-регресії та відновлення емпіричної функції регресії з рівняння висоти просвітленого шару рідини:

Н=Н exp(-ktⁿ),

де Н=Н_о-Н_t; Н_о - первісна висота шару суспензії, мм; Н_t - висота осілого шару суспензії, мм; k, n - коефіцієнти кінетики.

Як виявив аналіз дослідження рівняння та отриманих залежностей, вміст твердої фази знаходиться у зворотній залежності від висоти шару Н_t, а коефіцієнти (k=0,55-0,25 і n=0,08-0,66 при q=20-60 г/т) визначають форму і положення кривої кінетики.

При зміні умов протікання процесу, наприклад, технологічних факторів, ці коефіцієнти змінюються. Коефіцієнт k розкривається через технологічні параметри - розмір частинок, концентрацію твердого в суспензії, витрату реагенту та інше.

П'ятий розділ присвячений вирішенню четвертої задачі досліджень дисертаційної роботи. У запропонованій автором технологічній схемі в переробку надходить шламова вода (з промділянок, території фабрики, після знепилювання штемпельного пресу, мокрого пиловловлювання), яка сепарується на фракції, що спливла та потонула в безреагентному флотосепараторі. Фракція, що потонула, шламової пульпи піддається роздільному кондиціонуванню і направляється на згущення в пластинчастий згущувач. Для інтенсифікації процесів осадження та згущення і використовуються ПАА або KAT-FLOC 3840, витрата якого складає 40 г/т. Фракція, що спливла, видаляється в пристрій для її збору і перемішування зі згущеним шламом фракції, що потонула. Суміш шламів, що утворилася зневоднюють на віброситі і потім транспортують у бункер зневодненого шламу. Биті брикети і брикетну крихту підвергають дробленню до 3 мм і подають спершу в бункер роздробленої крихти, а потім у герметичний шнек, в який дозують шлам із бункера зневодненого шламу. Герметичним шнеком суміш шламу і крихти прямує на перемішування до транспортабельного готового продукту, який подають в бункер для відвантаження його споживачам.

Особливість нового безреагентного флотосепаратора, який пропонується автором, для переробки шламу полягає в тому, що до звужуваного жолоба, примикає флотаційна камера з аератором-ежектором.

За критерій оцінки роздільної здатності безреагентної флотосепарації буровугільного шламу прийнятий комплексний показник К, що враховує вплив на процес гідрофобності поверхні зерен К₁, фракційного складу фракцій, що спливла та потонула К₂, гранулометричного складу цих фракцій К₃:

К ? К₁К₂К₃ ? 1,25,

де коефіцієнти К₁, К₂, К₃ обчислюються як

К₁=И_сп/И=122/90=1,35;

К₂=(с_ссп/с_с) (с_сп/с_с)=(1024,94/1025) (1345,12/1025)=1,31;

К₃=d_ссп/d_сп=0,743/1,049=0,71;

И_сп - крайовий кут змочування фракції, що спливла, град; И - крайовий кут змочування, що відповідає точці інверсії (cosИ = 0, И = 90^о), град; с_ссп, с_сп - середньозважена щільність фракцій, що спливла та потонула; с_с = 1025 кг/м³ - щільність суспензії при щільності шламу 1350 кг/м³ та концентрації твердого 100 кг/м³; d_ссп, d_сп - середньозважена крупність зерен фракцій, що спливла та потонула, мм.

При К ? 1,25 - безреагентна флотосепарація ефективна, а при К < 1,25 - ні. безвідходний переробка шлам брикет

Максимальна крупність частинок фракції, що спливла

мм,

де у - поверхневе натягнення на межі розділу газ-рідина, мН/м; g - прискорення вільного падіння, м/с²; К₄ - коефіцієнт пропорційності, що враховує вплив форми частинок та умови їх змочування (К₄ = 0,6-0,7).

Показники флотосепарації з погляду кінетичних закономірностей практично визначаються коефіцієнтом швидкості флотосепарації мінералу К_i, коефіцієнтом селективності розділення с, тривалістю флотосепарації t. Коефіцієнт К_i, у загальному випадку залежить від гідроаераційних параметрів флотосепаратора, властивостей буровугільного шламу. Якщо розглядати закономірність зміни процесу в певному інтервалі часу (від t₁ до t₂), то умови флотосепарації з упевненістю можна прийняти постійними, хоча загальна кінетична характеристика процесу у вказаному діапазоні може змінюватися з часом.

