автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Разработка научных основ повышения эффективности проектных решений для углеобогатительных фабрик в условиях изменчивой сырьевой базы

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ, ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОБОГАЩЕНИЯ СМЕСИ РАЗЛИЧНЫХ УГЛЕЙ.

2.1. Обзор и анализ основных характеристик параметров, влияющих на обогащение.

2.2. Генетические факторы нестабильности качества исходного угля для обогащения.

2.2.1. Влияние минерализации.

2.2.2. Влияние петрографических характеристик.

2.2.3. Влияние распределения плотности.

2.2.4. Обогатимость.

2.3. Технологические факторы колебания параметров и свойств обогащаемого угля.

2.3.1. Связь горно-добычных работ с технологией последующего обогащения.

2.3.2. Влияние многокомпонентности и структурной схемы потоков

2.3.3. Неравномерность скорости подачи питания и степени его разбавленности.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ СОВОКУПНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ РАБОТЫ ОБОГАТИТЕЛЬНОЙ ФАБРИКИ.

3.1. Технологические схемы обогащения.

3.2. Место и роль отдельных операций технологической схемы фабрики в конечном результате обогащения.

3.2.1. Влияние параметров процесса на эффективность работы гидроциклонов.

3.2.2. Влияние параметров процесса на эффективность работы тяжелосредных сепараторов.

3.2.3. Влияние параметров процесса на эффективность работы отсадочных машин.

3.2.4. Влияние параметров процесса на эффективность флотации . 103 3.3. Критерии оценки влияния изменчивости параметров на загрузку и результат единичной операции обогащения.

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ИЗМЕНЧИВОСТИ ПИТАНИЯ НА КОНЕЧНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА ОБОГАЩЕНИЯ.

4.1. Условия максимальной эффективности обогащения.

4.2. Обеспечение максимальной однородности обогащаемых продуктов (гомогенизация).

4.3. Оптимизация нагрузки оборудования по основным технологическим операциям.

4.4. Стабилизация параметров водно-шламовой схемы фабрики.

4.5. Увеличение номенклатуры и объема производства качественной продукции.

5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕДЛОЖЕНИЙ (НА УРОВНЕ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ) ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЯ.

ВЫВОДЫ.

Известно, сколько внимания уделяется при проектировании обогатительной фабрики исследованию сырьевой базы, ситовому и фракционному составу, распределению петрографических компонентов по фракциям различной плотности, твердости (с позиций шламообразования), определению нагрузки на единичные технологические операции, структуре и техническим характеристикам и т.п., что в конечном итоге характеризует предприятие, как целевой объект функционального назначения.

Принято считать, что отклонение от подобранной технологии чревато негативными последствиями, связанными с уменьшением количества и качества производства фабрикой основного углеобразующего продукта - концентрата, и ведет к снижению экономической эффективности. В этом не трудно убедиться, проведя оценку влияния снижения на 1% выхода концентрата на объем реализации предприятия со средней производительностью.

Вместе с тем, на обогатительную фабрику, например ГОФ "Коксовая" может поступать разовый уголь от 6 (шахты Коксовая, Калинина, Дзержинская; разрезы - Краснобродский, Междуреченский, Томусинский) до 15 (ЦОФ "Березовская") и даже более поставщиков.

В этих условиях, особенно учитывая специфику угледобычи горного предприятия и зависимость качества сырья от геолого-генетических характеристик месторождения, у обогатительной фабрики возникает естественное желание обезопасить экономические параметры предприятия от возможной изменчивости отдельных показателей, способных нарушить технологический процесс. На практике это достигается созданием запаса технологической прочности в виде использования коэффициента запаса мощности в 10-20% ко всему определяющему оборудованию, что естественно приводит к увеличению капитальных затрат.

В условиях борьбы за снижение себестоимости обогащения и обеспечения возможно более высокой прибыли от производства ценной продукции, становится не безразличным оправданность этих затрат. Стоимость увеличения запаса мощности можно сравнить с альтернативным решением, например, шихтовкой рядового угля перед поступлением на фабрику или с другими изменениями самой технологии, адекватно учитывающими происходящие изменения в сырье.

