Способ обогащения угля

Изобретение относится к технологиям выделения углеродсодержащего компонента природного угля, угольного шлама или отходов углеобогащения и может использоваться в угольной, топливной и металлургической промышленности для получения высокосортного, высококалорийного, низкозольного угля. Способ обогащения угля включает смешивание исходного угольного сырья и воды с получением водно-угольной суспензии, введение в нее агломерирующего агента, разделение углеродсодержащего компонента угольного сырья и золы в водно-угольной суспензии и выделение углеродсодержащего компонента путем флотации. В водно-угольную суспензию дополнительно вводят вспенивающий агент, а углеродсодержащий компонент угольного сырья и золу разделяют, обрабатывая водно-угольную суспензию водяным паром, вдуваемым отдельными струями для разуплотнения составляющей зольной фракции. Водно-угольная суспензия содержит 7,0-50,0 мас. части воды на 1 мас. часть угля, а расход водяного пара составляет не более 500 кг на 1 тонну исходного угольного сырья, причем на 1 т водно-угольной суспензии расход агломерирующего агента составляет 3-7 кг, а вспенивающего агента 0,05-0,15 кг. Технический результат - снижение затрат на осуществление способа, повышение выхода углеродсодержащего компонента, а также повышение эффективности удаления из него золы. 8 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к технологиям выделения углеродсодержащсго компонента природного угля, угольного шлама или отходов углеобогащения и может использоваться в угольной, топливной и металлургической промышленности для получения высокосортного, высококалорийного, низкозольного угля.

Известно большое количество технологий обогащения угля, заключающихся в отделении углеродсодержащего компонента от минералсодержащего компонента, называемого также золой, включающего пустую породу и глину, и последующем выделении названного углеродсодержащего компонента, среди которых особое место занимают технологии, основанные на флотации.

Например, известен способ обеззоливания угля, включающий приготовление суспензии из угля и воды, добавление в нее агента, способного вступать в реакцию с нежелательными глинными минералами для образования водорастворимого комплекса, где базовый раствор имеет рН 7-13 и концентрация водорастворимого комплекса 50-5000 жидких частей на 1 миллион частей воды, разделение угля и шлама путем пенной флотации, формирование отфильтрованных кусков из отделенного угля, осушение названных кусков, обработку сухой пеной и полное фильтрование отфильтрованного угля [Патент США №5402894]. Этот способ характеризуется высокими затратами и сложностью технологии.

Известен также способ обеззоливания угля флотацией, по которому исходный природный уголь размалывают до размера частиц около 150 мкм, затем смешивают с эмульсией из гидроуглеродной жидкости, содержащей агломерирующий агент, представляющий собой смесь из легких и тяжелых масляных фракций, и воду, таким образом, чтобы частицы угля смачивались гидроуглеродной жидкостью в первую очередь, а гидрофильные частицы пустой породы диспергировали в воде, образуя взвесь. В присутствии необработанного угля при этом происходит агломерация углеродсодержащих частиц. Далее взвесь пустой породы удаляется вместе с водой, а агломерированные частицы углеродсодержащего компонента обрабатываются сухим паром, не содержащим окислительных ингредиентов и имеющим температуру 100-245°С для отделения агломерирующего агента от частиц угля [Патент США №4396396]. Этот способ по наибольшему количеству сходных с предлагаемым способом обогащения угля признаков является его ближайшим аналогом и принят за прототип изобретения.

Недостатками прототипа являются высокие затраты на его осуществление, высокая зольность получаемого в результате осуществления способа углеродсодержащего компонента и низкий его выход.

Изобретение решает задачу создания способа обогащения угля, который характеризовался бы низкими затратами на его осуществление, высокой степенью удаления золы из получаемого в результате осуществления способа углеродсодержащего компонента, а также высоким его выходом.

Для решения поставленной задачи предлагается способ обогащения угля, по которому смешивают исходное угольное сырье и воду с получением водно-угольной суспензии, в которую затем добавляют агломерирующий агент и вспенивающий агент, после чего водно-угольную суспензию обрабатывают водяным паром, который подают в нее отдельными струями, разделяя тем самым углеродсодержащий компонент и золу, после чего выделяют названный углеродсодержащий компонент путем флотации, при этом водно-угольная суспензия содержит 7,0-50,0 мас. части воды на 1 мас. часть угля, а расход водяного пара составляет не более 500 кг на тонну исходного угольного сырья, расход агломерирующего агента составляет 3-7 кг, а вспенивающего агента 0.05-0.15 кг на тонну водно-угольной суспензии.

Исходным угольным сырьем может являться природный уголь с размером частиц не более 3 мм.

Исходным угольным сырьем также может являться угольный шлам с размером частиц не более 0.6 мм или отходы углеобогащения с размером частиц не более 3 мм.

Исходным угольным сырьем может являться также коксующийся или спекающийся уголь с размером частиц не более 3,0 мм.

Если исходное угольное сырье имеет больший размер частиц, его целесообразно измельчить до указанных выше размеров.

