Последние годы ознаменованы ростом интереса к углю как к важнейшему источнику энергии. Причина очевидна – резкий взлет цен на нефть и газ. В развитых странах, где в отличие от России стоимость природного газа выше, чем угля, упор делается на опережающее развитие угольной энергетики. Современные технологии сжигания угля вкупе с развитой системой логистики, связанной с обогащением, складированием и доставкой обогащенного энергетического угля, привели к тому, что выработанный на угле киловатт-час электроэнергии оказывается дешевле полученного при сжигании нефтегазового топлива.
В России сложилась парадоксальная ситуация – страна обладает четвертью мировых запасов угля, а его доля в энергобалансе не превышает двадцати процентов. Причина такого дисбаланса – стратегия энергетической политики руководства СССР в 60–70 х гг. прошлого столетия, взявшего курс на приоритетное развитие нефтегазового комплекса. Сегодня ситуация меняется. «Энергетическая стратегия России на период до 2020 г.» предполагает постепенное увеличение доли угля в топливно-энергетическом балансе страны (одновременно с поэтапным выравниванием цен на энергоносители) уже начиная с 2006 года.
В связи с этим тема обогащения угля приобретает принципиально новое звучание, поскольку очевидно, что эффективность работы угольных электростанций целиком и полностью зависит от качества сжигаемого угля. Обогащение энергетических углей способствует повышению удельного содержания энергии в единице товарной продукции. Оно позволяет перевозить в тонне угля примерно в 1,5 раза больше энергии.
Обогащение энергетических углей способствует повышению удельного содержания энергии в единице товарной продукции. Оно позволяет перевозить в тонне угля примерно в 1,5 раза больше энергии.
В индустриально развитых странах обогащается от 70 до 90% всех добываемых углей. Признанные мировые лидеры в обогащении углей – ЮАР и Австралия 100% экспортируемых углей подвергают обогащению. В Китае действует более 600 обогатительных фабрик с годовой производительностью 500 млн т рядового угля. В Индии введен законодательный запрет на перевозки угля с зольностью более 34% на расстояние свыше 1000 км.
В энергетике России применяют в основном низкосортные угли валовой добычи и отсевы, низкая эффективность использования которых сдерживает объемы их реализации. Можно с уверенностью сказать, что обогащение сегодня – это именно та прорывная технология, от которой в решающей степени будет зависеть уровень развития угледобычи в целом.
САМЫЙ СТАБИЛЬНЫЙ ЭНЕРГОРЕСУРС
В отличие от других энергетических ресурсов запасы угля более или менее равномерно распространены по всему миру. Этот факт, помноженный на колоссальные запасы, делает угольный рынок гораздо более стабильным и менее подверженным экономическим и политическим конъюнктурным влияниям, чем нефтяной или газовый. Разведанных на сегодняшний день запасов угля хватит как минимум на 160 лет, тогда как нефти и газа – на 40 и 70 лет соответственно.
Доля угля в мировом топливно-энергетическом балансе составляет 24% (больше только у нефти – 34,4); у газа – 21%, ядерной энергии – 6,5%, гидроэнергии – 2,2%. Вне конкуренции уголь и как сырье для электроэнергетики. При его сгорании производится 40,1% вырабатываемой в мире электроэнергии. Во многих странах значение угля для электроэнергетики гораздо выше: в Польше – 95%, Южной Африке – 93%, Китае – 79%, Австралии – 77%, Казахстане – 70%, Индии – 68%, США и Германии – 51%. В России доля угля в топливно-энергетическом балансе находится на уровне 18 – 19% (на предприятиях холдинга РАО «ЕЭС России» в 2005 г. она составила 27,1 проц. против 25,6 проц. в 2004 г., а общий объем потребления угля энергокомпаниями холдинга достиг 108,8 млн т.), тогда как по мнению большинства специалистов оптимальной является цифра 35–45%.
Не меньше энергетиков в угле нуждаются металлурги. Для современного мирового рынка характерна становящаяся со временем все более острой нехватка высококачественных коксующихся углей. Основными факторами, этому способствующими, являются: ликвидация большинства угольных шахт в Европе (Великобритании, Германии, Испании, Франции, Бельгии и т.д.), рост производства стали в странах Азиатско-Тихоокеанского региона (Японии, Тайване, Южной Корее), повысившийся спрос на кокс на внутренних рынках стремительно развивающихся Китая и Индии.
По прогнозам экспертов в ближайшие 20 лет объем мирового рынка коксующихся углей вырастет не менее чем на 20%. В условиях недостаточного предложения качественных коксующихся углей российские поставки становятся реальной альтернативой дефициту австралийских и американских углей как для стран Азиатско-Тихоокеанского региона, так и Европейского союза.
