Обогащение угольного шлама на осадительных центрифугах

А.Ф.Мацак, к.т.н., А.Г.Трошин, к.т.н., В.В.Мишанина, начальник УОФ шахты «Северная» А.А.Шкоп, инженер, Н.Г.Пономарева, аспирант НТУ «ХПИ»

В настоящее время все фабрики Донбасса, обогащающие угли, работают по схемам с полным улавливанием твердого в наружных очистных сооружениях. Сброс промышленных стоков ОФ в водоемы общего пользования с содержанием твердого продукта выше установленных санитарных норм прекращен. В основных производствах с глубиной обогащения антрацита до нуля водно-шламовая схема включает классификацию сгущенных шламов пирамидальных отстойников в радиальных сгустителях и в гидроциклонах; обогащение класса крупности менее 0.5 мм флотацией; обезвоживание пескового продукта гидроциклонов в осадительных центрифугах. При обезвоживании штыба в осадительных центрифугах 80-96% его поступает в обезвоженный осадок, а наиболее тонкодисперсный уголь с фугатом сбрасывается в наружные отстойники или снова направляется в классификатор для осветления суспензии.

Практика эксплуатации осадительных центрифуг НОГШ-1320 при обогащении антрацита показала, что крупность граничного зерна при различных режимах и характеристиках колеблется в пределах 40-80 мкм. Влажность обезвоженного осадка равна 24-30%.

Учитывая отсутствие на фабриках других эффективных устройств для осветления технологической воды и улавливания штыба, твердая фаза подрешетных вод грохотов и фу-гат осадительных центрифуг фактически являются циркуляционной нагрузкой. Тонкодисперсные частицы антрацита быстро накапливаются в оборотной воде, увеличивают содержание твердого продукта и ее вязкость. Это приводит к ухудшению работы устройств по осветлению технологических пульп и вынужденному сбросу части их в наружные отстойники или илонакопители. В связи с этим возникает необходимость применения таких водно-шламовых схем и аппаратов, которые способны окончательно обрабатывать продукты по мере их выделения из потока. Это является фактором повышения эффективности процессов обогащения угля ввиду ликвидации циркуляционных нагрузок.

В Украине научно-производственное предприятие «Эко-маш» разработало и наладило производство в г. Харькове осадительных центрифуг различных типоразмеров [4]. Наибольший интерес из разработанных машин для крупных углеобогатительных фабрик представляет центрифуги ОГШ-759Л-01-УХЛ4, ОГШ-751Л-УХЛ4, которые работают на ЦОФ «Комендантская» ГХК «Ровенькиантрацит», ГОФ «Красная звезда» (г. Торез), ЧПКП Фирма «Укринвест» (г. Алчевск), УОФ шахты «Северная» ОАО «Воркутауголь» (г. Воркута). Центрифуга ОГШ-759Л-01 представляет собой осадитель-ную горизонтальную машину непрерывного действия со шнековой выгрузкой обезвоженного осадка. Она функционирует по принципу осаждения частиц угля в жидкости и вытеснения последней из слоя извлекаемых зерен. Характер движения твердой и жидкой фаз пульпы противоточный.
Основным узлом центрифугальной установки ОГШ-759Л-01 является цилиндроконический ротор с соотношением длины к диаметру 2.86. Ротор выполнен из легированной стали. Высокий фактор разделения (Frmax = 1211) в сочетании с конструктивными особенностями ротора позволяет удалять угольный шлам с граничным зерном разделения до 10 мкм. Транспортирует выделенную твердую фазу одноза-ходный отстающий шнек, спираль которого защищена от абразивного износа керамическими пластинами. Привод ротора осуществляется от короткозамкнутого асинхронного электродвигателя через турбомуфту, клиноременную передачу, либо от модернизированного электропривода с применением электронного плавного пуска.

