ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2008, № 1, с. 54-57
УДК 665.735
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ
И ИХ ПЕРЕРАБОТКА
© 2008 г. Е. Г. Горлов, О. Г. Сафиев, А. И. Серёгин
ФГУП "Институт горючих ископаемых - научно-технический центр по комплексной переработке твердых горючих ископаемых", Москва E-mail: gorloveg@mail.ru Поступила в редакцию 30.03.2007 г.
Рассмотрены с позиций физико-химической механики свойства угольных шламов и показаны направления по интенсификации технологии их переработки в товарную продукцию.
Угольные шламы можно рассматривать как сложные дисперсные композиции, состоящие из мелко- и крупнодисперсных частиц органической массы угля (ОМУ), минеральной составляющей и воды, находящейся в свободно- и связнодисперс-ном состояниях [1-3]. Такие отходы обогащения и добычи углей являются полигетерофазными дисперсными системами.
Известно, что при всем многообразии химического состава и физических свойств шламы как дисперсные системы характеризуются двумя основными показателями: сильно развитой межфазной поверхностью и концентрацией дисперсной фазы в дисперсионной среде.
Известно, что основную фракцию угольных шламов составляют полидисперсные твердые частицы с размерами от 1 мкм до 1 мм. Установлено, что твердые частицы размером выше 63 мкм -это свободные дисперсные частицы, так как они достаточно легко отделяются от более мелких ингредиентов (менее 63 мкм).
Последние можно рассматривать как агрегаты частиц, внутри которых находится иммобилизованная дисперсионная среда (вода).
Шламы содержат мелкодисперсные слюдистые, охристые и другие минеральные примеси, а также глинистые компоненты, которые имеют форму чешуек или пластинок размером менее 5 мкм [4]. Большая удельная поверхность и гидро-фильность этих компонентов существенно осложняют разделение фаз. Например, глинистые частицы с размером менее 0.2 мкм образуют коллоидную систему с водой [5].
С позиций физико-химической механики дисперсных систем шламы, состоящие из мелкодис-
персных частиц ОМУ и минеральных компонентов, можно отнести к широко распространенному типу дисперсных структур коагуляционного строения. Они образованы межмолекулярным сцеплением шламовых частиц в неупорядоченные пространственные сетки - каркасы из первичных частиц, их цепочек или агрегатов.
При образовании коагуляционной сетки и отдельных ее элементов между мелкодисперсными частицами шлама остается очень тонкая термодинамически устойчивая прослойка воды, толщина которой соответствует минимуму свободной энергии системы, который наблюдается при сближении частиц до весьма малого конечного значения. Сблизившись до этого расстояния, частицы остаются связанными друг с другом до тех пор, пока тепловое или механическое воздействие не разрушит установившуюся связь, при этом коагуляционные контакты приводят к образованию более или менее крупных и устойчивых агрегатов [6].
Прослойка жидкой дисперсионной среды между мелкодисперсными частицами шлама, состоящая из немногих слоев молекул (вплоть до бимолекулярного слоя) настолько тонка, что совершенно не препятствует силам сцепления между частицами, но вместе с тем настолько прочно связана адсорбционными силами с поверхностью угольных частиц, что не выдавливается из зазора между частицами. При увеличении толщины прослойки воды между частицами коагуляционное сцепление становится относительно слабым, и, наоборот, наименьшая толщины прослойки соответствует ближнему коагуляционному сцеплению. Коагуляционные взаимодействия зависят от концентрации дисперсной фазы, размера частиц,
Концентрат
Шихта
Сырье для производства ВУТ
Сырье для производства брикетов
Методы физико-химического воздействия на угольные шламы для повышения эффективности их разделения и обезвоживания.
величины электрокинетического потенциала и концентрации различных добавок (стабилизирующих, диспергирующих и поверхностно-актив-ных-флокулянтов). При этом структурно-механические и реологические свойства шламов определяются прочностью коагуляционных контактов, зависящей от геометрии частиц и природы сосуществующих фаз.
В промышленности существует ряд технологий переработки шламов, которые основаны на физическом воздействии, например центрифугирование. Угольные осадительные центрифуги имеют невысокое число оборотов и, несомненно, было важно оценить, как увеличение числа оборотов будет сказываться на повышении эффективности выделения минеральной части из шлама. В настоящей работе испытаны в промышленных
условиях осадительные центрифуги, имеющие число оборотов до 3000 мин-1 на примере шламов шахты им. Кирова и ЦОФ "Березовская".
