Використання твердих і газовидних відходів видобутку та переробки вугілля

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

У процесі видобутку, випалювання та технологічної переробки твердих горючих корисних копалин утворюються тверді (розкривні та шахтні породи, відходи збагачення та золошлакові відходи), рідкі (промислові стоки, шахтні води, надсмольні та підсмольні води та ін.) і газовидні (метан, сірководень, оксиди вуглецю (II) і(ІV) тощо) відходи.

У Донбасі 45% шахтних порід накопичується в результаті проведенная гірничих виробок, пройдених за несприятливих гірничо-геологічиих умов, решта - у процесі розробки складних за будовою (з прошарками вмісних порід) та високозольних вугільних пластів. Щорічно заскладовується 70-80 млн. т відходів. Питомий об’єм породи, що видають шахти, становить понад 0,4 т на 1 т вугілля. Зольність видобувного та відвантажуваного шахтами вугілля зросла з 22,2 (І970р.) до 29,4% (І990р). Це привело до зростання об’ємів переробки гірничої маси на збагачувальних фабриках і підвищення виходу порід як відходів вуглезбагачення. Питомий вихід порід у відвали становить І8-20% гірничої маси, що надходить. Вуглезбагачувальні фабрики щорічно заскладовують близько 70 млн т відходів. У Донбасі налічується приблизно 1200 відвалів, щомістять 2,8 млрд. т породи. Найбільша їх кількість зосереджена у ВО "Ростоввугілля" і "Донецьквугілля".

До твердих відходів додаються золошлаки теплоелектростанцій (ТЕС), що спалюють вугілля для виробництва електроенергії. Щорічний їх вихід по країні становіть 90 млн. т, у Донбасі - 15 млн. т. Золошлакові відходи поділяються на шлак, що видаляється з нижньої частини топки, і золу чи зольні винесення, що видаляються у вигляді дисперсних частинок разом із газовидними продуктами.

Відходи видобутку та переробки вугілля використовуються в гірничій справі, енергетиці, будівництві, у промисловості будівельних матеріалів, у чорній, кольоровій металургії і в хімічній промисловості, у процесі виробництва абразивів і нових матеріалів, у сільському господарстві та ін. На ці цілі в колишньому СРСР щорічно витрачалось понад 500 млн м³ відходів.

У гірничій справі тверді відходи використовуються для закладання виробленого простору. У 1987р. видобуток вугілля із закладанням по галузі склав близько 10 млн т у 170 лавах. Для цього використовують гідравлічні, пневматичні, конвейерно-пневматичні та інші закладні комплекси.

Складована гірнича маса багата органічними речовинами. У відходах, що надходять із шахт, масова частка вугільних фракцій досягає 20-27%, із збагачувальних фабрик - І5-20%. Перероблюючи таку гірничу масу можна отримати вугілля, газ і теплоту. Використовуючи тверді відходи групи шахт ВО "Донецьквугілля", щорічно отримують близько 400 тис. т вугілля. У Венгрії та Польщі щорічно переробляють 4,0-4,5 млн. т відвальної породи та видобувають з неї 400 тис.т вугілля. Частину, що залишилась, використовують для закладання виробленого простору, а найбільш цінну - для виробництва цементу, кераміки та інших будівельних матеріалів. Газифікуючи 1 т вуглевмісних відходів шахт і збагачувальних фабрик, можна отримати 700-1000 м³ горючого газу об’ємною теплотою згоряння приблизно 4-10 Дж/м³. На вугільних підприємствах України щорічно отримують 90 млн. т високозольних (70-80%) відходів вугільного виробництва. Газифікація цієї сировини рівноцінна збільшенню видобутку вугілля на 11 млн. т на рік. Їх спалювання в котлоагрегатах дає суттєвий економічний ефект. У топках котлів у потужному потоці повітря відбуваються переміщування та ефективне згоряння твердих частинок органічної речовини. Коефіцієнт корисної дії такої технології випалювання досягає 85%. Один котлоагрегат, який працює за такою технологією випалювання, може замінити два старих котли. У наш час у Донбасі діє близько 400 механізованих котлоагрегатів.

У процесі будівництва доріг та штучних земляних споруд (дамби, греблі), засипання кар’єрів та осівших ділянок поверхні землі використовуються відходи видобутку та збагаченні, а для стабілізації грунтів - як наповнювач асфальту та дорожних насипів, у процесі рекультивації земельних угідь - зольні винесення. Застосування шахтної породи замість щебня на будівництві під’їздної дорогі до Свердловської птахофабрики в Донбасі дало економію близько 40 тис. крб. Будівництво полотна дороги в разі використання шахтної породи замість щебня коштує вдвічі дешевше. Із відходів вуглезбагачення побудовано греблі шламонакопичувачів Авдеївського КХЗ, центральних збагачувальних фабрик "Селидовская", "Моспинская" та ін.