Как отмечалось на проходившей в Москве в 2005 г. всероссийской конференции «Инновации в угольной отрасли», мировые цены на все марки углей растут галопирующими темпами. Так, коксующийся уголь вырос в цене в среднем с 50 долларов за тонну в 2002 г. – до 100 долларов к концу 2004 года. (Впрочем, в 2005 г. тенденция роста была приостановлена. Так, в период с декабря 2004 г. по август 2005 г. имело место некоторое снижение мировых цен на уголь). В то же время нынешняя себестоимость добычи тонны угля даже подземным способом составляет 10–15 долларов.
Потенциальные затраты на освоение и начало работ на месторождении обходятся в среднем в 20 долларов за тонну запасов. Коммерческая привлекательность обогащения энергетических углей обусловлена тем, что, как показывает мировой опыт, потребитель готов за каждые дополнительные 2МДж/кг (500 ккал/кг) прибавлять к цене дополнительные 10%. При этом себестоимость обогащения в среднем составляет 3 доллара за одну тонну переработки, а затраты на строительство обогатительной фабрики оцениваются около 8 миллионов долларов на 1 миллион тонн годовой мощности.
НЕМНОГО СТАТИСТИКИ
Впервые о наличии угля в недрах России стало известно в 1698 г., когда было открыто месторождение на берегах реки Донец, в те годы оказавшееся совершенно невостребованным. И только через полвека уголь стал играть какую-то роль в экономике страны. Но поначалу это был преимущественно привозной товар. В середине XVIII века импорт угля оценивался в 40 тыс. рублей в год, а через 100 лет – уже в миллион.
Постепенно развивалась собственная добыча. В 1855 году было выдано на-гора 9,5 млн пудов угля, в 1898 – 744 млн пудов. Последняя цифра позволила занять только седьмое место в мире. Шестерка лидеров угледобычи вековой давности выглядела следующим образом: Великобритания, США, Германия, Франция, Австро-Венгрия, Бельгия. Рекордным за всю историю угольной индустрии страны был 1988 год, когда в СССР добыли 771,8 млн т угля (из них в РСФСР – 425,4 млн т).
 |
Добыча угля в России. |
В 2005 году в России было добыто 298 т угля – 105,8% по сравнению с предыдущим, 2004 г. Т. е. прирост составил 5,8 процентов, что выше аналогичных показателей для нефти (+2,2%) и газа (+0,5%). Эти почти 300 млн позволили России закрепиться в шестерке мировых лидеров среди производителей. (Всего в мире ежегодно добывается 4,6 млрд т каменного и почти 900 млн т бурых углей и лигнитов).
Бесспорный лидер в этом списке Китай (почти 1,5 млрд т), за ним со значительным отставанием США (около 900 млн т), далее Индия, Австралия, Южная Африка и Россия. Замыкают десятку лидеров Индонезия, Польша, Казахстан и Украина. Десятка лидеров среди потребителей в верхней части выглядит во многом похоже – Китай, США, Индия, Южная Африка, но за ними уже новые лица – Япония, а после России и Польши – Республика Корея и Германия; на десятой строчке Австралия.
 |
Десять основных производителей каменного угля
|
Зато среди экспортеров угля она бесспорный лидер. За пределы «Зеленого» континента вывозится больше чем 2/3 добываемого там угля (несмотря на огромные расстояния до рынков сбыта добываемый преимущественно открытым способом (80%) высококачественный австралийский уголь вне конкуренции.
 |
Десять основных экспортеров каменного угля
|
 |
Пять основных импортеров каменного угля
|
Промышленная добыча угля ведется в 50 странах мира, а потребление в значимых масштабах – в 70. Ожидается, что к 2030 году мировое производство угля достигнет 7 млрд т. Из них 5,2 млрд. т составят каменные энергетические угли (более 600 млн т из них коксующиеся) и 1,2 млрд т – бурый уголь.
Современное состояние и перспективы развития углеобогащения в основных угледобывающих регионах России
Кузбасс
В Кузбассе в 2004 г. добыча угля составила 158,3 млн т, из них 61,1 млн т ценных коксующихся марок. В 2005 году впервые в истории промышленного освоения Сибири шахтеры Кузнецкого бассейна выдали на гора более 160 млн тонн угля. Переработка угля ведется на 32 обогатительных фабриках и установках, общий объем составил около 100 млн т.
Крупнейшим угольным объединением России и единственной российской компанией, входящей в десятку мировых лидеров угледобычи, в настоящее время является ОАО «СУЭК» («Сибирская угольная энергетическая компания»). Компания обеспечивает около 30% поставок угля на внутреннем рынке и примерно 20% российского угольного экспорта. Балансовые запасы ОАО «СУЭК» превышают 10,5 млрд т, из которых промышленные составляют 8,7 млрд т.
