nznistuНауки о Земле и недропользованиеEarth sciences and subsoil use2686-99932686-7931Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Irkutsk National Research Technical University"10.21285/2686-9993-2022-45-4-446-457nznistu-256Research ArticleОбогащение и переработка полезных ископаемыхBenefication and Processing of MineralsОценка возможности вовлечения в переработку углесодержащих отходов шламохранилища Западно-Сибирского металлургического комбинатаEvaluating the possibility for coal-containing waste of West Siberian Iron-and-Steel Works sludge storage to be involved in processingПрокопьевЕ. С.ProkopievE. S.

Прокопьев Евгений Сергеевич – ведущий инженер отдела комплексного использования минерального сырья; директор по технологиям и инновациям

г. Иркутск

Evgeny S. Prokopiev – Leading Engineer of the Department of Integrated Use of Mineral Raw Materials; Director for Technology and Innovation

Irkutsk

pes@spirit-irk.ruАлексееваО. Л.AlekseevaO. L.

Алексеева Ольга Леонидовна – ведущий инженер отдела комплексного использования минерального сырья; директор по экономике и финансам

г. Иркутск

Olga L. Alekseeva – Leading Engineer of the Department of Integrated Use of Mineral Raw Materials; Director for Economics and Finance

Irkutsk

Институт земной коры СО РАН; ООО «Научно-производственная компания “Спирит”»РоссияInstitute of the Earth’s Crust SB RAS; Research and Production Company Spirit, LLCRussian Federation202209012023454446457Copyright © Прокопьев Е.С., Алексеева О.Л., 20232023Прокопьев Е.С., Алексеева О.Л.Prokopiev E.S., Alekseeva O.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nznj.ru/jour/article/view/256

Целью исследования являлась возможность получения ликвидных продуктов обогащения (железосодержащего и угольного концентратов) из материала лежалых хвостов углеобогащения. Изучение вещественного состава исходных лежалых хвостов выполнено при помощи минералогического, гранулометрического и химического анализов. Технологические испытания осуществлены по гравитационно-магнитной схеме обогащения. В качестве основного обогатительного оборудования был выбран винтовой сепаратор. Доводочная операция проведена при помощи мокрой магнитной сепарации. В результате получен черновой гравитационный концентрат с массовой долей общего железа 25,3 %. Выход продукта составил 29,62 % с извлечением в него ценного компонента в размере 53,15 %. Выход полученного углесодержащего концентрата был равен 70,38 %, его зольность составила 31,7 %. В результате проведения доводочной операции на первичном гравитационном концентрате при помощи метода мокрой магнитной сепарации был получен железосодержащий концентрат. Выход продукта составил 0,44 % с извлечением в него ценного компонента в размере 1,97 %. Массовая доля общего железа составила 63,29 %. Таким образом, в статье показана потенциальная возможность вовлечения в переработку лежалых хвостов углеобогащения с получением товарной продукции, а именно железосодержащего концентрата и вторичного топлива – угольного концентрата, по экологически чистой технологии при низких энергозатратах и без дополнительных затрат на добычу.

The purpose of the study is investigate the possibility to obtain liquid concentration products (iron-containing and coal-containing concentrates) from the material of mature coal washing tailings. The study of the material composition of the original mature tailings was carried out using mineralogical, granulometric and chemical analyses. Technological tests were conducted according to the gravitational-magnetic concentration scheme. The spiral separator was chosen to be the main concentration equipment. Upgrading operation involved the use of wet magnetic separation. As a result, rough gravity concentrate with a mass fraction of total iron of 25.3 % was obtained. The product yield was 29.62 % with 53.15 % extraction of a valuable component into it. The output of the obtained coal-containing concentrate was 70.38 %, its ash content equaled 31.7 %. Having upgraded the primary gravity concentrate with the use of the wet magnetic separation method we obtained an iron-containing concentrate. The product yield was 0.44 % with 1.97 % extraction of a valuable component into it. The mass fraction of total iron was 63.29 %. Therefore, the article has demonstrated the potential possibility for mature tailings of coal cleaning to be involved in the processing with the production of marketable products such as iron-containing concentrate and secondary fuel in the form of coal concentrate using environmentally friendly technology, at low energy costs and without additional production costs.

