Что такое обогащение угля
Что такое обогащение угля и как оно производится
Содержание статьи
При обогащении можно получить как конечные товарные продукты, например, известняк, графит или асбест, так и концентраты, которые используют в дальнейших переработках химического или металлургического характера.
Типы процессов обогащения
Обогащение – это ряд последовательных действий. С помощью них происходит отделение полезных компонентов от примесей. Данные процессы бывают трех типов: подготовительные, основные и вспомогательные.
Первые нужны для раскрытия зерен минералов, из которых состоит полезное ископаемое. К таковым относятся процессы дробления, измельчения, грохочения, классификации. Сначала минералы разрушаются и уменьшаются до необходимого размера. После куски ископаемого попадают на специальное устройство, представляющее собой решето со строго отрегулированными отверстиями. Благодаря этому полезные минералы отделяются от примесей. После их промывают, в результате чего остаются только кусочки нужного размера и необходимой ценности.
Основные процессы нужны для извлечения ценных компонентов из полученного материала. Вид обогащения зависит от таких характеристик, как магнитная восприимчивость, смачиваемость, электропроводимость. Также играют роль форма зерен, их размер и химический состав. В зависимости от этого выбирается тот или иной способ обогащения.
На заключительной стадии обычно производится снижение влажности до нужного уровня или регенерация оборотных вод, использованных на обогатительной фабрике.
Что это такое и для чего это нужно
Данный процесс является важнейшим звеном между добычей полезных ископаемых и использованием извлекаемых из них веществ. В основе его теории лежит минералургия или знания об анализе свойств минералов и взаимодействии их во время разделения.
Обогащение может значительно увеличить концентрацию полезных элементов в ископаемом. В рудах, например, содержание цветных металлов, таких как медь, цинк и свинец, редко составляет более 2%. Однако в их концентратах эта цифра увеличивается в разы и способна составить от 20 до 70%.
С помощью обогащения можно использовать для добычи места с низким уровнем содержания полезных компонентов, тем самым увеличивая промышленные запасы минерального сырья, повысить эффективность труда на предприятиях и уменьшить стоимость добывания за счет механизации. Также возможна выемка всех ископаемых, так как каждый пойдет на пользу. До этого она производилась выборочно.
Обогащение каменного угля
Добытый каменный уголь имеет много примесей, поскольку залегает в земле. Примеси снижают качество угля, так как при горении дают более низкую температуру. Чтобы избавить уголь от таких примесей, на специальных предприятиях проводится обогащение, или очищение.
Во время этого процесса уменьшается содержание минеральных компонентов, а кроме того, уголь разделяется на сорта по размерам зерен. И лишь после этого он поступает к конечному потребителю.
Первый этап – грохочение, или сортировка по фракциям. Происходит она с помощью виброгрохотов. Каменный уголь поступает на сита с разными ячейками и делится на группы.
Существует стандартная классификация размеров, включающая несколько подвидов – семечко, орех и т.д.
Мокрое обогащение – самый распространенный вариант
Метод основан на различии плотности самого угля и более легких примесей. В водной среде они отделяются друг от друга. Происходит это в устройствах гравитационного обогащения – в так называемых отсадочных машинах.
Принцип их действия заключается в подаче угля на сито, через которое постепенно поднимается вода. Мелкие частицы проваливаются вниз и выгружаются. Загрязненный материал транспортируется в отвал (от 10 до 15%), а товарный каменный уголь уносят на отгрузку.
Также распространенными методами являются обогащение в тяжелой среде – водной суспензии порошка магнетита высокой плотности или обогащение в циклоне. В последнем случае разделение примесей и чистого угля происходит за счет действия центробежной силы.
К мокрому обогащению относится и пенная флотация. Во время этого процесса уголь, обработанный гидрофобным флотационным реагентом, всплывает вместе с воздушными частицами.
