научная статья по теме ПОЛУЧЕНИЕ ИЗ УГЛЕОТХОДОВ ПОДМОСКОВНОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА КОАГУЛЯНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ Химическая технология. Химическая промышленность

Текст научной статьи на тему «ПОЛУЧЕНИЕ ИЗ УГЛЕОТХОДОВ ПОДМОСКОВНОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА КОАГУЛЯНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ»

ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2010, № 6, с. 17-21

ПОЛУЧЕНИЕ ИЗ УГЛЕОТХОДОВ ПОДМОСКОВНОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА КОАГУЛЯНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

К. И. Наумов**, И. М. Шведов**

*ФГУП "Институт горючих ископаемых — научно-технический центр по комплексной переработке твердых

горючих ископаемых", Москва E-mail: Anatoly-Maloletnev(a), rambler.ru; Zekel(a)bk.ru; shpirt@yandex.ru **Московский государственный горный университет, Москва E-mail: knaumov@mail. ru Поступила в редакцию 19.05.2010 г.

Приведены результаты исследований по получению коагулянта для очистки сточных и питьевых вод методом сернокислотного выщелачивания из вскрышных пород Львовского участка угольного разреза Кимовский ОАО "Тулауголь". Технология детально отработана на Жилевской опытно-промышленной обогатительной фабрике (Жилевская ОПОФ, Московская обл.). Рассчитан общий материальный баланс производства 50 тыс. т кристаллического сульфата алюминия в год, разработаны принципиальная технологическая схема и аппаратурное оформление процесса для реализации в промышленном масштабе.

В связи с увеличением производства алюминия и производных на его основе, уменьшением запасов сырья (бокситов) с высоким содержанием алюминия в России и за рубежом проводятся исследования и опытно-промышленные работы по разработке и применению новых технологий производства глинозема из сырья как традиционного, так и техногенного происхождения с пониженным содержанием алюминия (зольные отходы электростанций, отходы добычи угля, содержащие минералы глин с высокой концентрацией алюминия). Вследствие высокой цены на глинозем стоимость получаемых из них коагулянтов достаточно высокая 150—200 долл. США/т. Создание и реализация новых технологий получения коагулянтов с аналогичными свойствами на базе дешевого сырья, в частности углеотходов — это весьма актуальная проблема.

Один из перспективных источников производства соединений алюминия — угли с повышенным содержанием Al2O3, в частности угли Подмосковного угольного бассейна, в золе которых содержится до 35% оксида алюминия. При сжигании таких углей на электростанциях при высокой температуре (1000—1100°C) соединения алюминия превращаются в труднорастворимую в серной, азотной, соляной кислотах и щелочах форму, поэтому для переработки золы ТЭС применяют сложную и многоступенчатую технологическую схему [1, 2].

В [3] приведены данные по проектной проработке технологической схемы производства из зо-лошлаковых отходов 150 тыс. т гидроксохлорид-

ного раствора с 10%-ным содержанием А1203 (раствор ГОХА). Схема переработки золы для получения глинозема несколько упрощается по сравнению со схемой переработки золошлаковых отходов электростанций, так как алюминатный раствор не подвергается обескремниванию. Однако для производства 10 т 10%-ного раствора ГОХА требуется переработать 3.75 т золы, 7.9 т известняка и 0.155 т соды, а 6.45 т шлама использовать в производстве цемента. Степень извлечения А1203 из золы составляет около 80%.

В ФГУП ИГИ [4] для разработки технологии производства коагулянта методом серно-кислот-ного выщелачивания выполнены лабораторные исследования по изучению влияния температуры обжига вскрышных пород угольных разрезов Ки-мовский и Ушаковский Подмосковного бассейна, метода подготовки углеотходов к обжигу, влиянию соотношения количества обожженной породы и 20%-ной Н2804, условий промывки осадка после выщелачивания обожженных углеотходов, которые показали, что углеотходы Подмосковного бассейна — это перспективное сырье для производства соединений алюминия кислотными методами, особенно если они отличаются высоким содержанием минералов каолинитовой группы.

На основании проведенных исследований были разработаны рекомендации и определены оптимальные параметры осуществления отдельных технологических процессов для разработки технологической схемы и аппаратурного оформле-

Таблица 1. Характеристика вскрышных Бобриковских глин Львовского участка Кимовского углеразреза ОАО "Тулауголь"

№ Технический анализ, мас. % Плавкостная характеристика Пластичность, %, по ГОСТ 21216-81

1 3.6 69.7 0.88 14.90 1010 1190 >1600 >1600 20.9

2 3.12 75.9 0.72 8.86 - 1240 >1600 >1600 23.1

3 4.45 75.4 0.51 8.10 - 1250 >1600 >1600 19.7

Таблица 2. Химический состав золы вскрышных Бобриковских глин Львовского участка Кимовского углеразреза ОАО "Тулауголь"

Содержание компонентов, мас. %

пробы А1203 Fe20з Са0 МБ0 Т102

1 61.8 30.9 3.20 0.75 0.62 1.6

2 52.7 37.6 3.25 1.34 0.10 1.4

3 50.8 39.1 4.06 1.17 0.10 1.7

ния процесса в промышленном масштабе, которые сводятся к следующему:

— в качестве исходного сырья применяют угле-отходы влажностью 10—15%, содержащие 30— 40% А1203 (в пересчете на массу веществ после прокаливания) в форме каолинита (С = 8—10%);

— обжиг исходной породы осуществляют при 650—700°С в течение 1.5—2 ч в зависимости от содержания в сырье органических веществ, чтобы избежать образования соединений алюминия, не разлагаемых в 20%-ной серной кислоте;

— для выщелачивания алюминия из обожженной породы в форме сульфата алюминия применяют техническую серную кислоту 20%-ной концентрации;

— при выщелачивании соотношение твердая фаза углеотходов : жидкость (Т : Ж) должно быть 1 : 4;

— для промывки твердого остатка (кека) выщелачивания применяют 80% воды от объема остатка;

— после выпаривания раствора получают

80% твердого кристаллогидрата А12(804)3 • 18Н20 — целевой товарный продукт.