Установлено, что для шлама шахты им.Киро-ва на такой центрифуге удалось уменьшить зольность его с 23.1 до 11%. Более высокозольный шлам ЦОВ "Березовская" (44.1%) в таких центрифугах подвергается разделению менее эффективно: зольность шлама удалось снизить до 34.0%, а зольность фугата повысилась до 56.4%. Следовательно, можно считать, что даже такое интенсивное физическое воздействие на шламы не позволяет в нем успешно разрушить коагуля-ционные связи.
Переработку угольных шламов можно вести с позиций физико-химической механики дисперсных систем. С учетом специфики состава уголь-
56 ГОРЛОВ и др.
Гранулометрический состав шлама ОФ "Замчаловская" до и после обработки (зольность 32.7%, влажность 5.6%)
Класс, мм Исходный шлам Шлам после сухого измельчения в вибромельнице Шлам после мокрого (Т : Ж = 1 : 1) измельчения в вибромельнице
1 2 1 2 1 2
+1 -1 + 0.63 -0.03 + 0.4 -0.4 + 0.2 -0.2 + 0.1 -0.1 + 0.063 -0.063 36.8 11.5 13.9 11.2 20.9 3.3 2.4 29.7 29.3 29.3 28.9 29.3 37.5 32.5 1.5 0.02 0.07 1.4 81.7 14.2 1.1 32.6 28.3 28.4 30.6 2.1 0.06 0.03 1.11 8.0 16.0 72.7 37.6 21.8 16.9 18.9 31.3
Примечание: 1 - количество, %; 2 - зольность,
ных шламов дисперсные системы можно разделять с учетом содержания высокодисперсных шламовых частиц (менее 63 мкм) в водной среде. Схема, иллюстрирующая пути регулирования и повышения эффективности процессов разделения и обезвоживания угольных шламов, приведена на рисунке.
Первоначально необходимо перевести исходный шлам в текучее состояние путем регулирования соотношения между дисперсной фазой Уд.ф. и дисперсной средой Уд.с..
Для эффективного отделения ОМУ от минеральной части и обезвоживания шламов необходимо обеспечить механические нагрузки, которые способствуют частичному или полному разрушению коагуляционных структур. При этом следует отметить, что используемые для обогащения поверхностно-активные флокулянты способствуют созданию достаточно прочного адсорбционного слоя, который на поверхности угольных частиц формирует структурно-механический барьер, препятствующий коагуляции шламовых частиц. Полное дезагрегирование можно достичь вибровоздействием, ультразвуковой обработкой дезагрегированной системы с последующим разделением продуктов вибро- или ультразвуковой обработки на многочастотных грохотах.
Так, например, виброизмельчение шлама в водной среде позволяет перераспределить минеральную часть между фракциями шлама (таблица).
Ультразвуковая обработка позволяет частично отделить глинистые компоненты от остальной части шлама. Например, обработка остатка (в виде суспензии) после фильтра ОФ "Спутник" ультразвуком позволила снизить зольность шлама с 23.5 до 12%. Разделение суспензии этого шлама на многочастотном грохоте привело к получению подрешетного продукта с зольностью 70-75%.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ребиндер П.А. Избранные труды. Т. 1, 2. М.: Наука, 1978. 196 с.
2. Хилъко С.Л., Титов ЕВ. // Хим. и технол. топлив и масел. 2007. № 1. С. 52.
3. Уръев Н.Б. Физико-химические основы технологии дисперсных систем и материалов. М.: Химия, 1988. 256 с.
4. Фридман С.Э., Щербаков O.K., Комлев А.М. Обезвоживание продуктов обогащения. М.: Недра, 1988. 239 с.
5. Уръев Н.Б. Физико-химические основы интенсификации технологических процессов в дисперсных системах. М.: Знание, 1980. 64 с.
6. Горлов Е.Г. // ХТТ. 2004. № 6. С. 50.
Coal Slurries: Physioehemieal Properties and Processing
E. G. Gorlov, O. G. Safiev, and A. I. Seregin
Institute of Combustible Fossils, Moscow, 117910 Russia e-mail: gorloveg@mail.ru Received March 30, 2007
The properties of coal slurries are considered in terms of physicochemical mechanics, and ways of intensifying their processing into marketable products are suggested.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.