Подготовка угля — это процесс, при котором рядовой уголь превращается в товарный чистый угольный продукт постоянного размера и качества, указанных потребителем. Конечное использование угля подразделяется на следующие общие категории:

• Производство электроэнергии: Уголь сжигается для подачи тепла для привода турбин, которые вырабатывают электроэнергию.
• Производство чугуна и стали: Уголь нагревают в печах в отсутствие воздуха для удаления газов (летучих веществ) и получения кокса. Кокс используется в доменных печах для производства чугуна и стали. Уголь также можно добавлять непосредственно в доменную печь, как в процессе вдувания пылеугольного топлива (ПУТ).
• Промышленные: Уголь используется в металлургической промышленности в качестве восстановителя, при этом содержащийся в нем углерод используется для удаления кислорода (восстановление) в металлургическом процессе.
• Обогрев: Уголь можно использовать в быту и промышленности в качестве топлива для отопления помещений. Он также используется в качестве топлива в сушильных печах для производства цемента.

Дробление и разрушение

Рядовой уголь из карьера необходимо измельчить до приемлемого верхнего размера для обработки на обогатительной фабрике. Типичными устройствами для дробления и дробления являются:

• Фидерные прерыватели: Вращающийся барабан, снабженный кирками, которые дробят уголь. Уголь подается скребковым конвейером, а барабан вращается в том же направлении, что и поток угля. Питающие дробилки обычно используются под землей, однако некоторые из них используются на поверхности в контуре подготовки угля.
• Роторные отбойные молотки: Схема выключателя внешней неподвижной оболочки с внутренним вращающимся барабаном, снабженным перфорированными пластинами. Типичная скорость вращения барабана 12–18 об/мин. Подъемные пластины поднимают рядовой уголь, который затем падает по диаметру барабана. Более мягкий уголь разрушается и проходит через отверстия, в то время как более твердая порода транспортируется к выходу. Роторный дробилка выполняет две функции: измельчение и обогащение путем удаления породы.
• Валковые дробилки: Валковые дробилки могут состоять либо из одного вращающегося валка и неподвижной наковальни (плиты), либо из двух валков, вращающихся с одинаковой скоростью навстречу друг другу. Поверхности валков обычно зубчатые или гофрированные. Распространенной формой дробилки является двухступенчатая или четырехвалковая дробилка, в которой продукт из первой двухвалковой дробилки попадает во вторую двухвалковую дробилку с меньшей апертурой, в результате чего крупномасштабное измельчение может быть достигнуто в одной машине. . Типичным применением является дробление рядового материала до 50 мм.

Дробление иногда используется после процесса очистки угля, когда крупногабаритный уголь измельчается для удовлетворения потребностей рынка. Обычно используются валковые дробилки или молотковые мельницы. Молотковая мельница состоит из набора свободно качающихся молотков, вращающихся на валу, которые ударяют по углю и бросают его на неподвижную плиту.

Калибровка

Уголь сортируется до и после процесса обогащения (очистки). Различные процессы очистки используются для угля разного размера, так что сырой уголь при поступлении на углеобогатительную фабрику будет просеиваться (просеиваться) на три или четыре размера, которые затем проходят соответствующий процесс очистки. Процесс грохочения обычно осуществляется прямоугольными вибрационными грохотами с сетчатым или перфорированным решетчатым деком. При размерах менее 6 мм используется мокрое просеивание для повышения эффективности операции калибровки, а при размерах менее 0.5 мм перед виброситом для повышения эффективности размещается статическое изогнутое сито (изгиб сита).

После процесса обогащения чистый уголь иногда сортируется путем просеивания в различные продукты для промышленных и бытовых рынков угля. Калибровка чистого угля редко используется для производства угля для производства электроэнергии (энергетический уголь) или для производства стали (металлургический уголь).

Хранение и накопление

Уголь обычно хранится и складируется в трех точках цепочки подготовки и обработки:

1. хранение сырого угля и складирование между шахтой и обогатительной фабрикой
2. чистое хранение и складирование угля между обогатительной фабрикой и железнодорожным или автомобильным пунктом отгрузки
3. хранение чистого угля в портах, которые могут или не могут контролироваться шахтой.