Особое значение проблема взаимосвязи сырьевой базы и технологии обогащения приобретает в случае принятия решения о замене сырьевой базы существующего предприятия и степень готовности его к достижению высокой эффективности процесса. Особую остроту эта задача приобрела в период реструктуризации угольной промышленности, когда стали массово закрываться, так называемые, не перспективные шахты и обогатительные фабрики, лишенные традиционных поставщиков под которых они были спроектированы. Оказалось, что переработка так называемых непроектных углей на фабрике требует решения практических задач обеспечения максимальной эффективности обогащения при минимальных затратах и приспособления фабрики к новым условиям эксплуатации.

Проведенные исследования показали, что практически все углеобогатительные фабрики, в той или иной мере страдают от влияния изменчивости сырьевой базы. В рамках настоящей работы предпринята попытка определить, какие параметры питания и в какой степени оказывают наибольшее влияние на технологию обогащения, с тем, чтобы при проектировании новых фабрик создать наибольший запас прочности на определяющих участках технологического процесса и для повышения эффективности работы существующих предприятий, помочь определиться с основными направлениями реконструкции и инвестициями в технические решения и оборудование, способствующими адаптации фабрики к новым условиям. Как видно, такой подход способен обеспечить большие дивиденды от повышения устойчивости и надежности техноло6 гии в условиях непостоянства сырьевой базы, а также меняющихся требований рынка к номенклатуре товарных продуктов обогащения.

С точки зрения практики проектирования, знание реакции технологии обогащения на изменчивость сырьевой базы, позволяет осуществить более дешевое проектирование с гарантированным запасом мощности обогатительной фабрики и оборудования, обеспечивает получение продукции неизменно высокого качества и в количествах достаточных для эффективного функционирования предприятия независимо от изменений, происходящих у поставщиков рядовых углей.

Учитывая многообразие факторов, влияющих на конечные результаты обогащения, наиболее полная их оценка может осуществляться применительно к конкретным условиям определенного объекта. В связи с этим в исследовании для придания ему адресности, сделан акцент на угли разреза Красногорский, отрабатывающего 15 угольных пластов на геологических участках Сибиргин-ский и Кийзакский в Южном Кузбассе, условно отнесенных по степени метаморфизма и характеристикам свойств к марке А.

ВЫВОДЫ

В диссертационной работе исследуется важная проблема повышения эффективности обогатительных фабрик путем совершенствования и оценки процесса обогащения на предприятиях по технологиям переработки угля с широким диапазоном изменения свойств, поступающих из многочисленных шахто-пластов.

На основании выполненных исследований сделаны следующие выводы:

1. Одной из основных причин сокращения объемов применения обогащения углей и, как следствие этого, падения потребительских свойств угольной продукции является снижение эффективности обогащения (качества и выхода концентрата) в условиях кардинального изменения сырьевой базы и несоответствия технологий существующих фабрик и оборудования условиям экономичной переработки нового сырья.

2. В условиях рынка, допускающего возможность замены поставщиков сырья и изменения требований к качеству выпускаемой продукции, определяющим условием высокой результативности работы фабрики становится гибкость технологической схемы, способной адекватно реагировать на неустойчивость сырьевой базы и требования потребителя. В этом случае, увеличение технологической надежности фабрики должно учитываться на стадии проектирования предприятия в виде соответствующих коэффициентов запаса мощности.

3. Исследованы генетические и технологические факторы нестабильности характеристик рядового угля, оказывающие влияние на совокупный результат обогащения.

Показано, что в качестве основных дестабилизирующих факторов технологии переработки выступают во всех технологических переделах гомогенность питания, равномерность подачи и содержание (свойства) шламообра-зующих фракций.

4. Разработан метод графо-аналитического исследования взаимосвязи определяющих параметров обогатимости путем компьютерного построения и анализа пространственных поверхностей отклика в координатах: суммарная зольность всплывших фракций, классы крупности и плотность разделения.

5. На примере обогащения рядовых углей разреза Красногорский, представленных пластами с широким диапазоном различия свойств по метаморфизму, распределению содержания продуктовых фракций по классам крупности и склонности к шламообразованию, впервые детально исследованы отличия в технологии эффективной переработки шихт с различным долевым участием компонентов.

Показано, что наиболее высокую результативность обогащения можно ожидать от реализации в проекте технологии и оборудования, ориентированных не на гипотетический средний продукт и среднее сырье, а от рассчитанных на некоторые предельно неблагоприятные условия переработки по питанию.

