Технологія використання відходів вуглезбагачення

Продуктивними добавками  до такої керамічної сировини можуть бути також відходи флотаційного збагачення газового вугілля. Для точного  дозування їх попередньо гранулюють, пропускаючи через глиномішалки з фільтруючою головкою, а потім отримані гранули вводять в шихту через об’ємний дозатор за загальноприйнятою технологією. При застосуванні худих гідрослюдистих, гідрослюдисто-монтмориллонітових і лесовидних суглинків вуглевмісні відходи можуть служити в якості паливно-мінеральної добавки, яка поліпшує кераміко-технологічні властивості суміші і суттєво підвищує міцнісні характеристики готових виробів. Для цього вибирають породи з меншим ступенем метаморфізаціі, що дають при помелі і затворенні водою пластичне тісто з числом пластичності більше 10, вміст оксиду алюмінію має становити в прийнятій до використання сировині не менше 20-25%.

 

Штучну суміш вибирають  такого складу, щоб сумарний вміст  Аl₂O₃ було не менше 15%. Помел вуглевмісних відходів в цьому випадку ведуть до отримання більш дрібної фракції (<1 мм).

Велика кількість горючих  речовин містять відходи флотації. У відходах збагачення жирного довгополум'яного газового вугілля присутні летючі речовини, тому при їх застосуванні необхідно враховувати можливість виділення значної кількості газів, що може призвести до розпушення виробів. Меншу калорійність мають відходи видобутку вугілля, а також вуглезбагачення великих фракцій (40-100 мм). Ефективними добавками в керамічну масу можуть служити відходи флотації, що не потребують подрібненні. Однак вони поставляються споживачам з вологістю більше 25%, що перевищує формувальну вологість шихти. Вологі відходи флотаційного збагачення збираються у грудки, що затрудняє введення їх в шихту і гомогенізацію суміші.

Шлами вуглезбагачення з  порівняно високою теплотворною здатністю (18 900-21 000 кДж /кг) застосовують в якості технологічного палива. Вони не вимагають додаткового дроблення, добре розподіляються по ковшу і  засипаються через паливні отвори, що сприяє рівномірному випалу виробів. Вуглевмісні породи застосовують не тільки як паливовмісну добавку, але і як основний компонент керамічної шихти. Існує ​​можливість виробництва пустотілої цегли і керамічних каменів на основі відходів вуглезбагачення як пластичним, так і напівсухим формуванням.

З усіх видів відходів вугільної  промисловості відходи вуглезбагачення  найбільш стабільні за складом. Вони містять більше глинозему, ніж більшість інших пересічних глин. Глиниста речовина в них представлена високоглиноземистими мінералами - каолінітом і гідрослюдою. Вміст вуглецю в цих породах в кілька разів перевищує вміст, необхідний для випалу стінової кераміки. Після тонкого подрібнення відходи вуглезбагачення за своїми властивостями ідентичні глинам, малочутливим до сушіння.

Технологічна схема виробництва  стінових виробів із відходів вуглезбагачення методом пластичного формування передбачає наступні етапи: помел вихідної породи в млині сухого подрібнення; формування сирцю на стрічковому вакуумному пресі; сушку його в щілинний однорядній сушарці або сушарці з реверсивним рухом теплоносія; випал в тунельній печі за режимом, забезпечує ізотермічну витримку і окислювальне середовище при максимальній швидкості вигоряння коксового залишку. Жорстке пресування при тиску 2,2-4,5 МПа має ряд переваг у порівнянні з пластичним формуванням, так як міцність одержуваного сирцю дозволяє укладати його відразу на обпалювальну вагонетку в кілька рядів, виключає ряд технологічних операцій, а отже, зменшує кількість машин і агрегатів в технологічної лінії, підвищуючи надійність роботи і коефіцієнт її корисної дії.

Необхідна формовність при жорсткому пресуванні досягається завдяки високому тиску, при якому скорочується потреба у воді для замішування, і підвищеній температурі бруса (до 60 °С), що сприяє швидкому висушуванню відформованого сирцю. При цьому усадка і чутливість до сушіння внаслідок зниженої вологості відформованого сирцю і підвищеного ступеня ущільнення виявляються нижчими, ніж у сирцю, отриманого при пластичному способі пресування. При жорсткому пресуванні для досягнення необхідної міцності і для фарбування виробів потрібна знижена на 50-80 °С температура випалу.

