Припрема угља је процес у коме се сирови угаљ из рудника претвара у продајни чисти производ од угља конзистентне величине и квалитета који одреди потрошач. Крајња употреба угља спада у следеће опште категорије:

• Електричне енергије: Угаљ се сагорева да би обезбедио топлоту за погон турбина које производе електричну енергију.
• Производња гвожђа и челика: Угаљ се загрева у пећима, у недостатку ваздуха, како би се избацили гасови (испарљиве материје) и произвео кокс. Кокс се користи у високој пећи за производњу гвожђа и челика. Угаљ се такође може додати директно у високу пећ као у процесу убризгавања праха угља (ПЦИ).
• Индустриал: Угаљ се користи у металуршкој индустрији као редуктор, при чему се његов садржај угљеника користи за уклањање кисеоника (редукција) у металуршком процесу.
• Грејање: Угаљ се може користити у домаћинству и индустрији као гориво за грејање простора. Такође се користи као гориво у сувим пећима за производњу цемента.

Дробљење и ломљење

Ископани угаљ из јаме треба да се уситњава до прихватљиве горње величине за третман у постројењу за припрему. Типични уређаји за дробљење и ломљење су:

• Феедер бреакерс: Ротациони бубањ опремљен пијуцима који ломе угаљ. Угаљ се доставља стругајућим транспортером и бубањ се ротира у истом смеру као и проток угља. Доводни прекидачи се обично користе под земљом, међутим, постоје неки који се користе на површини у кругу за припрему угља.
• Ротациони прекидачи: Прекидач спољашњег фиксног омотача са унутрашњим ротирајућим бубњем опремљеним перфорираним плочама. Типична брзина ротације бубња је 12–18 о/мин. Плоче за подизање покупе отпадни угаљ који затим пада преко пречника бубња. Мекши угаљ се ломи и пролази кроз перфорације док се тврђи камен транспортује до излаза. Ротациони разбијач остварује две функције, смањење величине и побољшање уклањањем камена.
• дробилице ваљака: Дробилице ваљака се могу састојати или од једног ротирајућег ваљка и стационарног наковња (плоче), или од два ваљака који се ротирају истом брзином један према другом. Површине ролне су обично назубљене или ребрасте. Уобичајени облик дробилице је двостепена или четвороваљна дробилица при чему производ из прве двоструке ваљкасте дробилице пада у другу двоваљну дробилицу постављену на мањи отвор, што резултира смањењем великог обима у једној машини. . Типична примена би била дробљење отпадног материјала до 50 мм.

Дробљење се понекад користи након процеса чишћења угља, када се угаљ великих димензија дроби како би се задовољили захтеви тржишта. Обично се користе дробилице ваљака или млинови са чекићем. Млин са чекићем се састоји од скупа слободних чекића који се окрећу на осовини који ударају угаљ и бацају га на фиксну плочу.

Димензионисање

Угаљ се димензионира пре и после процеса оплемењивања (чишћења). На различитим величинама угља користе се различити процеси чишћења, тако да ће се сирови угаљ на уласку у постројење за припрему угља просејати (просејати) у три или четири величине који потом пролазе у одговарајући процес чишћења. Процес просијавања се обично изводи помоћу правоугаоних вибрационих сита са мрежастим или перфорираним плочастим ситом. Код величина испод 6 мм мокро сито се користи за повећање ефикасности операције димензионисања, а код величина испод 0.5 мм статично закривљено сито (савијање сита) се поставља испред вибрационог сита ради побољшања ефикасности.

Након процеса оплемењивања, чисти угаљ се понекад калибрира просијавањем у различите производе за индустријска и домаћа тржишта угља. Димензионисање чистог угља се ретко користи за угаљ за производњу електричне енергије (термални угаљ) или за производњу челика (металуршки угаљ).

Складиштење и складиштење

Угаљ се обично складишти и складишти на три тачке у ланцу припреме и руковања:

1. складиштење и складиштење сировог угља између рудника и припремног постројења
2. чисто складиштење и складиштење угља између припремног постројења и железничког или друмског пункта
3. чиста складишта угља у лукама које рудник може или не мора да контролише.

Типично складиштење сировог угља се дешава након дробљења и обично има облик отворених залиха (конусних, издужених или кружних), силоса (цилиндричних) или бункера. Уобичајено је да се мешање шавова врши у овој фази како би се постројење за припрему обезбедило хомогеним производом. Мешање може бити једноставно као узастопно депоновање различитог угља на конусну залиху до софистицираних операција коришћењем транспортера за слагање и регенератора са кашиком.

Чисти угаљ се може складиштити на различите начине, као што су отворене залихе или силоси. Систем за складиштење чистог угља је дизајниран да омогући брзо утовар вагона или друмских камиона. Силоси за чисти угаљ се обично граде преко железничке пруге, што омогућава да се јединични возови до 100 вагона полако повлаче испод силоса и пуне до познате тежине. Вагање у покрету се обично користи за одржавање непрекидног рада.

Постоје инхерентне опасности у залихама угља. Залихе могу бити нестабилне. Ходање по залихама треба забранити јер може доћи до унутрашњих колапса и зато што рекултивација може да почне без упозорења. Физичко чишћење блокада или застоја у бункерима или силосима треба третирати са највећом пажњом јер наизглед стабилан угаљ може изненада да склизне.