6. Выявлена роль шламов в процессе обогащения углей всех классов крупности. Показано, что шламы дестабилизируют технологию обогащения в значительной степени сильнее, чем предполагалось ранее и это обстоятельство должно учитываться на стадии проектирования фабрик.

Разветвленные технологии с развитой схемой глубокого обогащения мелочи и замкнутым водно-шламовым циклом для обеспечения гарантированно высоких показателей обогащения требуют более высокого запаса мощности в цикле переработки мелочи.

7. Обоснованы методы нейтрализации воздействия изменчивости питания процессов и аппаратов обогащения на конечные результаты переработки.

Для реализации их на уровне проектных решений разработаны рекомендации и предложения по обеспечению условий максимальной эффективности

129 обогащения и производства угольной продукции с высокими потребительскими свойствами в заданном диапазоне изменения свойств сырья.

8. Промышленная реализация основных положений диссертационной работы осуществлена в проектах действующих предприятий ЦОФ "Кузбасская", ОФ "Листвянская", ОФ разреза "Томусинский", ОФ разреза "Сибиргинский", а также использована при проектировании строящихся углеобогатительных фабрик нового поколения, отличающихся низкой себестоимостью переработки, высокой экологичностью и стабильностью - ОФ шахты им. С.М. Кирова, ОФ шахты "Обуховская-1" и второй очереди ЦОФ "Кузбасская".

1. Евтушенко А.Е. и др. Практические основы формирования новой системы углепользования России. // Энергетическая политика 1998. - Выпуск 4-5. -с. 49-54.

2. Глушков А.С. Народнохозяйственный ущерб от ухудшения качества энергетических углей и эффективности их обогащения. // Электрические станции 1983. - № 9. - с. 2-4.

3. Техника и технология обогащения углей (Справочное пособие под ред. В.А. Чантурия и А.Р. Молявко) / М.: Наука, 1995. - 622 с.

4. Ed. Joseph, W. Leonard, Ill-Littleton Colorado.: Society for mining, metallurgy end exploitation, Coal Preparation, Inc. 113 lp.

5. Штрах Э. и др. Петрология углей; М.: Мир, 1978. - 555 с.

6. Сазыкин Г.П., Дебердеев И.Х., Линев Б.И. К вопросу увеличения эксплуатационных характеристик углеобогатительных фабрик. // Уголь -1999. -№3. с. 74-76.

7. Rudd D. F., Watson С.С. Strategy of Process Engineering, John Wiley & Sons, New York, 1968.- 350 p.

8. Galvin K.P. and Waters Assessing the Need for Automatic control in Coal Preparation Plant, Coal Preparation, 1986, v 3, pp. 155-169.

9. Swanson A.R., Galvin K.P. The Quantification of an Overdesign Factor for Coal Preparation Plants, Coal Preparation, Vol. 1, pp. 93-110.

10. Swanson A.R., Drummond R., Galvin K.P. Impact of Coal Variability of Plant Operations and Design, XIII ICPC, Brisbane, Australia, 4-10 October, 1998, Proceedings, Vol. 2, pp. 895-905.

11. Blagov I.S., Deberdeev I.H. The Investigation of the Effect of Natural Coal Properties on Their Floatability, Coal Science, GEA, August 15-19, 1983, Pittsburgh, pp. 268-271.

12. Еремин И.В., Броновец Т.М. Марочный состав углей и их рациональное использование. М.: Недра, 1994. - 254 с.

13. Геология месторождения угля и горючих сланцев. М.: Государственное научно-техническое издательство по охране недр. 1962 (т. 2 и т. 10), 1963 (т. 1 и т. 8), 1965 (т. 3), 1967 (т. 4), 1968 (т. 6), 1969 (т. 7), 1973 (т. 5 и т. 9), 1978 (т. 12).

14. Материалы по обогатимости и качественной характеристике углей Кузнецкого бассейна. Справочник. Прокопьевск.: КузНИИУглеобогащение, 1971.-905 с.

15. Митчелл Д.Р. Обогащение угля. М.: Углетехиздат, 1956. - 706 с.

16. Борисов К.П., Еремин И.В. Прогноз гранулометрического состава спекающихся углей по геолого-генетическим признакам. // Химия твердого топлива 1981. -№3. - с. 115-129.