Наличие значительных запасов углей, с одной стороны, и удаленность от основных потребителей, с другой, определяют концепцию работы компании на перспективу. Угольные предприятия ОАО «СУЭК» добывают в основном угли марок Б, Д, ДГ, которые характеризуются пониженной теплотой сгорания. Для повышения эффективности реализации угля необходимо снижать долю транспортной составляющей в цене килокалории энергии, доставляемой с углем потребителю. По мнению руководства компании, существует только одно экономически целесообразное решение – увеличение добавленной стоимости за счет переработки угля в необходимый потребителю целевой продукт.
В 2005 году в России было добыто 298 т угля – 105,8% по сравнению с предыдущим, 2004 г.
Поэтому основные направления инновационной политики ОАО «СУЭК» сегодня – повышение качества угольной товарной продукции, увеличение полноты извлечения горючей массы, улучшение показателей качества и стабильности угольной товарной продукции до уровня, обеспечивающего их высокую конкурентоспособность на российском и мировом рынках. В Кузбассе планируется осуществить работы по глубокому обогащению углей Ленинского угленосного района.
Новые прогрессивные технологические решения с использованием новейшего импортного и отечественного оборудования позволят обогащать весь уголь, добываемый шахтой им. Кирова, с применением замкнутой водошламовой схемы без использования наружных гидротехнических сооружений. В результате будет заметно повышена эффективность процесса обогащения, увеличен выход угольного концентрата с высокими качественными показателями, снижена экологическая нагрузка на регион.
Согласно заключению ОАО «СибНИИуглеобогащение», полученному при исследовании химико-технологических показателей качества углей предприятий ИК «Соколовская» и шахтоуправления «Котинское», разрабатываемые пласты являются сырьем для получения суперконцентрата с зольностью менее 4% и содержанием окислов железа менее 5%. Поэтому принято решение о строительстве обогатительного модуля на промплощадке шахты «Талдинская-Западная 1», что позволит получать по безотходной технологии более 150 тыс. т в год высококачественного углеродного восстановителя, востребованного на рынке.
Для наращивания объемов добычи и сбыта тугнуйских углей в объеме до 8 млн т проработан вопрос строительства обогатительной фабрики мощностью до 4,5 млн т в год.
Имеется возможность обогащения ургальских углей с целью получения концентрата зольностью до 15%, теплотой сгорания не менее 6400 ккал/кг. Существует необходимость обогащения углей Ерунаковского месторождения, начиная с 2010 г. Это позволит получать угольный концентрат зольностью до 8 %, теплотой сгорания более 6500 ккал/кг.
«Черногорская угольная компания» вошла в сферу стратегических интересов СУЭК в 2002 г. В последние три года предприятие увеличило объемы добычи угля более чем в полтора раза. При этом мощности фабрики растут опережающими темпами, что позволяет перерабатывать также уголь, добываемый разрезом «Абаканский».
На обогатительной фабрике «Черногорская угольная компания» завершен период ежегодных профилактических работ, которые уже второй год сопровождаются модернизацией ее оборудования. Суммарный объем инвестиций на ремонт и замену оборудования составил более 13,8 млн рублей. В результате в 2005 году фабрика переработала 3,36 млн т рядовых углей и выпустила 2,87 млн т товарной продукции (на 6,4% больше, чем в 2004 г.).
Погрузка угля в вагоны на Бородинском разрезе (СУЭК).
Основной продукцией фабрики является угольный концентрат с теплотой сгорания до 5400 ккал/кг и низкой зольностью. Это топливо имеет широкую географию сбыта, в том числе поставляется в отдельные районы в рамках «Северного завоза» и за рубеж. Экспортные поставки составляют около половины от общего объема производства обогатительной фабрики.
Угледобывающими предприятиями УК «Прокопьевскуголь» в 2004 г. добыто более 5 млн т угля. В 2005 на гора выдано 5112,5 тысяч тонн угля, 172,5 тысяч тонн из которых сверхплановые, в том числе коксующихся марок почти 4 млн т. Добыча коксующихся углей по сравнению с 2003 г. возросла на 450 тыс. т. Около 40% от общего объема добычи угля осуществляется безопасным и высокоэффективным способом добычи – гидравлическим.
Переработано более 5 млн т углей коксующихся марок, что на 420 тыс. т больше, чем в 2003 г. Программой производства на 2005-й предусмотрено переработать около 5,1 млн т угля (без учета привозных углей).
В ближайшей перспективе на прокопьевских шахтах планируется увеличить объем добычи угля до 7,5–8 млн т. Для достижения поставленной цели разработана комплексная программа развития основного производства до 2010–2012 гг., предусматривающая технические решения для пополнения сырьевой базы новыми запасами и обновления оборудования.
На первом этапе необходимо обеспечить переработку угольных шламов путем повышения эффективности предприятий с отгрузкой потребителю продукции в виде угольного коксового концентрата и сортового энергетического угля.
