автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Разработка технологии обогащения соленых углей

-МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ . ^ НАЦИОНАЛЬНАЯ ГОРНАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ

На правах рукописи УДК 622.7

КХЕЛУФИ Абделькрим

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБОГАЩЕНИЯ СОЛЕНЫХ УГЛЕЙ Специальность 05.15.08- "Обогащение полезных ископаемых"

Автор е ф ер а т

диссертации на соискание ученей степени кандидата технических наук

Днепропетровск -1998

Диссертация является рукописью

Работа выполнена в Донецком государственном техническом университете

Научный руководитель

доктор технических наук, главный научный сотрудник кафедры "Обогащение полезных ископаемых" Донецкого государственного

технического университета Белецкий Владимир Стефане

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук зав. Приднепровской лабораторией усовершенствования технологии обогащения угля Западного Донбасса и Львовско-Вонынсхого бассейна

"УкрНИИуглеобогащение" Полулях Александр Датшк

Кандидат технических наук, доцент кафедры "Обогащение полезных ископаемых" Национальной

горной академии Украины Кирнарский Анатолий Семенов

Ведущая организация - Кафедра "Обогащение полезных ископаемь

Криворожского технического университета

Защита состоится 199/г.в УУ^ час.ш

заседании специализированного совета Д. 08:080.02 при Национальной горн академии Украины по адресу: 320027, г. Днепропетровск 27, пр. К. Маркса, 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национальной горной академии Украины.

Автореферат разослан 1998 г.

Ученый секретарь _

специализированного совета, ---- '

канд. тех. наук, с.н.о. --А.В. Зберовски

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Качество добываемой горной массы постоянно ухуд-, гея, что диктует необходимость расширения объемов углеобогащения, оспы передовых технологий, в частности, обеспечивающих рациональное эльзование новых сырьевых и топливно-энергетических ресурсов. Одной из >ых в углеобогащении является проблема переработки и использования ;ных углей, специфической особенностью которых является аномально поденное содержание щелочных металлов, в основном, натрия. Попытки переработки этих углей по традиционной технологии во многих шах не увенчались успехом и их добыча была прекращена. Основная при-:а - серьезные технологические трудности, вызванные шлакованием и корней рабочей поверхности котлоагрегатов легкоплавкими соединениями № 1, а также активное загрязнение окружающей среды продуктами сжигания. Учитывая неблагоприятные свойства этих углей, а также то, что их запасы мотся в ряде стран мира (США, Украина, Англия, ФРГ, и т.д.) и находятся в делах от 3 до 10% всех разведанных запасов углей, проблема переработки :еных углей является весьма актуальной народно-хозяйственной задачей.

Связь работы с научными программами, планами, темами Диссертационная работа является составной частью научно-ледовательской работы "Разработка научных основ технологии обогащения геных углей", выполняемой согласно плана Минобразования Украины (Г-1-регистрационный номер 0196Ш06734).

Цель и задачи исследований: Цель работы - установление основных закономерностей процесса обессолили углей, разработка и испытание новой промышленной технологии обо-цения соленых углей водной промывкой, обеспечивающей повышение фективносга процессов обессоливания, обезвоживания угля и радикальное рощение операции обезвоживания.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследо-ний:

В области теоретических исследований: - разработать феноменологические дели процессов обессоливания угля водной промывкой в сочетании с про-ссом масляной агломерации; - разработать теоретические представления о гацессе обессоливания водной промывкой на всех ее стадиях с учетом явле-[я вторичного соленакопления.

В области экспериментальных исследований: - исследовать основные ф акры, определяющие результат солеудаления с одновременной масляной агло-грацией угля, определив рациональную последовательность операций и жимные параметры процессов; - путем планирования эксперимента полу-пь и исследовать математические модели процессов обессоливания и обез-¡живания угля с применением технологии масляной агломерации; -проверить э лученные экспериментальные данные в полигонных условиях.

Идея работы: совмещение технологии обессоливания водной промывкой и асяяной агломерацией угля.

Научные положения, защищаемые в работе:

1. Рациональная последовательность операций процесса обессоливаш ля включает омасливание 10-20% угольной поверхности при сухом дробл приготовление и турбулизацию водоугольной смеси, масляную агломера механический срыв водной пленки эжектированием, что обеспечивает л шение эффективности обезвоживания угля в 3-3,5 раза и достижение его диционной влажности 12-14% и остаточного содержания солей в нем на у\ <0,4%.

2. Дезинтеграция-угольной фазы и связанное с ней вторичное соленак< ние при обессоливании угля в процессе его гидротранспортирования уст] ется масляной агломерацией угля (при расходе реагента 5-7 % от массы у которая осуществляется в углепроводе начиная с точки удаленной на 30-5* от головного терминала.

Научная новизна полученных результатов:

- Разработаны элементы теории процесса обессоливания угля водной п] мывкой на базе феноменологического подхода, теории адгезии и массообл ных процессов.

- Установлено, что кинетику процесса обессоливания угля определяет рость выделения солей из зоны локально-насыщенного раствора, что обус ливает необходимость ведение процесса водной промывки в турбулент режиме.

