способ концентрирования полезных компонентов из угольной золы

Формула изобретения

1. СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ПОЛЕЗНЫХ КОМПОНЕНТОВ ИЗ УГОЛЬНОЙ ЗОЛЫ, включающий в себя предварительную классификацию золы по размерам и последующую магнитную сепарацию, отличающийся тем, что, с целью повышения содержания германия в продуктах сепарации угольной золы, немагнитный продукт подвергают электростатической сепарации с получением зольного продукта, обогащенного германием, и проводникового продукта, обогащенного углеродом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электростатической сепарации подвергаются фракции золы с размерами 0 - 45 и 45 - 90 мкм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетической промышленности и технологии получения редких металлов, в частности германия, и может быть использовано при получении концентратов редких металлов из угольной летучей золы для последующего выделения самих металлов.

Известен способ выделения германия из угля и углесодержащих материалов в жидкой среде с использованием физического воздействия на материал.

Однако этот способ требует значительного расхода жидкости и весьма сложного технологического оборудования для генерирования электрогидравлических ударов, что снижает общую эффективность обработки материала.

Известен метод концентрирования и извлечения железа и редких металлов из угольной золы, заключающийся в предварительном отделении от золы соединений железа, последующем таблетировании и термообработке оставшейся золы при температурах выше 900^оС с целью удаления летучих примесей. Затем следует дальнейшая термообработка при той же температуре в восстановительной атмосфере для воздействия на соединение германия.

Однако многостадийности процесса и значительные потребности в энергозатратах для поддержания высоких температур усложняют технологию и снижают эффективность получения концентратов германия.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ концентрирования полезных компонентов из угольной золы, включающий предварительную классификацию золы по размерам и последующую магнитную сепарацию. Эти стадии предназначены для получения концентратов железа в магнитном продукте.

Однако в этом способе не предусмотрено дальнейшее концентрирование редких металлов, в частности германия, сосредоточенных в немагнитном продукте, представляющем из себя алюмосиликатную и угольную часть золы. Это является существенным недостатком способа, так как использование немагнитных продуктов сепарации угольной золы при низком содержании германия увеличивает расход химических реагентов и энергозатраты, т. е. усложняет последующее выделение германия по известной технологии.

Целью изобретения является повышение содержания германия в продуктах сепарации угольной золы.

Поставленная цель достигается тем, что немагнитный продукт подвергается электрической сепарации. В результате этой операции получаются так называемые "проводниковый" продукт, содержащий повышенное содержание несгоревшего углерода, и "зольный" продукт, содержащий повышенное содержание германия. Таким образом, предлагаемое изобретение включает способ раздельного получения концентратов железа, углерода и германия.

Основным принципом предлагаемого способа являются опытные данные, свидетельствующие о том, что при сжигании в котле ТЭС тонкодиспергированного угля редкие металлы способны концентрироваться на поверхности охлаждающихся алюмосиликатных частиц зольной части угля. Чем меньше размер части золы, тем быстрее они охлаждаются и тем выше относительная концентрация летучих соединений германия, конденсирующихся на их поверхности. Таким образом, способ концентрирования полезных компонентов из угольной золы, например железа, углерода и германия, включает следующие последовательные стадии:

классификация по размерам с предпочтительным выделением более мелких фракций (0-45, 45-90 мкм);

сухая магнитная сепарация с получением магнитного продукта, обогащенного по железу, и немагнитного продукта, содержащего германий и несгоревший углерод;

электростатическая сепарация с получением "проводникового" продукта, обогащенного по углероду, и "зольного" продукта, обогащенного по германию. Отделение углерода от алюмосиликатного немагнитного продукта позволяет упростить технологию извлечения германия из него традиционным методом (возгонкой при нагревании или растворением в кислой среде с последующей экстракцией или ионным обменом). Повышение содержания германия снижает также расход реагентов и эксплуатационные затраты ввиду уменьшения массы перерабатываемого источника германия.