Оптимальное соотношение воды и угля в водно-угольной суспензии зависит от его типа, размера частиц и зольности. Так, если исходным угольным сырьем является коксующийся или спекающийся уголь с размером частиц не более 3 мм, целесообразно, чтобы водно-угольная суспензия содержала 8,0-13,0 мас. части воды на 1 мас. часть угля. Если же исходное угольное сырье имеет зольность менее 80%, но более 50%, целесообразно, чтобы водно-угольная суспензия содержала 10,0-50,0 мас. части воды на 1 мас. часть угля. А если исходное угольное сырье имеет зольность менее 50%, водно-угольная суспензия должна содержать 7,0-10,0 мас. частей воды на 1 мас. часть угля.

В качестве агломерирующего агента могут использоваться традиционные гидроуглеродные жидкости или термогазойли, представляющие собой смесь из легких и тяжелых масляных фракций, подобранных таким образом, чтобы частицы угля смачивались агентом в первую очередь, а гидрофильные частицы золы диспергировались в воде.

В качестве вспенивающего агента, способствующего прилипанию пузырьков воздуха к углеродсодержащим частицам, также могут использоваться традиционные вспенивающие вещества.

Предлагаемый способ обогащения угля осуществляют следующим образом. Природный уголь зольностью, например, 48% измельчают известными способами до оптимального для его обогащения размера 3 мм или отделяют фракцию исходного угля указанного размера также известными способами. Далее частицы угля смешивают с водой в соотношении 7-10 мас. части воды на 1 мас. часть угля. Добавляют в полученную смесь агломерирующий агент, например термогазойль легкий каталитического крекинга и коксования, в количестве 5,8 кг и вспенивающий агент, например КЭТГОЛ, в количестве 0.1 кг. В результате получают водно-угольную суспензию, в которой изначально часть золы образует взвесь в воде, а часть золы удерживается на поверхности угольных частиц.

Названную водно-угольную суспензию помещают в шнек, трубу, или наклонный лоток, или другое средство, по которому водно-угольная суспензия может перемещаться. При продвижении смеси ее обрабатывают струями водяного пара со скоростью пара, не превышающей скорость звука.

Водяной пар конденсируется на поверхности угольных частиц, вследствие чего возникают ультразвуковые колебания давления, распространяющиеся в объем водно-угольной смеси. Это приводит к разуплотнению размокающей составляющей зольной фракции, возникновению колеблющихся парогазовых пузырьков в микрокавернах сростков золы и угольных частиц, что способствуют разрушению этих сростков.

Кроме того, конденсация пара в водно-угольной суспензии позволяет диспергировать и взвешивать зольные частицы в воде, не позволяя им слипаться. Дополнительное диспергирующее воздействие возникает вследствие известных эффектов дегазации, растворенного в водно-угольной суспензии воздуха и отделения от зольных и угольных частиц поверхностно-активных веществ с последующим их эмульгированием вследствие возникновения ультразвуковых колебаний при конденсации паровой струи в смеси.

Добавленные в водно-угольную суспензию агломерирующий и вспенивающий агенты диспергируются и равномерно распределяются по объему названной суспензии под воздействием конденсирующихся паровых струй. В результате происходит более эффективное взаимодействие агентов с углеродсодержащими частицами и более эффективное разделение углеродсодержащего компонента и золы. Подготовленная таким образом водно-угольная суспензия, в которой произошло разделение углеродсодержащего компонента и воды, поступает на флотацию, где и осуществляется выделение целевого продукта - углеродсодержащего компонента.

Пример 1.

Природный уголь зольностью 48% и размерами частиц 8-20 мм измельчают известными способами до размера 3 мм. Далее размолотый уголь смешивают с водой в соотношении 8 мас. части воды на 1 мас. часть угля. Добавляют в полученную смесь агломерирующий агент, термогазойль легкий каталитического крекинга и коксования производства Омского НПЗ, в количестве 2.9 кг и вспенивающий агент, КЭТГОЛ производства Пермского "Сибурхимпрома", в количестве 0.05 кг на т. Далее водно-угольную суспензию обрабатывают струями водяного пара со скоростью пара, не превышающей скорость звука. Расход пара составляет 300 кг на одну тонну угля. После этого суспензию подвергают флотации. В результате получают углеродсодержащий компонент в количестве 49.5%, причем содержание золы в полученном углеродсодержащем компоненте составляет 5.5%, а в отходах - 83.2%.

Пример 2

То же, что в примере 1, но способ осуществляют по прототипу. В результате получают углеродсодержащий компонент в количестве 45.6%, причем содержание золы в полученном углеродсодержащем компоненте составляет 12.8%, а в отходах - 77.5%.