- Впервые изучен совмещенный технологический процесс "обессолива масляная агломерация" с математическим моделированием процессов обе ливания омасяенного угля и обезвоживания углемасяяного агломерата сол< го угля.

- Дана теоретическая интерпретация процесса вторичного соленахоплен. угле при его гвдротр экспортировании, учитывающая эффект дезинтеграци угольного вещества в процессе его водной промывки.

- Предложено уравнение для определения эффективности обессолива через параметры исходного угля и эффективность обезвоживания.

Практическое значение полученных результатов:

- Разработаны рациональные варианты совмещенной техноло: "промывка - масляная агломерация" и " гидротранспорт - масляная агломе ция". Расчетный экономический эффект от внедрения предложенной техно пш обессоливания в течение 10 лет, утвержденный ГХК "Донбассантращ составляет для варианта "промывка - агломерация"- 8,429 млн. долл.; ; варианта "гидротранспорт - промывка - агломерация"- 5,089 млн. доля.

- Предложено и обосновано применение технологии механического ерь водной пленки эжектированием для повышения эффективности обезвожива* агломерата обессоленного угля. Разработана режимная карта процесса обео ливания угля с применением технологии масляной агломерации. Даны ра мендации по промышленному использованию и утилизации соленых утл Западного Донбасса.

Личный вклад соискателя в работах опубликованных в соавторстве:

[1] - дан обзор и анализ мирового опыта переработки соленых углей (гла •2; С. 14 - 28) изложены основы теории и технологии обессоливания угля вод»

лывкой с применением масляной агломерации (глава 5; С.53-87). [2] - ис-ования процессов контакта уголь-вода. [3] - выполнены исследования из-гния характеристик несущей среды от дальности гидротранспорти-1ния. [4J - проведены сравнительные исследования процесса обессоливания слепого и неомасленого угля. [5] - исследования математических моделей цессов обессоливания и обезвоживания углемасляного агломерата солено-гля. [6] - предложены перспективные технические решения обессоливания i с использованием технологии масляной агломерации. [7] - исследован цесс обессоливания угля с применением технологии масляной агломерации дзухстадиальной подаче реагента. [8] - предложены рациональные .шые решения масляной агломерации угля при совмещении процессов [фотранспорт - агломерация". Алробация работы.

Основное содержание и отдельные положения работы докладывались на яедународной конференции "Современные пути развитая горного оборудо-ия и технологий переработки минерального сырья" (Государственная ная академия Украины. Днепропетровск, 1996 г.), VII Международной кон-гснции по химии и технологии твердого топлива России и стран СНГ зсква, 1996 г.), на Международной конференции 'Экологически чистые тех-югические процессы в решении проблем охраны окружающей среды" Ир-ского государственного Университета. (Иркутск, 1996 г.), на III ждународном симпозиуме "Coal Structure '96" (Польша, 1996 г.), на Между-юдной научной технической конференции "Прогрессивные технологии ма-ностроения и современность" (Севастополь, 1997г.), на международной (Гчной технической конференции "Машиностроение и техносфера на рубеже [I века" (Севастополь, 1998г.) на Международной конференции "European ,1 conference" (Турция, 1997 г.), на К Международной конференции "9й inter-ional conference on coal science" (Германия, 1997г.), на конференциях молодых огатителей Донецкого государственного технического университета онецк, 1995 г.), на научных семинарах кафедр "Обогащение полезных иско-емых"Донецкого государственного технического университета, щиональной горной академии Украины и Криворожского техничнского иверситета (1998 г.).

Публикации. Основные научные положения и результаты диссертационной боты опубликованы в 1 монографии, 5 статьях в ведущих научио-хнических журналах и 2-х тезисах докладов на конференциях. Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, 4 глав, заклю-ния, списка использованных источников из 144 наименований на 15 страни-.х, содержит 102 страницы машинописного текста, 30 рисунков на 30 раницах, 18 таблиц на 15 страницах и 3 приложения на 13 страницах, общим !ъемом 175 страниц.

Основное содержание работы В первой главе рассмотрено состояние вопроса и сформулированы задачи ххледовпний. Анализ современных технических решений переработки и ис-

пользования соленых углей (работы Г. Леммана, А. Лисснера, А. Хаухш H.J. Cluskoter, R.C Neavel, S.J. Burnley, H.S. Muraliahuva, F. Ramade, С.Д. Пож1 ва, В.В. Симоновой, Т.Г. Шендрик, А. А. Крута, Ю.Г Свитлого, ЛЯ. A4 сенко, B.C. Белецкого и др.) показал, что работы ведутся в принципиально разных направлениях (рис. 1). Первое предполагает разраб новых способов прямого использования соленых углей без удаления натр хлоросодержащих примесей. Второе предусматривает предварительное с соливание с последующим использованием кондиционного продукта в ко агрегатах. Учитывая" экологический аспект, приобретающий в последнее В] все более важное значение, преимущественным является второе направлени

Исследования, выполненные ГОМР Украины и НПО "Хаймек", показ что технические решения по обессоливашцо угля позволяют удалить из о нического вещества 80-90 % солей и обеспечить концентрацию оксида нат на уровне Сдг^о 5 0,4%, что по данным ВТИ, приемлемо для углей, ежи

мых на ТЭС. Причем этот процесс хорошо сочетается с о б езз о ливанцем, а ■ же гидротранспортом угля. Установлено, что особенно острыми являк проблемы ресурсов пресной воды, обезвоживания тонких угольных классс вторичного соленакопления в органической фазе при гидротранспорте у Исследованиями ГИМРа показано, что для обессоливания может бьпь испс зована техническая вода с последующей дистилляцией в замкнутом цикле.