Республика Коми
В июне 2003 г. ОАО «Воркутауголь» после продажи государственного пакета акций вошло в состав ОАО «Северсталь». В 2004 г. получены наивысшие результаты деятельности за предыдущие несколько лет. Объем добычи по сравнению с 2003 г. увеличился на 9,3%, возросла нагрузка на очистной забой, достигнуты высокие технико-экономические показатели на очистных и подготовительных работах.
В 2005 году компания «Воркутауголь» добыла 10 миллионов 502 тысячи тонн угля, пройдено 33950 метров горных выработок, что на 8,8 процента больше, чем в 2004 году. Высокие результаты были достигнуты в углеобогащении. В частности, на ЦОФ «Печорская» была проведена реконструкция, позволившая за счет освоения современных технологий на основе применения спиральных сепараторов импортного производства увеличить выпуск концентрата, отгружаемого за пределы Воркуты для металлургических заводов.
Назаровский разрез. Погрузка угля в вагоны роторным экскаватором ЭР-1250 № 86 (СУЭК).
В июне 2004 г. объем переработки горной массы составил 575 тыс. т, что соответствовало освоению проектной мощности 6,9 млн т в год. В июне 2005 г. месячный объем переработки составил 635 тыс. т, что в пересчете соответствует производственной мощности 7,1 млн т в год. В 2005 г. ЦОФ «Печорская» стала самой крупной обогатительной фабрикой в угольной промышленности России. Уже в ближайшие годы планируется увеличение ее производственной мощности до 8,5 млн т.
Для обогащения угля шахт ОАО «Компания «Интауголь» в декабре 1966 г. была построена и сдана в эксплуатацию ГОФ «Интинская». Мощность фабрики составила 2,4 млн т в год. В 1980 г. в строй введена ГОФ «Капитальная» мощностью 3,5 млн т.
На ГОФ обогащаются энергетические угли марки «Д» Интинского месторождения. Угли – высокозольные, труднообогатимые. Норма зольности углей, добываемых шахтой «Интинская», – 41,3%, шахтой «Восточная» – 42,2%, влажность – 11,5–11,3%, содержание серы в интинских углях до 3%.
В 1999 г. после принятия решения о закрытии ГОФ «Капитальная» весь уголь должен был перерабатываться на ГОФ «Интинская», так как с ней непосредственно конвейерным стволом связана шахта «Интинская».
В настоящее время ведется работа по совершенствованию технологии обогащения путем получения продуктов более высокого качества, ликвидации узких мест в технологической цепочке и повышения надежности работы оборудования. С этой целью планируется усовершенствовать схему предварительной классификации по правовой секции, т.е. заменить грохоты ГШ-500 на грохоты ГСТ-72 и ГИСТ-72 с эластичными просеивающими поверхностями. Данная схема, примененная на стадии предварительной классификации по левой секции, за время работы показала отличные результаты, как по надежности, так и по технологичности данного узла.
Восточная Сибирь
Благодаря своему географическому положению, развитой инфраструктуре, обеспеченности запасами востребованных коксующихся углей основным угледобывающим предприятием ОАО ХК «Якутуголь» стал разрез «Нерюнгринский». В едином комплексе с разрезом находятся автобаза технологического автотранспорта и обогатительная фабрика «Нерюнгринская».
Разрез отрабатывает запасы пласта «Мощный» Нерюнгринского месторождения. Уголь пласта «Мощный» относится к технологическим группам ЗСС, К6 и К9. Средняя зольность чистых угольных пачек по результатам геологоразведочных работ составляет 15,9%, зольность с учетом 100-процентного засорения породными прослоями – 19,2%. Выход летучих веществ – 20,5%, калорийность – до 8300 ккал/кг. По степени обогатимости угли относятся к трудно- и очень труднообогатимым. В 1985 г. запущена в эксплуатацию обогатительная фабрика «Нерюнгринская» с мощностью по переработке 9 млн т коксующегося угля в год и начата поставка коксового концентрата на экспорт.
Благодаря своим высоким качественным показателям нерюнгринский концентрат коксующегося угля занял достойное место на японском рынке металлургических углей, встав в один ряд с лучшими марками австралийских и канадских коксующихся углей. Доля нерюнгринского угля марки «К» в импорте японских металлургических компаний сильно коксующихся углей в среднем составляет 7–10%, что является очень высоким показателем для одной марки угля. Японские металлурги были и остаются постоянными клиентами «Якутугля». Работа на рынке Азиатско-Тихоокеанского региона позволила сохранить годовой объем добычи по разрезу на уровне 8 млн т рядового угля.