Обычно хранение сырого угля происходит после дробления и обычно имеет форму открытых складов (конических, удлиненных или круглых), силосов (цилиндрических) или бункеров. Обычно на этом этапе выполняется смешивание швов, чтобы подавать однородный продукт на подготовительную установку. Смешивание может быть как простым, как последовательная укладка различных углей в конический отвал, так и сложными операциями с использованием конвейеров-штабелеров и роторных реклаймеров.

Чистый уголь можно хранить различными способами, например, в открытых складах или силосах. Система хранения чистого угля предназначена для быстрой загрузки железнодорожных или автомобильных цистерн. Бункеры для чистого угля обычно сооружаются над железнодорожными путями, что позволяет медленно втягивать составы до 100 вагонов под бункер и заполнять их до известного веса. Взвешивание в движении обычно используется для поддержания непрерывной работы.

Складированный уголь таит в себе опасность. Запасы могут быть нестабильными. Запрещается ходить по складам, потому что могут произойти внутренние обрушения, а рекультивация может начаться без предупреждения. К физической очистке засоров или зависаний в бункерах или силосах следует подходить с величайшей осторожностью, так как, казалось бы, стабильный уголь может внезапно выскользнуть.

Очистка угля (обогащение)

Необработанный уголь содержит материалы от «чистого» угля до породы с различными промежуточными материалами с относительной плотностью в диапазоне от 1.30 до 2.5. Уголь очищается путем отделения материала с низкой плотностью (товарный продукт) от материала с высокой плотностью (отходы). Точная плотность разделения зависит от природы угля и спецификации качества чистого угля. Разделять мелкий уголь по плотности нецелесообразно, в результате рядовой уголь крупностью 0.5 мм разделяется процессами, использующими разницу в поверхностных свойствах угля и породы. Обычно используется метод пенной флотации.

Разделение по плотности

Применяются два основных метода, один из которых представляет собой систему с использованием воды, в которой движение сырого угля в воде приводит к тому, что более легкий уголь имеет большее ускорение, чем более тяжелая порода. Второй способ заключается в погружении рядового угля в жидкость с плотностью между углем и породой, в результате чего уголь всплывает, а порода тонет (разделение плотной среды).

Системы, использующие воду, следующие:

• Джиги: В этом применении необработанный уголь вводят в пульсирующую ванну с водой. Необработанный уголь перемещается по перфорированной пластине, через которую пульсирует вода. Слоистый слой материала устанавливается с более тяжелой породой на дне и более легким углем наверху. В конце разгрузки мусор удаляется из чистого угля. Типичные диапазоны размеров, обрабатываемых на приспособлении, составляют от 75 мм до 12 мм. Существуют приспособления для мелкого угля специального назначения, в которых используется искусственный слой породы полевого шпата.
• Концентрирующие таблицы: Обогатительный стол состоит из рифленой резиновой деки, закрепленной на опорном механизме, соединенном с головным механизмом, который совершает быстрое возвратно-поступательное движение в направлении, параллельном канавкам. Наклон скольжения стола можно регулировать. Поперечное течение воды обеспечивается желобом, установленным вдоль верхней стороны палубы. Подача поступает прямо перед подачей воды и распределяется по поверхности стола за счет дифференциального движения и гравитационного потока. Частицы сырого угля расслаиваются на горизонтальные зоны (или слои). Чистый уголь переливается на нижнюю сторону стола, а отходы удаляются на дальней стороне. Столы работают в диапазоне размеров 5 ´ 0.5 мм.
• Спирали: При обработке угольной мелочи спиралями используется принцип, согласно которому сырая мелочь перемещается по спиральному пути в потоке воды, а центробежные силы направляют более легкие частицы угля наружу потока, а более тяжелые частицы внутрь. Разделительное устройство на разгрузочном конце отделяет мелкий уголь от мелкого мусора. Спирали используются в качестве очищающего устройства на фракциях размером 2 мм ´ 0.1 мм.
• Циклоны только для воды: Сырой уголь, содержащийся в воде, подается тангенциально под давлением в циклон, что приводит к эффекту водоворота, и центробежные силы перемещают более тяжелый материал к стенке циклона, а оттуда они транспортируются к нижнему потоку на вершине (или патрубке). Более легкие частицы (уголь) остаются в центре водоворота водоворота и удаляются вверх по трубе (вихреискателю) и попадают в перелив. Точную плотность разделения можно регулировать путем изменения давления, длины и диаметра вихревого искателя и диаметра апекса. Водяной циклон обычно обрабатывает материал размером 0.5 мм ´ 0.1 мм и работает в два этапа для повышения эффективности разделения.