Для решения вопроса высокоэффективного обезвоживания тонких угс ных классов ДонГТУ разработан ряд новых технических решений на оси масляной агломерации. Но в приложении к соленым углям этот процесс щ тически не исследован.

Устранение вторичного соленакопления в угле при обессодиваник ну замены (частичной или полной) водной среды суспензии, предложено для ловий "гидротранспорта-обессолив ание" Ю.Г. Свитлым. Однако, это peinei связано с использованием дополнительных водных ресурсов, которые огра; чены и дефицитны.

Анализ состояния разработок и исследований в области освоения и пере ботаи соленых углей, выполненный по работам ведущих в этой области с: циалистов - С.Д. Пожидаева, В.В. Симоновой, Т.Г. Шендрик, Р. Мастер со; Н. Кэйо, О.Дзюнье, A.A. Крутя, F. Smit, S. Burnley и др, показал отсутсщ цельной теоретической интерпретации процесса обессоливания. Исследи ниями ИНФОУ HAH Украины предложено рассматривать процесс обессод ваши как последовательность субпроцессов "контакт с водной фазой растворение - переход солей в объемную фазу суспензии". С.Д. Пожидаевы В.В. Симоновой, Р. Мастерсон, Т. Г. Шендрик выдвинуты различные гипотк по генезису засоления и строению соленых углей. Однако, строгие теорегш* ские преставления о процессе их обессоливания в водной среде н его отдеяып стадиях отсутствуют, не изучен механизм и кинетика солеудаления при ли фильно-лиофобной мозаичносш угольной поверхности, особенности ыаашк агломерации соленых углей, не изучен совмещенный процесс "обессоливаши агломерация", не установлены его рациональные режимные параметры.

Рис. 1 - Современные технические решения переработки соленых углей.

На основании выполненного обзора и анализа сформулированы ак ность, сущность научной задачи, цель и направления исследований.

Во второй главе изложены теоретические представления о процессе о ливания угля водной промывкой. Были выделены основные этапы про сущность которых представлена в разработанной феноменологической ли. В соответствии с этой моделью процесс обессо ливания угля водно! мывкой представляет собой совокупность последовательно протека элементарных актов (субпроцессов), определяющими из которых явля элементарный акт контакта угля с водной фазой, растворение солей, пе солевых компонентов в объемную фазу суспензии и их частичная адсор масляная агломерация угля и механическое обезвоживание. Выполнен i тический анализ кавдой из этих стадий, который базируется на фундамеи ных представлениях о структуре и строении угля, современной теории ада массообменных процессов и масляной агломерации, развитых в трудах Саранчука, В.Г. Левича, С.Д. Зимона, Н.А. Каражанова, Г.А. Аксель В.М. Лыянского, B.C. Белецкого и др.

Контакт угля с водной фазой характеризуется высокой активностью п тации как внешней так и внутренней поверхности угольного вещества. ! номерности процессов растворения солей и перехода солевых компонен-объемную фазу суспензии рассмотрены с позиций объединенной конвекп диффузионной кинетической теории растворения, которая интегрально уч вает как явление в межфазной зоне, так и диффузионные процессы.

Исходя из этой теории структура граничного слоя растворения вютс три основные зоны: р - поверхностной гидратации, у - объемной гидратац а- зону локально-насыщенного раствора. Определено, что кинетику при солеудаления в целом определяет скорость выделения солей из зоны а. До* но, что эффективное экстрагирование солей возможно только из ыакроп трещин угольного вещества. Для вовлечения в процесс растворения сол< компонентов, содержащихся в мезо- и микропорах, необходимо раскр! внутренней поверхности угля.

Адсорбция ионов солей на угольной поверхности обусловлена физ: химическим взаимодействиями на межфазной границе "уголь-раствор". П зано, что факторами, определяющими интенсивность этого процесса, явлз ся шероховатость, пористость, окисленность, характер поверхност функциональных групп твердой фазы, а также ионный состав и степень mi рализации воды. Вторичное соленакопление обусловлено нарушением баяг сорбционкых процессов в межфазной зоне "уголь-вода" и, как следует из полненного анализа, обусловлено, в первую очередь, дезинтеграцией угол го вещества в процессе его обессолив ания. Дезинтеграция сопровожда< резким повышением сорбционного потенциала угля вследствие увеличения внешней поверхности.

Согласно феноменологической модели обезвоживание угля после его i мывки является завершающим этапом процесса обессо ливания. Получ уравнение для определения эффективности обессоливания через основные - рамеоры угля, его суспензии и эффективность обезвоживания:

„ .с -5а..л ■ О)

Чос - Пов г Рв

;е т)ос - эффективность обессоливания;г|0,, - эффективность обезвоживания;СР -энцентрация раствора; Ип- разжиженносгь исходной суспензии; Сн - началь-ая концентрация соли в угле;рв - плотность воды.