Дальний Восток
В развитии Магаданской области как один из приоритетных определен инвестиционный проект по освоению Ланковского и Мелководнинского месторождений бурых углей. Магаданская область завозит более половины необходимого твердого и весь объем жидкого топлива. Это сдерживает экономическое развитие региона, поэтому вопрос о переходе на местные источники энергоносителей является жизненно важным. Проблема решается путем комплексной переработки бурых углей с получением жидких, газообразных, твердых ценных компонентов.
Юг России
Одним из важнейших районов, влияющих на состояние и климат всей российской угольной отрасли, справедливо считается Восточный Донбасс (Ростовская область). Здесь сосредоточено 15 шахт с суммарной производственной мощностью 9,6 млн горной массы в год. Все угледобывающие предприятия региона сосредоточены в восьми административных округах и объединены в нескольких компаниях.
Черногорская угольная компания. Шагающий экскаватор ЭШ-20/90 №47 на вскрышных работах (СУЭК).
На сегодняшний день самой крупной из них, представляющей интересы Восточного Донбасса на отечественном и мировом рынках, является «Русский уголь». У нее в управлении находятся два крупнейших угольных актива Ростовской области – ОАО «Гуковуголь» и ОАО «Шахтоуправление «Обуховская», которые обеспечивают около 70% всей добычи региона.
ОАО «Гуковуголь» единственное предприятие Юга России, где добывается коксующийся уголь. Ожидается, что за счет реализации инвестиционной программы компания выдаст на гора не менее 515 тыс. т кокса, что на 7% выше показателей 2004 года и на 27% выше добычи этого сырья 2003 г.
Увеличение добычи этого сорта углей вызвано удачной для отечественной угольной промышленности рыночной конъюнктурой.
Одновременно с этими проектами на предприятии ведутся работы по строительству двух модульных обогатительных фабрик с суммарной мощностью переработки горной массы 3 млн т в год. Предполагается, что эти производственные объекты будут сданы в 2006 г., что позволит «Русскому углю» решить вопрос самостоятельного обогащения всей добываемой в Восточном Донбассе горной массы. Шахты смогут автономно заканчивать свой производственный цикл и гораздо быстрее отправлять готовую продукцию потребителю.
На основе вышесказанного можно с уверенностью констатировать, что во всех ведущих угольных компаниях наметилась тенденция к повышению эффективности их работы, однако имеющиеся проблемы устойчиво удерживают угольную отрасль России на пятом месте на мировом угольном рынке после Австралии, Китая, Индонезии и ЮАР.
К основным факторам, снижающим конкурентоспособность российских углей, можно отнести высокую транспортную составляющую в цене конечного потребления угля (25–30%) и низкое качество товарной продукции (прежде всего по причине недопустимо высокого уровня износа основного технологического оборудования). Эти факторы подтверждаются тем, что энергетики Урала закупают казахстанский уголь экибастузского месторождения, а Магнитогорский, Орско-Халиловский, Новолипецкий металлургические комбинаты – карагандинский уголь для коксования.
О состоянии основного технологического оборудования на примере основного угледобывающего региона России – Кузбасса
В Кузбассе переработка угля ведется на 32 обогатительных фабриках и установках, общий объем составил около 100 млн т. Основное технологическое оборудование сосредоточено на 25 обогатительных фабриках, причем шесть из них (24%) пущены в эксплуатацию до 1955 года, т.е. срок эксплуатации оборудования превысил 50 лет; 7 (28%) имеют срок эксплуатации оборудования 40 лет; 6 (24%) – от 30 до 15 лет.
Можно сказать, что 76% основного технологического оборудования полностью выработали свой ресурс, физически и морально устарели. Это подтверждают и работы, проводимые нашим институтом по экспертизе промышленной безопасности на обогатительных предприятиях Кузбасса.
В качестве характерного примера можно обратиться к экспертному заключению по ОАО «ЦОФ «Зиминка».
Обогатительная фабрика Черногорской угольной компании (СУЭК).
Центральная обогатительная фабрика «Зиминка» введена в эксплуатацию в 1955 году. На момент проведения экспертизы (2003 г.) оборудование находилось в эксплуатации около 48 лет. Физический износ всех комплектующих устройств составлял от 90 до 98%. Корпуса отсадочных машин полностью износились и ремонту не подлежали.
С целью исключения аварийных ситуаций и повышения качества обогащаемого угля было принято решение по замене устаревших типов машин новым оборудованием, соответствующим современному техническому уровню и с более высокими технологическими показателями.
В качестве такового были выбраны импортные отсадочные машины «Батак» с разгрузкой продуктов через разгрузочные заслонки и пороги без применения роторного разгрузчика с полной автоматизацией и автономным управлением каждой камерой. Машина отличается длительным сроком службы, футеруется базальтом. В комплекте поставки также 7 воздуходувок, запасные быстроизнашивающиеся части, футеровочная плитка и мастика.
