ODWADNIANIE FLOTOKONCENTRATU WĘGLA KOKSOWEGO W PRASACH FILTRACYJNYCH KOMOROWO MEMBRANOWYCH

Transkrypt

1 GÓRNICTWO I GEOLOGIA 2011 Tom 6 Zeszyt 2 Andrzej PYC, Henryk GIEMZA, Grzegorz GRUSZKA, Marek LENARTOWICZ Biuro Projektów PROREM Sp. z o.o. ODWADNIANIE FLOTOKONCENTRATU WĘGLA KOKSOWEGO W PRASACH FILTRACYJNYCH KOMOROWO MEMBRANOWYCH Streszczenie. W polskich zakładach przeróbczych do wzbogacania ziaren poniżej 0,5 mm stosuje się metodę flotacji [6, 7]. W wyniku procesu flotacji węgla koksowego uzyskuje się koncentrat i odpady flotacyjne, które należy odwodnić. Zagęszczone odpady flotacyjne najczęściej odwadnia się w prasach filtracyjnych, natomiast odwadnianie flotokoncentratu może być prowadzone w różny sposób [1, 2, 4, 6]. Powszechnie stosowaną technologią odwadniania była filtracja próżniowa w filtrach próżniowych tarczowych (FTB, FTC, FTPD), w wyniku której uzyskiwany filtrat po niewielkiej obróbce technologicznej był zawracany do obiegu wodnego, a wstępnie odwodniony flotokoncentrat suszony w bębnowych suszarkach termicznych. W wyniku osuszenia uzyskiwano koncentraty o zawilgoceniu w granicach W r = 8-12%. Taki sposób odwadniania jest kosztowny i stanowi źródło emisji zanieczyszczeń gazowych, gazów cieplarnianych i pyłów [2, 4]. Wzrastające wymagania w zakresie ochrony środowiska (ograniczenie emisji szkodliwych zanieczyszczeń do atmosfery) i wysokie koszty procesu spowodowały zastosowanie w kopalniach JSW S.A. odwadniania flotokoncentratu w wirówkach sedymentacyjno sitowych [1, 2, 4]. Pozytywną stroną zastosowania metody odwadniania za pomocą wirówek jest obniżenie kosztów (m.in. związanych z obsługą suszarni), natomiast negatywną stroną jest powstawanie bardzo drobnych frakcji ziarnowych, wydzielanych w odwirowanej wodzie z części sedymentacyjnej wirówki tzw. sedymentu, który stanowi problem technologiczny i ekonomiczny [2]. W artykule przedstawiono sposób odwadniania flotokoncentratu węgla koksowego w prasach filtracyjnych komorowo membranowych, który może stanowić alternatywę do odwadniania ww. produktu w wirówkach sedymentacyjno sitowych [3, 8]. DEWATERING OF COKING COAL FLOTATION CONCENTRATE WITH CHAMBER-MEMBRANE FILTER PRESSES Summary. This article presents a method of dewatering of coking coal flotation concentrate using chamber-membrane filter presses which presents an alternative to dewatering of the above mentioned product in screen-bowl decanter centrifuges [3, 8].