Как видно из уравнения (I), эффективность обессоливания прямо пропор-иональна эффективности обезвоживания. Принципиальные трудности обез-эживания углей в процессе их обессоливания связаны с повышенной вдратацией поверхности (что особенно характерно для соленых углей), поте-гй ультратонких фракций с фугатом, существенной дезинтеграцией угля в эдной среде. С целью устранения указанных трудностей, а также эффекта горичного соленакопления применена совмещенная технология обессолива-ия водной промывкой и масляной агломерации.

Теоретически обосновано рациональное сочетание процессов эбессоливание-агломерация". Во-первых, была принята экономически и тех-олсгически целесообразная для условий обработки соленого угля разновид-осгь агломерации - масляная флокуляция, сущность которой заключается в збирательной агрегации тонких угольных частиц во флокулы крупностью 0,2,3 мм в условиях турбулентного перемешивания водоугольной суспензии. Во-торых, в связи с некоторым ухудшением кинетики обессоливания омасленно-о угля предложена технология двухстадиальной подачи связующего в процесс: редварительная обработка угольной массы небольшим количеством реагента, беспечивающим возникновение активных центров агломерации (10-20% нешней поверхности угля), а затем собственно агломерация обессоленного гля (после промывки). При этом, исходя из требования образования устойчи-ых гидрофобных зон на угольной поверхности и данных ПК-спектроскопии, формулированы рациональные условия контакта "уголь-реагент" на первой тадии его ввода в процесс: 1. контакт "уголь реагент" производится при дроб-ении угля в воздушной среде. 2. расход реагента должен обеспечивать покры-ие наиболее гидрофобных участков угольной поверхности.

Для определения рационального расхода связующего реагента на первой тадии его подачи получено выражение:

" (2) где На- толщина пленки связующего на отдельно взятом зерне; £ коэффи-

п/

ргент покрытия угольной поверхности связующим; - внешняя поверхность тля в единице массы агрегата; % - выход 1-ого класса в исходном угле; рс -[лотносль связующего.

При этом методом ИК - спектроскопии установлено, что контакта в меж-зазной зоне "соленый уголь - связующее" для углемаслянных агломератов обусловлены наряду с простой физической адсорбцией проявлением сил ишической природы.

Теоретически сформулированы принципы подбора рационального со связующего вещества в совмещенном процессе "промывка-агломерация" гент-связующее должен содержать повышенное количество аполярных планарных структур и минимальное количество фрагменто] функциональными группами.

Выдвинута гипотеза и дано теоретическое обоснование существенног вышения эффективности обезвоживания углемасляного агломерата nyrei ханического срьша водной пленки (эжектированием). По сравнена границей "уголь-вода" поверхностное натяжение на границе "углемасл агломерат-вода" существенно снижается, что облегчает механический водкой пленки. Таким образом, достигается более глубокое механич< обезвоживание и, следовательно, обессоливание угля.

Совокупность выдвинутых, разработанных и развитых теоретически: ложений составляют элементы теории процесса обессоливания угля про кой с применением технологии масляной агломерации.

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исспедовг Для определения влияния омасяивания на результаты обессоливания угл; полнены сравнительные исследования процессов обессоливания омаслеши нео масленного угля.

В качестве исходного материала был принят уголь марки Д пластов С4: Новомосковского месторождения Западного Донбасса, зольностью 14,С 10,9% соответственно. Керновые пробы угля дробились до крупности 0-3¡ 0-0,02мм, что соответствует технологиям переработки предложенным ГК НПО "Хаймек" и ДонГТУ. В качестве масяа - связующего использован ко зиционный реагент на основе топочного мазута марки М100 и флотореаг ААР-1.

Сравнительный анализ результатов исследований позволил выявить б шое сходство характеристик кривых pNa(t), которое не зависит от разнови ста соленого угля, его крупности и расхода связующего (рис.2). Кривые ph в общем виде могут быть описаны эмпирическим уравнением:

pNa, = pNaK + pNaü • ехр (-к • т0), (3)

где т0 - продолжительность обессоливания; pNa ¡ pNa*> рЫа0 - натри« показатели среды, соответственно, текущий, прит0=сеи то=0; к - коэффищ учитывающий свойства исходных материалов и условия обессоливания.

Установлено, что предварительное омасливание соленого угля незн теньно ухудшает солеудаления (на 5-7%).

Установлены рациональные границы режимных параметров процесса о соливания по критерию остаточного содержания натрия в угле. Получен экспериментальные данные (рис. 2 и 3) подтверждают принципиальную можность эффективного обессоливания о масленного угля. Технологичес экспериментом подтверждена гипотеза о позитивном влиянии механичес активации соленого угля в присутствии связующего на его агрегационную < собносгь. Для оценки последней предложат интегральный критерий arpen "ошгой способности углей, физический смысл которого - скор«

■атообразования в период амальгамирования угля (рис 4). Как следует из 4, эффект повышения агрегационной способности за счет предваритель-леханохимической активации имеет место и для несоленых углей • марок [ "К" Донбасса. Однако, начальная агрегационная способность ( при 0= 0) пих углей значительно выше, чем для соленых. Установлено, что при ра-альном расходе 01= 0,5%, параметр К* для соленых углей прошедших ме-ческую активацию увеличивается в 2-17 раз, что удовлетворяет алогическим требованиям.

