Изучены отходы флотации ОАО ЦОФ «Беловская» с целью возможности их использования в строительной и энергетической промышленности. Предлагается комплексное использование отходов углеобогащения в качестве отощающей добавки в глиняную шихту для производства керамического кирпича полусухим методом и добавки в горючую смесь для сушки угольного концентрата в топках низкотемпературного кипящего слоя в условиях ЦОФ «Беловская».
Ключевые слова: уголь, отходы флотации, топка низкотемпературного кипящего слоя (НТКС), керамический кирпич
В результате деятельности обогатительных фабрик образуется большое количество отходов флотации. Поэтому в настоящее время одной из актуальных проблем является необходимость их утилизации.
Многочисленные исследования показывают, что отходы углеобогащения можно весьма эффективно использовать в различных отраслях народного хозяйства [1, с.15]:
– в энергетических целях — в установках для сжигания высокозольных отходов;
– в черной и цветной металлургии — для производства огнеупоров, в качестве сырья и сырьевых добавок при производстве кремне-алюминиевых сплавов, карбидкремниевых материалов, кислородных соединений алюминия и др.;
– в строительной промышленности — для производства кирпича, керамзита, железобетонных изделий и др. [2, c.300];
– в химической промышленности — в качестве компонента при получении сернистых соединений;
– в газовой и нефтедобывающей промышленности — для приготовления тампонажных растворов;
– в сельском хозяйстве — в качестве удобрений и добавок к ним.
В работе были изучены отходы с ленточного фильтр-пресса флотационного отделения ОАО ЦОФ «Беловская» с целью возможности использования их в энергетических целях, а также в строительстве, в качестве дешевого и доступного строительного материала.
В табл. 1, 2 и 3 представлен технический и ситовый анализ отходов, а также полуколичественный анализ минеральной части отходов углеобогащения ОАО ЦОФ «Беловская».
Таблица 1
Технический анализ отходов флотации ЦОФ «Беловская»
|
Влажность,% |
Зольность,% |
Выход летучих веществ,% |
Содержание серы,% |
Плотность, кг/м3 |
|
19,7–20,0 |
49,2–68,9 |
16,6–16,8 |
0,5–0,64 |
1974–1980 |
Таблица 2
Анализ минеральных компонентов вотходах флотации ЦОФ «Беловская»
|
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
Fe2O3 |
K2O |
MgO |
TiO2 |
P2O5 |
|
26,8–46,3 |
8,8–11,1 |
1,3–3,9 |
2,2–3,9 |
1,1–2,8 |
0,6–1,2 |
0,34–0,68 |
0,1–0,26 |
Таблица 3
Ситовый анализ отходов ЦОФ «Беловская»
|
Класс, мм |
Вес, г |
Выход,% |
Зольность,% |
∑Выход,% |
∑Зольность,% |
|
13,0–2,50 |
16,18 |
16,18 |
51,16 |
16,18 |
51,16 |
|
+1,60 |
5,64 |
5,64 |
52,18 |
21,82 |
51,67 |
|
+0,63 |
17,12 |
17,12 |
44,70 |
38,94 |
49,35 |
|
+0,40 |
10,34 |
10,34 |
35,03 |
49,28 |
45,77 |
|
+0,315 |
7,22 |
7,22 |
37,65 |
56,5 |
44,14 |
|
+0,20 |
9,32 |
9,32 |
42,38 |
65,82 |
43,85 |
|
+0,16 |
5,35 |
5,35 |
49,54 |
71,17 |
44,66 |
|
+0,10 |
10,48 |
10,48 |
54,00 |
81,65 |
45,83 |
|
+0,063 |
2,64 |
2,64 |
61,45 |
84,29 |
47,57 |
|
+0,050 |
12,24 |
12,24 |
66,30 |
96,53 |
49,44 |
|
+0,008 |
3,47 |
3,47 |
70,89 |
100 |
51,39 |
Полученные результаты показали, что данные параметры позволяют использовать отходы в установках по сжиганию высокозольного топлива [3, c.283].
Было предложено использование их в качестве добавки к рядовым углям марки «Г» в топках низкотемпературного кипящего слоя(НТКС) для сушки угольного концентрата в условиях ЦОФ «Беловская» [4, c.6], [5, c.38], [6, c.200], [7, c.19], [8, c.246].
В табл. 4 приведены теплотехнические параметры сушки концентрата в топке НТКС с производительностью 164 т/ч.