Пример 3

Природный уголь зольностью 68% и размером частиц 3 мм смешивают с водой в соотношении 35 мас. части воды на 1 мас. часть угля. Добавляют в полученную смесь агломерирующий агент, термогазойль легкий каталитического крекинга и коксования производства Омского НПЗ, в количестве 3.9 кг и вспенивающий агент, КЭТГОЛ производства Пермского "Сибурхимпрома", в количестве 0.1 кг на 1 тонну. Далее водно-угольную суспензию обрабатывают струями водяного пара со скоростью пара, не превышающей скорость звука. Расход пара составляет 400 кг на 1 тонну угля. После этого ее подвергают флотации. В результате получают углеродсодержащий компонент в количестве 43.6, причем содержание золы в углеродсодержащем компоненте составляет 9.3%, а в отходах - 88.2%.

Пример 4

То же, что в примере 3, но способ осуществляют по прототипу. В результате получают углеродсодержащий компонент в количестве 42.6%, причем содержание золы в полученном углеродсодержащем компоненте составляет 10.4%, а в отходах - 90.2%.

Пример 5.

Угольный шлам зольностью 72% и размерами частиц 0.6 мм смешивают с водой в соотношении 35 мас. части воды на 1 мас. часть угля. Добавляют в полученную смесь агломерирующий агент, термогазойль легкий каталитического крекинга и коксования производства Омского НПЗ, в количестве 5.8 кг и вспенивающий агент, КЭТГОЛ производства Пермского "Сибурхимпрома", в количестве 0.1 кг на 1 тонну. Далее водно-угольную суспензию обрабатывают струями водяного пара со скоростью пара, не превышающей скорость звука. Расход пара составляет 500 кг на 1 тонну угля. После этого ее подвергают флотации. В результате получают углеродсодержащий компонент в количестве 18.8%, причем содержание золы в полученном углеродсодержащем компоненте составляет 10.3%, а в отходах - 93.4%.

Пример 6

То же, что в примере 1, но способ осуществляют по прототипу. В результате получают углеродсодержащий компонент в количестве 25.8%, причем содержание золы в полученном углеродсодержащем компоненте составляет 14.0%, а в отходах - 91.0%.

В таблице 1 приведены сведения, касающиеся реализации предлагаемого способа согласно приведенным примерам, а в таблице 2 - прототипа при одинаковых начальных условиях.

Сравнение полученных данных показало, что описанный способ позволяет увеличить выход углеродсодержащего компонента при уменьшении его зольности.

Таким образом, предлагаемый способ отличается простотой, а также более высоким выходом углеродсодержащего концентрата с более низкой его зольностью.

Таблица 1
№ примера	Концентрация агентов, г/тн	Результаты
	Углеродсодержащий компонент	Отходы
Агломерирующий	Вспенивающий	Выход, %	Зола, %	Выход, %	Зола, %
1	2900	50	49,5	5,5	50,5	83,2
3	3900	100	43,6	9,3	56,4	88,2
5	5800	100	25,8	10,3	74,2	93,4

Таблица 2
№ примера	Концентрация агентов, г/тн	Результаты
	Углеродсодержащий компонент	Отходы
Агломерирующий	Вспенивающий	Выход, %	Зола, %	Выход, %	Зола, %
2	2900	50	45,6	12,8	54,4	77,5
4	3900	100	42,6	10,4	57,4	90,2
6	5800	100	24,6	14,0	75,4	91,0

1. Способ обогащения угля, по которому смешивают исходное угольное сырье и воду с получением водно-угольной суспензии, в которую вводят также агломерирующий агент, затем разделяют углеродсодержащий компонент угольного сырья и золу в названной водно-угольной суспензии и выделяют названный углеродсодержащий компонент путем флотации, отличающийся тем, что в названную водно-угольную суспензию дополнительно вводят вспенивающий агент, а углеродсодержащий компонент угольного сырья и золу разделяют, обрабатывая названную водно-угольную суспензию водяным паром, который подают в нее отдельными струями, при этом водно-угольная суспензия содержит 7,0-50,0 мас.ч. воды на 1 мас.ч. угля, а расход водяного пара составляет не более 500 кг на тонну исходного угольного сырья, расход агломерирующего агента составляет 3-7 кг, а вспенивающего агента 0,05-0,15 кг на тонну водно-угольной суспензии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходным угольным сырьем является природный уголь с размером частиц не более 3 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходным угольным сырьем является угольный шлам с размером частиц не более 0,6 мм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходным угольным сырьем являются отходы углеобогащения с размером частиц не более 3 мм.

5. Способ обогащения угля по п.1, отличающийся тем, что исходным угольным сырьем является коксующийся или спекающийся уголь с размером частиц не более 3,0 мм.

6. Способ обогащения угля по п.1, отличающийся тем, что исходное угольное сырье предварительно измельчают.

7. Способ обогащения угля по п.1, отличающийся тем, что исходное угольное сырье имеет зольность менее 80%.

8. Способ обогащения угля по п.1, отличающийся тем, что исходное угольное сырье имеет зольность менее 50%.

9. Способ обогащения угля по п.1, отличающийся тем, что агломерирующим агентом является термогазойль легкий каталитического крекинга и коксования.