Анализ современного состояния техники и технологии обогащения коксующихся углей

Технологические схемы обогащения угля в тяжелых  средах разделяются с получением двух и трех продуктов обогащения. К технологическим схемам обогащения крупных и средних классов угля в тяжелых средах предъявляются следующие основные требования:

• получение оптимальных показателей по качеству продуктов обогащения;
• минимальные эксплуатационные расходы на процесс обогащения;
• рациональная компоновка оборудования, обеспечивающая минимальные капитальные затраты, удобство обслуживания и ремонта;
• обогащение в тяжелых средах рекомендуется для углей очень трудной, трудной и средней обогатимости, а также для антрацитов всех категорий обогатимости при содержании класса крупностью + 13 мм в горной массе более 20% и для углей легкой обогатимости при содержании породных фракций более 30%.

Верхний предел крупности углей  и антрацитов, обогащаемых в тяжелосредных  сепараторах, принимается, как правило, 200 мм (допускается до 500 мм). Нижний предел крупности обычно 13 (10) мм.

В зависимости от обогатимости углей, качества породных примесей (размокаемость, содержание глины и др.), а также  от количества отходов и требуемого качества концентрата применяют  схемы обогащения в тяжелых средах с получением двух или трех продуктов  обогащения.

Сухая классификация  исходного угля (рис. 9) рекомендуется только при низкой влажности исходного угля и невысоком содержании в нем частиц крупностью менее 1 мм.[8]

 

Рис. 9. Схема цепи аппаратов для обогащения угля в тяжелых средах при сухой классификации угля 1 — грохот; 2 — сепаратор.[8]

 

Число классификационных  грохотов определяют исходя из удельной производительности. Грохота могут применяться одно- или двухситные с параллельной, последовательной или комбинированной схемами их установки. Для грохотов сухой классификации оборудуется эффективная вытяжная вентиляция с системой пылеулавливания.

Классификация исходного  угля с обесшламливанием крупного машинного  класса (рис. 10) рекомендуется в тех случаях, когда невозможно обеспечить эффективную классификацию угля в сухом виде, и в ней предусматривается применение сухой классификации с последующей промывкой водой надрешетного продукта (машинного класса) на грохотах. Предварительно рядовой уголь классифицируют в сухом виде на ситах с отверстиями 25 и 13 (10) мм, чтобы выделить большую часть отсева в сухом виде.

Надрешетный продукт + 13 (10) или + 25 мм обесшламливают на отдельном  грохоте, оборудованном брызгальными устройствами для промывки угля. Расстояние от последнего ополаскивающего устройства до конца грохота должно быть не менее 1,5 м. Обезвоживание обесшламленного  угля должно быть достаточно полным, чтобы  остаток влаги не стекал в желоб, по которому уголь поступает в  сепаратор.

Надрешетные продукты следует  обесшламливать на ситах с отверстиями 6 мм при обогащении в сепараторах  и на ситах со щелью 0,5—1 мм при  обогащении в тяжелосредных циклонах. При высокой влажности исходного  угля (более 10%) сита для обесшламливания  могут иметь отверстия, равные нижнему  пределу крупности обогащаемого угля.

Рис.10. Схема цепи аппаратов для обогащения угля в тяжелых средах при классификации исходного угля с обесшламливанием крупного машинного класса 1,2 — грохота; 3 — брызгала; 4 — сепаратор.[8]

 

Мокрая классификация исходного угля (рис. 11) рекомендуется для углей и антрацитов, обогащаемых до 0 или 0,5 мм при высокой влажности угля. Мокрую классификацию проводят на подвижных грохотах, которые могут быть установлены параллельно или последовательно. Возможна и комбинированная схема установления грохотов.

Рис. 11. Схема цепи аппаратов для обогащения угля в тяжелых средах с мокрой классификацией рядового угля: 1,2 — грохота; 3 — брызгала; 4 — сепаратор.[8]

Схему обогащения в две стадии с выделением трех конечных продуктов (концентрата, промпродукта, отходов) применяют для коксующихся углей средней и трудной обогатимости. Основной и наиболее экономичный вариант — выделение в I стадии концентрата. Выделение в I стадии отходов применяют при их высоком выходе (более 50%) и наличии размокаемых пород. Общая операция для любого варианта технологических схем — подготовка углей, эффективность которой оказывает существенное влияние на показатели разделения в магнетитовой суспензии.

