Из угольных хвостов — в концентрат: опыт Кузбасса

В Кузбассе завершается комплексная научно-техническая программа «Чистый уголь — зелёный Кузбасс». Её инициаторами выступили Минэнерго РФ, Минобрнауки РФ, правительство Кузбасса и НОЦ «Кузбасс — Донбасс». С 2022 года по заказам промышленных предприятий учёные создали 34 разработки. Теперь основной этап — их внедрение.

Один из проектов программы — переработка хвостов угольных обогатительных фабрик с получением товарного угольного концентрата. Опытно-промышленную линию уже испытали на разрезе «Черемховуголь» холдинга ЭН+ в Иркутской области.

Сырьё из гидроотвала

Угледобыча и обогащение сопровождаются накоплением отходов в породных отвалах, шламонакопителях и гидроотвалах. Только в Кемеровской области ежегодно накапливается свыше 2 млн тонн таких отходов. Часть этого материала можно переработать, извлекая оставшийся уголь и другие полезные компоненты.

На площадке «Черемховугля» для испытаний использовали лежалые хвосты из гидроотвала. Разработанная технология рассчитана на такое сырьё, в том числе на отходы углеобогащения Кузбасса.

Заказчиком проекта в рамках КНТП выступила научно-производственная компания «Спирит». Научное сопровождение обеспечивал Институт земной коры Сибирского отделения РАН. При поддержке НОЦ институт получил 100 млн рублей федерального финансирования на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы.

Как устроена линия

На производственном участке разреза смонтировали опытно-промышленную линию производительностью 20–100 т/ч. Она включает узлы подачи сырья, грохочения, обогащения на винтовых сепараторах и магнитной сепарации. Из пульпы последовательно выделяют угольный концентрат, железосодержащий продукт и породную часть.

Особенность исходного сырья — высокая доля тонкодисперсного материала: 53,89% приходится на частицы крупностью менее 20 мкм. Этот высокозольный шлам влияет на вязкость пульпы и поведение более крупных зёрен при обогащении. Испытания подтвердили работоспособность схемы на таком сырье.

Результаты семидневных испытаний

Линия работала по 12 часов в сутки в течение семи дней. За это время переработали 8 400 тонн исходного сырья. Производительность в пересчёте на сухое твёрдое вещество достигла 100 т/ч.

Усреднённые показатели обогащения:

• выход угольного концентрата — 36,75%;

• зольность угольного концентрата — 11,5%;

• массовая доля общей влаги в угольном концентрате — 13,8%;

• выход железосодержащего концентрата — 0,69%;

• массовая доля железа в железосодержащем концентрате — 62,2%;

• выход породной части — 62,56%.

Породная часть пригодна для использования в строительной отрасли. Отдельно оценили возможные направления применения хвостов обогащения как сырья: 10% — для производства кирпича, 50% — для наполнителей, 40% — для строительных материалов. Это оценка вариантов использования, а не данные о фактическом выпуске строительной продукции.

Уровень комплексности использования сырья составил 80%. Такой показатель не означает полной безотходности, но показывает возможность вовлечения значительной части накопленного материала в переработку.

От испытаний к работе на предприятии

После испытаний разрез «Черемховуголь» приобрёл опытно-промышленную установку и разместил её на своей площадке. Разработка перешла к промышленному использованию на действующем предприятии.

Переработка хвостов позволяет получать вторичное топливо из уже накопленного сырья, без новой добычи угля шахтным или открытым способом. Использование породной части в стройиндустрии может расширить переработку отходов. Вовлечение материала гидроотвалов в производство также создаёт условия для сокращения их объёма и снижения экологической нагрузки.

Стоимость установки и направления развития

Опытно-промышленная установка реализована за 150 млн рублей. Эта сумма в полтора раза превышает объём федерального финансирования научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Однако такое сравнение само по себе не характеризует рентабельность проекта или срок окупаемости оборудования.

Оценочный объём продаж подобных установок на ближайшие пять лет превышает 30 млрд рублей. Это прогноз, а не подтверждённый объём заказов.

Среди возможных направлений доработки технологии — химическая обработка породы, выделение оксидов металлов, концентратов редких и редкоземельных металлов. Также рассматривается применение таких установок для обеззараживания техногенных отходов с повышенным содержанием соединений ртути, мышьяка и других опасных элементов. Эти направления следует отличать от схемы, уже испытанной на «Черемховугле».

Практический результат проекта — работающая линия, которая извлекает угольный и железосодержащий концентраты из лежалых хвостов. Дальнейшее использование породной части может повысить полноту переработки, но его необходимо оценивать отдельно от результатов получения концентратов.

Фото: АНО «Научно-образовательный центр «Кузбасс»