Данный пример, характерный для наших фабрик, лишний раз убеждает в том, что значительная часть парка основного технологического оборудования обогатительных фабрик Кузбасса нуждается в незамедлительной модернизации.
В приведенной ниже таблице представлены данные о находящемся в настоящее время в эксплуатации на обогатительных фабриках Кузбасса оборудовании и годовая потребность для осуществления замены устаревших образцов.
Всего в Кузбассе в работе обогатительных фабрик задействовано около 870 единиц оборудования, а годовая потребность в замене составляет 250–280 единиц. При этом из 870 единиц оборудования в России производится 320 или 37% (непосредственно в Кузбассе – 6%, в основном дробильно-классификационные установки). Фабрики, введенные в эксплуатацию в 1950–1980 х годах, укомплектованы основным наиболее сложным и металлоемким технологическим оборудованием: грохотами, отсадочными машинами, тяжелосредными сепараторами, флотомашинами, гидроциклонами украинского производства.
И, несмотря на то, что выпуск некоторых видов оборудования стали осваивать отечественные производители (грохота тяжелосредные, сепараторы и отсадочные машины – Красноярский завод «Спецтехномаш», магнитные сепараторы – Воронежский завод обогатительного оборудования, радиальные сгустители – Иркутский завод тяжелого машиностроения, центрифуги – Пензенский завод химического машиностроения, грохота – Коломенский завод тяжелого машиностроения, крутонаклонные сепараторы – фирма «КЭНЭС» (г. Люберцы, Московской области), предприятия, пущенные в эксплуатацию в конце 1990 х – начале 2000 х гг., оснащаются преимущественно оборудованием европейского, американского и южно-африканского производства (130 единиц или 15% от общего количества).
Сегодня кузбасский рынок обогатительного оборудования активно занимают зарубежные фирмы. При этом мощная машиностроительная база Кузбасса испытывает недостаток в заказах на создание современного оборудования. Чтобы оказаться участниками, а не зрителями, ученые, проектировщики, конструкторы, машиностроители этого процесса совместно с областной администрацией должны найти форму сотрудничества, способствующую появлению у собственника заинтересованности приобретать технику, произведенную в Кузбассе. А регион параллельно с решением проблемы модернизации обогатительных фабрик решал бы и часть социальных проблем. Но для этого необходимо, чтобы новая техника отвечала главным критериям выбора – долговечность, надежность и удобство эксплуатации.
Актуальные проблемы технологии обогащения угля
Обезвоживание флотоконцентрата
Одной из особенно острых труднорешаемых для настоящего времени проблем обогащения угля является обезвоживание флотоконцентрата и тонких шламов. С одной стороны, добыча ведется высокопроизводительными механизированными комплексами, при этом в отбитом угле растет содержание мелких классов (30–40%): с другой – поддержание товарной продукции на конкурентоспособном уровне требует особого отношения к содержанию влаги в конечном продукте. Из-за условий смерзаемости материала при транспортировке в зимний период для районов Сибири содержание влаги в каменных углях не должно превышать 8%. В летний период допускается отгрузка угля с влажностью 9–10%. Жесткие нормы влажности вынуждают уделять вопросам обезвоживания концентрата особое внимание.
Ленточные фильтр-прессы типа CRF компании Andritz.
Технологию обезвоживания определяют свойства обрабатываемого материала. Водоудерживающая способность материала возрастает с уменьшением его крупности. Крупный концентрат достаточно эффективно обезвоживается под действием гравитационных сил на грохотах, где достигается конечная влажность обезвоженного продукта 5–6%.
Для обезвоживания мелкого концентрата гравитационных сил оказывается недостаточно, и его обезвоживают в две стадии – предварительное обезвоживание на грохотах или элеваторах с последующим центрифугированием обесшламленного материала в фильтрующих центрифугах. Влажность обезвоженного материала после фильтрующих центрифуг обычно находится в пределах 8–10% и зависит от количества оставшегося шлама. При эффективном обесшламливании в современных фильтрующих центрифугах влажность мелкого концентрата может быть доведена до 7%.
Наиболее сложна технология обезвоживания тонких классов флотационного концентрата и шламов, которые после обогащения остаются в виде относительно устойчивой пульпы с содержанием твердого 100–300 г/литр. На первой стадии разделения с целью повышения концентрации твердого в пульпе и удаления основной массы воды производят сгущение с использованием гравитационных сил в аппаратах отстойного типа – радиальных сгустителях.
Во второй стадии обезвоживания наиболее широкое распространение получил способ фильтрования. При этом достигается высокая степень улавливания твердого в обезвоженный продукт и обеспечивается стабильная работа водно-шламовой схемы с замкнутым циклом без использования наружных отстойников. Для обезвоживания угля преимущественное применение получили дисковые и, реже, барабанные вакуум-фильтры непрерывного действия.