Собівартість будівельного щебня та гравію із відвальних порід вугледобувних підприємств у 2-4 разі нижча, ніж собівартість аналогічних матеріалів, що видобуваються в спеціалізованих кар’єрах.

У промисловості будівельних матеріалів із відходів виготовляють пористі заповнювачі, керамічні стенові вироби, дренажні труби, в’яжучі речовини, гранульовані шлаки, мінеральну вату, шлакову пемзу, кам’яне литво, склокристалічний матеріал та багато іншого. Пористий заповнювач, або аглопорит, отримують із золошлакових відходів за температури понад 900°С. За таких умов відбувається спікання та випинання вихідного матеріалу (шихти). Аглопорит входить до складу легких бетонів, застосування яких у 1,6 рази зменшує масу будівлі, знижує на 12% витрату цементу та на 16% - арматурної сталі. Вартість аглопориту на 10-40% нижча за вартість керамзіту і перліту. Кураховський завод залізобетонних конструкцій у Донецькій області випускає панелі з автоклавного пенозолобетону, що виготовляється з розмеленої летючої золи Кураховської ГРЕС, портландцементу М 400, води та піноутворювача. Із золошлакових відходів отримують глиняну, а в разі додавання в’яжучої добавки (розчинне скло, бентонітові глини та ін.) - силікатну цеглу. Ці відходи можна використовувати як кремнеземистий тонкозернистий компонент силікатних сумішей (автоклавні в’яжучі). Такі добавки покращують склад сумішей, скорочують витрати вапняку та піску, збільшують міцність, ущільнюють структуру, знижують теплопровідність готової цегли. Морозостійкість золосилікатної цегли удвічі вища, ніж силікатної. Відходи збагачення вугілля використовуються як замінювачі піску та глини (кремнеземисті й алюмосилікатні складові) у процесі виробництва цементу марок 300-400, а наявність домішки органічної речовини знижує витрату палива. У наш час на деяких цегляних заводах освоєно технологію виготовлення цегли з добавкою 5-15% вуглецевовмісних порід або повністю з відходів. На кожних 1000 шт. економія становить до 120 кг вугілля.

Використання відходів шахт і збагачувальних фабрик як добавок до шихти у процесі виробництва будівельних матеріалів, дасть змогу зменшити витрати палива на 10-30%, півищити якість виробів. У процесі випалювання вугілля в топках спеціальних конструкцій утворюється розплав рідких шлаків, з яких отримують гранульовані шлаки, мінеральну вату, шлакову пемзу, кам’яне литво, склокристалічий матеріал та ін. Гранульовані шлаки утворюються в процесі рідкого охолодження розплаву змішуванням із водою та наступним подрібненням і розсіванням. Мінеральна вата отримується в процесі обробки струменя розплаву на центрифузі або в процесі розщеплювання її в обертовій печі. Шлакова пемза - результат випинання розплаву під час введення газу чи водяної пари. З рідких шлаків виготовляють вироби кам’яного литва. Залежно від ступеня кристалічності матеріалу відрізняють шлакове литво та шлакосітали, що мають велику стійкість до ударних дій та значну міцність. Із шлаків можна отримати різноманітні вироби (облицьовувальні та футерувальні плитки, вкладиші, бордюрні камні, фасонні деталі та ін.), що не поступаються за якістю виготовленим із магматичних порід (базальт, габро). У разі різкого охолодження розплаву зольних винесень утворюється склокристалічний матеріал, висока кислото-, лужно- та термостійкість якого дає змогу застосовувати його для облицьовування установок, що працюють в агресивних середовищах.

Розроблено технологію приготування на основі шахтної породи тампонажних розчинів, які рекомендується використовувати замість цементних розчинів для проведення всіх видів робіт. Порівняно з чистоцементними вони характеризуються високою стабільністю, підвішеною водонепроникністю, корозійною стійкістю. На 1 м³ розчину економія становіть 400 кг портландцементу.

В абразивній промисловості із розплавленого шлаку з підвищеною масовою часткою оксиду кремнію SiO₂ отримують абразивний матеріал, що використовується замість кварцового піску. У разі нагрівання розплаву до температури 1900-2300ºС в атмосфері азоту утворюється карбід кремнію з високими абразивними властивостями.