Зміну Е_i в інтервалі часу від t₁ до t₂ можливо з достатньою точністю апроксимувати ділянкою експоненціальної кривої з К_i=const і визначити його як К_i=ln(1-E_i)/t. Тоді:

; ,

де Е_сп, Е_п - часткове вилучення фракцій, що спливла та потонула в продукт, що сплив, ч. од.; , - коефіцієнти швидкості флотосепарації фракцій, що спливла та потонула; t - час флотосепарації, с.

Склад і якість продукту, що сплив, визначаються вилученням з нього як частини фракції, що спливла, так і частини фракції, що потонула:

;

;

з=Е_сп-Е_п=0,93-0,28=0,65 ч. од.,

а коефіцієнт селективності флотосепарації буровугільного шламу (відношення показників швидкості флотосепарації в продукт фракції, що виринула та потонула), як

.

Роздільне кондиціонування пульпи шляхом гідроциклонування та обробки реагентами пісків гідроциклона з подальшим їх змішуванням із зливом дозволяє значно скоротити витрати реагентів. Тому технічна компоновка роздільного кондиціонування та флотосепарації - це перспективний напрям в розвитку технології переробки вугільних шламів та інших зернистих матеріалів.

Пристрій для роздільного кондиціонування пульпи фракції, що потонула, виконан на базі гідроциклону і відрізняється, розпилювачем реагентів та перфорованим спіральним аератором. Згущений (грубозернистий) продукт і злив об'єднують у змішувачі, де відбувається перерозподіл реагенту з поверхні крупних частинок на поверхню дрібних для подальшого процесу згущення пульпи.

Перевага поличного згущувача з похилими пластинами полягає у високій продуктивності при невеликій площі, відсутності рухомих частин і приводу, а також у незначному зносі деталей та малих експлуатаційних витратах. Продуктивність такого згущувача у порівнянні зі звичайним того ж об'єму в двадцять разів більше.

Для реалізації схеми переробки відходів брикетних фабрик вибрано та обґрунтовано основне технологічне обладнання, яке може бути виготовлене в умовах фабрики.

ВИСНОВКИ

У дисертації, що є завершеною науково-дослідною роботою, поставлена і вирішена актуальна наукова задача, яка полягає у визначенні закономірностей процесу безреагентної флотосепарації буровугільного шламу, кінетики процесу осадження, що являється основою технологічних рішень щодо роздільної переробки відходів виробництва брикетів.

Найбільш важливі наукові і практичні результати, висновки та рекомендації полягають у наступному:

1. Відходи брикетних фабрик - шлам (до 3 %) і крихта (до 15 %) не переробляються внаслідок відсутності технології їх утилізації. Тому перспективним напрямом удосконалення процесу виробництва буровугільних брикетів є розробка і впровадження замкненого оборотного водопостачання брикетних фабрик, що забезпечить їх перехід на безвідходну технологію.

2. Шламова вода брикетних фабрик (з промплощадок та системи мокрого знепилювання) містить фракції, що спливла та потонула (відповідно 46,96 % і 53,04 %). При цьому фракції відрізняються ступенем змочування, що обумовлює необхідність їх роздільної переробки.

3. Отримані коефіцієнти кінетики для буровугільного шламу і частинок вузького класу крупності, характеризують імовірність осадження і її зміну при витраті ПАА або KAT-FLOC 3840 від 20-60 г/т та концентрації твердої фази до 50 г/л. Осадження найбільш крупних частинок буровугільного шламу супроводжується витісненням рідкої та тонкодисперсної фаз у верхні шари пульпи, внаслідок чого зростає сила опору падінню тонких частинок (менше 0,05 мм), а швидкість осадження знижується на 50-65 %.

4. Встановлено, що після термічної обробки та пресування бурого вугілля виявляються властивості гідрофобності його поверхні. Для фракції буровугільного шламу, що спливла, величина крайового кута змочування склала 122^о...136^о, а що потонула 85^о...90^о, що свідчить про високу гідрофобність поверхні фракції, що спливла, і дозволяє прийняти крайовий кут змочування за розділову ознаку, а також здійснити безреагентну флотосепарацію цих фракцій з ефективністю до 65 % і максимальною крупністю (2,25 мм) фракції, що спливла.