При виробництві керамічних стінових виробів заміна глинистих  порід, що добуваються в кар'єрах, переробленими відходами вуглезбагачення  призводить до зниження витрати технологічного палива приблизно на 80% і собівартості виробів на 19-28%. Вуглевмісні породи є ефективною сировиною для виробництва пористих заповнювачів. Однак значні коливання за змістом палива (5-25%) і його дисперсний розподіл у породі, низька пластичність і в’яжуча здатність, неоднорідність хімічного і мінерального складу ускладнюють переробку сировини цього виду за існуючими технологічними схемами для природних глин без додаткового корегування. Аналіз технологічних методів виробництва штучних пористих заповнювачів із паливовмісних відходів вуглезбагачення свідчить про те, що найбільш ефективним є метод агломерації. Окрім простоти технології він дає можливість ефективно використовувати паливо, що міститься у відходах.

Сутність процесу агломерації  полягає в тому, що паливо в спеченій шихті горить в тонкому горизонтальному шарі, у результаті чого повітря, що поступає в зону горіння, нагрівається і інтенсифікує процес горіння палива шихти, а гарячі гази, що виходять із зони горіння, підсушують і нагрівають наступний шар шихти. Після вигоряння палива зона горіння переміщується в лежачий нижче шар шихти. При отриманні пористого і міцного конгломерату з порошкоподібної і дрібнозернистої сировини методом агломерації вихідну сировину змішують з подрібненим паливом, зволожують і гранулюють. Потім шихту, що складається з окремих зерен (гранул), безперервно подають на верхню робочу гілку стрічкової конвеєрної агломераційної машини. На першій ділянці безперервно рухомої стрічки у верхньому шарі шихти запалюють паливо, після чого зона горіння просувається в товщу шихти за рахунок просочування через неї повітря. В кінці робочої гілки машини отримують готовий обпалений продукт.

Відходи вуглезбагачення  вважаються придатними для виробництва  аглопориту, якщо в результаті випробувань в лабораторних умовах будуть досягнуті наступні показники процесу спікання і якості готового продукту:

 

Вертикальна швидкість спікання, мм\хв	Не менше 5
Питома продуктивність агломераційної машини, м3/м2год	Не менше 0,23
Насипна щільність аглопоритового щебеню крупністю 10-20 мм, кг/м3	Не більше 800
Насипна щільність аглопоритового піску крупністю 0-5 мм, кг/м3	Не більше 1200
Міцність аглопоритового щебеню при стиску в циліндрі, МПа	Не менше 0,4

 

Для забезпечення нормального  спікання шихти у відходах вуглезбагачення повинно бути близько 10% палива. У процесі агломерації шкідливі домішки у вихідній сировині, наприклад сірка, навіть при забезпеченні оптимальних умов термообробки, переходять в аглопорит в кількості не менше 14-15% початкового вмісту. На залишковий вміст сірки в готовому продукті впливає присутність у вихідній сировині оксидів лужноземельних металів, зокрема СаО.

При агломерації відходів з високим вмістом палива необхідно  створювати відповідні умови для його вигоряння. Процес вигорання палива при агломерації легкоплавких силікатних матеріалів ускладнений через утворення при спіканні значної кількості розплаву. Тільки певне співвідношення в шихті тугоплавких і легкоплавких компонентів забезпечує нормальний режим її термообробки. Не менш важливим фактором, що забезпечує нормальний хід процесу вигоряння палива в шихті, є газопроникність спікаємого шару, зумовлюється пластичністю і в’яжучою здатністю вихідної сировини. На основі помірно пластичних порід при певному співвідношенні фракцій вихідної сировини (менше 0,3; 0,3-1,2; 1,2-2,5 мм) можуть бути отримані досить високі значення газопроникності шару.

Для поліпшення гранулюючої здатності непластичних і малопластичних порід доцільно вводити в шихту пластичний суглинок в кількості 5-20% по масі. У табл. 1.3 наведено рекомендований хімічний склад відходів вуглезбагачення придатних для виробництва аглопоритового щебеню та гравію. Для порівняння наведені такі вимоги до хімічного складу глинистих порід і зол ТЕС. Рекомендовані параметри виробництва аглопоритового гравію і щебеню наведені в табл. 1.4.

 

 

Таблиця 1.3. Хімічний склад глинистих порід і паливовмісних відходів промисловості, придатних для виробництва аглопоритових щебеню та гравію.