Сухое и магнитное обогащение
Цель сухого обогащения точно такая же, как и мокрого. Различие заключается лишь в том, что вместо воды используется песок. В таком случае процесс проходит в стационарном сепараторном корпусе. Его лопасти вращаются и приводят в движение песочную смесь, которая обогащает каменный уголь.
Магнитный метод используется преимущественно для обогащения руд черных металлов – хромовых, марганцевых, железных. Магнитные частицы притягиваются к барабану и удаляются за область действия поля. Немагнитный материал отгружается в нижнюю часть ванны сепаратора.
Гидроциклоны уходят в прошлое
Гидроциклоны, предназначенные для обогащения угля, все больше и больше устаревают.
Несмотря на высокую производительность и дешевизну, качество их работы не на высшем уровне. К примеру, в США было принято решение отказаться от этих аппаратов и ждать появления другой более современной технологии.
Если говорить о цифрах, то качество разделения колеблется от 80 до 40% в зависимости от угля – от фракции, содержания золы и пр.
Однако даже показателя 80% недостаточно, чтобы затраты на оборудование предприятий гидроциклонами были оправданными. Для обогащения угля (особенно мелких фракций) использовать это оборудование становится невыгодным.
Добавить комментарий Отменить ответ
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.
Новые технологии обогащения угля
О применении угля знают, пожалуй, все. Как и том, что для повышения своих полезных свойств он должен пройти стадию обогащения.
Именно процесс обогащения угля превращает сырьё в товарный продукт, способный конкурировать на рынке органических энергоносителей с нефтью и газом и дающий возможность расширения рынков сбыта, т. к. после обогащения остаются в прошлом затратные перевозки пустой породы, сжигание высокозольного топлива, рост шлакозолоотвалов и загрязнение окружающей среды.
Особенно это касается требований, предъявляемых к качеству угля зарубежными потребителями. Так, на сегодняшний день во всех индустриально развитых странах обогащению подвергается от 70 до 90% всех добываемых каменных углей, в частности, в ФРГ — 95%, в Великобритании – 75%, в США – 55%.
Но мировыми лидерами в обогащении угля являются ЮАР и Австралия, где обогащается 100% экспортируемого угля.
Между тем обогащение угля — это мировая тенденция, к которой придётся прийти всей отечественной угольной промышленности.
Стандартизация углей позволит в дальнейшем эффективней использовать сырьё и применять универсальные технологии сжигания. к тому же при обогащении угля образуется не только ценный концентрат (его выход в настоящее время находится на уровне 38–55%), но и большое количество менее ценных продуктов.
Например, шлам — тонкодисперсный и высоко влажный низкокалорийный порошок. Последний скапливается в огромных количествах и всегда доставляет головную боль производителям, которым необходимо его утилизировать (нанося экологический ущерб), оставаясь невостребованным.
Для использования шлама в качестве топлива необходимо убрать балластную влагу и сделать материал транспортабельным и сыпучим, что при современных технологиях требует больших энергозатрат, чем может дать полученный уголь в процессе последующего сжигания.
Зольные отходы обогащения тоже являются источником сырья, их можно использовать для производства строительных материалов. Переработка и дальнейшее использование зол является обычной практикой для развитых стран, где в переработку вовлекается до 60–80% отходов обогащения.
Противоточные гравитационные сепараторы
Самое широкое распространение у нас в стране получили «мокрые» технологии, когда для удаления примесей и шлаков используются струи воды.
Но и здесь есть новшества. Так, в промышленную эксплуатацию запущены установки с противоточным гравитационным сепаратором.
Эта установка работает по следующему принципу: исходный уголь загружаютя экскаватором или скребковым конвейером в передвижной бункер приёма горной массы, где на колосниках отделяются куски более 300 мм. Их подают на ленточный конвейер и далее транспортируют на блок подготовки перед обогащением.
Горную массу крупностью 0-150 (100) мм конвейер подаёт в сепаратор, где выделяют концентрат и породу. Порода обезвоживается элеватором, а концентрат — на грохоте. Затем они поступают на соответствующие склады.