5. Одержана регресійна модель, яка дозволяє прогнозувати результати процесу осадження буровугільного шламу, а також може бути використана при розробці його технологічних режимів.

6. Експериментально встановлено, що для осадження і згущення фракції, що потонула і отримання просвітленої води оборотного водопостачання брикетних фабрик найефективнішим з флокулянтів є ПАА або KAT-FLOC 3840. Виявлена максимальна різниця в швидкостях осадження з різною концентрацією твердого при витраті флокулянта 40 г/т.

7. Роздільна переробка фракцій буровугільного шламу, що спливла та потонула, з подальшим їх перемішуванням із подрібненими до 3 мм битими брикетами (крихтою) обумовлена поверхневими властивостями шламу. Причому до перемішування роздільному кондиціонуванню і згущенню фракції, що потонула, повинна передувати безреагентна флотосепарація.

8. Розроблена безвідходна технологія (з очікуваним економічним ефектом - 9766809 грн./рік) переробки буровугільного шламу та крихти із замкненим циклом водопостачання й одержанням транспортабельного готового продукту до 23 т/г для спалювання або брикетування із вмістом вологи 26% ... 28 %. Реалізовані з позитивним результатом окремі елементи такої технології на обладнанні, яке виготовляється в умовах майстерень брикетних фабрик.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ТА РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В РОБОТАХ

1. Кривощеков В.И., Мацюк И.Н. Технология переработки отходов буроугольных брикетных фабрик // Вибрации в технике и технологиях. - 1998. - №3 (7). - С. 70.

2. Кривощеков В.И., Мацюк И.Н. Особенности бурых углей Днепровского бассейна и полидисперсной фазы шламов брикетных фабрик // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. - 1998. - Вип.2 (43). - С. 27-30.

3. Кривощеков В.И., Мацюк И.Н. Определение разделительного признака буроугольного шлама брикетной фабрики // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. - 1999. - Вип.3 (44). - С. 61-66.

4. Кривощеков В.И., Мацюк И.Н. Интенсификация кондиционирования пульпы и осаждения ее твердой фазы // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. - 2001. - Вип. 12(53). - С. 147-150.

5. Кривощеков В.И., Мацюк И.Н., Именохоев И.В. Гидроциклонно-ультразвуковое кондиционирование пульпы // Уголь Украины. - 2001. - № 9. - С. 38-39.

6. Кривощеков В.И., Мацюк И.Н. Исследование кинетики осаждения буроугольного шлама // Сб. науч. тр. НГУ.-2002. - №15, т. 1, 41. - С.98 -105.

7. Кривощеков В.И., Мацюк И.Н. Ресурсосберегающая переработка отходов буроугольных брикетных фабрик // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. - 2003. - Вип. 18 (59). - С.171-176.

8. Кривощеков В.И., Мацюк И.Н. Технологические свойства и утилизация отходов буроугольных брикетных фабрик // Уголь Украины. - 2004. -№ 10. - С. 43 - 47.

9. Кривощеков В.И., Мацюк И.Н. Безреагентная флотосепарация: метод и устройство // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. - 2006. - Вип.25 (66) - 26(67). - С. 84-92.

10. Пат. 40854А України, МПК В03D 1/14. Пристрій для підготовки пульпи до флотації. / В.І. Кривощоков, І.М. Мацюк, І.В. Іменохоєв. - Відкриття. Знаходу. - 2001. - № 7. - С. 27.

11. Кривощеков В.И., Мацюк И.Н. Технология переработки отходов буроугольных брикетных фабрик // Сучасні шляхи розвитку гірничого обладнання і технологій переробки мінеральної сировини: Матеріали міжнар. конф., м. Дніпропетровськ, 23-24 жовтня 1997 р. - Д., 1997. - С. 92.

12. Кривощеков В.И., Мацюк И.Н. Особенности осаждения полидисперсной фазы буроугольного шлама // Матеріали І міжнародної конф. "Наука і освіта'98". сер. Техн. науки. - Д., 1998. -т. 5. - с. 189-190.

13. Кривощеков В.И., Мацюк И.Н. Комбинированный способ кондиционирования пульпы // Теория и практика процессов измельчения, смешивания и уплотнения: Материалы IX междунар. конф. - Одесса, 2002. - С.62-66.