[а основании полученных экспериментальных результатов установлено, рациональным режимом ввода масляного реагента при агломерации соле-• угля в процессе "обессоливание - агломерация" является его дробная по: до 7-8% общего количества реагента, но не более 0,4 мас.% - на сухую

2 - Кинетические кривые р№ (т0) обессоливания угля Западного Донбасса, пласт С4, (1= 0-Змм; б - пласт С*, сЗ= 0-0,02ми.

ссу угля перед дроблением исходного угля; остальные 92-93% от общего ко-чества реагента - в водоугольную гидросмесь при масляной агломерации ессоленного угля. С целью оценки влияния процесса масляной агломерации и на результаты его механического обезвоживания проведены сравнитель-1е исследования обезвоживания соленого угля и углемасляного агломерата, збцесс обезвоживания проводился в модернизованной центрифуге ЦЛС - 3 и Рг = 400. В таблице 1 приведены результаты исследований. Показано, что фективность механического обезвоживания углемасляного агломерата обес-ленного угля значительно выше, чем неагломерированного угля. Это поясяя-ся с одной стороны, повышенной гидрофильносгью соленого угля, а также ачительной дезинтеграцией угольного вещества в процессе гидротранспорта с другой- улучшенными технологическими свойствами агломерата как

0,5

О . мое. % и 1 2 3 4 О , мае.

~ с»

Рис. 3 - Зависимости остаточной концентрации Ка20 в угле от расхода связующего С>св.

а) для угля пласта С4 крупностью 0-3 мм; б) для угля пласта С4 крупностью 0-0,2 мм.

Рис. 4 - Экспериментальныезависнмости Ка (О) 1-4 -для соленых углей Западного Донбао марки "Д" и пластов С^, С10, С|2, С3; 5,6 - д) несоленых углей Донбасса марок "Т" и "К"; Кас Ка0', КаС|0, КаС12, К/, Ка - амальгамнь коэффициенты скорости агрегатообразоваш для углей пластов С3, С.,, С10, С]2 и углей марс "Г" и "К" при 0=0 мас.%.

5 2, мае. %

г

блица 1 - Влажность (\У г %) обессоленного угля и агломерата

Исходный материал Проба 1 Проба 2

Уголь 41,5 40,0

Агломерат 22,6 19,1

ъекта обезвоживания. Таким образом, предварительная масляная агломера-я позволяет в 1,8-2 раза повысить эффективность механического обезвожи-ния соленого угля и, следовательно, снизить остаточное содержание ца2о в не.

Более глубокие исследования процессов обессоливания омасленного угля и ез в оживания агломерата выполнены методом планирования активного экс-римента. При этом принят рототабелыгый центрально-композиционный ан эксперимента второго порядка. Математические модели процессов обес-ливания угля (первая модель) и обезвоживания углемаслянного агломерата горая модель) представляют собой полиномы второго порядка, которые аде-атно моделируют исследованные процессы при доверительной вероятности >5. Эксперименты проводились на соленых углях (пласт С12) Новомосковско-месторождения Западного Донбасса. Обработка полученных результатов по еим моделям выполнена на ЭВМ по специальной разработанной программе, одель обессоливания омасленного угля представляет собой зависимость ■нкции отклика У (остаточное содержание Л^О в угле) от четырех важней-

IX факторов: Х1- продолжительность промывки го; Хг- частоты вращения им-ллера Пшь Х3- плотности пульпы р^ Х4- расхода связующего

= 0,465 - 0,037 Х1 -0,009 Х2 +О.ОЮХ, +0,024 ДГ4 -

),01б X,2 -0,017 Х\ - 0,015 X I -0,01 X} (4)

тализ полученной модели показывает, что наиболее значимым является фак-р "время"(Х1), что полностью согласуется с обширным экспериментальным лериалом ГИМР и НПО "Хаймек". Однозначное позитивное влияние фак-ра "гидродинамика" (Х2) подтверждает тезис о необходимости ведения про-сса водной промывкой в турбулентном режиме. Факторы "плотность" (Хз) и масливание" (Хд) сравнительно незначительно влияют на процесс солеудале-[я, что корреспондирует с результатами других экспериментальных исследо-ний, в частности кинетики солеудаления из омасленного угля. Модель процесса обезвоживания углемаслянного агломерата представляет бой зависимость функции отклика У(влажносш кека) от: Х1 - внешней ельной поверхности угля Буд; Хг, Х< - расхода связующего О! и <3г (первая и орая подача реагента) и от Хз - критерия Фруда Бг:

У ~ 15,94 -1.46Х, — 0,59X2 + 0,19ЛГ3 + -

-0.05ЛГ,2 -0,20^1 -0,19ЛГ| -0.18Х? (5)

Анализ модели показывает, что наиболее значимыми факторами, влш щими на влажность кека центрифуги, являются "внешняя удельная пове; ностъ Буя" (Х|) и "расход связующего <52" (Х2). С увеличением фактора влажность коса центрифуги растет.