Недостатками этих машин являются относительно низкая удельная производительность (100–300 кг/м2) и высокая влажность обезвоженного продукта (23–28%). Последнее обуславливает необходимость применения третьей ступени обезвоживания – термической сушки для доведения влажности концентрата до товарной кондиции.
Термическая сушка дорогостоящая (25–30% от общих затрат на обогащение) и небезопасная операция технологического цикла. Кроме этого, несовершенная система пылеулавливания, включая и мокрую очистку отработанных газов, служит источником дополнительных нагрузок на шламовое хозяйство, загрязнения атмосферы отработанными газами и образования антисанитарных зон в районах расположения обогатительных фабрик.
В связи с этим совершенствование технологии обезвоживания флотоконцентрата и шламов является одной из важнейших задач, решение которой позволит значительно сократить, а в ряде случаев полностью исключить, термическую сушку концентрата на обогатительных фабриках.
Исследования отечественных и зарубежных ученых позволили решить многие теоретические и практические вопросы разделения суспензий и существенно повысить эффективность механических способов обезвоживания. Однако резервы повышения эффективности обезвоживания тонких продуктов обогащения далеко не исчерпаны, особенно при фильтровании с использованием давления.
Шламовые вертикальные пенные насосы Metso Minerals.
В институте «КузНИИуглеобогащение» (ОАО «СибНИИуглеобогащение) еще в 80 х годах прошлого столетия на патронном фильтре ПНД-40, на обогатительной фабрике «Киселевская» получен осадок флотоконцентрата с влажностью 15%. Кроме этого, было установлено, что на повышение эффективности работы фильтра решающее значение оказывает форма фильтрующей поверхности – дисковая плоская («Украина», «Сибирь») или цилиндрическая (патронного типа ПНД-40).
Сравнивая результаты фильтрования по удельному расходу воздуха и удельной производительности на патронном фильтре при одинаковой конечной влажности осадка, можно видеть, что удельный расход воздуха в два раза меньше, а удельная производительность по сухому осадку на 70% выше.
На основании результатов испытаний и требований, предъявляемых к габаритным размерам, с точки зрения монтажа изделия на действующих фабриках, без дополнительных капитальных затрат, взамен существующих вакуум-фильтров была проработана установка с патронными фильтрами для непрерывного обезвоживания флотационного концентрата сжатым воздухом в модульном исполнении 6ПТК-10.
Из зарубежных конструкций наиболее прогрессивной установкой для обезвоживания флотоконцентрата являются гипербар-фильтры фирмы «Андриц» (Австрия).
Из-за отсутствия финансирования отечественные разработки этого направления были приостановлены, что определило отставание в решении данной проблемы. Как результат – на двух крупных новых фабриках установлены австрийские гипербар-фильтры.
В настоящее время подготавливается инновационный проект по использованию отечественной установки. Предварительная проработка сравнительного анализа параметров фильтров 6ПТК-10 и «Андриц» показала значительную коммерческую привлекательность отечественной установки для потребителя, т.к. импортное оборудование:
- занимает в два раза больший объем,
- имеет в пять раз большую удельную металлоемкость,
- в четыре раза большую стоимость,
- практически равную удельную производительность и влажность осадка.
Существенным преимуществом установки 6ПТК-10 является возможность вести ремонтные и профилактические работы на одном из шести модулей, не останавливая технологический процесс на всей фабрике, чего нельзя выполнить на импортном гипербар-фильтре. Кроме этого, отечественный фильтр может быть установлен на любой действующей обогатительной фабрике, в имеющихся помещениях без дополнительной реконструкции зданий, что значительно расширяет объемы внедрения новой отечественной эффективной технологии обезвоживания по сравнению с импортной.
Флотационные машины
В течение почти 15 лет на многих фабриках Кузбасса прошли промышленные испытания и длительно эксплуатировались механические флотационные машины с пололопастными аэраторами, разработанные в лаборатории флотации института. Пололопастные аэраторы изготавливались трех типоразмеров для механических флотомашин ФМ-6, ФМ-12, ФМ-16.
Барабанные вакуумные фильтры Metso Minerals.
Флотационные машины этого типа показали себя особенно эффективными при флотации угольных пульп с содержанием твердого 150 – 160 кг/м3. На них удавалось получать кондиционный флотоконцентрат с высоким содержанием твердого (>250 кг/м3) и отходы флотации с зольностью не менее 65% даже на труднофлотируемых углях, которые неудовлетворительно флотируются на механических флотомашинах с широколопастными аэраторами.