14. Кривощеков В.И., Мацюк И.Н. Безреагентная флотосепарация угольных шламов // Проблемы накопления и утилизация пылесодержащих составляющих отходов промышленных предприятий и перспективы их решения в рамках научно-технической программы Евросоюза INCO: Тр. междунар. науч.-техн. конф., Крым, с. Песчаное, 13-17 июня 2005 г. - Д., 2005. - С.55-63.

Особистий внесок автора у роботах, написаних у співавторстві: 8, 10 виконання теоретичних досліджень, розрахунок та аналіз отриманих результатів; 6, 7, 11, 12, 13 постановка мети і завдання досліджень, виконання теоретичних і експериментальних досліджень, аналіз результатів; 1, 3, 9 обґрунтування і розробка технології переробки відходів брикетної фабрики (шламу та крихти), переведення технологічного процесу на замкнений цикл водопостачання, 2, 4, 5, 14 формулювання ідеї, обґрунтування відмітних ознак і новизни.

АНОТАЦІЯ

Мацюк І.М. Обґрунтування безвідходної технології переробки буровугільних шламів брикетних фабрик. Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.08 “Збагачення корисних копалин”. Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2006.

Традиційна технологія виробництва буровугільних брикетів не включає замкнену водно-шламову схему, що викликає додаткове водоспоживання фабрик, скидання за їх межі шламів і забруднення навколишнього середовища. Відходи брикетних фабрик - шлам (до 3 %) і крихта (до 15 %) не переробляються через відсутність обгрунтування технології їх утилізації.

Загальноприйнятими методами виявлені і вивчені технологічні властивості шламу брикетних фабрик. Після термічної обробки і пресування у бурого вугілля виявляються властивості гідрофобності його поверхні. Для фракції буровугільного шламу, що спливла (до 47 %), величина крайового кута змочування склала 122^о...136^о, а що потонула (до 53 %), 85^о...90^о, що свідчить про високу гідрофобність поверхні фракції, що спливла, і дозволяє прийняти крайовий кут змочування за розділову ознаку, а також здійснити безреагентну флотосепарацію цих фракцій з ефективністю до 65 % і максимальною крупністю (2,25 мм) фракції, що спливла.

Розроблена безвідходна технологія переробки буровугільного шламу та крихти із замкненим циклом водопостачання й одержанням транспортабельного готового продукту до 23 т/г для спалювання або брикетування із вмістом вологи 26% ... 28 %. Роздільна переробка фракцій буровугільного шламу, що спливла та потонула, з подальшим їх перемішуванням із подрібненими до 3 мм битими брикетами (крихтою) обумовлена поверхневими властивостями шламу. Причому до перемішування роздільному кондиціонуванню і згущенню фракції, що потонула передує безреагентна флотосепарація. Ця технологія реалізується на обладнанні, яке можна виготовити в умовах майстерень брикетних фабрик.

Ключові слова: безвідходна технологія, буровугільний шлам і крихта, роздільна переробка фракцій, що спливла та потонула, безреагентна флотосепарація, осадження.

АННОТАЦИЯ

Мацюк И.Н. Обоснование безотходной технологи переработки буроугольных шламов брикетних фабрик. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.08 “Обогащение полезных ископаемых”. Национальный горный университет, Днепропетровск, 2006.

Традиционная технология производства буроугольных брикетов не включает замкнутую водно-шламовую схему, что вызывает дополнительное водопотребление фабрик, сброс за их пределы шламов и загрязнение окружающей среды. Отходы брикетных фабрик - шлам (до 3 %) и крошка (до 15 %) не перерабатываются из-за отсутствия теоретического и экспериментального обоснования технологии их утилизации.

Общепринятыми методами выявлены и изучены технологические свойства шлама брикетных фабрик. После термической обработки и прессования у бурого угля проявляются свойства гидрофобности его поверхности. Для всплывшей фракции (до 47 %) буроугольного шлама величина краевого угла смачивания составила 122^о...136^о, а потонувшей (до 53 %) 85^о...90^о, что свидетельствует о высокой гидрофобности поверхности всплывшей фракции и позволяет принять краевой угол смачивания за разделительный признак.

Исследована разделительная способность безреагентной флотосепарации. В качестве критерия оценки разделительной способности безреагентной флотосепарации буроугольного шлама принят комплексный показатель, учитывающий влияние на процесс гидрофобности поверхности зерен, фракционного состава всплывшей и потонувшей фракции и гранулометрического состава потонувшей фракций. При этом, если этот критерий больше или равен 1,25, то безреагентная флотосепарация эффективна, а если он меньше - не эффективна. Осуществляется разделение на всплывшую и потонувшую фракции буроугольного шлама в безреагентном флотосепараторе с эффективностью до 65 % и максимальной крупностью всплывшей фракции 2,25 мм.

