Переработка отходов обогащения углей

Несовершенство современных технологий обогащения твердых горючих ископаемых приводит к значительным потерям топлива. В настоящее время, по ориентировочным расчетам, только с отходами обогащения в России ежегодно теряется 3,4 – 5 млн. т. угля, избежать которого можно за счет их комплексного использования.

Комплексное использование отходов углеобогащения в производстве строительных материалов может дать народному хозяйству значительный экономический эффект, обусловленный экономией сырья, уменьшением расходов на складирование и транспортирование отходов, сокращение отводимых под отвалы земель. Это можно наглядно показать на модели комплексного производства, организуемого на базе техногенного месторождения сырья, например такого, как отходы углеобогащения Коркинского угольного разреза (Челябинская обл.).

По вещественному составу отходы углеобогащения представляют собой многокомпонентную смесь из различных минеральных включений и остатков угля. В отходах углеобогащения Коркинского угольного разреза преобладают аргиллиты и углистые аргиллиты (от 36,7 до 78,4%), песчаники (в среднем 6,1%), алевролиты (в среднем 4,2%) и карбонаты (в среднем – 3,2%). Основную массу коркинских аргиллитов составляют глинистые минералы – гидрослюды, каолинит и частично хлорит.

Несмотря на то, что отходы углеобогащения являются огромным источником сырья для промышленности строительных материалов, разработанные технологии их использования, позволяющие повысить эффективность производства дорожных грунтобетонов, в производстве керамического кирпича и цемента, не были реализованы. Причиной являются неоднородность гранулометрического и химического составов, а также высокое содержание угля в аргиллитах (до 12%) и других органических включений.

Авторами разработана технология производства керамического кирпича на основе отходов углеобогащения, учитывающая нестабильность их вещественного состава. Предлагаемая технология заключается в организации глубокой переработки отходов обогащения углей непосредственно на кирпичном заводе, где необходимо проводить их вторичное обогащение с целью выделения излишков угля и получения энергетического угольного топлива для основного производства. Образующиеся в процессе обогащения «хвосты» стабильного состава с содержанием угля 5-7% будут являться основным сырьем для производства керамического кирпича. В качестве корректирующей добавки, обеспечивающей постоянство состава шихты, используется глинистое сырье, количество которого, в зависимости от содержания угля в отходах после вторичного обогащения, колеблется от 15 до 20%.

Схемой производства стеновых керамических материалов (рис. 1) из отходов углеобогащения предусматривается:

- вторичное обогащение отходов (дробление, грохочение, классификация, выделение углистой части пневмосепарацией);

- переработка минеральной части отходов углеобогащения и глинистого сырья (сушка, помол, механоактивация), их хранение в силосах;

- получение пресс-порошка (грануляция, опудривание);

- прессование кирпича-сырца, сушка и обжиг изделий.

Исследовательские работы и полузаводские испытания новой технологии проводились на углистых аргиллитах Коркинского угольного разреза (Челябинская область). Отходы имеют повышенное содержание углерода, о чем свидетельствует высокое значение потерь при прокаливании, поэтому предварительно проводилось их вторичное обогащение, что привело к изменению их химического состава (табл. 1).

Технология получения керамического кирпича состояла в следующем. Основное по составу сырье – отходы обогащения углей (углистые аргиллиты Коркинского месторождения) после дробления, грохочения и выделения пневмосепарацией углистой части сушились и измельчались в измельчительно-сепарационной установке до класса -0,25 мм. Полученный порошок гранулировался на турболопастном смесителе-грануляторе и опудривался порошком суглинка.

Составы шихт и результаты опытно-промышленных испытаний, проведенных на Бердском и Шарыповском кирпичных заводах, даны в табл. 2. Влажность пресс-порошка составляла в среднем 9,8-9,9%.

Результаты испытаний кирпича, проведенные в заводских лабораториях, показали, что керамический кирпич на основе техногенных отходов, полученный путем их обогащения, грануляции с последующим опудриванием глинистым сырьем, имеет четкие грани, геометрические размеры и соответствует требованиям ГОСТ 530-2012 для марок 125-150.

Таким образом, показана реальная возможность использования отходов углеобогащения, как в качестве основного сырья, так и в качестве источника энергии для производства изделий стеновой керамики. Работа выполнена в ИТ СО РАН при поддержке Минобрнауки, Соглашение 14.607.21.0106.