Оптимальной по низшей теплоте сгорания рабочего топлива и расходу сжигаемой смеси выбрана смесь состава: 10 % отходов и 90 % рядового угля марки «Г». При этом низшая теплота сгорания смеси 10:90 составила 19573 кДж/кг, а расход сжигаемой смеси составил 1526 т/ч.
Таблица 4
Результаты расчёта горения вНТКС смеси отходов ирядового угля марки Г
|
Показатель |
Отходы 100% |
Отходы: уголь 30%: 70% |
Отходы: уголь 10%: 90% |
|
Теплота сгорания низшая рабочая, кДж/кг |
1811 |
15626 |
19573 |
|
Расход тепла на испарение влаги, ГДж |
48380 |
48380 |
48380 |
|
Объём продуктов сгорания смеси, м3/кг |
1,17 |
5,83 |
9,30 |
|
Температура продуктов сгорания, 0С |
1050 |
1563 |
1960 |
|
Энтальпия продуктов сгорания, кДж/м3 |
2060 |
2583 |
3308 |
|
Энтальпия воздуха на разбавление, кДж/м3 |
26 |
26 |
26 |
|
Объём сушильного агента, м3/кг |
5,6 |
39,8 |
79,2 |
|
Расход сжигаемой смеси, т/ч |
19,155 |
3,033 |
1,526 |
Также были проведены исследования возможности использования отходов ЦОФ «Беловская» в строительной промышленности.
Были определены такие показатели отходов, как:
условный силикатный модуль отходов: 
= 1,8
алюможелезистый модуль: 
= 0,4
Оценена огнеупорность расчетным способом как температура плавления:
где Al2O3- приведенное содержание оксида алюминия, т. е. скорректированное с условием: Al2O3+SiO2=100;
R — сумма плавней (CaO+MgO+Na2O+K2O+TiO2+Fe2O3), рассчитанная из того же условия.
Анализ полученных данных показал, что наиболее рациональным является использование отходов (с содержанием А12О3 менее 15 % и углерода более 15 %) в качестве отощающей добавки в глиняную шихту для производства керамического кирпича полусухим методом.
Таким образом, в работе были изучены отходы флотационного отделения ОАО ЦОФ «Беловская» и предложено их комплексное использование в энергетических целях, в качестве добавки в горючую смесь с рядовым углем марки «Г» в топках низкотемпературного кипящего слоя (НТКС) для сушки угольного концентрата. А также в качестве отощающей добавки в глиняную шихту для производства керамического кирпича полусухим методом.
Предложенные методы утилизации отходов позволят увеличить резерв топлива, снизить затраты на сушку концентратов в условиях ЦОФ «Беловская», сократить нерациональное отчуждение земельных ресурсов, а также заменить дефицитное строительное сырье дешевым и более доступным.
Литература:
- Шпирт М. Я., Артемьев В. Б., Силютин С. А. Использование твердых отходов добычи и переработки углей. М: «Горное дело», 2013. — 432с.
- Горчаков Г. И., Баженов Ю. М. Строительные материалы: Учеб. для вузов. — М: Стройиздат, 1986. — 688 с.
- Вискин Ж. В. Сжигание угля в кипящем слое и утилизация его отходов. — Донецк: Типография «Новый мир», 1997. — 283. с.
- Петухов В. Н., Осина Н. Ю., Юнаш А. А., Саблин А. В. Разработка нового реагентного режима флотации углей на основе реультатов изучения термодинамических параметров адсорбции углеводородов на угольной поверхности// Кокс и химия. — 2007. — № 9. — С. 6–9.
- Петухов В. Н., Свечникова Н. Ю., Юдина С. В., Горохов А. В., Лавриненко А. А., Харченко В. Ф. Использование отходов флотации угля для энергетических целей в условиях ОАО «ЦОФ» «Беловская»// Кокс и химия. — 2016. — № 5. — С.38–41.
- Svechnikova N.Yu., Petukhov V. N., Yudina S. V., Gorokhov A. V., Lavrinenko A. A., Kharchenko V. F. Utilization of coal-flotation wastes at OAO TSOF Belovskaya//Coke and Chemistry.- 2016. — Т. 59. — № 5. — С. 200–203.
- Свечникова Н. Ю., Юдина С. В., Мамедалина Н. И. Анализ отходов флотационного обогащения углей// Теория и технология металлургического производства.- 2015.-№ 1 (16). -С. 19–21.
- Мамедалина Н. И., Свечникова Н. Ю., Юдина С. В. Использование отходов флотации в энергетических целях на ЦОФ «Беловская»// Актуальные проблемы современной науки, техники и образования.- 2015. -Т. 1.- № 1.- С. 246–249.