С целью получения геометрических представлений о гиперповерхно« функции отклика и более глубокой оценки влияния важнейших факторов процессы обессоливания и обезвоживания угля осуществлены частные сече! для обеих моделей.

Полученные и проанализированные факторные модели, служат экспе] ментальной основой для изучения механизмов процессов и могут быть испо зованы для прогнозирования технологических результатов обессоливанш обезвоживания угля, а также для определения рациональных значений осн ных режимных параметров каждого из этих процессов.

В четвертой главе приведена технологическая схема установки и результа полигонных испытаний технологии обессоливания угля. Разработаны два рианта рациональной технологии обессоливания угля: "промывка - масля! агломерация" и " гидротранспорт - масляная агломерация", предложены п спективные направления использования соленых углей и сформулированы комендации по промышленному обессоливанию и утилизации этих углей.

Полигонные испытания технологии обессоливания углей проведены на тановке НПО "Хаймек" (рис.5). Испытаны две технологии обессоливания:: тем водной промывки в промывочных машинах и путем совмещения процеа обессоливания и гидротранспортирования. Каждая из указанных технолог реализовывалась как по обычной базисной схеме, предложенной соответ венно институтами ГИМР и ВНИИПИГТ (НПО "Хаймек"), так и по усов шенствованным схемам, разработанным нами с применением технолог масляной агломерации. Объектом испытаний служил соленьш уголь Новом ковского месторождения марки Д зольностью 12,8% содержанием Ыа20 в у] и в золе 0,61 % и 4,8 % соответственно. Переработке подвигалась керно] проба массой 20 кг, крупностью 13-0мм. Результаты полигонных испытаний установке НПО "Хаймек" полностью подтвердили теоретические положени результата лабораторных исследований.

Апробированные технические ранения могут быть положены в основу г разработке полупромышленных и промышленных установок обессолива* угля.

На основе существующих схемных решений процесса обессоливания утл разработанных ГИМР и НПО "Хаймек", а также результатов полигонных пытаний, нами разработаны качественно-количественные схемы совмещенн технологий обессоливания углей: "промывка-масляная агломерация" "гидротранспорт-агломерации". На основании этих схем произведен выбо] расчет основного технологического оборудования по обоим вариантам. По ченные результаты по первой технологии показали, что она обеспечивает а

ше насыщенности схемы обессоливания энергоемким и дорогостоящим >рудованием при одновременном повышении эффективности обессодива-I, замену дорогостоящей и пожароопасной операции термической сушки жтированием, улучшение технологических свойств обессоленного угля как иива.

Преимущество второй технологии заключается в снижении содержания 1сса 0,1мм в обезвоживаемом угле с 35,8% до 2,8%, предотвращении явления >ричного соленакопления в процессе гидротранспорта.

Рис. 5 - Схема полигонных испытаний обессоливания и агломерации углей на установке НПО "Хаймек".

I - шнековый смеситель; 2 - молотковая дробилка; 3 - зумпф смеситель; 4 - насос с байпасом; 5-турботрои; б -центрифуга; 7 - бункер сырого угля; 8 -компрессор; 9 - ресивер; 10 - эжектор; 11 - сборник; 12 - влагоуловитель; 13 - вентиллятор; 14 -сборник связующего; 15- дозировочный агрегат.

В обоих вариантах предлагаемых технологий исключается осаждение солей на угле при термосухпке. При этой методами механического обезвоживания

достигнута влажность обессоленного угля на уровне 12-14%, что в 3-3, ниже, чем в способах-аналогах. Окончательная количественная оценка ; тивносга технологии обессоливания возможна только в условиях промы ной эксплуатации,

Предложены такие перспективные направления использования солен: лей: приготовление и сжигание топливных суспензий - водоугольных (В водоуглемасляных (ВУМС) и углемасляных (УМС). Результаты комплекс регаческих и лабораторных исследований, а также полигонных испы позволили разработать рекомендации по промышленному обессоливав утилизации угля.

Дальнейшее развитие исследований по проблеме утилизации соленых целесообразно веста в направлениях оценки этого сырья как объекта о; ния, газификации, брикетирования и пиролиза. Технологические свойсп лемаслянного аглом^ата хорошо сочетаются с особенностями указа процессов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, которая является законченной научно-исследовател! работой получены новые результаты в области обогащения соленых угле! их использовании в теплоэнергетике путей установления закономерш процесса обессоливания омасленного угля и обезвоживания углемаспяя агломерата и разработки на их основе рациональных вариантов совмеще с масляной агломерацией и гидротранспортом технологии обессоливания которые в совокупности решают важную научную задачу по лромышлен обессоливанию и утилизации соленых углей Западного Донбасса.

Наиболее важные научные и практические результаты, выводы и реко дации заключаются в следующем.

Состояние вопроса. Использование в промышленности «соленых» углей пасы которых в Украине оцениваются до 25 млрд. т. (Западный и Север Донбасс) связано с большими трудностями. При их сжигании наблюда резкое увеличение зашлакования рабочих поверхностей котлоагрегатов, а же загрязнение окружающей среды.