Шламовая вода сгущается в гидроциклонах и сбрасывается в наружный отстойник. Сгущённый продукт гидроциклонов направляется в сепаратор в качестве циркуляционной нагрузки.
Слив гидроциклонов направляется в напорный бак технической воды, туда же поступает часть воды из бака осветлённой воды. Техническая вода трубопроводами подается в сепаратор.
Таким образом, установка работает в замкнутом водно-шламовом цикле. Потери воды с продуктами обогащения и в отстойнике восполняются за счёт карьерных вод.
В качестве основного обогатительного аппарата используется противоточный крутонаклонный сепаратор. Обогащение в сепараторе происходит в потоке воды за счёт использования разницы в плотности угля и породы.
Технология сухого обогащения угля
Более совершенной, с точки зрения затрат, является технология без использования воды.
Классическая схема процесса сухого обогащения угля выглядит следующим образом. Сначала уголь перегружается в приемный бункер обогатительного комплекса. Здесь все негабаритные куски проходят процесс измельчения с помощью гидромолотов, как правило, они установлены с манипулятором на опорной стойке.
Гидромолот должен охватить достаточную площадь, чтобы раздробить негабарит, лежащий в любой точке колосниковой решётки дробилки. Далее порода поступает в пластинчатый питатель повышенной прочности, который располагается под приёмным бункером.
Затем через колосниковый вибрационный питатель материал поступает в щековую дробилку. Здесь крупные фракции твёрдых пород измельчают при помощи ротационной дробилки, которая состоит из внешней неподвижной оболочки с внутренним перфорированным барабаном. Необработанный уголь поднимается на высоту, падает поперёк барабана и более мягкий уголь ломается и проходит через отверстия, а твёрдые скальные породы выводятся из барабана.
Такие роторные дробилки выполняют сразу две функции: измельчают и обогащают уголь за счёт удаления примесей скальных пород.
Следующим этапом уголь подают либо в мельницу, либо в валковую дробилку.
Угольная мельница представляет собой уникальную конструкцию — это двухвалковые мельницы, способные измельчать как несортированный, так и сортированный угль.
Благодаря регулировке валков можно гарантированно получать материал нужной крупности. Валки приводятся в движение двумя двигателями, связанными с валками зубчатой и клиноременной передачами, обеспечивая заданную производительность.
На заключительной стадии обогащения уголь попадает в высокочастотные грохоты, где происходит процесс рассева узких фракции. В мире насчитываются несколько производителей комплексов по сухому обогащению.
Пневматическое обогащение
Среди «сухих» технологий сейчас получает распространение технология пневматического обогащения угля, которая базируется на применении сжатого воздуха.
На первом этапе уголь сортируется по фракциям с помощью грохочения. Их через отверстия укладывают на слабонаклонённое решето, на которое подаётся пульсирующий поток сжатого воздуха. Он рассредоточивает материал по плотности и движению слоёв по уклону решета. ещё этот процесс помогает очистить уголь от разного мусора и посторонних полезных ископаемых.
Далее следующую фракцию угля переводят в сепараторы. Здесь отделяют уголь от породы на специальной рифленой деке с отверстиями, через которые подается сжатый воздух. Уголь вытесняется вверх и скатывается по деке, имеющей поперечный уклон, а порода оседает вниз.
Вариант пневматического обогащения угля является схожим с мокрым типом обработки. При помощи сухого воздуха под высоким давлением уголь тщательно продувают, что полностью исключает наличие влаги в угле, а также позволяет обогатить уголь с малой плотностью.
Обогащение при помощи сухого воздуха не требует подводить сопутствующих манипуляций по сушке породы и использовать дополнительное оборудование, что позволяет добиться небольших эксплуатационных затрат.
