ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 622.79
DOI: 10.18503/1995-2732-2023-21-3-27-41
Аннотация
Работа выполнена с целью выявления наиболее перспективных направлений совершенствования процессов сгущения и обезвоживания отходов флотации углей. Показано, что актуальность этой темы связана с тенденцией к увеличению объёма углей, обогащаемых флотацией, и содержания в них тонких частиц породных минералов, в том числе глинистых, что, в свою очередь, приводит к увеличению количества образующихся отходов флотации и возрастанию трудности их обезвоживания. С другой стороны, требования по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов обусловливают целесообразность работы углеобогатительных фабрик с замкнутым водно-шламовым циклом, обеспечивающим получение осветлённой чистой воды для повторного использования на фабрике и твёрдой фазы обезвоженного осадка для последующего транспортирования и складирования в сухом виде. В статье приведены сведения о составе и физико-химических характеристиках отходов флотации, влияющих на показатели процессов сгущения и обезвоживания. Рассмотрены процессы сгущения суспензий отходов флотации в сгустителях: радиальных, цилиндроконических, в том числе пастовое, и пластинчатых. Показана целесообразность применения радиальных сгустителей со взвешенным слоем и осадкоуплотнителем для получения слива с возможно более низким содержанием твёрдой фазы и концентрированной сгущённой суспензии. Приведены сведения о процессах обезвоживания отходов флотации: фильтрованием на ленточных и камерных фильтр-прессах, вакуум-фильтрах, осадительных центрифугах. Указаны достоинства и недостатки рассмотренных методов обезвоживания. Показано, что перспективными способами интенсификации процессов сгущения и обезвоживания отходов флотации являются: совместное применение коагулянтов и флокулянтов; оптимизация значений расхода флокулянтов и режима их перемешивания с суспензией, в том числе дробная подача; рециркуляция части слива в процессе сгущения.
Ключевые слова
отходы флотации углей, сгущение, обезвоживание, сгустители, фильтр-прессы, флокуляция
Для цитирования
Лавриненко А.А., Гольберг Г.Ю. Состояние процессов сгущения и обезвоживания отходов флотации углей // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2023. Т. 21. №3. С. 27-41. https://doi.org/ 10.18503/1995-2732-2023-21-3-27-41
1. Хамзина Т.А. Состояние флотации угольных шламов // Глобус. 2022. №4(73). С. 158-159.
2. Андреева Т.А. Отходы производства в угольной промышленности // X Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых «Россия молодая», Кемерово, 24-27 апреля 2018 г. Кемерово: КузГТУ им. Т.Ф. Горбачёва, 2018. С. 53301.1-53301.4.
3. Техника и технология обогащения углей. Справочное пособие / под ред. В.А. Чантурия, А.Р. Молявко. 3-е изд. М.: Наука, 1995. 622 с.
4. Антипенко Л.А. Технологические регламенты обогатительных фабрик Кузнецкого бассейна. Прокопьевск: Прокопьевское полиграфическое производственное объединение, 2007. 463 с.
5. Rankine R., Pacheco M., Sivakugan N. Underground Mining with Backfills // Soils and Rocks. 2007, vol. 30, no. 2, pp. 93-101.
6. Coal mine wastes recycling for coal recovery and eco-friendly bricks production / Taha Y., Benzaazoua M., Hakkou R., Mansori M. // Minerals Engineering. 2017, vol. 107, pp. 123-138.
7. Использование отходов флотации битуминозных углей в производстве керамического кирпича / Лавриненко А.А., Свечникова Н.Ю., Коновницына Н.С., Игуменшева Е.А., Куклина О.В., Хасанзянова А.И. // Химия твердого топлива. 2018. №6. С. 64-68.
8. Шпирт М.Я., Артемьев В.Б., Силютин С.А. Использование твердых отходов добычи и переработки углей. М.: Горное дело ООО «Киммерийский центр», 2013. 431 с.
9. Use of coal beneficiation tailings as solid sorbents in the treatment of nitrate-contaminated real wastewater / Nunes K.G.P. Illi J.C., Dávila I.V.J., Feris L.A. // Applied Water Science. 2020, vol. 10, no. 4, p. 14. м10. Oruç F., Sabah E. Effect of mixing conditions on flocculation performance of fine coal tailings // Proceeding of the XXIII International Mineral Processing Congress, 3-8 September 2006, Istanbul-Turkey. Istanbul: IMPC, 2006, pp. 1192-1197.
11. Innovation in dewatering process of flotation tailings by study of particle interaction in colloidal environment / Malíková P., Thomas J., Chromíková J., Vidlář J., Kupka J. // Perspectives in Science. 2016, vol. 7, pp. 171-177.
12. Coal Flotation // Сайт 911metallurgist.com. URL: https://www.911metallurgist.com/blog/coal-flotation. (дата обращения: 20.04.2023).