Вращающиеся элементы конструкции динамически отбалансированы. Предусмотрена защита электродвигателя и редуктора от перегрузки, а также контролируется фактическая исходная нагрузка центрифугальной установки и температура подшипников коренных опор.
На ЦОФ «Комендантская» были проведены сравнительные исследования работы осадительных центрифуг НОГШ-1320 и ОГШ-759Л-01 для решения вопросов выбора и оснащения ими углеобогатительных фабрик Украины.

Для подачи исходного продукта в ОГШ-759Л-01 применены мешалка, кран электроприводной, загрузочное устройство (см. рис.). В мешалке угольная пульпа поддерживается во взвешенном однородном состоянии, что предотвращает скачки по нагрузке в центрифугах ОГШ-759Л-01 и НОГШ1320.

Ручная задвижка служит для установки максимальной подачи пульпы. Электроприводной кран позволяет производить регулировку подачи исходной нагрузки в процессе центрифугирования - это важно при колебаниях содержания твердого в суспензии, изменения ее уровня в мешалке (например, при отключении НОГШ-1320). Загрузочное устройство выполняет функции: защиты центрифуги от попадания твердых, в частности металлических частиц размером более 3 мм; защиты от перегрузки в процессе первоначального поступления исходной нагрузки на центрифугу; отвода пульпы в зумпф шламовых вод при аварийных отключениях центрифуги.

Описанная схема питания позволяет обеспечить стабильную долговременную работу центрифуги в оптимальном режиме по подаче исходной нагрузки.
Порядок проведения исследований следующий. При установившемся режиме работы центрифуг НОГШ-1320 и ОГШ-759Л-01 в течение трех смен через один час производили отбор проб: исходный продукт на центрифуги, обезвоженные осадки и фугаты, полученные на машинах. В соответствии с действующими стандартами и методиками определяли содержание твердого продукта в пробах, влажность их и зольность, подвергали ситовому и фракционному анализам.

Эффективность работы (%) осадительной центрифуги рассчитывали по формуле:
где pi, р2 - содержание твердого продукта в исходном продукте и фугате центрифуги, соответственно, кг/м3.

Анализ данных гранулометрического состава исходного продукта на осадительные центрифуги свидетельствует о том, что в нем содержится (суммарно сверху) 47.2% класса крупнее 0.25 мм зольностью 10.9%; 75.4% крупнее 0.1 мм зольностью 21.6% и 80% крупнее 0.071 мм зольностью 23.5%. Плотность фракций менее 2000 кг/м3 в исходном продукте составляет 68.3% при зольности 9.9%.

В центрифуге НОГШ-1320 в обезвоженном осадке оказался продукт следующего состава и зольности: 52.3% класса крупнее 0.25 мм зольностью 8.4%; 79.8% крупнее 0.1 мм зольностью 18.6%; 85% крупнее 0.071 мм зольностью 20.5%. Плотность фракций менее 2000 кг/м3 в осадке составляет 75.4% зольностью 8.5%, а более 2000 кг/м3 - 24.6% зольностью 76.9%.

В состав фугата НОГШ-1320 входит 0.5% класса крупностью шлама 0.1-0.071 мм зольностью 62.6% и менее 0.071 мм - 99.5% зольностью 63.2%. При этом фугат представлен в основном фракциями плотностью более 2000 кг/м3 с зольностью твердого продукта 63.2%.

Анализируя общие данные работы центрифуги НОГШ-1320 при обезвоживании сгущенного продукта радиального сгустителя (табл. 1), приходим к выводу, что она работает не совсем удовлетворительно, потому что выход обезвоженного осадка составляет всего 87.4%, причем в фугат уходит 12.6% шлама, в котором содержится значительное количество тонких зерен угля. Эффективность работы осадительной центрифуги НОГШ-1320 равна Е = 81.8%.
Из гранулометрического состава обезвоженного осадка центрифуги ОГШ-759Л-01 видно, что он содержит 49.8% класса крупнее 0.25 мм зольностью 8.2%; 77.7% крупнее 0.1 мм зольностью 18.6%; 83.4% крупнее 0.07 мм зольностью 23%. Плотность фракции менее 2000 кг/м3 в осадке составляет 70.7% зольностью 9.2%. В фугат ОГШ-759Л-01 входит 100% шлама класса крупностью менее 71 мкм зольностью 71.2%. При этом весь штыб представлен фракциями плотностью более 2000 кг/м3.