2 182 A. Pyc, H. Giemza i inni 1. Wprowadzenie W ostatnich latach w górnictwie węgla kamiennego w wyniku znacznego postępu w sposobie urabiania oraz w wyniku transportu urobku do zakładów przeróbczych powstają znaczne ilości bardzo drobnych ziaren węgla, które należy poddać procesowi wzbogacania. W zależności od charakterystyki technologicznej bardzo drobne ziarna węgla kamiennego o uziarnieniu poniżej 0,5 mm można wzbogacać metodami flotacji i aglomeracji olejowej, w hydrocyklonach oraz we wzbogacalnikach zwojowych. Najczęściej w polskich zakładach przeróbczych do wzbogacania wyżej wymienionych ziaren stosuje się metodę flotacji [6, 7]. W wyniku procesu flotacji węgla koksowego uzyskuje się koncentrat flotacyjny i odpady flotacyjne, które należy odwodnić. Zagęszczone odpady flotacyjne najczęściej odwadnia się w prasach filtracyjnych, natomiast odwadnianie flotokoncentratu może być prowadzone w różny sposób [1, 2, 4, 6]. Powszechnie stosowaną technologią odwadniania była filtracja próżniowa w filtrach próżniowych tarczowych (FTB, FTC, FTPD), w wyniku której uzyskiwany filtrat po niewielkiej obróbce technologicznej był zawracany do obiegu wodnego, a wstępnie odwodniony flotokoncentrat (W r ok. 25%) suszony w bębnowych suszarkach termicznych, opalanych przerostami, pyłem węglowym lub gazem [2, 4]. W wyniku osuszenia uzyskiwano koncentraty o zawilgoceniu w granicach W r = 8-12%. Taki sposób odwadniania jest kosztowny i stanowi źródło emisji zanieczyszczeń gazowych (SO 2, NO x, CO), gazów cieplarnianych (H 2 O, CO 2 ) i pyłów [2, 4]. Wzrastające wymagania w zakresie ochrony środowiska (ograniczenie emisji szkodliwych zanieczyszczeń do atmosfery) i wysokie koszty procesu spowodowały zastosowanie w kopalniach JSW S.A. odwadniania flotokoncentratu w wirówkach sedymentacyjno sitowych [1, 2, 4]. Pozytywną stroną zastosowania metody odwadniania za pomocą wirówek jest obniżenie kosztów (m.in. związanych z obsługą suszarni), natomiast negatywną stroną jest powstawanie bardzo drobnych frakcji ziarnowych, wydzielanych w odwirowanej wodzie z części sedymentacyjnej wirówki tzw. sedymentu, który stanowi problem technologiczny i ekonomiczny [2]. W niniejszym artykule przedstawiono sposób odwadniania flotokoncentratu węgla koksowego w prasach filtracyjnych komorowo membranowych, który może stanowić alternatywę do odwadniania ww. produktu w wirówkach sedymentacyjno sitowych [3, 8].

3 Odwadnianie flotokoncentratu Aktualny stan techniki odwadniania flotokoncentratu w KWK Pniówek Sposób odwadniania produktów flotacji przedstawiono na rys.1 [8]. Wzbogacanie mułów węglowych jest prowadzone w pięciu flotownikach typu IZ-12. Produktami węzła flotacji są: odpady flotacyjne o zagęszczeniu około 30 g/l i zapopieleniu około 70%, koncentrat flotacyjny o zagęszczeniu około 280 g/l, zapopieleniu około 7% [3]. Koncentrat flotacyjny jest odwadniany w ośmiu filtrach tarczowych typu FTPO 180. Odwodniony koncentrat na filtrach tarczowych jest następnie kierowany do suszarni, natomiast filtrat do obiegu wodno mułowego. Odpady flotacyjne są kierowane do węzła odwadniania w prasach komorowych. N flot Flotacja pianowa O flot Odwadnianie odpadów flotacyjnych Załadunek odwodnionych odpadów Filtracja próżniowa Obieg wodno-mułowy ON Pył Suszenie termiczne spaliny + pył Odpylanie suche (cyklony) Odpylanie mokre (Airmix) Spaliny do atmosfery (pył węglowy, NO x, SO 2, CO 2 miał węglowy Mieszanie koncentratów węglowych Załadunek końcowy Pył grub. N flot - nadawa do flotacji O flot - odpady flotacyjne K flot - koncentrat flotacyjny K m - koncentrat flotacyjny mokry K susz - koncentrat flotacyjny suszony Rys. 1. Schemat blokowy odwadniania flotokoncentratu w KWK Pniówek [8] Fig. 1. Block diagram of dewatering of flotation concentrate at Pniówek coal mine

4 184 A. Pyc, H. Giemza i inni 3. Koncepcja odwadniania flotokoncentratu w prasach filtracyjnych komorowo membranowych [3] Schemat blokowy koncepcji projektowej węzła odwadniania koncentratu flotacyjnego metodą ciśnieniową w prasach komorowo-membranowych z przedmuchem powietrza przedstawiono na rys. 2 [8]. N flot. 2 uśred Flotacja pianowa 1 K pian. O flot. 3 Odwadnianie odpadów (ciśnieniowe) Załadunek odwodnionych odpadów Odwadnianie koncentratu (ciśnieniowe) Obieg wodny wody czystej 4 miał węglowy Uśrednianie koncentratów węglowych miał węglowy Załadunek końcowy Rys. 2. Schemat blokowy odwadniania flotokoncentratu w prasach filtracyjnych komorowo membranowych w KWK Pniówek [3, 8] Fig. 2. Block diagram of dewatering of flotation concentrate with chamber-membrane filter presses at Pniówek coal mine [3,8] Koncentrat flotacyjny (1) jest kierowany do zbiorników buforowych (2) wyposażonych w mieszadła wolnoobrotowe i sondy poziomu. Ze zbiorników uśredniających (2) materiał za pomocą pomp jest kierowany do filtracji ciśnieniowej (3) w prasach filtracyjnych komorowo membranowych z opcją dosuszania placka, z zastosowaniem wysokich ciśnień filtracji powyżej 15 barów. Odwodniony w prasach filtracyjnych koncentrat filtracyjny jest kierowany do zbiorników uśredniających koncentratów węglowych (4), w celu wymieszania z koncentratami węglowymi pochodzących z innych węzłów wzbogacania węgla.