Реагенты и оборудование для работы с ними
Среди технологий, работающих с мелкой породой, заметное место занимают технологии химического обогащения, так называемый процесс флотации. здесь можно выделить перспективную технологию флотации с применением смеси реагентов.
Сам процесс флотации обладает недостаточно высокой эффективностью. Целесообразней создать для него использовать смесь реагентов комплексного действия. Создание новых флотационных реагентов комплексного действия позволяет увеличить выход концентрата и зольность отходов.
В этом процессе применяются реагенты аполярного типа — газойль лёгкий каталитического крекинга и коксования (РСО) и топливо печное бытовое (ТПБ); гетерополярного типа — кубовые остатки бутиловых спиртов (КОБС) и кубовые остатки 2-этилгексанола (КЭТГОЛ).
Эти флотореагенты смешиваются между собой в любых соотношениях и могут применяться как совместно, так и отдельно, в зависимости от конкретных условий. При этом расходы реагентов составляют всего 3–8 кг на тонну.
Такой расход возможно достигнуть при создании развитой системы дозаторов реагентов на обогатительных фабриках. Они предназначены для объёмного непрерывного дозирования собирателя и вспенивателя в системах автоматизации процесса флотации в широком диапазоне производительности.
Обогащение угольных шламов
Недавно было запатентовано изобретение, которое, по мнению экспертов, может стать прорывной технологией в обогащении угля.
Эту технологию предполагают использовать при обогащении угольных шламов на обогатительных фабриках, переработки шламов с гидроотвалов, регенерации шламовых вод предприятий.
Разработчики среди положительных эффектов отмечают – сокращение расхода масляного реагента и снижение энергозатрат.
Способ включает одновременную подачу в водоугольную суспензию масляного реагента и пенообразователя, операцию селективной масляной агломерации угольных частиц при подаче воздуха.
Операцию агломерации осуществляют в камере при перемешивании суспензии в течение 2-3 минут вращающейся мешалкой при окружной скорости её вращения 6 м/с. Масляный реагент и пенообразователь вводят в суспензию при весовом соотношении от 5:1 до 40:1 и общем их количестве 0,1-0,25% от массы сухого угля. Разделение продуктов селекции флотацией проводят во флотационной камере по окончании перемешивания суспензии.
При перемешивании суспензии в указанных условиях повышается дисперсность масляных капель и воздушных пузырьков и увеличивается их количество.
При контакте капель масла с пузырьками последние покрываются масляной плёнкой, при этом общая площадь поверхности омасленных пузырьков в несколько раз превышает площадь поверхности капель масла при постоянном количестве его в суспензии. за счёт этого резко возрастает число столкновений твёрдых частиц с омасленными пузырьками воздуха.
Мелкие гидрофобные частицы угля при столкновении с такими пузырьками закрепляются на плёнке масла, образуя микрофлокулы. Омасленные микропузырьки и микрофлокулы при столкновении с более крупными частицами угля закрепляются на их поверхности.
В результате в суспензии образуются комплексы, состоящие из микропузырьков, плёнок, капель масла и частиц угля различной крупности. При этом снижается расход масляного реагента и повышается скорость перевода аэрокомплексов в пенный продукт при разделении продуктов селекции флотацией.
При обогащении угольного шлама по предлагаемому способу при расходе масляного реагента 0,18% и пенообразователя 0,02% от массы сухого угля, времени перемешивания суспензии 2 мин и окружной скорости вращения мешалки 6 м/с получен угольный концентрат с выходом 87,3% и зольностью 6,5% и отходы зольностью 61,6%.
Таким образом, изобретатели метода добиваются сокращение расхода масляного реагента при обогащении угольных шламов.
Обогащение угля
Обогащением угля называется процесс, при котором в топливе уменьшается содержание минеральных примесей и пустых пород, а так же происходит разделение угля на сорта по критерию размера кусков. После процесса сортировки и обогащения уголь поступает на транспортировку для конечного потребителя.
