Что значит обогащенный уголь
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.
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).
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 угля: фабрики эволюционируют
Сегодня никто из экспертов отрасли не сомневается: будущее за обогащённым углём. Растут требования потребителей — в цене уголь без посторонних примесей.
Да и бескрайние российские просторы вкупе с железнодорожными тарифами вносят свои коррективы: перевозка пустой породы на несколько тысяч километров всё отчётливей выглядит непозволительной роскошью.
В общем, стоит ли удивляться, что в угледобывающих районах страны одна за другой появляются новые обогатительные фабрики. И это не просто дополнительные мощности, а всё более совершенные объекты.
«Был период, когда открытие обогатительной фабрики было большим и редким событием. Сейчас фабрики работают практически на всех добывающих предприятиях. Связано это с запросами рынка: растёт спрос на низкозольный продукт, значит, нужно обогащение.
Пользоваться услугами чужой фабрики становится всё менее выгодно. Поэтому сейчас темп роста обогатительных мощностей очень высок: несколько объектов обязательно находятся в стадии проектирования или строительства», — комментирует технический руководитель проектов исследований по переработке угля филиала «СЖС Восток Лимитед» в г. Новокузнецке Дмитрий Завалишин.
Эксперт также уточняет, что обогатительные фабрики сегодня не только строят, но и модернизируют, ведь каждый собственник заинтересован, чтобы его мощности использовались максимально рационально.
Если совершить путешествие по тому же Кузбассу, то можно увидеть не менее двух десятков таких вот новых и обновлённых фабрик. То, что они новые, видно сразу: нет гидроотвалов, труб с отходящими газами, да и вообще, такие сооружения совсем не из индустриального пейзажа прошлого века. В ЗАО «Гипроуголь» говорят, что смена эпох пошла отрасли исключительно на пользу.
Смена эпох
В 1950-х, рассказывает начальник отдела оснащения и оборудования поверхностей ЗАО «Гипроуголь» Александр Воронин, задача была чёткой и понятной: обогреть страну и обеспечить промышленность металлом — при минимуме капитальных затрат.
«Кузбасс постепенно начал заполняться шахтёрскими посёлками с террикониками, гидроотвалами, термическими сушилками с трубами отходящих газов, но, как ни странно, в это время эти сооружения отражали динамику развития промышленности и были её неотъемлемыми элементами», — отмечает специалист.
В 1960-х, когда ужас войны и разрухи постепенно отступал, приоритеты начали смещаться. В этот период уже появляются фабрики с многоступенчатой системой газоочистки, плоские породные отвалы переносятся за пределы населённых пунктов — на нарушенные другими производствами территории. Большую часть воды в этот период осветляли внутри зданий, но гидроотвалы всё равно сохранялись.
«До самого 1991 года все проектировщики работали по нормативам, указаниям, реализовывали решения Министерства угольной промышленности. У нас были свои идеи, но руки были связаны. А когда система рухнула, мы как проектировщики оказались предоставлены сами себе, начали внедрять новые решения», — говорит специалист с многолетним опытом работы, директор по обогащению угля ЗАО «Гипроуголь» Геннадий Сазыкин.
«Все действующие фабрики прошлого были запроектированы и построены в условиях жёсткой централизации нормативной базы и зачастую обезличены типовыми проектами. Кроме того, существовали жёсткие ограничения в применении металла для строительных конструкций и других дефицитных в то время материалов.
Даже лучшие обогатительные фабрики прошлых лет для коксующихся углей громоздки, на их эксплуатацию требуется большое количество обслуживающего персонала, огромное количество тепла в зимний период и электроэнергии. Гидроотвалы отходов флотации и выбросы в атмосферу от термических сушек этих предприятий наносят невосполнимый ущерб окружающей природной среде», — согласен с коллегой Александр Воронин.
Первым современным предприятием угольной промышленности Кузбасса и всей России, неким рубежом «Гипроуголь» нескромно назвал ОФ «Антоновскую» — собственное детище. Её и построили быстрее, чем было принято в те годы: на всё про всё было всего 18 месяцев вместо 4–5 лет, которые традиционно уходили на советскую фабричную стройку. Главными драйверами для совершенствования таких предприятий проектировщики назвали экономические и экологические составляющие, причём г-н Сазыкин отметил гармоничность развития отрасли: «Экология, мозги и деньги совпадают».
Обогатительные фабрики без гидроотвалов
Существенный элемент эволюции — водно-шламовая схема.
Так, рассказывая нам о работе фабрики «Краснобродская-Коксовая», специалисты с гордостью говорят, что наружных шламоотстойников на предприятии нет. Такой способ обращения с жидкими отходами, говорят здесь, — это вообще прошлый век. На «Краснобродской-Коксовой» концентрат обезвоживают с помощью вакуумного фильтра, поэтому на выходе пустая порода сухая, её можно транспортировать в отвал.
На ОФ «Распадской» мы оценили, что значит замкнутая водно-шламовая схема. Здесь очищают и вновь пускают в оборот всю жидкость, которую используют в производстве. Примечательно, что воду из природы даже не забирают: используют содержимое отстойников, очистных сооружений находящейся неподалёку шахты «Распадской». Ну, конечно, никаких гидроотвалов.
А на старых фабриках, как рассказали в «Гипроугле», гидроотвалы были явлением обязательным, и ёмкость их составляла от 2 до 3 млн «кубов», и таких «ям» при предприятии появлялось несколько — по мере заполнения.
«Необходимо отметить факт: лучшие технико-экономические показатели имеют те предприятия, которые оказывают наименьшее вредное воздействие на окружающую природную среду. Так, по сравнению с аналогичными по мощности действующими предприятиями ОФ «Антоновская», запроектированная без гидроотвала, без термической сушки и с укрытыми угольными складами, имеет численность трудящихся в два раза меньше, расход тепла на отопление в три раза меньше, расход электроэнергии — на 30% меньше», — привёл пример гармоничного сочетания экологии и экономики Александр Воронин.