5 Odwadnianie flotokoncentratu 185 W wyniku odwadniania koncentratu flotacyjnego metodą ciśnieniową uzyskuje się dwa produkty o następujących parametrach (według badań laboratoryjnych na rzeczywistym materiale [5]): filtrat o zagęszczeniu poniżej 2 g/l, który jako czysta woda obiegowa kieruje się do rząpia wody czystej, produkt odwodniony (placek) o zawilgoceniu do 20%. 4. Wyniki badań W celu potwierdzenia przydatności technologii odwadniania flotokoncentratu za pomocą pras filtracyjnych komorowo membranowych zostały przeprowadzone testy filtracyjne na materiale rzeczywistym. Wyniki badań przedstawiono w tabeli 1 [5]. Tabela 1 Wyniki testów filtracji flotokoncentratu z KWK Pniówek [5] Wszystkie próby zostały przeprowadzone podczas symulacji zespołu płyt membranowych o głębokości komory 50 mm, z jednoczesnym ściskaniem i przedmuchem, zmieniając parametry przedmuchu w celu optymalizacji uzyskanych wyników.

6 186 A. Pyc, H. Giemza i inni Próba A Test 1: celem było zminimalizowanie zużycia powietrza Test 2: jak w teście 1., stosując przedmuch w celu obniżenia końcowej wilgotności Test 3: przedmuch impulsowy w celu porównania wyników z testem 2. Próba B Test 4: celem było zminimalizowanie zużycia powietrza Test 5: jak w teście 4., stosując przedmuch w celu obniżenia końcowej wilgotności Test 6: przedmuch impulsowy w celu porównania wyników z testem 5. Próba C Test 7: celem było zminimalizowanie zużycia powietrza Test 8: jak w teście 7., stosując przedmuch w celu obniżenia końcowej wilgotności Test 9: przedmuch impulsowy w celu porównania wyników z testem 8. Całkowity czas jednego cyklu na podstawie wykonanej próby wyniósł około minut, zależnie od parametrów nadawy (rzeczywiste czasy trwania cyklu w czasie ruchu pod obciążeniem mogą ulec zmianom, zależnie od parametrów jakościowych nadawy) [5]. Na podstawie przeprowadzonych testów do odwadniania koncentratu flotacyjnego węgla koksowego przewidziano zastosowanie pras filtracyjnych komorowo-membranowych. 5. Podsumowanie Wzrastające wymagania w zakresie ochrony środowiska (ograniczenie emisji szkodliwych zanieczyszczeń do atmosfery) i wysokie koszty procesu suszenia flotokoncentratu powodują konieczność poszukiwania metod odwadniania spełniających z jednej strony wymagania środowiskowe, z drugiej zaś strony jakościowe. Jednym ze sposobów odwadniania koncentratu flotacyjnego może być odwadnianie w prasach filtracyjnych komorowo membranowych. Zaletą ww. sposobu jest przede wszystkim [8]: maksymalne uproszczenie schematu technologicznego w stosunku do dotychczas stosowanych rozwiązań, w efekcie czego uzyskuje się tylko dwa produkty końcowe: odwodniony koncentrat; filtrat o bardzo wysokiej czystości; możliwość uzyskania koncentratów węglowych o zawilgoceniu korzystniejszym niż uzyskanych dotąd w procesach odwadniania w wirówkach sedymentacyjno sitowych [5, 8].