шламохранилищеотходы углеобогащениязольностьвинтовая сепарацияэкологически чистая технологиямокрая магнитная сепарацияжелезосодержащий концентратполучение вторичного топливаугольный концентратsludge storagecoal concentration wasteash contentspiral separationenvironmentally friendly technologywet magnetic separationiron-containing concentratesecondary fuel productioncoal concentrateРаботы выполнены в рамках комплексного научно-технического проекта Министерства науки и высшего образования Российской Федерации № 075-15-2022-1192 «Переработка хвостов угольных обогатительных фабрик с целью получения товарного угольного концентрата» при поддержке комплексной научно-технической программы полного инновационного цикла «Разработка и внедрение комплекса технологий в областях разведки и добычи твердых полезных ископаемых, обеспечения промышленной безопасности, биоремедиации, создания новых продуктов глубокой переработки угольного сырья при последовательном снижении экологической нагрузки на окружающую среду и рисков для жизни населения», утвержденной Распоряжением Правительства Российской Федерации № 1144-р от 11 мая 2022 г.The study was performed in the frameworks of the integrated scientific and technical program of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation № 075-15-2022-1192 «Processing of tailings of coal preparation plants to obtain commercial coal concentrate». The research was also supported by a comprehensive scientific and technical program of the full innovation cycle «Development and implementation of a set of technologies in the field of exploration and production of solid minerals, ensuring industrial safety, bio-remediation, creation of new products of coal raw material deep processing with a consistent reduction in the environmental load and risks to the population life» approved by the Decree of the Government of the Russian Federation № 1144-р of May 11, 2022.ReferencesХамзина Т. Угольный шлам: вторая жизнь // Глобус. 2021. № 1. [Электронный ресурс]. URL: https://www.vnedra.ru/tehnologii/ugolnyj-shlam-vtoraya-zhizn-13710/ (05.09.2022).Khamzina T. Coal sludge: a second life. Globus. 2021;1. Available from: https://www.vnedra.ru/tehnologii/ugolnyj-shlam-vtoraya-zhizn-13710/ [Accessed 5th September 2022]. (In Russ.).Шадрунова И. В., Зелинская Е. В., Волкова Н. А., Орехова Н. Н. Горнопромышленные отходы: ресурсный потенциал и технологии переработки (на примере Сибири и Урала) // Современные проблемы комплексной переработки труднообогатимых руд и техногенного сырья (Плаксинские чтения – 2017): материалы Междунар. науч. конф. (г. Красноярск, 12–15 сентября 2017 г.). Красноярск: Изд-во СФУ, 2017. С. 15–21.Shadrunova I. V., Zelinskaya E. V., Volkova N. A., Orekhova N. N. Mining waste: resource potential and processing technologies (for the case of Siberia and the Urals). In: Sovremennye problemy kompleksnoi pererabotki trudnoobogatimykh rud i tekhnogennogo syr'ya (Plaksinskie chteniya – 2017): materialy Mezhdunar. nauch. konf. = Modern problems of complex processing of refractory ores and technogenic raw materials (Plaksinsky readings – 2017): materials of the International scientific conference. 12–15 September 2017, Krasnoyarsk. Krasnoyarsk: Siberian Federal University; 2017, p. 15–21. (In Russ.).Белоусов В. А. Перспективные методы обогащения угольных шламов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 4. С. 15–17.Belousov V. A. Promising methods of coal sludge concentration. Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i fundamental'nykh issledovanii. 2014;4:15-17. (In Russ.).Новак В. И., Козлов В. А. Обзор современных способов обогащения угольных шламов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2012. Отдельный выпуск № 5. Угледобыча: технологии, безопасность, переработка и обогащение. С. 130–138.Novak V. I., Kozlov V. A. Review of modern methods of coal sludge concentration. Gornyi informatsionnoanaliticheskii byulleten' (nauchno-tekhnicheskii zhurnal) = Mining informational and analytical bulletin (scientific and technical journal). 