Для хімічної промисловості викликає інтерес пірит (сульфід заліза FeS₂) у вугіллі як джерело сірки, зольні винесення як сорбенти та як вихідна сировина для отримання ізоляційного матеріалу. Разом із вугіллям на спалювання та переробку надходить багато піриту. Значна кількість цього мінералу наявна у відходах вуглезбагачення сірчистого й високосірчистого вугілля. Сульфідну сірку вугілля та відходів вуглезбагачення можна використовувати для отримання сірчистого газу, сірчаної кислоти та елементарної сірки. Зольні винесення характеризуються високою сорбційною здатністю, що дає змогу розглядати їх як комплексні сорбенті для очищення промислових стічних вод від органічних (фенолі, барвники та ін.) і неорганічних (сполуки миш’яку, молібдену, германію та ін.) речовин, від водної флори та бактерій деяких видів, а також використовувати для нейтралізації кислих дренажних вод (у цьому разі рН збільшується від 3-4 до 7).

У процесі фільтрування вмісту золовідстійників після спалювання водовугільних суспензій залишається плівка, яка використовується як вогнетривкий тепло- та звукоізоляційний матеріал (пластинки, панелі та кераміка для супутників).

У чорній металургії із золошлакових відходів можна видобувати залізо. У деяких вугільних басейнах (Донецький, Кузнецький, Підмосковний та ін.) середня масова частка Fe₂O₃ у золі досягає 40%, а після збагачення підвішується до 60%. Із золи вугілля в колишньому СРСР видобувалось до 6 млн. т металу, в тому числі в Донбасі - 4 млн. т.

У кольоровій металургії відходи збагачення та переробки вугілля використовуються для отримання глинозему та сплавів, для видобутку мікроелементів. Глинозем видобувається з відходів збагачення, що містять 38-40% Al₂O₃ (Підмосковний, Екибастузький басейни та ін.), або кислотним розкладанням сировини, або спіканням сировини із лужними реагентами (вапняк, сода та ін.). Із відходів збагачення та переробки вугілля в процесі нагрівання до температури понад 2000°С та певного вмісту вуглецю за відновних умов утворюються сплави Fe-Si, Fe-Al, Fe-Si-Al та Si-Al. Зольні винесення можуть бути колективним концентратом численних мікроелементів (германій, галій, молібден, свинець, цинк та ін.).

Багаті кальцієм подрібнені шахтні породи, відходи збагачувальних фабрик і зольні винесення застосовують у сільському господарстві для нейтралізації кислих грунтів. Внесення цих добрив підвищує врожайність картоплі, ячменю, проса на 12-15%. У Донецькій і Луганській областях в близько 600 тис. га земельних угідь, в які доцільно вносити такі добрива у суміші з компостами. Органічні речовини, що знаходяться у відходах вугільної промисловості, є сировиною для гуминових добрив. Шахтні породи, відходи флотації та золошлакові залишки часто багаті макро- (калій, фосфор та ін.) і мікроелементами (цинк, бор, молібден, мідь та ін.), що відіграють важливу роль у розвитку рослин. У флотохвостах збагачувальних фабрик, що використовують у технологічному процесі азотовмісні реагенти (наприклад, водний розчин аміаку), підвищується вміст азоту. У процесі змішування таких відходів з органікою отримуються складні добрива, які на 15-20% підвищують урожайність полів. За умов Нечорнозем’я разом із традиційними органічними добривами доцільно використовувати вуглисті породи.

Пилогазові відходи у разі підземного видобутку вугілля - це вуглекислі і сірчисті гази, вугільні і порідні пили, а в результаті горіння порідних відвалів - вуглекислі і сірчисті гази, вугільні і породні пили. Об’єм метану та вуглекислого газу, що викидаються в атмосферу в процесі видобутку вугілля, відповідно становить млн. м³ /рік: у Донбасі - 4150 і 1300; Кузбасі - 750 і 1100; Караганді -1150 і 160; Печорському басейні - 650 і 380. У колишньому СРСР щорічно викидалось близько 10 млрд. м³ метану. На Україні дегазація застосовується на 120 шахтах, річний об’єм метану, що каптується, становить приблизно 700 млн. м³. Частка метану в каптованому газі дорівнює 30-4051. Середня об’ємна теплота згоряння газу становить 10⁷ Дж/м³ (2500 ккал/м³). По виробничих об’єднаннях з видобутку вугілля в Донбасі каптується від 0,12 до 19,18 м³ метану на 1 т видобутого вугілля (ВО "Шахтарськантрацит" - 19,18 м³/т, "Макіїввугілля" - 9,03 м³/т).