П р и м е р. Образец угольной золы-уноса Старобешевской ГРЭС ПЭО "Донбассэнерго" отобран из пробоотборника в газоходе. Зола, высушенная в течение 2 ч при 105^оС, по данным химического анализа, мас. % , содержит: железо 5,72; углерод 19,36; германий 0,0191, а также соединения алюминия, кремния, никеля, кальция, серы, хрома и др. На первой стадии обработки золы проведена классификация ее по размерам частиц. Образец сухой золы имел массу 1000 г. На ситах получены фракции менее 45 мкм, 45-90 мкм, 90-340 мкм и более 340 мкм. После рассеивания золы на ситах с различным размером отверстий получено фракции 0-45 мкм - 737 г, 45-90 мкм - 50 г, 90-340 мкм - 157 г. Остаток на сите 340 мкм составил 56 г. результаты приведены в табл. 1.

Наибольший вклад в данном образце в массу золы вносит фракция менее 45 мкм. Дальнейшие стадии обработки золы включают обработку ее фракций с размерами 340 мкм. На первой стадии происходит концентрирование германия в самой мелкой фракции (в 1,14 раза), там же концентрируется железо (в 1,12 раза) и снижается содержание углерода (в 1,6 раза). Концентрирование углерода происходит в более крупной фракции (в 1,8 раза), что объясняется и условиями сгорания топлива и неправильной формой большинства частиц, содержащих несгоревший углерод.

На второй стадии обработки фракций золы их сухая магнитная сепарация была проведена на лабораторном ленточном сепараторе при напряженности магнитного поля в рабочем зазоре 1000 Э. В опытах использовались навески по 50 г. Например, при разделении исходной золы получено 48,15 г немагнитного продукта и 1,85 г магнитного продукта. Массовое распределение продуктов магнитной сепарации и содержание в них излучаемых элементов показано в табл. 2, где приняты следующие условные обозначения: ИЗ - исходная зона, НМП - немагнитный продукт, МП - магнитный продукт.

Согласно данным табл. 2, германий практически во всех случаях полностью переходит в немагнитный продукт, как и углерод. Наибольшее концентрирование по германию наблюдается для наиболее мелкой фракции (0-45 мкм). Согласно прототипу, магнитные продукты мелких фракций концентрируются по железу (более чем в 2 раза, табл. 2).

Немагнитные продукты, содержащие германий, на третьей стадии обработки золы подвергаются электростатической сепарации с получением "зольного" продукта и "проводникового" продукта. На этой стадии использовали серийный электростатический пластинчатый сепаратор ЭС-2 СКБ "Геотехника" с 18 пробоотборниками.

Принцип обработки мелкодиспергированной золы заключается в придании определенной траектории полета различно заряженных частиц золы в электрическом поле с напряжением 20 кВ у отрицательного электрода. Отклоняющий положительный электрод находится под напряжением 5 кВ. Получено распределение материалов на два продукта - "зольный" продукт (ЗП) из 1-7 пробоотборников и "проводниковый" продукт (ПП) из 8-18 пробоотборников. В опытах использованы навески немагнитных продуктов по 40 г. Например, при сепарации исходного немагнитного продукта получено 20,64 г "зольного" продукта и 19,36 г "проводникового" продукта. Результаты электростатической сепарации немагнитных продуктов приведены в табл. 3.

Найдено, что для данного образца золы с увеличением размеров частиц выход "проводникового" продукта, обогащенного углеродом, растет, что связано с ростом содержания в нем частиц углерода. Концентрирование (в 2,3 раза) углерода наблюдается для фракции 45-90 мкм ("проводниковый" продукт).

Такие продукты являются забалансованными источниками углерода и могут быть использованы вновь в процессе сжигания угля на ТЭС.

Концентрирование германия в "зольном" продукте по сравнению с исходной золой увеличивается для самой мелкой фракции в 1,35 раза, для фракции 45-90 мкм - в 1,42 раза. В более крупной фракции золы (90-340 мкм) содержание германия ниже, чем в исходной золе. Это указывает на предпочтительное использование при концентрировании германия фракций угольной золы менее 90 мкм.

Предлагаемое изобретение позволяет при низких энергетических затратах получить продукты, содержащие повышенные содержания германия и углерода.