2012;5:130-138. (In Russ.).Сокур А. К. Обзор гравитационных технологий обогащения угольных шламов нефлотационной крупности // Збагачення корисних копалин: наук.-техн. зб. 2012. № 51. С. 126–136.Sokur A. K. Review of gravitational concentration technologies for coal sludge of non-flotation size. Obogashchenie poleznykh iskopaemykh: nauch.-tekhn. sb. 2012; 51:126-136. (In Ukrainian).Качурин Н. М., Ефимов В. И., Мосина Е. К., Факторович В. В. Перспективы экологически безопасного использования отходов производства на территориях горнодобывающих регионов // Безопасность труда в промышленности. 2014. № 9. С. 81–84.Kachurin N. M., Efimov V. I., Mosina E. K., Faktorovich V. V. Prospects of environmentally safe use of production waste in mining regions. Bezopasnost' truda v promyshlennosti = Journal of Research and Production. 2014;9:81-84. (In Russ.).Качурин Н. М., Воробьев С. А., Чистяков Я. В., Рыбак Л. Л. Экологические последствия закрытия угольных шахт Кузбасса по газодинамическому фактору и опасности эндогенных пожаров на отвалах // Экология и промышленность России. 2015. Т. 19. №. 4. С. 54–58.Kachurin N. M., Vorob'ev S. A., Chistyakov Ya. V., Rybak L. L. Environmental consequences of coal mines of Kuznetsk basin by the gasdynamic factor and hazard of endogenous fires at dumps. Ekologiya i promyshlennost' Rossii = Ecology and Industry of Russia. 2015;19(4):54-58. (In Russ.).Дамба А., Станис Е. В. Использование комплексной геоэкологической оценки в экологическом аудите при разработке угольных месторождений Монголии // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2015. № 2. С. 100–106.Damba A., Stanis E. V. The use of an integrated geo-ecological assessment in environmental audit at the open coal mining in Mongolia. Vestnik Rossiiskogo universiteta druzhby narodov. Seriya: Ekologiya i bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti = RUDN Journal of Ecology and Life Safety. 2015;2:100-106. (In Russ.).Киреев С. А. Современное состояние и экологическая оценка влияния породных отвалов предприятий угольной промышленности // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. № 1. С. 62–71. https://doi.org/10.46689/2218-5194-2022-1-1-62-71.Kireev S. A. The current state and environmental assessment of the impact of rock dumps of coal industry enterprises. Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2022;1:62-71. (In Russ.). https://doi.org/10.46689/2218-5194-2022-1-1-62-71.Таразанов И. Итоги работы угольной промышленности России за 2012 год // Уголь. 2013. № 3. С. 78–90.Tarazanov I. Russian coal industry performance in 2012. Ugol' = Russian Coal Journal. 2013;3:78-90. (In Russ.).Новак В. И., Козлов В. А. Обзор современных способов обогащения угольных шламов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2012. Отдельный выпуск № 5. Угледобыча: технологии, безопасность, переработка и обогащение. С. 130–138.Novak V. I., Kozlov V. A. Review of modern methods of coal sludge concentraton. Gornyi informatsionnoanaliticheskii byulleten' (nauchno-tekhnicheskii zhurnal) = Mining informational and analytical bulletin (scientific and technical journal). 2012;5:130-138. (In Russ.).Гришин И. А., Князбаев Ж. С. К проблеме выбора метода обогащения для углей различной стадии метаморфизма // Успехи современного естествознания. 2016. № 1. С. 107–110.Grishin I. A., Knyazbaev Z. S. To the enrichment method choice problem for coals of various stage of the metamorphism. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. 2016;1:107-110. (In Russ.).