При раздельном обогащении двух машинных классов (например, 6—13 и 13—300 мм) технологическая схема на I стадии разделения комплектуется  двумя сепараторами для получения  самостоятельного концентрата из каждого  машинного класса. Смесь промпродукта и отходов из обоих сепараторов I стадии подают в один общий сепаратор II стадии, где разделение ведется по высокой плотности. Вместо двух сепараторов на I стадии разделения может применяться один сепаратор, ванна которого в продольном направлении разделена на два отделения (СКВП-32).

При применении на I стадии в  двух сепараторах суспензии различной  плотности, подбираемой в соответствии с характеристикой машинных классов  и требованиями к продуктам обогащения, пополнение суспензии и ее циркуляция строятся по принципу движения потоков  от большей плотности к меньшей  с отводом на регенерацию суспензии низкой плотности. Распределение суспензии и регулировка ее плотности производятся автоматически. Выделение одного из продуктов в начале процесса позволяет применять для II стадии обогащения оборудование меньших типоразмеров.

Схема обогащения мелкого угля. Мелкие угли обогащают в тяжелосредных циклонах.

Технологические схемы циклонных  комплексов для обогащения мелких углей  так же, как и схемы обогащения крупных углей, делят по числу  стадий разделения обогащаемого материала, числу конечных продуктов и их назначению.

Схема обогащения в две стадии в двухпродуктовых  циклонах с получением трех продуктов (концентрата, промпродукта, отходов) и выделением в I стадии отходов применяется для мелких коксующихся углей крупностью 0,5—25 мм при наличии в них легко размокаемой породы.

Схема обогащения в одну стадию в трехпродуктовом  циклоне с получением трех конечных продуктов (концентрата, промпродукта, отходов) и выделением в I ступени аппарата концентрата, во II ступени промпродукта и отходов предназначена для обогащения мелких коксующихся углей крупностью 0,5— 25 мм, промпродукта отсадочных машин крупностью 0,5—25 мм, а также для обогащения коксующегося угля одного машинного класса 0,5—40 (30) мм (при сравнительно небольшом выходе класса > 40 мм).

10.2Обогащение в отсадочных машинах.

Отсадка — метод обогащения, основанный на расслоении по плотности  смеси минеральных зерен на решете под действием потока жидкости (воды), пульсирующей со знакопеременной скоростью  относительно решета.

Отсадка может эффективно применяться для обогащения углей  различной крупности и обогатимости независимо от их марочной принадлежности и целевого назначения продуктов, благодаря чему является наиболее распространенным методом, на долю которого приходится около 50% всего объема обогащаемых углей.

В зависимости от пределов крупности исходного угля различают:

• отсадку крупного угля — размеры кусков более 13(10), реже более 25мм;
• отсадку мелкого угля — крупность зерен от 0,5(1) до 13(10) мм, в отдельных случаях до 25 мм;
• отсадку шлама — размеры частиц от 0,5(0,3) до 3(2) мм;

отсадку ширококлассифицированного  угля — крупность зерен от 0,5(1) до 100(80) мм;

• отсадку неклассифицированного угля — крупность ограничивается только по верхнему пределу 0—100(80) мм.

По назначению и месту  в технологическом процессе отсадку  применяют для первичного обогащения углей (в том числе для получения  конечных продуктов) — основная отсадка  или для повторного обогащения (переобогащения) одного из продуктов основной отсадки (как правило, промежуточного продукта) — контрольная отсадка.

Как физический процесс, отсадка  представляет собой расслоение смеси  минеральных зерен различной  плотности на относительно однородные по плотности слои под действием  циклически чередующихся восходящих и  нисходящих движений жидкой среды (воды) в заданном гидродинамическом режиме. При этом масса зернистого материала, называемая отсадочной постелью, находится  на опорной плоскости, проницаемой  для жидкой среды — отсадочном решете.

При обогащении мелких классов  угля нередко производят разгрузку  тяжелого продукта или части его через отсадочное решето. В этом случае на решете укладывается слой зерен заданных крупности и плотности из тяжелого минерала (полевой шпат и др.) или специально изготовленных частиц (резина, керамика и др.) — искусственная постель. Возможно также использование для этой цели частиц тяжелого продукта, содержащегося в исходном угле (естественная постель).