17. Гордиенко М.Г., Давыдов М.В. Модульные обогатительные установки. // Уголь 1994.-№3.-с. 44-48.

18. Щадов М.И., Еремин И.В., Жигуленкова А.И. Рынок коксующихся углей России и проблемы их качества. // Уголь 1997. - № 2.

19. Сазыкин Г.П. Техническое перевооружение углеобогатительных фабрик. // Уголь 1977. - № 2, - с. 60-61.

20. Ельская Н.С., Тресков Е.Г. Исследования обогатимости экибастузских углей второй группы. // Уголь 1991. - № 10. - с. 59-64.

21. Верховский И.М. Основы проектирования и оценки процессов обогащения полезных ископаемых. М.: Углетехиздат, 1949. - 489 с.

22. Усреднение углей на обогатительных фабриках. М.: ЦНИЭИУголь, 1974. -25 с.

23. Лобкин В.М. Снижение зольности угля добываемого из комплексно-механизированных забоев, в условиях интенсификации производства. // Экономика угольной промышленности Донецк. - 1987, 163 с.

24. Базылев. В.Г. Организация управления качеством угля и других полезных ископаемых на стадиях добычи и переработки: Автореф. дис. докт. техн. наук. М.: ВНИИКТЭП, 1987. - 48 с.

25. Расширение и совершенствование открытой разработки месторождений КМА. Губкин.: НИИКМА, 1968. - 186 с.

26. Проект обогатительной фабрики 2000 года. / Сазыкин Г.П., Синеокий Б.А., Любанский Б.А., Баканова A.B. // Труды XIII международного конгресса по обогащению и переработке углей: Австралия, г. Брисбен, 4-10. 10. 1998. -т. 1. - с. 325-328.

27. Ивлев И.А., Сазыкин Г.П. и др. Проектные решения по углеобогатительной фабрике 2000 года. // Уголь 1998. - № 4. - с. 58-59.

28. United Opens Wellmore № 8 Plant, Coal Age, November, 1978, p. 65-68.

29. Хайдакин В.И. Исследование закономерностей обогащения угля в трехпродуктовом гидроциклоне. Дис. канд. техн. наук, - М., 1973.

30. Хайдакин В.И., Ямко И.М., Ковтарь М.Н., Усенко Ю.П. Опыт внедрения новой техники и технологии при обогащении угля в тяжелых средах. М.: ЦНИЭИУголь, - 1975.

31. Применение циклона как обогатительного аппарата в технологической схеме фабрики. / Крийгсман К. и Дж. Леман. // Труды IV Международного конгресса по обогащению углей: 1964.

32. Гилязетдинов М.М. Влияние крупности исходного угля на эффективность обогащения в гидроциклоне с тяжелой суспензией. // Известия ВУЗов "Горный журнал" 1975. - № 7.

33. Шохин В.Н. Вопросы теории и технологии процесса обогащения полезных ископаемых в минеральных суспензиях. Дис. докт. техн. наук, - М., 1971.

34. Шохин В.Н. Некоторые вопросы методики исследования закономерностей расслоения минеральных зерен в суспензиях. Труды МГМИ., "Совершенствование технологических схем обогащения полезных ископаемых", вып. 68., 1969.

35. Игумнов В.Ф., Иофа М.Б., Коровин В.Н. Эффективность гравитационных процессов обогащения. Сб. "Обогащение и брикетирование угля", ЦНИЭИУголь, 1977, № 3.

36. Новая технология обогащения мелкого угля крупностью 0-1 мм в тяжелосредных циклонах. / Менгелерс Дж., Догг К. // Труды VIII Международного конгресса по обогащению углей: Украина, г. Донецк, 1979.- доклад В.1, с. 19.

37. Рекомендации по технологическим схемам и параметрам обогащения крупного и мелкого угля в магнетитовых суспензиях. М.: МУП СССР, ИОТТ, 1988.

38. Исследовать раздельную регенерацию суспензии при обогащении мелкого угля в гидроциклонах. Отчет НИОКР, ИОТТ, 1980.

39. Баумгартнер Ф.Е. обогащение угля до "0" в тяжелосредных циклонах. // Mining Congress Journal, 1978, v.4, N10, p. 45-50.