Вихідна сировина	Заповнювач	Область застосування	Вміст оксидів, %
			SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO+MgO		SO3
			В межах		Не більше
Глиниста порода	Щебінь	Конструкційно-теплоізоляційні і конструкційні легкі бетони	55-85	8-20	8		20		3
Відходи вуглезбагачення	Щебінь	Конструкційно-теплоізоляційні і конструкційні легкі бетони	45-65	15-35	15		12		3
Зола ТЕЦ	Щебінь	Конструкційно-теплоізоляційні і конструкційні легкі бетони	45-65	15-35	25		12		3
	Гравій	Конструкційно-теплоізоляційні і конструкційні легкі бетони	45-65	15-35	18		12		3
	Щебінь	Конструкційні і високоміцні легкі бетони	50-65	20-35	10		3		1

 

Таблиця 1.4. Рекомендовані параметри виробництва аглопоритового гравію і щебеню

Показник	Глиниста порода (глина, суглинок, супісок)	Відходи вуглезбагачення	Зола ТЕЦ
Висота спікаємого шару, мм	250-300	150-200	250-300
Температура. оС:
висушування	—	—	400-600
підігріву	—	—	600-800
запалювання	1000-1200	1000-1200	1000-1200
Розрідження, кПа, в період:
запалювання	0,6-1	0,6-1	0,5-0,8
спікання	2,5-4	2,5-4	1,5-2,5
Витрата повітря на 1 м2 площі агломераційної решітки, м3/с, в період:
запалювання	0,22-0,25	0,2-0,3	0,1-0,3
спікання	0,9-1	0,4-0,6	0,5-0,8
охолоджування	0,9-1	0,8-1,8	0,7-1

На основі відходів вуглезбагачення  отримують в основному аглопоритовий щебінь з насипною щільністю 400-700 кг/м³ і аглопоритовий пісок з насипною щільністю 800-1000 кг/м³. Одним з критеріїв, що характеризують придатність силікатної сировини для виробництва аглопориту, є модуль плавкості, значення якого для паливовмісної сировини, придатної для виробництва аглопориту, має становити 4-20. Величина модуля плавкості характеризується відсотковим співвідношенням оксидів:

 

 

Відходи вугледобування після видалення з них надлишкової кількості вуглецю є перспективною сировиною для отримання керамзиту. Попередня обробка сировини (декарбонізація) проводиться в спеціальному апараті, який в залежності від початкового вмісту вуглецю може бути або обертовим барабаном, або реактором киплячого шару. Процес декарбонізації протікає при 800 - 900 °С. Отриманий напівфабрикат надходить у обертову піч для випалу. Використання підігрітого матеріалу дозволяє досягти заданої температури випалу при меншій витраті палива. Подача у обертову піч напівфабрикату з температурою 800-900 °С дозволяє скоротити витрату палива в порівнянні з роботою печі при холодному матеріалі на 30-35%. Вилежування відходів вугледобування в «буртах» або шихтозапасниках забезпечує повну гомогенізацію сировинної суміші за складом і властивостями, а попереднє зволоження порід сприяє руйнуванню їх структури, підвищуючи ефективність подальшої механічної обробки. Оптимальний зерновий склад сировинної суміші, що характеризується наявністю частинок розмірами не більше 2 мм, досягається при подрібненні шахтних порід у дві стадії з використанням дробарок ударної дії. Для отримання формувальної маси із заданими технологічними та структурно-механічними властивостями необхідний модуль крупності подрібнених відходів вугледобування в межах 1,6-1,9.

4. Опис технологічної  схеми

 

Відходи збагачення горючих  сланців по пластинчатому живлювачу 1 потрапляють до щокової дробарки 3, крізь нерухому решітку 2.  Подрібнений матеріал по стрічковому конвеєру потрапляє до конусної дробарки 4, звідти до молоткової дробарки 5. Через віброгрохіт 6 матеріал для виробництва аглопориту потрапляє по реверсивному стрічковому конвеєру 7 в бункери для зберігання запасів шихти 8. Через стрічкові живлювачі 9 шихта потрапляє у шихтозмішувач 10, після чого змішується з водою. Далі сировина потрапляє у гранулятор 11, після чого до агломераційної машини 12.  Готовий матеріал подрібнюється у роторній дробарці 13, потім у зубчатій дробарці 14. За допомогою віброгрохоту 13, готова продукція розділяється на фракції 0-5мм, 5-20 мм, 20-40 мм.

 

 

 

 

 

 

5. Вимоги до охорони праці на виробництві аглопориту