13. Effects of Energy Input on the Laboratory Column Flotation of Fine Coal / Yaowen Xing, Xiahui Gui, Jiongtian Liu, Yijun Cao & Yu Lu // Separation Science and Technology. 2015, vol. 50, pp. 2559-2567.
14. Гольберг Г.Ю., Вигдергауз В.Е. Кинетические закономерности флокуляции тонкодисперсных продуктов обогащения: два механизма для частиц микронной и субмикронной крупности // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2011. №3. С. 90-96.
15. Chorom M., Rengasamy P. Dispersion and zeta potential of pure clays as related to net particle charge under varying pH, electrolyte concentration and cation type // European Journal of Soil Science. 1995, vol. 46, pp. 657-665.
16. Kumar S., Bhattacharya S., Mandre N.R. Characterization and flocculation studies of fine coal tailings // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2014, vol. 114, no. 11, pp. 945-949.
17. Моделирование процесса флокуляции тонкодисперсных отходов флотации углей в замкнутом водооборотном цикле / Лавриненко А.А., Гольберг Г.Ю., Палкин А.Б., Раджабов М.М. // Вода: химия и экология. 2016. №12. С. 22-28.
18. De Kretser R., Scales P.J., Boger D.V. Improving clay-based tailings disposal: Case study on coal tailings // American Institute of Chemical Engineering Journal. 1996, vol. 43, no. 7, pp. 1894-1903.
19. Sharma A., Goel P. Rheological Properties of Tailings Materials // International Journal of Engineering Research & Technology. 2022, vol. 11, no. 7, pp. 80-85.
20. Fellows C.M., Doherty W.O.S. Insights into Bridging Flocculation // Macromol. Symp. 2006, vol. 231, pp. 1-10.
21. Review of equipment for mine waste: from the conventional thickener to the deep cone for paste product / Grima-Olmedo C., Butragueño-Muñoz J.A., Ramírez-Gómez A., Gómez-Limón Galindo D. // DYNA Ingenieria e Industria. 2015, vol. 90, pp. 359-365.
22. Schoenbrunn F.R. A Short History of Deep Cone Thickener Development // Paste 2007. Proceedings of the Tenth International Seminar on Paste and Thickened Tailings. Perth: Australian Centre for Geomechanics, 2007, pp. 51-55.
23. Schoenbrunn F., Bach M., Miller M. The development of Paste Thickening and its Application to the minerals Industry; An Industry Review // BHM berg-und Hüttenmännische Monatshefte. Zeitschrift für Rohstoffe, Geotechnik, Metallurgie, Werkstoffe, Maschinen-und Anlangentechnik. 2015, vol. 160, no. 6, pp. 257-263.
24. Woodruff D., MacNamara L. Treatment of coal tailings. In: The coal handbook. Towards cleaner production. V. 1: Coal production. Ed. By D. Osborne. Woodhead Publishing Limited, 2013, 755 p.
25. Risk assessment methodology for paste and thickened tailings. / Fernandez-Iglesias A., Correa A., Morton O., Laine J., Luiña R., Martinez G. // Paste 2015: Proceedings of the 18th International Seminar on Paste and Thickened Tailings, Australian Centre for Geomechanics. Perth: Australian Centre for Geomechanics, 2015, pp. 167-180.
26. Пастовое сгущение для экологической утилизации хвостов горного производства // Сайт Внедра.Ру. URL: www.vnedra.ru/tehnologii/pastovoe-sgushhenie- dlya-ekologichnoj-ut-1542/ (дата обращения: 20.04.2023).
27. Lamella Thickeners // Сайт 911metallurgist.com. URL: https://www.911metallurgist.com/lamella-thickeners/ (дата обращения: 20.04.2023).
28. Бауман А.В. Сгущение и водооборот. Комплексные решения и «ноу-хау» // Сайт Гормашэкспорт. URL: https://gmexp.ru/netcat_files/multifile/2382/ Sguschenie_i_vodooborot.pdf (дата обращения: 20.04.2023).
29. High Capacity Clarifier/Thickeners // Сайт Enviro-Clear Company, Inc. URL: http://enviro-clear.com/ clarifier-thickener/high-capacity/ (дата обращения: 20.04.2023).
30. Сингх Б., Эрдман В. Обезвоживание флотохвостов на прессе с ситовой лентой // Глюкауф. 1978. Т. 114. №7. С. 25-30.
31. Турченко В.К., Байдал В.А. Технология и оборудование для обогащения углей. М.: Недра, 1995. 359 с.
32. Godwin P., Jenson C., Park T. Dewatering Fine Coal Tailings with Recessed Chamber or Membrane Plate Filter Press // 16th Australian Coal Preparation Conference, 2017. 15 p.