Первый этап обогащения угля – это его сортировка. Добытый материал поступает на углеобогатительную фабрику, где начинает сортировка по его крупности. Первый этап сортировки – грохочение, то есть обработка материала с помощью виброгрохотов через сита с разным размером ячеек. Существует несколько общепринятых размеров кусков материала, которые входят в стандартную классификацию.
Обогащение угля необходимо для того, чтобы очистить его от минеральных примесей (которые весьма сложноотделимы) и включений других пород, которые легко отделяются в процессе дробления.Существует два основных варианта обогащения угля: мокрое и сухое обогащение.
Мокрое обогащение угля – самый распространенный вариант, который основан на различии в плотности чистого угля и более легких примесей, которые разделяются в водной среде. Процесс мокрого обогащения происходит в отсадочных машинах или других устройствах гравитационного обогащения. В отсадочной машине принцип обогащения заключается в том, что уголь поступает на сито, через которое медленно поднимается вода. Товарный уголь уносится на отгрузку, тогда как загрязненный материал идет в отвал. Мелкие примеси проваливаются сквозь сито и выгружаются из машины. Возможен вариант, когда вместо воды применяется песок. Тогда обогащение происходит в стационарном сепараторном конусе, лопасти которого приводят в движение песочную суспензию.
Обогащение угля в тяжелой среде – один из самых популярных вариантов. Тяжелой средой в данном случае является водная суспензия порошка магнетита с высокой плотностью. Другой востребованный вариант – обогащение в циклоне с тяжелой средой. За счет центробежной силы осуществляется разделение отходов и товарного угля. Применяется так же пенная флотация, когда частицы угля всплывают на поверхность вместе с воздушными частицами, будучи обработанными гидрофобным флотационным реагентом.
Обогащение угля: этапы и способы
Не секрет, что горняки добывают в шахтах и на разрезах далеко не чистый уголь. Извлекаемая порода содержит в себе множество примесей, которые снижают качественные характеристики полезного ископаемого.
Уголь в первозданном виде непригоден для дальнейшего использования, поэтому его надо отделять от ненужных минеральных компонентов в горной массе
Процесс разделения давно называется обогащением — проходит оно в несколько этапов и самыми разнообразными способами.
Подготовка угля
Добытую на разрезе или в шахте породу горняки отгружают в спецтехнику, которая доставляет её на горно-обогатительную фабрику. Там горная масса проходит начальный этап обогащения – подготовку.
Первичную породу сортируют на классы по размеру кусков и наличию минеральных включений. Главная задача – выявить углесодержащие компоненты.
Для отделения фракций угля ГОФы на специальном оборудовании проводят процедуры грохочения и дробления.
Сначала порода загружается в грохоты – аппараты в виде одного или нескольких коробов с ситами или решетами с калиброванными отверстиями. Куски породы просеивают, после чего сортируют по фракциям в классификаторах.
Все классификаторы работают примерно по одной схеме: пульпа (смесь угля и жидкости) непрерывно поступает в заполненный водой сосуд. Крупные частицы угля быстро оседают на дно сосуда, а мелкие «уходят» вместе с пульпой через сливной порог.
Затем отсортированную породу измельчают до необходимых размеров при помощи дробильных установок.
Стандартная классификация крупности угля включает в себя следующие виды: плитный (более 100 мм), крупный (50-100 мм), орех (26-50 мм), мелкий (13-25 мм), семечко (6-13 мм), штыб (менее 6 мм). Также есть так называемый рядовой уголь, который имеет неограниченные размеры.
«Простое» обогащение
Непосредственно для обогащения угольщики прибегают к массе методов. Среди них есть довольно простые: например, ручная сортировка, когда уголь отделяют от горной массы вручную, ориентируясь только по его внешним отличительным признакам.
Ещё один метод — обогащение по трению – основан на форме частиц угля и разной величине их коэффициентов трения. Его суть такова: куски угля обогащают на наклонной поверхности. Имея разный коэффициент трения, они движутся с разной скоростью и траекторией движения, что позволяет им самостоятельно отделяться друг от друга.