Приведенное описание процесса ФГУП ИГИ свидетельствует о его несомненных преимуществах по сравнению со щелочной технологией получения глинозема из золы уноса электростанций, которые определяются отсутствием стадий спекания сырья с известняком, обескремнивания алюминатных растворов и необходимостью утилизации в цементном производстве шламов после выделения соединений алюминия.

Для разработки промышленной технологической схемы и аппаратурного оформления процесса производства коагулянта методом сернокислотного выщелачивания на Жилевской ОПОФ выполнены опытные работы по апробации технологии, результаты которых приведены в статье.

В качестве исходного сырья исследовали три укрупненные пробы вскрышных пород (межугольные бобриковские глины) Львовского участка угольного разреза Кимовский ОАО "Тулауголь", характеристика которых приведена в табл. 1. Проба № 1 — глина между 0 и 1 угольной пачкой, М = 0.7 м; проба № 2 — глина между I и II угольной пачкой, М = 0.9 м; проба № 3 — глина между II и III угольной пачкой, М = 1.05 м.

Все образцы глин пластичные. Зола проб тугоплавкая. Основной минерал всех исследованных проб глин — каолинит. В пробе № 1 помимо каолинита присутствует кварц. Вследствие особенностей минералогического состава в золе отмечено высокое содержание алюминия, которое для проб № 1—3 соответственно составляет 30.9; 37.6 и 39.1% (в пересчете на А1203). Во всех пробах содержание выщелачиваемых кислотой примесей кальция и магния не превышало 1.5% (табл. 2). Пробы малосернистые, а содержание токсичных микроэлементов в них не превышает предельно допустимых значений (табл. 3).

Таким образом, все три пробы бобриковских межугольных глин Кимовского углеразреза по своему составу и физико-химическим свойствам отвечают требованиям, предъявляемым к углеот-ходам как сырью для производства коагулянта [1].

При проведении опытных работ на Жилевской ОПОФ исходная порода (смесь проб № 1—3) была предварительно подсушена на воздухе до воздушно-сухого состояния и затем измельчена на щеко-вой дробилке до крупности 0—3 мм. Гранулированием на тарельчатом грануляторе были получены гранулы диаметром 3—5 мм. Обжиг гранул проводили во вращающейся печи карбонизации, которая представляет собой обогреваемую снаружи наклонную металлическую трубу диаметром 300 мм и длиной 6 м. Скорость вращения печи составляла 3 об/мин, температура на входе в печь 490— 510°С, в реакционной зоне 680—700°С. В холодный торец печи подавали воздух со скоростью

10 м3/ч. Скорость подачи гранул составляла 12 кг/ч, время их пребывания в печи 4.5 ч.

Следует отметить, что при промышленной реализации процесса вместо обжига во вращающихся печах перспективно сжигание углеотходов в кипящем слое с использованием топливных составляющих исходного сырья.

Обожженные и затем измельченные до крупности минус 1 мм гранулы выщелачивали 20%-ной серной кислотой при 90—95°С в течение 2 ч в эмалированном реакторе объемом 100 л с рамным перемешивающим устройством при соотношении твердая фаза углеотходов : жидкость (Т : Ж) = 1 : 4. Расход серной кислоты на 1 кг гранул составлял 4.2 л. Полученную суспензию фильтровали под вакуумом на нутч-фильтре диаметром 0.8 м. Высота слоя осадка на фильтре составляла 8 см, разрежение фильтрации 0.7 атм, скорость фильтрации 15—20 л фильтрата в час. Характеристики золы обожженных гранул и промытого водой осадка, полученного после выщелачивания гранул смеси проб № 1—3, приведены в табл. 4. Результаты определения качества коагулянта по ГОСТ 5155-74 (табл. 5) показали потенциально высокие возможности получения из углеотходов ОАО "Тулауголь" коагулянта улучшенного качества (марка А) при выходе 1.4 т из 1т исходной породы.

Полученные результаты экспериментальных исследований и опытных работ были применены при разработке промышленной технологической схемы (рисунок) и аппаратурного оформления процесса производства коагулянта методом сернокислотного выщелачивания, согласно которой переработку углеотходов предлагается осуществлять следующим образом.

Углеотходы (глинистая порода) автотранспортом доставляются на склад 1, представляющий собой железобетонное открытое корыто, защищенное от атмосферных осадков навесом. На складе происходит естественная подсушка глины, исключающая ее налипание при дроблении, а также разрушение крупных кусков работающим на складе погрузчиком. Далее глина грейфером 2, установленном на обслуживающем склад мостовом кране, подается в бункер дробилки 3. Измельченная до класса 0—5 мм глина ссыпается в

Таблица 5. Качество коагулянта из вскрышных пород Кимовского у

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.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