Угольные склады — под крышей
Ещё одним атрибутом современных фабрик специалисты «Гипроуголь» назвали укрытые угольные склады. Вроде бы гениальным изобретение не назовёшь: подумаешь, закрыли склад. Однако такое решение по многим параметрам сделало работу фабрики более эффективной.
Во-первых, такой склад не пылит. Геннадий Сазыкин упомянул, что в спецлитературе можно увидеть цифру 300–400 м — на такое расстояние разлетается пыль открытого склада. Эти данные специалист назвал некорректными и подчеркнул, что угольную пыль ветер разносит на километры.
«Площадь загрязнения от одного открытого склада угля составляет до 2 км по радиусу, а в зависимости от розы ветров до 5 км, площадь загрязнения превышает 10 млн м2, при этом потери концентрата составляют от 1 до 3% — до 500 млн руб. при 3-миллионной годовой погрузке», — поделился цифрами г-н Воронин.
Во-вторых, существенно сокращается фронт работ спецтехники. Специалисты «Гипроуголь» посчитали: для открытого склада нужно, чтобы по территории «бегали» 8–10 погрузчиков. Загрузка укрытого склада идёт ленточным конвейером, разгрузка — с помощью питателей. Да, остаются «мёртвые зоны», здесь работает напольная техника, но всего несколько единиц.
«Конечно, хотелось бы иметь 100% механизации склада без напольной техники, но выпускаемые зарубежными и отечественными заводами механизированные комплексы для складов очень дороги и не очень вписываются в идею укрытого склада, поскольку полезный объём при укрытии такого склада составляет 20–25%, а это предопределяет очень высокую стоимость строительной части», — отметил Александр Воронин.
Сушка угля горячей поверхностью
Эта технология скорее из списка перспективных: пока проект опытной установки реализован только на ОФ «Матюшинская», принадлежащей «Стройсервису». Но идея интересная. Смысл в том, чтобы безопасным способом уменьшить общую влажность концентрата на несколько процентов.
Логика в том, чтобы установить под рабочими ветвями скребкового конвейера электронагревательные машины. И во время контакта с нагретой поверхностью влага будет испаряться с частиц угля. А чтобы увеличить интенсивность этого процесса, разработчики предлагают установить планки перемешивания угля. По данным «Гипроуголь», при производительности от 60 до 80 тонн/час по классу крупности 0,15–2 мм испарение влаги составляет от 2,5 до 3 м куб в час.
«В новых проектах фабрик необходимо объективно сравнивать применение классических воздушных термических сушек и сушку горячей поверхностью, поскольку капитальные затраты на СГП в четыре раза меньше», — отметил Александр Воронин.
По крупицам
Отметим и ещё одну черту обогатительных фабрик, мимо которой просто невозможно пройти: на современных производствах научились извлекать даже мельчайшие частицы угля. На той же «Краснобродской-Коксовой» работают и фракцией 0–0,5 мм.
Классический метод — это, конечно же, флотация, и флотационные установки сегодня есть почти на каждой углеобогатительной фабрике.
Вообще-то, флотацию в промышленных масштабах начали применять ещё во второй половине XIX века, правда, не для угля, а для графита. В угольную промышленность эта технология полноценно пришла век спустя, ну а сегодня — уже привычное явление. Да и вообще, в настоящий момент промышленная химия идёт рука об руку с углеобогащением.
«Движущей силой активного применения различных химикатов в обогащении является экономика: предварительное обогащение бедных руд позволяет удешевить дальнейшую переработку материала, повысить стоимость концентратов и снизить сквозные потери ценного компонента. По мере вовлечения в переработку всё более бедных и сложнообогатимых руд возрастают и требования к эффективности технологий обогащения. За счёт постоянного развития химической технологии химические методы обогащения отвечают таким требованиям», — объясняет старший менеджер по продажам и технической поддержке ООО «БАСФ» Ростислав Камкин.
Названные «химикаты» — это в первую очередь флотационные реагенты. Хотя отметим, что в последнее время практически все обогатительные фабрики используют ещё и флокулянты и коагулянты для интенсификации процессов сгущения.
Можно ли говорить об эволюции в этой сфере?
Как всегда, развитие идёт по мере необходимости. Скажем, одним из наиболее популярных собирателей при обогащении углей остаётся дизтопливо — как и полвека назад. Но Ростислав Камкин уверенно говорит о совершенствовании промышленных химикатов в тех областях, где технологии встречают новые вызовы, связанные, например, с усложнением состава сырья.
«Обогатительная отрасль берёт на вооружение новые разработки в области химии, стремясь к повышению экономической эффективности. Ключевые задачи — увеличение извлечения ценного компонента, повышение селективности и экологической безопасности. К сожалению, развитие этих достоинств не ведёт к удешевлению реагентов, однако в итоге использование менее эффективной и более опасной химии обходится ещё дороже.
Одним из наших кейсов была замена флотационного собирателя на основе этоксилированных нонилфенолов на продукт, не содержащий фенольной группы. Желая соответствовать ужесточившимся требованиям Европейского экологического законодательства, один из наших клиентов обратился к нам с предложением подобрать подходящую замену применявшемуся продукту, попадающему под ограничения в соответствии с новыми экологическими нормами. В результате совместной работы подходящая замена была подобрана, и, помимо этого, клиент получил дополнительный экономический эффект за счёт повышения извлечения полезного компонента при использовании нового собирателя», — привёл пример специалист ООО «БАСФ».