Поиск эффективных технических решений переработки соленых углей дется в двух принципиально разных направлениях. Первое предполагает ] мое сжигание, пиролиз, ожижение и др. соленых углей со специалыа добавками. Второе предусматривает предварительное обессоливание с по дующим использованием кондиционного продукта в котлоагрегатах. Учи вая экологический аспект, оно является преимущественным. Исследова показали, что обессолзшание водной промывкой позволяет обеспечить кош трацию оксида натрия в угле на уровне Сщ0 2 0,4%, что по данным ВТИ, в

емлемо для углей, сжигаемых на ТЭС. Однако, проблема эффектавн обезвоживания тонких угольных классов, которые интенсивно образуются 1 промывке водой, особенно в углепроводе (до 40% класса -ЮОмкм), а тш проблема устранения вторичного соленаколления так и не были решены.

Методы исследований. Теоретические исследования выполнены на ос» современных представлений о строении и структуре угля, теории массообы

*

>1Х процессов, адгезии и масляной агломерации. В экспериментальных иссле-эваниях применялись: ИК-спектроскопия, ионометрический метод измерения ^а водной фазы, седиментационный метод Сабанина, методы матема-иеской статистики, метод определения внешней удельной поверхности по оварову, метод Колбановской избирательной адсорбции красителей, методы атематического моделирования и планирования экспериментов с использо-шием ЭВМ. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных стендовых условиях с применением метрологической аттестованной аппараты.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций Зеспечивается: проведением достаточного объема теоретических и экспери-ентальных исследований, адекватностью разработанных математических мо-глей при рототабельном центрально- композиционном планировании кспериментальному материалу, сходимостью результатов теоретических, экс-ериментальных и полигонных исследований. Объем проведенных экспонентов достаточен для того, чтобы с вероятностью 0,95 отклонение езультатов не превышало 10%.

Наиболее важные научные и практические результаты, выводы и екомендащш

1. Разработаны элементы теории процесса обессоливания угля водной про-швкой, в частности, феноменологическая модель процесса "обессоливание-исляная агломерация" с дробной подачей реагента, которая включает в себя се элементарные акты (субпроцессы), определены их основные закономерно-ти и взаимосвязь. Установлено, что кинетику процесса солеудаления в целом лределяет скорость выделения солей из зоны локально-насыщенного раство-а, а эффект вторичного соленакопления в процессе гидротранспорта обуслав-ивается дезинтеграцией угольной фазы.

2. Впервые определены количественные показатели, оценивающие влияние маслив ания угля на кинетику солеудаления при водной промывке. Установ-:ены рациональные режимные параметры процесса "обессоливание - агломо-1ация" по критершо остаточного содержания натрия в угле. Теоретически формулированы принципы подбора рационального состава реагента-вязующего в совмещенном процессе "промывка - агломерация". Для соленого тля Западного Донбасса экспериментально подтверждено теоретическое по-гоженне о повышении агрегационной способности угля путем его механохи-шческой активации в присутствии реагента.

3.Получены математические модели процессов обессолив ания оыасленного тля и обезвоживания углемаслянного агломерата, с помощью которых определены характер и степень влияния на эти процессы основных технологиче-:ких параметров.

4. Разработана и апробирована в полигонных условиях рациональная тех-юлогая обессолив ания угля водной промывкой. Разработаны качественно-соличесгвенные схемы новых вариантов технологий "обессоливание-шгомерация", "гидротранспорт-обессолива1ше-агломерация" и предложены перспективные направления использования соленых углей. Расчетный эконо-

мический эффект от внедрения предложенной технологии обессоливания чение 10 лег, утвержденный ПХК "Донбассантрацит" составляет для вар! "промывка-агломерация"- 8,429 млн. долл.; для варианта "гидротранспс промывка - агломерация"- 5,089 млн. долл.

5. Разработаны рекомендации по промышленному обессоливанию и у. зации соленых углей.

Рекомендации по использованию полученных результатов

Выводы и рекомендации работы будут использованы при обосновании нологических ^решений по освоению и переработке соленых углей Запад Донбасса. Основные результаты работы использованы при испытаниях цесса обессоливания угля на полигонной установке НПО «Хаймек». Раз{ тайная технология обогащения соленых углей может быть также использо при подготовке углей к коксованию (предприятия Минчермета Украии также в перспективных технологиях пиролиза и ожижения углей.

Основные положения и результаты опубликованы в следующих работах:

1.Перспективы освоения соленых углей Украины / В.С Белецкий, Пожидаев, А. Кхелуфи, П.В. Сергеев. - Донецк: ДонГТУ, УКЦентр, 19: 96с.

2. Белецкий B.C., Кхелуфи А. Сохранение технологических свойств сующегося угля при гидравлическом транспортировании // Кокс и хим 1996.-№4.-С. 9-10.

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

4. Бшецький B.C., Сергеев.П.В, Кхелуф1 Абдеяькрш, Шендрик Т.Г. лдасення кшетики знесолюавння обмасленого вуплля // Геолопя i reoxiMi рючих копалин. - 1998. - №2 (103). - С.85 - 89.

5. Кхелуфи А., Белецкий B.C., Сергеев П.В. Создание новой npoipeccm технологии облагораживания соленых углей И Прогрессивные технолог! системы машиностроения: Меядунар. сб. науч. тр. - Донецк: ДонГТУ. - 19 Т.2. - Выл 6. - С. 150-153.