7 Odwadnianie flotokoncentratu 187 Dodatkowo dzięki zastosowaniu pras filtracyjnych następuje eliminacja szkodliwych emisji zanieczyszczeń do atmosfery spalin i pyłu węglowego, pochodzącego z procesu termicznego suszenia koncentratów flotacyjnych oraz stosowania drogich, energochłonnych technologii zagęszczania i odwadniania odcieków z części sedymentacyjnej i sitowej przy odwadnianiu koncentratu flotacyjnego w wirówkach sedymentacyjno sitowych [2, 8]. Ponadto, zastosowanie ww. sposobu odwadniania pozwoli na uzyskanie dodatkowych efektów ekonomicznych, organizacyjnych i poprawy stanu bezpieczeństwa i warunków pracy załogi, takich jak [3, 8]: stabilizacja parametrów jakościowych odwodnionych koncentratów flotacyjnych, niezależnie od chwilowego obciążenia zakładu przeróbki węgla, pełna automatyzacja procesu odwadniania, pewność ruchowa, poprawa ekonomiki procesu odwadniania i znaczne zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych w porównaniu do rozwiązań dotychczasowych, poprawa warunków pracy, jak: hałas, wibracje, zapylenie oraz uciążliwość wykonywanych czynności obsługowych, eliminacja zagrożeń termicznych i wybuchowych. Uwaga Przedstawiona technologia odwadniania koncentratów flotacyjnych w prasach komorowych jest chroniona zgłoszeniem patentowym pt. Sposób odwadniania koncentratów flotacyjnych węgli kamiennych, nr P z dnia r. BIBLIOGRAFIA 1. Aleksa H.: Stan i kierunki rozwoju technologii odwadniania koncentratów węglowych. Przegląd Górniczy Nr 9, s Giemza H., Gruszka G., Hycnar J.J, Józefiak T., Kiermaszek K., Pyc A.: Innowacyjne kierunki optymalizacji obiegów wodnych dla wydzielania i wykorzystania sedymentów w ZMPW Jastrzębskiej Spółki Węglowej S.A. KOMEKO s Koncepcja projektowa dotycząca odwadniania zawiesiny koncentratu flotacyjnego metodą ciśnieniową w prasach komorowych, membranowych z przedmuchem powietrza. Materiały niepublikowane. 4. Pawlica M., Korcz Ł., Niemirowski J., Szeja W.: Filtracja wirowa zawiesiny zrzutowej po odwodnieniu flotokoncentratu na wirówkach BIRD a. Karbo 2007, nr 1 s

8 188 A. Pyc, H. Giemza i inni 5. Raport z badań filtracji flotokoncentratu z KWK Pniówek. Materiały niepublikowane. 6. Sablik J.: Flotacja węgli kamiennych. Główny Instytut Górnictwa. Katowice Sablik J., Lenartowicz M.: Energetyczne właściwości powierzchniowe ziaren w produktach przemysłowej flotacji węgla. Prace Naukowe CMG KOMAG Monografie, Gliwice Zgłoszenie patentowe nr P z dnia r., pt. Sposób odwadniania koncentratów flotacyjnych węgli kamiennych. Recenzent: Dr hab. inż. Andrzej Ślączka Abstract Coal preparation and processing plants in Poland utilise the process of flotation to enrich particles below 0.5 mm [6, 7]. Flotation of coking coal separates the material into concentrate and flotation tailings which need to be dewatered. Thickened flotation tailings are usually dewatered using filter presses, while dewatering of flotation concentrate can be performed using various applications [1, 2, 4, 6]. In the past the commonly employed technology were vacuum disc filters (FTB, FTC, FTPD). The resulting filtrate was returned to the water circuit after a minor technological treatment, while initially dewatered flotation concentrate was dried using thermal drum dryers. The process of thermal drying resulted in concentrate with residual moisture level of around W r = 8-12%. However, this method of dewatering incurs high costs and is a source of emissions of gas pollutants, greenhouse gases and dust [2, 4]. As a result of stricter environmental requirements (reducing harmful emissions to atmosphere) and high process costs coal mines belonging to JSW SA group have started utilising screen-bowl decanter centrifuges [1, 2, 4]. The advantage of this dewatering method is the reduction of costs (e.g. those incurred by the dryers), while the disadvantage is the creation of very fine particles which are separated in the decanted water from the settling part of the centrifuge the so-called sediment which presents both a technological and economic problem [2]. This article presents a method of dewatering of coking coal flotation concentrate using chamber-membrane filter presses which presents an alternative to dewatering of the above mentioned product in screen-bowl decanter centrifuges [3, 8].