Флотация
Флотационный способ основан на свойстве минеральных частиц: находясь в воде, они прилипают к поверхности воздушных пузырьков. Для обогащения угля данным методом используются специальные машины (пневматические, механические или механопневматические).
В устройство загружается пульпа, через которую оно пропускает пузырьки воздуха – к ним прилипают только угольные зёрна. Полученный пенный продукт устремляется на поверхность смеси и образует на ней слой минеральной пены, который отправляют в концентрат.
Эффективность флотационного метода увеличивают реагенты. Это могут быть продукты нефтепереработки (керосин, соляровое масло, нефть) или продукты переработки самого угля (фенолы, антраценовое масло, сырой бензол).
Гравитационное обогащение
В основе гравитационного метода обогащения угля лежит его разная плотность и скорость движения в воздушной или водной среде.
Так называемый мокрый процесс обогащения может проводиться на концентрационных столах, в тяжёлых средах, моечных желобах, гидроциклонах или же при помощи отсадки на специальных машинах.
Моечный желоб — плоское корыто с невысокими бортами, которое ставится под небольшим уклоном. Пульпа проходит через аппарат, осевшие частицы угля выделяются через разгрузочную камеру желоба. Сейчас такие аппараты используются очень редко из-за невысокой производительности.
Концентрационные столы больше подходят для обогащения высокосернистых коксовых углей и пирита – не характерных для России видов угля, поэтому в нашей стране практически не применяются.
Зато большое распространение получили отсадочные машины. Они разделяют угольную смесь на частицы с разной плотностью при помощи движущихся в них восходящих и нисходящих потоках воды с разной скоростью. Отсадку используют и для мелких углей (12-0,5 мм), и для крупных (10-12 мм).
Данный метод обогащения более эффективен, чем другие мокрые способы, но за исключением обогащения в тяжёлых жидкостях.
Тяжёлые жидкости – это водные растворы неорганических солей и минеральные суспензии. Их плотность выше, чем плотность угля, но в то же время меньше, чем плотность первичной породы. Поэтому уголь, оказавшись в растворе или суспензии, всплывает на поверхность, а лишние материалы тонут.
Концентраты, полученные в результате мокрого обогащения, содержат в себе много воды, поэтому обязательно подвергаются обезвоживанию.
Сухой метод обогащения разделяет уголь в воздушной среде с помощью другого оборудования – сухих лотков, пневматических сепараторов или машин.
Материал подаётся на рабочую поверхность оборудования и сортируется под действием восходящего или пульсирующего воздушного потока с параллельным встряхиванием. Зёрна угля в зависимости от плотности и крупности разделяются за счёт перемещения в разных направлениях.
Благодаря обогащению уголь из первичной горной массы превращается в первичный концентрат, оставшиеся породы отходами.
Конечный продукт
Полученный первичный концентрат подвергается доводке – чтобы получить материал, который будет полностью соответствовать принятым стандартам. Конечный продукт с ГОФ отправляется потребителям.
На выходе обогатительные фабрики получают концентрат, который содержит наибольшее количество горючей массы с минимальным числом лишних примесей. За счёт этого повышается самое главное качество концентрата – теплота сгорания.
Ещё в процессе обогащения образуется так называемый промпродукт – смесь сростков угольных и породных компонентов. В большинстве случаев его отправляют на повторное обогащение, но иногда реализуют в качестве котельного топлива.
И третий продукт углеобогащения, который содержит в себе в основном породные минералы, — это отходы обогащения (по-другому из называют микстами). В составе некоторых отходов есть достаточное для переработки количество угля, поэтому их тоже иногда отправляют на повторное обогащение.
Остальные миксты угольные предприятия, как правило, складируют в хвостохранилищах. Но постепенно в угольной отрасли получает распространение переработка углесодержащих отходов (например, получение брикетов).