6. Белецкий B.C., Шендрик Т.Г., Кхелуфи А. Проблемы и перспективы нические решения обессоливания угля II Сб. науч. тр. ДонГТУ. - Дона 1996. -С.61-62.

7. Biletskyi V.S, SergeevP.Y, Kheloufi A. Preparation of salty coals with, oil agg eration // Proc. International Conf. on Coal Science. IX. - Essen (Germany). - 1997. 1,-P. 535-538.

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

АННОТАЦИЯ

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

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

Диссертация посвящена вопросам разработки и апробации технологии обо-цения соленых углей Западного Донбасса. В работе рассматривается пер-' активное направление обогащения соленых углей путем их обессоливания ещой промывкой и совмещение ее с технологией масляной агломерации угля, з обеспечивает высокую эффективность процесса обезвоживания и облаго-живания низкосортного угля. Исследовано влияние омасливания угля на нетику солеудаления при водной промывке. Установлены рациональные жимные параметры совмещенного процесса "обессоливание-агломерация" критерию остаточного содержания натрия в угле. Теоретически сформули-ваны принципы подбора рационального состава связующего вещества в толщенном процессе "промывка - агломерация". Предложено и обосновано вменение технологии механического срыва водной пленки эжектярованием я повышения эффективности обезвоживания агломерата обессоленного угля, етодом факторного планирования получены математические модели процес-в обессоливания омасленного угля и обезвоживания углемасляного агломе-та, с помощью которых определены характер и степень влияния на процессы новных технологических параметров. Разработана режимная карта совме-енного процесса "обессоливание - агломерация". Даны рекомендации по зомышленному использованию и утилизации соленых углей.

В условиях НПО "Хаймек" выполнены полигонные испытания предложений технологии и разработаны рекомендации по ее промышленному использо-1НИЮ.

Ключевые слова: обессоливание угля, масляная агломерация, обезвожива-ие, математические модели, эжектарование.

АНОТАЦШ

Кхелуф! Абделькр1м. Розробка технологи збагачення солоного вуплля. -укопис.

Дисертацхя на здобупге вченого ступеня кандидата техн1чних наук за пещальшспо 05.15.08. - "Збагачення корисних копалин". - Нацюнальна 1рН1ча академм Укращи, Дншролеггровськ, 1998.

Дисертащя прксвячена питаниям розробки та апробацц технологи эагачення солоного вуплля Захщного Донбасу. В робел розглядасться ерспективний напрямок збагачення солоного вуплля шляхом обезсоления одною промивкою 1 сушщення й з технолопею масляно! агломераци, що абезпечуе високу ефектившеть процесу обезводнення та облагороджування

низькосорпюго вуплля. Досзаджено вплив обмаслення вуллля на кшеп солевидапення при водаш промивщ. Всгановлеш рахцональш реш парамегри сумоденого процесу " о без со леиня- агло мер ащя" за Крите] залишкового вшсгу натрш у вугшль Теоретично сформульоваш принц шдбору рацюнального складу зв'язуючо! речевини у сумиценому про "промивка-агломеращя". Запропоновано та обгрунтовано застосува технологи мехаючного зриву водно\ пл1вки ежектуванням для пщвище ефективноот обезводнення агломерату обезсоленого вуплля. Мето, факторного планування одержан! математичщ модеш процейв обезсоле обмасленого вуплля та обезвожування вуглемасляного агломерату, допомогою яких визначено характер та стушнь впливу на процеси основ; технолопчних параметров. Разроблена рижимна карта сумпценого прои "обезсолення-агломерацк". В умовах НВО "Гаймек" виконаш полггс випробовування запропоновано! технолога i розроблеш рекомендаций ni промисловому використанню.

Юпочов1 слова: обезсолення вуплля, масляна агломерации обезвожуваи математичш модели ежектування.

SUMMARY

Kheloufi Abdelkrim. Elaboration of technology of preparation salty coals Manuscript

Thesis for postgraduate's degree by speciality 05.15.08 - "Mineral processing". -1 tional mini tig university, Dnepropetrovsk, 1998.

The dissertation is devoted to analytical topics, elaboration and approbation salty coals preparation technology in Western Donbass. In the work is examined 1 perspective direction of preparation salty coals by water washing and overlapping th with oil agglomeration technology, which provides high efficiency of process dewal ing and ennobling law quality coal. Among the factors analyzed is the effect of oiled c< on kinetic of salt removal during water washing. Rational parameters have b< established for the combined process "desalting-agglomeration" by criterion of t residual contents sodium in coal. The principles for selecting a rational structure binding substance in the combined process "washing - agglomeration" theoretica were formulated. The application of the mechanical failure of water film technology ejection which increase the efficiency of dewatering the agglomerate of desalted coal w proposed and reasonabled. Using the method of factorial planning, mathematic models have been received of processes desalting oiled coal and dewatering coal oil a glomerate, with the help of which have been determined the character and degree influence on processes of the basic technological parameters. The regime card of tJ combined process "desalting - agglomeration" was elaborated. Recommendations ha beenproposedforthe industrial use and utilization salty coals.