Терикони, що горять і не горять, є джерелом пилогазових викидів у атмосферу. У Донбасі існує 250 відвалів, що горять. У відвалах антрацитових шахт Ростовської області масова частка домішки вугілля становить 5-20%, а у Центральному, Донецько-Макіївському і Червоноармійському районах - до 5%. Складований матеріал містить також дерево, сірку та інші горючи компоненти. З 1т породи, що горить, виділяється оксиду вуглецю (II) 10,6 кг, сірчистого газу – 3,5 кг. Порідний терикон середніх розмірів, що горить, виділяє протягом року в атмосферу близько 15 тис. т оксиду вуглецю (IV), 5 тис. т оксиду вуглецю (II), великий об’єм пилу. Після припинення експлуатації до повного загасання терикони звичайно горять 10-12 років.

У процесі експлуатаціі шахти метан видобувається в процесі дегазації пластів вугглля та їх супутників і з вентиляційного струменя. У Донбасі дегазація метану здійснюється на 228 шахтах і щорічно каптується лише 1/3 газу, що виділяється. У ВО "Донецьквугілля", "Торезантрацит" і "Донбасантрацит" уловлюється від 30 до 65% метану. На деяких шахтах Донецько-Макіївського вугленосного району спостерігається дуже високе газовиділення. На шахті ім. Горького подача газової суміші ізвмістом метану 24-28% досягала 1500 м³/год. На шахті 17-17 інтенсивність газовиявлень за 6 місяців становила 2 млн. м³, на шахті Центральна за 1,5 роки - 6 млрд м³. Газ, що видаляється, спалюють у шахтних котельних установках. Він може використовуватись для підігрівання в домених, мартенівських, скляних і цементних печах. Каптовану суміш з низькою концентрацією метану (2,5%) можна спалювати разом із вуггллям, вугільним пилом, мазутом і природним газом. У Німеччині та Великобританії уловлювана метановмісна газова суміш використовується в двигунах внутрішнього згоряння, газових турбінах, на промислових підприємствах і для побутових потреб (подача в газову мережу, наповнення балонів).

Вентиляційні струмені, що виходять із шахт, мають значні запаси теплоти, яку можна використовувати для обігрівання теплиць. Середні параметри повітряних потоків вугільних підприємств Донбасу: температура - від 18 до 26^оС, вологість – 95-99%, запиленість – 5-10 мг/м³.

Контрольні запитання:

1. На яких показниках якості ґрунтується промислова класифікація вугілля?

2. На які види поділяється викопне вугілля?

3. Як кодуються класи, типи та підтипи викопного вугілля у промисловій класифікації твердого палива на Україні і за рубежем?

4. За яким принципом викопне вугілля поділяється на класи, типи та підтипи?

5. У чому полягає сортування вугілля на класи за розміром кусків?

6. В чому полягає збагачення вугілля? Що таке концентрат, проміжний продукт і відходи збагачення? Які існують види збагачення?

7. Охарактеризуйте види енергетичного використання вугілля в народному господарстві.

8. Охарактеризуйте види технологічного використання вугілля в народному господарстві.

9. У яких галузях народного господарства використовуються тверді відходи видобутку та переробки вугілля?

10. Охарактеризуйте використання твердих відходів видобутку та переробки в промисловості будівельних матеріалів у сільському господарстві.

11. Як у народному господарстві можна використовувати газові відходи видобутку вугілля?

Завдання 1. Визначити марку вугілля при наступних класифікаційних показниках.

№ варіанту	Середній показник відбиття вітриниту, R₀, %	Вихід летючих речовин, V^daf, %	Товщина пластичного шару, y, мм	Теплота згоряння, Q^daf, МДж/кг
1	0,25-0,30	50	-	22
2	0,60	36	6	-
3	0,5	40	4	-
4	4,0	6	-	39
5	5,5	7	-	43
6	1,7	10	5	-
7	2,0	15	4	-
8	1,4	15	8	-
9	1,8	20	11	-
10	1,3	20	7	-
11	1,4	22	15	-
12	1,3	18	28	-
13	1,1	25	30	-
14	1,2	36	20	-
15	0,8	38	10	-
16	0,5	33	14	-
17	0,6	37	7	-
18	0,8	38	6	-
19	2,4	18	4	36
20	4,0	4	-	30

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 213; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!