Бобриков В. В., Калабухов М. Л., Канев Н. И. Исследования и совершенствование процессов классификации и обогащения угольного шлама на Печеровской ЦОФ // III Конгресс обогатителей стран СНГ (г. Москва, 19–22 марта 2001 г.). М.: Изд-во МИСиС, 2001. С. 69–75.Bobrikov V. V., Kalabukhov M. L., Kanev N. I. Research and improvement of the classification and concentration processes of coal sludge at the Pecherovskaya central dressing plant. In: III Kongress obo-gatitelei stran SNG = 3d CIS Congress of the Mineral Processing Engineers. 19–22 March 2001, Moscow. Moscow: National University of Science and Technology (MISiS); 2001, p. 69–75. (In Russ.).Прокопьев С. А., Пономарева А. М., Болотин М. Л. Переработка техногенного сырья углеобогатительной фабрики // Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья (Плаксинские чтения – 2002): материалы Междунар. совещ. (г. Чита, 16–19 сентября 2002 г.). Чита: ПКЦ-Альтекс, 2002. С. 79–82.Prokop'ev S. A., Ponomareva A. M., Bolotin M. L. Processing of technogenic raw materials of a coal cleaning plant. In: Ekologicheskie problemy i novye tekhnologii kompleksnoi pererabotki mineral'nogo syr'ya (Plaksinskie chteniya – 2002): materialy Mezhdunar. soveshch. = Environmental problems and new technologies for the complex processing of mineral raw materials (Plaksinsky readings – 2002): materials of the International meeting. 16–19 September 2002, Chita. Chita: PKTs-Al'teks; 2002, p. 79–82. (In Russ.).Козлов В. А., Новак В. И. Оптимизация работы углеобогатительной фабрики с целью получения максимального выхода концентрата // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2019. № 4. С. 175–186. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2019-04-0-175-186.Kozlov V. A., Novak V. I. Optimizing coal preparation plant performance towards maximum concentrate yield. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten' (nauchno-tekhnicheskii zhurnal) = Mining informational and analytical bulletin (scientific and technical journal). 2019; 4:175-186. (In Russ.). https://doi.org/10.25018/0236-1493-2019-04-0-175-186.Иванов В. Д., Прокопьев С. А. Винтовые аппараты для обогащения руд и песков в России. М.: Дакси, 2000. 239 с.Ivanov V. D., Prokop'ev S. A. Spiral machines for ores and sands concentration in Russia. Moscow: Daksi; 2000. 239 p. (In Russ.).Аникин М. Ф., Иванов В. Д., Певзнер М. Л. Винтовые аппараты для обогащения руд. М.: Недра, 1970. 181 с.Anikin M. F., Ivanov V. D., Pevzner M. L. Spiral machines for ore dressing. Moscow: Nedra; 1970. 181 p. (In Russ.).Яшин А. В., Аникин М. Ф, Скрипко В. А. Сепараторщик винтовых аппаратов. М.: Недра, 1984. 102 с.Yashin A. V., Anikin M. F, Skripko V. A. Spiral machine separator. Moscow: Nedra; 1984. 102 p. (In Russ.).Турецкая Н. Ю., Прокопьев С. А., Прокопьев Е. С. Разработка эффективной низкозатратной технологии получения угольного концентрата и железосодержащего продукта из шламов илов гидроотвала Касьяновской ОФ // XII Конгресс обогатителей стран СНГ (г. Москва, 25–27 февраля 2019 г.). М.: Изд-во МИСиС, 2019. С. 205–209.Turetskaya N. Yu., Prokop'ev S. A., Prokop'ev E. S. Development of an effective low-cost technology for obtaining coal concentrate and iron-containing product from the silt sludge of the hydraulic dump of the Kasyanovskaya ore-dressing plant. In: XII Kongress obogatitelei stran SNG = 12th CIS Congress of the Mineral Processing Engineers. 25–27 February 2019, Moscow. Moscow: National University of Science and Technology (MISiS); 2019, p. 205–209. (In Russ.).Кочетов В. В., Левандович А. П., Беринберг З. Ш., Кирнарский А. С., Пилов П. И. Применение винтовых сепараторов при обогащении углей // Обогащение полезны ископаемых. 1998. № 1. С. 80–87.Kochetov V. V., Levandovich A. P., Berinberg Z. Sh., Kirnarskii A. S., Pilov P. I. Use of spiral separators in coal cleaning. Obogashchenie polezny iskopaemykh. 1998;1:80-87. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.