Получена регрессионная модель, которая позволяет определять область рациональных параметров и прогнозировать результаты процесса осаждения буроугольного шлама, а также может быть использована при разработке его технологических режимов.

Определены коэффициенты кинетики, характеризующие вероятность осаждения и ее изменение при расходе флокулянтов (ПАА, KAT-FLOC 3840, KAT F 148, KAN 20 VHM и X 99 B1) от 20-60 г/т и концентрации твердой фазы до 50 г/л. Осаждение наиболее крупных частиц буроугольного шлама сопровождается вытеснением жидкой и тонкодисперсной фаз в верхние слои пульпы, в результате чего возрастает сила сопротивления падению тонких частиц (менее 0,05 мм), а скорость осаждения снижается на 50-65 %.

Экспериментально установлено, что для осаждения и сгущения потонувшей фракции и получения осветленной воды для оборотного водоснабжения брикетных фабрик наиболее эффективным из флокулянтов является ПАА или KAT-FLOC 3840. Выявлена максимальная разность в скоростях осаждения с различной концентрацией твердого при расходе флокулянта 40 г/т.

Разработана безотходная технология переработки буроугольного шлама и крошки с замкнутым циклом водоснабжения и получением транспортабельного готового продукта до 23 т/ч для сжигания или брикетирования с содержанием влаги 26% ... 28 %. Раздельная переработка всплывшей и потонувшей фракций буроугольного шлама с последующим их перемешиванием с дробленым до 3 мм боем брикетов (крошкой) обусловлена поверхностными свойствами шлама. Причем до перемешивания раздельному кондиционированию и сгущению потонувшей фракции предшествует безреагентная флотосепарация. Реализуется такая технология на оборудовании (флотосепаратор, устройство для раздельного кондиционирования, трехпродуктовый пластинчатый сгуститель, вибросито, шнековый смеситель), которое можно изготовить в условиях мастерских брикетных фабрик.

Ключевые слова: безотходная технология, буроугольный шлам и крошка, раздельная переработка всплывшей и потонувшей фракций, безреагентная флотосепарация, осаждение.

ABSTRACT

Matsuyk I.N. The substantiation of wasteless technology of brown coal slurry treatment of briquette factories. Manuscript.

Dissertation on graduation an academic degree of candidate of engineering sciences on speciality 05.15.08 “Minerals processing.” National Mining University, Dnepropetrovsk, 2006.

Traditional technology of producing brown coal briquettes doesn't include closed water and slurry scheme and it causes additional plant water consumption, throwing slurry outside the factories and environment pollution. Wastes of briquette factories - slurry (up to 3%) and crumb (up to 15%) are not processed because of the absence of theoretical and experimental substantiation of their utilization technology.

Technological properties of slurry of briquette factories are studied and revealed by general methods. After thermal treatment and pressing the properties of hydrophoby appear on the surface of brown coal. For floated fraction (up to 47%) of brown coal slurry the value of edge angle of moistening in 122^о-136^о, and for sank fraction (up to 53%) is 85^о...90^о which proves a high hydrophoby of the surface of the floated fraction and allows to take edge angle of moistening as a distinguishing feature and to carry out nonreagent floating separation of these fractions with efficiency up to 65% and maximum grade (2,25 mm) of floated fraction.

Wasteless technology of treating brown coal slurry and crumb with closed cycle of water supply and receiving transportability finished product up to 23 t/h for burning and briquetting with 26-28 moisture content has been developed. Separate treatment of floated and sank fractions of brown coal slurry with their following mixing with broken (up to 3 mm) briquettes (crumb) is stipulated by surface properties of slurry. By the way, nonreagent floating separation proceeds separate conditioning and thickening sank fraction before mixing. The realization of this technology may be carried out by using industrial machinery (floating separator, device for separate conditioning, three-product plate thickener, vibrating screen, crew conveyor mixer), which can be made in the shops of briquette factories.

Key words: wasteless technology, brown coal slurry and crumb, separate treatment of floated and sank fractions, nonreagent floating separation, precipitation.

Размещено на Allbest.ru