33. Установка камерных фильтр-прессов на обогатительных фабриках это следование высочайшим экологическим стандартам // Сайт Холдинга «ТопПром». URL: https://top-prom.ru/press-center/ news/ustanovka_kamernyh_filtrpressov_na_obogatitelnyh_fabrikah_eto_sledovanie_vysochajshim_ekologicheskim_standartam_holding_topprom/ (дата обращения: 20.04.2023).
34. Отделить воду от кека: в России растет спрос на фильтр-прессы // Сайт dprom.online. URL: https://dprom.online/mtindustry/v-rossii-rastet-spros-na-filtr-pressy/ (дата обращения: 20.04.2023).
35. Meiring S. Cake formation: three tailings filtration technologies using pressure // Paste 2021. The Proceedings of the 24th International Conference on Paste, Thickened and Filtered, Perth, 21-23 September 2021. Perth: Australian Centre for Geomechanics, 2021, pp. 91-104.
36. Брук О.Л. Фильтрование угольных суспензий. М.: Недра, 1978. 271 c.
37. Hahn J., Bott R., Langeloh T. Economical dewatering of tailings for mine backfill with high performance disc filters // Mine Fill 2014. Ed. by Y. Potvin and A.G. Grice. Perth: Australian Centre for Geomechanics, 2014, pp. 41-48.
38. КДФ – керамический дисковый фильтр для обезвоживания концентратов с высокоэффективными фильтрующими элементами // Сайт НТЦ «Бакор». URL: http://www.ntcbakor.ru/kdf_rus.pdf (дата обращения: 20.04.2023).
39. Борц М.А., Гупало Ю.П. Обезвоживание хвостов флотации угольных шламов. М.: Недра, 1972. 143 с.
40. Meiring S. Thickeners versus centrifuges – a coal tailings technical comparison // Paste 2015: Proceedings of the 18th International Seminar on Paste and Thickened Tailings. Perth: Australian Centre for Geomechanics, 2015, pp. 55-65.
41. Advanced solid-liquid separation for dewatering fine coal tailings by combining chemical reagents and solid bowl centrifugation / Nguyen C.V., Nguyen A.V., Doi A., Dinh E., Nguyen T.V., Ejtemaei M., Osborne D. // Separation and Purification Technology. 2021, vol. 259, no. 15, pp. 118-172.
42. Линёв Б.И., Гольберг Г.Ю., Панфилов П.Ф. К вопросу об эффективности перемешивания суспензий с флокулянтами в статических перемешивающих устройствах // Горный информационно-ана¬литический бюллетень. М.: МГГУ, 2005. Деп. 15.09.2005. № 429/12-05. 14 с.
43. Лавриненко А.А., Гольберг Г.Ю. Гидродинамический режим течения минеральных суспензий, обеспечивающий сохранность флокуляционных структур // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2019. №3. С. 106-112.
44. Flocmaster-System. Operation Instructions. Inline-Mixer AT // Сайт YUMPU. URL: https://www.yumpu.com/ en/document/view/7326243/inline-mixer-at-wwwjfknauerde-status-july-2008-jf-knauer-gmbh (дата обращения: 20.04.2023).
45. Качалова Г.С. Коагуляционно-сорбционная очистка сточных вод // Вода и экология: проблемы и решения. 2019. №2(78). С. 32-39.
46. A Review on Coagulation/Flocculation in Dewatering of Coal Slurry / Khazaie A., Mazarji M., Samali B. a.o. // Water. 2022, vol. 14, no. 918, 20 p.
47. Азопков С.В. Комплексные титаносодержащие коагулянты: синтез и применение: автореф. дис. … канд. техн. наук. М., 2023. 18 с.
48. Banisi S., Yahyaei M. Feed Dilution-Based Design of a Thickener for Refuse Slurry of a Coal Preparation Plant // International Journal of Coal Preparation and Utilization. 2008, vol. 28, no. 4, pp. 201-223.
49. Высокопроизводительный сгуститель – Metso Outotec // Сайт Metso Outotec Group. URL: https://www.mogroup.com/ru/portfolio/high-rate-thickener/ (дата обращения: 20.04.2023).
50. Разделение гетерогенных систем. Осаждение, отстойники // Сайт РХТУ им. Д.И. Менделеева. URL: https://www.muctr.ru/upload/iblock/abe/ Spring_14th_lecture.pdf (дата обращения: 20.04.2023).
51. Effect of Ultrasonic Frequency on Thickener Performance / Gongcheng Li, Shulong Liu, Zengsheng Wen, Guolei Liu, Yu Cui, Yajian Shao // Advances in Materials Science and Engineering. 2021. Article ID 6624704. 12 р.
52. Фильтрование технологических пульп / Белоглазов И.Н., Голубев В.О., Тихонов О.Н., Куукка Ю., Яскеляйнен Эд. М.: Руда и металлы, 2003. 320 с.