Второй тип разделения по плотности – плотная среда. В тяжелой жидкости (плотной среде) частицы с меньшей плотностью, чем у жидкости (уголь), будут всплывать, а с большей плотностью (горная порода) будут тонуть. Наиболее практичным промышленным применением плотной среды является мелкоизмельченная суспензия магнетита в воде. Это имеет много преимуществ, а именно:

• Смесь безвредна по сравнению с неорганическими или органическими жидкостями.
• Плотность можно быстро регулировать, изменяя соотношение магнетит/вода.
• Магнетит можно легко перерабатывать, удаляя его из потоков продуктов с помощью магнитных сепараторов.

Существует два класса сепараторов с плотной средой: сепараторы банного или емкостного типа для крупнозернистого угля в диапазоне 75–12 мм и циклонные сепараторы для очистки угля в диапазоне 5 мм ´ 0.5 мм.

Сепараторы ванного типа могут быть глубокими или мелкими ваннами, в которых поплавковый материал переносится через край ванны, а погружной материал извлекается со дна ванны с помощью скребковой цепи или лопастного колеса.

Сепаратор циклонного типа усиливает гравитационные силы центробежными силами. Центробежное ускорение примерно в 20 раз превышает ускорение силы тяжести, действующее на частицы в ванне-сепараторе (это ускорение почти в 200 раз превышает ускорение силы тяжести в вершине циклона). Эти большие силы объясняют высокую производительность циклона и его способность перерабатывать мелкий уголь.

Продукты из сепараторов плотной среды, а именно чистый уголь и мусор, проходят через дренажные и промывочные грохоты, где магнетитовая среда удаляется и возвращается в сепараторы. Разбавленный магнетит с промывочных сеток проходит через магнитные сепараторы для извлечения магнетита для повторного использования. Магнитные сепараторы состоят из вращающихся цилиндров из нержавеющей стали с неподвижными керамическими магнитами, закрепленными на стационарном валу барабана. Барабан погружают в резервуар из нержавеющей стали, содержащий разбавленную суспензию магнетита. При вращении барабана магнетит прилипает к области возле неподвижных внутренних магнитов. Магнетит выносится из ванны и вне магнитного поля и падает с поверхности барабана через скребок в резервуар для хранения.

На углеобогатительных фабриках используются как ядерные плотномеры, так и ядерные поточные анализаторы. Необходимо соблюдать меры предосторожности, касающиеся приборов с источниками излучения.

Пенная флотация

Пенная флотация представляет собой физико-химический процесс, который зависит от избирательного прикрепления пузырьков воздуха к поверхности частиц угля и неприлипания частиц мусора. Этот процесс включает использование подходящих реагентов для создания гидрофобной (водоотталкивающей) поверхности на твердых телах, подлежащих флотации. В резервуаре (или ячейке) образуются пузырьки воздуха, и когда они поднимаются на поверхность, мелкие частицы угля, покрытые реагентом, прилипают к пузырьку, а неугольные отходы остаются на дне ячейки. Углесодержащая пена удаляется с поверхности лопатками и затем обезвоживается фильтрованием или центрифугированием. Отходы (или хвосты) проходят в разгрузочный ящик и обычно уплотняются перед перекачкой в ​​хвостохранилище.