40. Тэйлор Б., Чен В., Чеджи Д. Обогащение до "0" в тяжелосредных циклонах. // 'Transaction of Society of Mining Engineers", A.I.M.E, AIVE Annual Meeting, Denver, Colorado, USA, 1977, March 2.

41. Циммерман P.E. Достижения в эксплуатации тяжелосредного циклона. // World Coal, 1978, v.4, n3, p. 19-21.

42. Разработка принципиально новой технологической схемы и оборудования для крупного и мелкого угля в минеральных суспензиях и сухими методами.- Отчет о НИОКР, ИОТТ, 1994.

43. Разумов К.Л. Проектирование обогатительных фабрик. М.: Недра, 1965.

44. Обогащение угольной мелочи с высоким, средним и низким давлением. / Гофман Э. // Труды II Международного Конгресса по обогащению каменного угля: Франция, г. Льеж, 1954. с. 12-16.

45. Тихонов О.Н. Введение в динамику массопереноса в процессах обогатительной технологии. Л.: Недра, 1973.

46. Иофа М.Б., Зарубин Л.С., Хайдакин В.И. Обогащение мелкого угля в тяжелосредных гидроциклонах. М.: Недра, 1978.

47. Акопов А.Г., Иофа М.Б. О некоторых особенностях движения суспензии в гидроциклоне. Центробежно-гравитационное обогащение углей. М.: Недра, 1972.

48. Иофа М.Б. Исследование многостадийной сепарации мелкого угля в суспензионном гидроциклоне. Дис. канд. техн. наук, - М.,1972.

49. Гилязетдинов М.М. исследование влияния свойств тяжелой суспензии на эффективность процесса разделения угля в трехпродуктовом сепараторе. -в сб.: "Обогащение и использование угля". Научные труды КузНИИУглеобогащения. 1965, вып. 3, с. 3-8.

50. Whitmore R.L. The separation efficiency of dense medium baths // I.Inst, of Fuel. // 1958.-v.31.

51. Янси Г.Ф., Гир М.П., Сокаски M. Вязкость суспензии, ее изменение и влияние на результаты обогащения мелкого угля Научно-технический реф. сб. ЦНИИЭИуголь "Обогащение и брикетирование угля". 1961, № 20, с. 81-88.

52. Van Doornum G.A. and Petrik A.T. Preliminary Studies of performance of Shallowrath dense medium washers. Fourth International coal Preparation Congress. Harrogate, 1962, pp. 372-387.

53. Гилязетдинов М.М., Черных Н.П. Обогащение угля в минеральной суспензии на фабрике при шахте "Шушталепская 1" // Обогащение и использование угля. -1968 вып. IV, с. 52-62.

54. Курбатов В.П., Утин В.Д. Обогащение крупного угля в магнетитовой суспензии // Кокс и химия. -1968, № 10, с. 5-8.

55. Ольферт А.И. О причинах несоответствия действительной плотности разделения и плотности минеральной суспензии при обогащении угля. // Кокс и химия. 1966, № 5, с. 13-15.

56. Булгаков Ф.И., Семененко Б.А. Некоторые вопросы повышения эффективности обогащения углей в тяжелых суспензиях. // Обогащение полезных ископаемых. 1969, № 4, с. 59-63.

57. Семененко Б.А., Хайдакин В.И. Влияние некоторых параметров на эффективность обогащения угля в магнетитовой суспензии // Научно-технический реферативный сб., ЦНИЭИуголь "Обогащение и брикетирование угля", 1967, № 5, с. 21-24.

58. Белюгу П., Даннель Г., Позетто Л. Обогащение угольной мелочи в отсадочных машинах. В кн.: "Материалы III Международного конгресса по обогащению угля. Информационный сборник", 1959, с.19-34.

59. Самылин H.A., Кузнецова В.Я. Неравномерность качественных показателей исходного угля и ее влияние на процесс отсадки. / Кокс и химия., 1965, № 5, сЛ 3-18.

60. Самылин H.A., Золотко A.A., Починок В.В. Отсадка., М., Недра, 1976, с. 238-262.

61. Зарубин Л.С. Оценка эффективности процесса обогащения угля., М.,

62. Классен В.И. и др. Шламы во флотационном процессе., М., Недра, 1969, 245 с.