Изготовление пололопастных аэраторов из износостойких материалов (нержавеющей стали и т.д.) и в реверсивном варианте сделало возможным их использование во вновь разрабатываемых механических флотомашинах «Флотомо-Модерн» с измененной формой камер и беспеногонным съемом пенного продукта. Аэраторы этого типа значительно легче, способствуют снижению энергопотребления, ремонтопригодны в условиях любых обогатительных фабрик.
На многих фабриках Кузбасса перед флотацией установлены гидроциклоны и на флотацию подают только шлам кл. 0–0,2 мм. Имеющиеся механические флотационные машины с широколопастными аэраторами неудовлетворительно флотируют пульпу. Промышленные испытания флотационной машины струйной аэрации «Пневмофлот» с пневмогидравлическими аэраторами, проведенные на ЦОФ «Сибирь», показали высокую эффективность флотируемости частиц кл.0–0,2 мм. По сравнению с механическими пневматические машины экономичнее, при этом обладают более высокой (в 2–3 раза) степенью аэрации пульпы (т.е. создают большее количество мелкодисперсных пузырьков воздуха, на которые эффективно налипают мелкие частицы кл. 0–0,2 мм), что обеспечивает получение концентрата с содержанием твердого не менее 250 кг/м3.
Реагенты и оборудование для работы с ними
В настоящее время на обогатительных фабриках Кузнецкого бассейна для обогащения угольной мелочи методом флотации применяются реагенты аполярного типа – газойль легкий каталитического крекинга и коксования (РСО) и топливо печное бытовое (ТПБ); гетерополярного типа – кубовые остатки бутиловых спиртов (КОБС) и кубовые остатки 2-этилгексанола (КЭТГОЛ).
Расходы аполярных реагентов составляют 3–8 кг/т. Эффективность процесса флотации недостаточно высокая. Более целесообразным является создание реагентов комплексного действия, являющихся смесями химических веществ. Создание новых флотационных реагентов комплексного действия позволит увеличить выход флотационного концентрата и зольность отходов, снизить расход реагентов.
Для ведения технологического процесса обогащения на обогатительных фабриках испытывается потребность в дозаторах реагентов, пробоотборниках, плотномерах угольных пульп и других средствах автоматизации и оптимизации процесса. Дозаторы реагентов предназначены для объемного непрерывного дозирования собирателя и вспенивателя в системах автоматизации процесса флотации в широком диапазоне производительности.
Разработка института – пробоотборник пульпы щелевой ППЩ предназначен для отбора пульп бурых и каменных углей, антрацитов и продуктов их обогащения из вертикальных участков трубопроводов самотечных потоков с содержанием твердых частиц крупностью не более 6 мм. Плотномер суспензии манометрический (ПСМ-1М) со свободным переливом предназначен для автоматического измерения с записью на диаграмму и регулирования плотности минеральных суспензий и пульп, а также различных растворов в процессах обогащения полезных ископаемых и других технологических процессах. Плотномер может работать на пульпах и суспензиях, содержащих твердые частицы до 3 мм.
В настоящее время для эксплуатации замкнутых водно-шламовых схем на обогатительных фабриках используются импортные полимерные флокулянты стоимостью 5–6 тысяч долларов США за одну тонну. Общая потребность в них только на одной ЦОФ «Беловская» составляет около 100 тонн в год.
В задачу института «СибНИИуглеобогащение» входят:
- лабораторные исследования эффективности использования образцов флокулянтов «НИИ Полимер» при взаимодействии с различными продуктами водно-шламовых схем углеобогатительных фабрик и выбор оптимальных образцов;
- определение потребности производства и номенклатуры наиболее эффективных флокулянтов для угольной промышленности;
- разработка технико-экономического обоснования организации производства в Кузбассе, на базе Ленинск-Кузнецкого завода полукоксования, отечественных образцов эффективных флокулянтов взамен импортных.
На углеобогатительных фабриках и установках Кузбасса месячные, квартальные и годовые товарные балансы составляются без учета фактических потерь угля. На отдельных предприятиях в балансах выделяют отдельной строкой потерю угля, дополнительно к объему и качеству выпускаемой породы, но не учитывают потери угля в самой породе, несмотря на наличие в ней угольных фракций, снижающих ее зольность, чем нарушаются требования Закона «Об охране недр».
Нет единообразия формы товарных балансов предприятия. Институтом проводится работа с целью обеспечения единой формы отчетности предприятий. Реализация новой методики на предприятиях практически позволит повысить качество переработки угля и эффективность производства.
Наметившийся в последнее время серьезный сдвиг углеобогащения в сторону повышения результативности его применения в энергетике и металлургии (коксование) способен обеспечить переход системы углепользования России на новый технико-экономический уровень. Этот вывод подтверждается внесением процесса обогащения угля в ряд приоритетных направлений повышения эффективности работы ведущих угольных компаний России.
Автор: Антипенко Л.А. Петушков А.И.
Источник: Горная техника / Стройка
