Лекция 15. Обогащение угля

ЛЕКЦИЯ 15. ОБОГАЩЕНИЕ УГЛЯ

План:
Общие сведения об обогащении. Дробление каменного угля и грохочение. Гравитационные методы обогащения: Мокрое обогащение – самый распространенный вариант. Сухое и магнитное обогащение. Обогащение угля в тяжелых средах.

1        Общие сведения

Ископаемые угли являются сложным веществом органического происхождения, содержащим минеральные примеси различного физико-химического состава и природы.

Полезная часть углей — горючее вещество — состоит из углерода, водорода, кислорода, азота и серы.

Вода и минеральные примеси являются балластом, некоторые другие элементы, например, сульфатная сера и фосфор — вредными примесями (особенно в углях, предназначенных для коксования).

Минеральные вещества, содержащиеся в добытом угле, можно разделить на следующие две группы, исходя из возможности их удаления при обогащении:

первая группа — рассредоточенные по всей массе угля мельчайшие минеральные частицы и соли, прочно связанные с органическим веществсм, которые практически существующими методами механического обогащения отделить невозможно;

вторая группа — минералы в виде обломков из пропластков (прослоев) глин, песчаников, известняков, а также вмещающих пород (кровли и почвы), попавших в уголь при его добыче. Эти примеси могут быть частично или полностью удалены из угля при обогащении.

Количество минеральных примесей в углях характеризует их зольность, которую определяют сжиганием угольной пробы в стандартных условиях. Зольность является основным показателем качества угля при обогащении и его переработке. Поскольку при определении зольности сжиганием происходит изменение массы минеральных примесей (удаление химически связанной воды, выделение углекислого газа и т. д.), то масса золы всегда меньше массы минеральных примесей.

Для более эффективного использования угля требуется повышение его качества, заключающееся в механическом отделении балластных и вредных примесей, рассортировке на классы по крупности и разделении на сорта в соответствии с требованиями основных потребителей. Совокупность указанных процессов называют обогащением.

Любая технологическая схема обогащения включает два основных этапа: разъединение минералов, т. е. разрушение сростков различных минералов, и последующее разделение «чистых» зерен. Разрушение осуществляют дроблением, а разделение— собственно методами обогащения.

В результате обогащения угля получают продукты, отличающиеся содержанием в них горючей массы и минеральных примесей: концентрат и породу (отходы). В отдельных случаях при обогащении может выявиться необходимость в получении третьего продукта, являющегося по ценности промежуточным между концентратом и породой. Его так и называют— промежуточный продукт (промпродукт). Его используют как котельное топливо или подвергают повторному обогащению.

2        Дробление каменного угля и грохочение

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.

Дробление — это разрушение кусков горных пород внешними механическими силами с целью получения продукта заданной крупности. Оно необходимо,

во-первых, для подачи в обогатительные машины материала определенной крупности, оптимальной для конкретного процесса,

во-вторых, для достаточно полного раскрытия сростков угля с минеральными примесями, т. е. выделения угольных и породных зерен в чистом виде.

Дробление может быть:

-        подготовительное — для подготовки угля к обогащению (дробление крупных кусков исходного угля или промежуточного продукта обогащения);

-        окончательное — когда продукты дробления являются конечными (при получении сортовых углей для энергетических целей и шихты для коксования);

-        избирательное — для обогащения по прочности, когда один из компонентов исходного материала имеет меньшую прочность и разрушается быстрее другого.

Способы дробления, на которых основана работа дробилок, следующие:

-        раздавливание — для крупного и среднего дробления твердого угля и пород;

-        раскалывание — в большинстве случаев для крупного дробления хрупких углей;

-        удар — для меткого дробления угля и промежуточного продукта; истирание — для измельчения.

Машины для дробления и измельчения углей делят на машины:

-        крупного дробления твердых углей (щековые дробилки),

-        избирательного крупного дробления углей (барабанные и барабанно-молотковые дробилки),

-        крупного и среднего дробления углей и антрацитов (валковые зубчатые дробилки), мелкого дробления углей (молотковые дробилки), глубокого и тонкого измельчения (барабанные мельницы, истиратели).

Способы дробления, на которых основана работа дробилок следующие: раздавливание — для крупного и среднего дробления твердого угля и пород; раскалывание — в большинстве случаев для крупного дробления хрупких углей; удар — для меткого дробления угля и промежуточного продукта; истирание — для измельчения.

Машины для дробления и измельчения углей делят на машины: крупного дробления твердых углей (щековые дробилки), избирательного крупного дробления углей (барабанные и барабанно-молотковые дробилки), крупного и среднего дробления углей и антрацитов (валковые зубчатые дробилки), мелкого дробления углей (молотковые дробилки), глубокого и тонкого измельчения (барабанные мельницы, истиратели).

На углеобогатительных фабриках дробление применяют вместе с грохочением для подготовки угля к обогащению и как самостоятельную операцию.

Грохочение — это механическое разделение материала по крупности на просеивающих поверхностях (ситах, решетах). 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. Продукты, полученные при грохочении, имеют размер, зависящий от размера отверстий сит, и называются классами крупности. Классы крупности обозначают двумя числами, определяющими больший и меньший граничные размеры класса, например, «6—3», или «3—6» мм.

Гравитационные методы обогащения.

Гравитационные методы обогащения заключаются в разделении частиц под действием собственного веса и сопротивления среды и основаны на различии в плотности минеральных зерен.

Разделяющими средами при гравитационном обогащении могут быть водные суспензии, вода и воздух.

К гравитационным методам обогащения относятся:

-        разделение в суспензиях плотностью 1,5—2 г/см3 (обогащение в тяжелых средах);

-        разделение в потоке воды или воздуха, пульсирующем в вертикальном направлении (гидравлическая и пневматическая отсадка);

-        разделение в потоке воды, текущем по наклонной плоскости (обогащение на концентрационных столах, в желобах, крутонаклонных сепараторах).

Гравитационные методы применяют для обогащения углей крупностью от 0,5 до 300 мм. Наиболее широко используют отсадку и обогащение в тяжелых средах.

Обогащение в тяжелых средах заключается в разделении минеральных зерен в суспензии с плотностью, промежуточной между плотностями разделяемых зерен. При этом зерна, плотность которых больше плотности суспензии, опускаются вниз, а более легкие всплывают на ее поверхность. Суспензии состоят из взвешенных в воде тонких частиц тяжелых минералов, которые называют утяжелителями. В качестве утяжелителей используют в основном магнетит, а также специальный сплав — ферросилиций, состоящий из кремния (14—16 %) и железа (86— 84 %).

Эффективность тяжелосредного обогащения зависит от состояния суспензии, которое наиболее полно характеризуется ее плотностью, устойчивостью и вязкостью

3.1        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.

3.2         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.

3.3        Обогащение угля в тяжелых средах

Обогащение угля в тяжелых средах производят в специальных аппаратах — сепараторах и гидроциклонах. Для обогащения крупных классов угля используют двух - и трехпродуктовые тяжелосредные сепараторы, в которых разделение происходит под действием собственного веса. Мелкие и средние классы разделяют в двух - и трехпродуктовых гидроциклонах под действием центробежной силы.

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.