Анализ общих данных центрифуги ОГШ-759Л-01 (табл. 2) при обезвоживании сгущенной пульпы радиального сгустителя показывает, что она работает лучше, чем НОГШ-1320 (табл. 1), так как выход обезвоженного осадка (влажность 21.8%) больше и составляет 95.8%, зольность шлама в фугате 71.2%. При использовании центрифуги ОГШ-759Л-01 исчезает необходимость применения флотации шламов, поскольку фугат зольностью 71.2% является отходами углеобогащения. Эффективность работы осадительной центрифуги ОГШ-759Л-01 равна Е = 91.8%. Отсюда следует: центрифуга ОГШ-759Л-01 работает эффективнее на 10%, чем НОГШ-1320.


При длительном испытании осадительной центрифуги ОГШ-759Л-01 получены следующие данные:

- производительность = 18-25 т/ч;

- предел крупности твердой фазы в исходном продукте = 3 мм;

- содержание твердого продукта в питании 150 = 750 кг/м3;

- зольность исходного шлама = 27-39%;

- влажность обезвоженного осадка (при содержании частиц менее 0.071 мм до 50% в исходном продукте) = 19-26%;

- зольность обезвоженного осадка = 23-37%;

- содержание твердого продукта в фугате = 20-40 кг/м3;

- зольность шлама в фугате = 70-71%;

- технологическая эффективность разделения пульпы = 91.8%;

- ресурс до капитального ремонта шнека = не менее 5000 ч;

- гарантийная наработка = 2000 ч.

Центрифугальная установка ОГШ-751Л-УХЛ4 с модернизацией электропривода ротора (уменьшение нагрузки на электросеть при запуске) в 2006 г. была запущена в эксплуатацию на обогатительной фабрике шахты «Северная» ОАО «Воркута-уголь». При обезвоживании угольных шламов марки 2Ж-кокс получены следующие технологические показатели:

1. Содержание твердого вещества в питании центрифуги ~300 г/л;

2. Ситовый состав питания при средней зольности - 16.4% (представлен в табл. 3);

3. Осадок имеет влажность 20.3%, зольность - 16.2% (представлен в табл. 4);

4. Фугат (жидкая фаза) имеет содержание твердого вещества - 20-21 г/л;

5. Производительность центрифугальной установки по обезвоженному осадку составляет 16.3 т/час;

6. Производительность по питанию составляет ~46 м3/ч.

Таким образом, внедрение центрифугальных установок ОГШ-759Л (ОГШ-751Л) нового поколения с высоким фактором разделения (Fr = 1000) при обезвоживании угольных шламовых вод подтвердило их высокую технологическую, а, следовательно, и экономическую эффективность. Срок окупаемости центрифугальной установки ОГШ-759Л (ОГШ-751Л) находился в пределах гарантийной наработки.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Интенсификация процессов обезвоживания/ В.С. Каминский, М.Б. Баркин, Л.Ф. Долина и др. - М.: Недра, 1982.

2. Совершенствовшше техники и технологии обогащения антрацитов/ Г.Г. Кудинов, ОА. Летуновский, А.Д. Пульчев, ЭА. Перемежко. - К: ТвхнЬка, 1994.

3. Совершенствование техники и технологии обработки шламов для сокращения их выхода как отдельного товарного продукта/ А.И. Сипотенко, А.М. Коткин, 3.А. Перемежко и др. - М.: ЦНИЭИуголь, 1991.

4. Мацак А. Ф. Обезвоживание антрацитовых шламов на центрифуге ОГШ -759Л-01-УХЛ 4// Збага чення корисних копалин. - 2000. - Вип.

Журнал "Горная Промышленность" №2 2007