Конечными продуктами отсадки  обычно являются концентрат (или беспородная масса) и отходы обогащения. При повышенном содержании сростков в исходных углях или при жестких требованиях к качеству концентрата может выделяться отдельным продуктом отсадки смесь зерен промежуточной плотности (сростков) — промпродукт.

 

Условия применения отсадки в схемах обогащения углей.

В практике обогащения углей  отсадка получила большее распространение  благодаря следующим преимуществам  перед другими методам:

• универсальность — возможность эффективного обогащения углей различного фракционного и гранулометрического составов в широком диапазоне их марочной принадлежности, целевого назначения и обогатимости;
• относительно малая чувствительность к содержанию классов посторонней крупности и колебаниям вещественного состава исходного угля; благодаря универсальности отсадка может применяться для обогащения различных классов крупности в качестве основной и контрольной операции;
• простота технологии — малооперационность технологического комплекса, не требующего специальных операций по приготовлению и регенерации рабочей среды (как для тяжелосредного обогащения), применения специальных веществ (утяжелителя, реагентов), создания стабильного гидростатического напора на вводе питания (как для гидроциклонов);
• высокая производительность — удельная производительность составляет 5—20 т/ч (в среднем 10—14 т) на 1 м² рабочей площади отсадочной машины; существуют технические обоснования возможности создания отсадочных машин с абсолютной производительностью до 1000 т/ч;
• экономичность, являющаяся в определенной мере следствием названных выше преимуществ, а также обусловленная относительно низкими удельными энергоемкостью и металлоемкостью процесса обогащения.

Обогащение в отсадочных машинах крупных классов углей  и антрацита в общем случае эффективно при их легкой и средней обогатимости, если содержание породных фракций (более 1800 кг/м³ для каменного угля и более 2000 кг/м³ для антрацита) не превышает 35%. При большем содержании породы целесообразно применять обогащение в тяжелосредных сепараторах. Исключением могут быть коксующиеся и энергетические угли легкой и средней обогатимости с содержанием породных фракций более 35%. Но их обогащение отсадкой во многих случаях ведется с выделением промпродукта.

Контрольную отсадку применяют  на старых фабриках, обогащающих угли для коксования. При этом на контрольные отсадочные машины направляют Дробленый до крупности 0—13(10) мм промпродукт отсадки крупного класса и промпродукт (микст) основной отсадки мелкого машинного класса.

Наиболее характерная  для старых фабрик схема отсадки (рис. 12) включает операции обогащения крупного (13—100 мм) и мелкого (0,5—13 мм) классов коксующегося угля с получением конечных концентрата и отходов и выделением микста, направляемого на переобогащение в контрольную отсадочную машину (крупный — после додрабливания до 0—13 мм). При контрольной отсадке, как правило, выделяют три конечных продукта: концентрат, отходы и промпродукты. В схемах более новых фабрик крупный класс угля (антрацита) обогащают в тяжелосредных сепараторах с разделением на два или три продукта.

Рис 12. Традиционная схема отсадки углей двумя машинными классами с переобогащением микстов в контрольной отсадочной машине:[8]

1 — отсадочная машина крупного класса; 2 — контрольная отсадочная машина; 3 — молотковая дробилка; 4 — отсадочная машина мелкого класса.

 

Мелкий уголь или антрацит (0,5—13 мм) обогащают отсадкой. При  этом угли для коксования стремятся  обогащать с выделением в отсадочных машинах трех конечных продуктов (включая  товарный промпродукт). [8]

 

10.3Обогащение во флотационных машинах.

Теоретические основы флотации. Флотация — процесс приведения смеси  тонкоизмельченных минералов в  состояние, при котором возможно осуществить их разделение с помощью гравитационных сил. Процесс пенной флотации осуществляется в водной среде путем перемешивания и отстаивания в ней смеси твердых частиц разделяемых компонентов (угля и породы) с пузырьками газа (воздуха).

В основе теории флотации лежат  известные представления о неодинаковой величине молекулярного притяжения друг к другу различных веществ, что в условиях минеральных пульп (смеси твердых частиц с водой) проявляется в неодинаковом смачивании водой различных по составу минералов  угля и породы.