Реагенты, используемые при пенной флотации угля, обычно представляют собой пенообразователи и собиратели. Пенообразователи используются для облегчения производства стабильной пены (т. е. пены, которая не распадается). Это химические вещества, уменьшающие поверхностное натяжение воды. Наиболее часто используемым пенообразователем при флотации угля является метилизобутилкарбинол (МИБК). Функция коллектора заключается в том, чтобы способствовать контакту между частицами угля и пузырьками воздуха путем образования тонкого покрытия над частицами, подлежащими флотации, что придает частицам водоотталкивающие свойства. В то же время собиратель должен быть селективным, т. е. не покрывать не подлежащие флотации частицы (т. е. хвосты). Наиболее часто используемым собирателем при флотации угля является мазут.

Брикетирование

Брикетирование угля имеет долгую историю. В конце 1800-х относительно бесполезный мелкий уголь или шлак прессовали для получения «запатентованного топлива» или брикетов. Этот продукт был приемлем как для внутреннего, так и для промышленного рынка. Для формирования стабильного брикета необходимо было связующее. Обычно использовались каменноугольные смолы и пеки. Отрасль брикетирования угля для внутреннего рынка уже несколько лет находится в упадке. Тем не менее, были некоторые достижения в области технологий и приложений.

Высоковлажные низкосортные угли можно обогатить термической сушкой и последующим удалением части присущей или «запертой» влаги. Однако продукт этого процесса является рыхлым и склонным к повторному поглощению влаги и самовозгоранию. Брикетирование низкосортного угля позволяет получить стабильный транспортабельный продукт. Брикетирование применяется и в антрацитовой промышленности, где крупногабаритная продукция имеет значительно более высокую отпускную цену.

Брикетирование угля также используется в странах с развивающейся экономикой, где брикеты используются в качестве топлива для приготовления пищи в сельской местности. Процесс производства обычно включает стадию удаления летучих компонентов, при которой избыток газа или летучих веществ удаляют перед брикетированием для получения «бездымного» бытового топлива.

Таким образом, процесс брикетирования обычно состоит из следующих этапов:

• Сушка угля: Содержание влаги имеет решающее значение, поскольку оно влияет на прочность брикета. Используются следующие методы: прямая сушка (мгновенная сушка с использованием горячего газа) и непрямая сушка (дисковая сушилка с использованием тепла пара).
• Удаление летучих веществ: Это применимо только к низкосортным высоколетучим углям. Используемое оборудование представляет собой коксовую печь ретортного или ульевого типа.
• Раздавливание: Уголь часто измельчают, потому что меньший размер частиц приводит к более прочному брикету.
• Связующие: Связующие необходимы для того, чтобы брикет имел достаточную прочность, чтобы выдерживать нормальное обращение. Типы связующих, которые использовались, включают коксовый пек, нефтяной асфальт, лигносульфат аммония и крахмал. Типичная норма добавления составляет от 5 до 15% по весу. Мелкий уголь и связующее смешивают в лопастной мельнице или лопастном смесителе при повышенной температуре.
• Производство брикетов: Угле-вяжущая смесь подается на двухвалковый пресс с зазубренными поверхностями. Различные формы брикетов могут быть изготовлены в зависимости от типа вдавливания ролика. Наиболее распространенной формой брикета является форма подушки. Давление увеличивает кажущуюся плотность угольно-вяжущей смеси в 1.5-3 раза.
• Покрытие и запекание: С некоторыми вяжущими (лигносульфат аммония и нефтяной битум) для упрочнения брикетов необходима термообработка в диапазоне 300°C. Печь для термообработки представляет собой закрытый конвейер и обогревается горячими газами.
• Охлаждение/закалка: Охлаждающая печь представляет собой закрытый конвейер, через который проходит рециркуляционный воздух для снижения температуры брикетов до температуры окружающей среды. Отходящие газы собираются, очищаются и выбрасываются в атмосферу. Для охлаждения брикетов иногда применяют закалку водой.

Брикетирование мягкого бурого угля с высокой влажностью от 60 до 70% представляет собой несколько иной процесс, чем описанный выше. Бурые угли часто обогащают путем брикетирования, которое включает дробление, просеивание и сушку угля до влажности примерно 15%, а также экструзионное прессование без связующего в прессовки. Таким образом обрабатывают большое количество угля в Германии, Индии, Польше и Австралии. Используемая сушилка представляет собой вращающуюся трубчатую сушилку с паровым нагревом. После экструзионного прессования уплотненный уголь разрезается и охлаждается перед транспортировкой на ленточных конвейерах в железнодорожные вагоны, автоцистерны или на хранение.

Брикетировочные установки перерабатывают большое количество легковоспламеняющихся материалов, связанных с потенциально взрывоопасными смесями угольной пыли и воздуха. Борьба с пылью, сбор и обращение с ней, а также надлежащее ведение хозяйства имеют большое значение для безопасной работы.

Утилизация отходов и хвостов

Утилизация отходов – неотъемлемая часть современной углеобогатительной фабрики. Как крупные отходы, так и мелкие хвосты в виде навозной жижи должны транспортироваться и утилизироваться экологически безопасным способом.

Крупный мусор

Грубые отходы транспортируются грузовиками, ленточными конвейерами или канатной дорогой в зону захоронения твердых частиц, которая обычно образует стены хвостохранилища. Отходы также могут быть возвращены в карьер.

В настоящее время применяются инновационные экономичные формы транспортировки крупногабаритных отходов: дробление и транспортировка насосом в шламовом виде в пруд-накопитель, а также пневмосистемой в подземное хранилище.

Необходимо выбрать место захоронения, которое имеет минимальную открытую поверхность и в то же время обеспечивает хорошую стабильность. Структура, открытая со всех сторон, обеспечивает больший поверхностный дренаж, с большей тенденцией к образованию ила в близлежащих водотоках, а также с большей вероятностью самовозгорания. Чтобы свести к минимуму оба этих эффекта, требуется большее количество покровного материала, уплотнения и герметизации. Идеальной конструкцией захоронения является засыпка.

Насыпи отходов обогатительных фабрик могут выйти из строя по нескольким причинам:

• слабые основы
• чрезмерно крутые склоны чрезмерной высоты
• плохой контроль за просачиванием воды и мелкодисперсного материала через отвал
• недостаточный контроль воды во время экстремальных дождей.

К основным категориям методов проектирования и строительства, которые могут значительно снизить опасность для окружающей среды, связанную с удалением угольных отходов, относятся:

• дренаж внутри кучи мусора
• отвод поверхностного дренажа
• уплотнение отходов для минимизации самовозгорания
• устойчивость кучи отходов.

шлам

Хвосты (мелкодисперсные твердые отходы в воде) обычно транспортируются по трубопроводу в водохранилище. Однако в некоторых случаях захоронение хвостов является экологически неприемлемым, и необходима альтернативная обработка, а именно обезвоживание хвостов с помощью ленточного пресса или высокоскоростной центрифуги, а затем удаление обезвоженного продукта с помощью ленты или грузовика в зоне сбора крупных отходов.

Хвостохранилища (пруды) работают по принципу оседания хвостов на дно, а полученная осветленная вода перекачивается обратно на завод для повторного использования. Высота бассейна в пруду поддерживается таким образом, чтобы ливневые притоки накапливались, а затем откачивались насосами или небольшими дренажными системами. Может быть необходимо периодически удалять осадок из небольших водохранилищ, чтобы продлить срок их службы. Подпорная насыпь водохранилища обычно сооружается из крупного мусора. Плохая конструкция подпорной стены и разжижение хвостов из-за плохого дренажа могут привести к опасным ситуациям. Стабилизирующие агенты, обычно химические вещества на основе кальция, использовались для создания цементирующего эффекта.

Отвалы хвостохранилищ обычно формируются в течение длительного периода эксплуатации рудника с постоянно меняющимися условиями. Поэтому за устойчивостью конструкции водохранилища следует тщательно и постоянно следить.

Назад