Чишћење угља (обогаћење)

Сирови угаљ садржи материјал од „чистог“ угља до стене са разним материјалима између, са релативним густинама у распону од 1.30 до 2.5. Угаљ се чисти одвајањем материјала мале густине (производ који се може продати) од материјала високе густине (отпад). Тачна густина одвајања зависи од природе угља и спецификације квалитета чистог угља. Непрактично је издвајати фини угаљ на основу густине и као резултат тога 0.5 мм сировог угља се одваја процесима који користе разлику у површинским својствима угља и стене. Уобичајена метода која се користи је флотација пене.

Одвајање густине

Постоје две основне методе које се користе, једна је систем који користи воду, где кретање сировог угља у води доводи до тога да лакши угаљ има веће убрзање од тежег камена. Други метод је потапање сировог угља у течност са густином између угља и стене, што резултира да угаљ плута и стена тоне (густо средње одвајање).

Системи који користе воду су следећи:

• Јигс: У овој примени сирови угаљ се уводи у пулсирајућу купку воде. Сирови угаљ се помера преко перфориране плоче кроз коју пулсира вода. Успостављен је слојевит слој материјала са тежим стеном на дну и лакшим угљем на врху. На крају испуштања отпад се уклања из чистог угља. Типични распони величина који се третирају у шаблону су 75 мм до 12 мм. Постоје специјалне апликације за фини угаљ који користе вештачку подлогу од фелдспат стене.
• Концентрациони столови: Концентрациони сто се састоји од наребрене гумене палубе која се носи на потпорном механизму, спојеног са механизмом главе који даје брзо повратно кретање у правцу паралелном са пушкама. Нагиб клизања стола се може подесити. Попречни ток воде се обезбеђује помоћу перилице која је постављена дуж горње стране палубе. Напајање улази непосредно испред довода воде и шири се преко палубе стола диференцијалним кретањем и гравитационим током. Честице сировог угља су стратификоване у хоризонталне зоне (или слојеве). Чисти угаљ прелива доњу страну стола, а отпад се уклања на супротној страни. Столови раде у распону величина 5 ´ 0.5 мм.
• спирале: Третман ситног угља спиралама користи принцип по коме се сирови фини угаљ носи спиралном путањом у млазу воде и центрифугалне силе усмеравају лакше честице угља ка спољашњој страни тока, а теже према унутра. Уређај за раздвајање на крају испуштања одваја фини угаљ од ситног отпада. Спирале се користе као средство за чишћење фракција величине 2 мм ´ 0.1 мм.
• Циклони само за воду: Сирови угаљ који се преноси водом се тангенцијално убацује под притиском у циклон, што резултира ефектом вртлога и центрифугалне силе померају тежи материјал до зида циклона и одатле се транспортују до доњег тока на врху (или отвору). Лакше честице (угаљ) остају у центру вртлог вртлога и уклањају се нагоре преко цеви (налазач вртлога) и јављају преливу. Тачна густина раздвајања може се подесити променљивим притиском, дужином и пречником тражила вртлога и пречником врха. Циклон само за воду обично третира материјал у опсегу величине 0.5 мм ´ 0.1 мм и ради у две фазе ради побољшања ефикасности одвајања.

Друга врста раздвајања густине је густа средина. У тешкој течности (густа средина), честице чија је густина нижа од течности (угаљ) ће плутати, а оне које имају већу густину (стена) ће потонути. Најпрактичнија индустријска примена густог медијума је фино млевена суспензија магнетита у води. Ово има много предности, а то су:

• Мешавина је бенигна, у поређењу са неорганским или органским течностима.
• Густина се може брзо подесити променом односа магнетит/вода.
• Магнетит се може лако рециклирати уклањањем из токова производа помоћу магнетних сепаратора.

Постоје две класе сепаратора за густу средину, сепаратор типа када или посуда за крупни угаљ у опсегу 75 мм 12 мм и циклонски сепаратор за чишћење угља у опсегу 5 мм ´ 0.5 мм.

Сепаратори типа каде могу бити дубоке или плитке каде у којима се плутајући материјал преноси преко ивице каде, а материјал умиваоника се извлачи са дна каде помоћу ланца стругача или лопатице.

Циклонски сепаратор појачава гравитационе силе центрифугалним силама. Центрифугално убрзање је око 20 пута веће од убрзања гравитације које делује на честице у сепаратору купатила (ово убрзање се приближава 200 пута веће од убрзања гравитације на врху циклона). Ове велике силе објашњавају високу пропусност циклона и његову способност да третира ситни угаљ.

Производи из сепаратора густог медијума, односно чисти угаљ и отпад, пролазе преко сита за одвод и испирање где се магнетни медијум уклања и враћа у сепараторе. Разблажени магнетит са сита за испирање пролази кроз магнетне сепараторе да би се магнетит повратио за поновну употребу. Магнетни сепаратори се састоје од ротирајућих цилиндара од нерђајућег челика који садрже фиксне керамичке магнете постављене на стационарну осовину бубња. Бубањ је уроњен у резервоар од нерђајућег челика који садржи разблажену суспензију магнетита. Како се бубањ ротира, магнетит се лепи за подручје у близини фиксних унутрашњих магнета. Магнетит се изводи из каде и из магнетног поља и пада са површине бубња преко стругача у резервоар за складиштење.

У постројењима за припрему угља користе се и мерачи нуклеарне густине и нуклеарни анализатори у току. Морају се поштовати мере предострожности које се односе на инструменте извора зрачења.

Фротх флотатион

Пенна флотација је физичко-хемијски процес који зависи од селективног везивања ваздушних мехурића на површине честица угља и невезаности честица отпада. Овај процес укључује употребу одговарајућих реагенаса за успостављање хидрофобне (водоодбојне) површине на чврстим материјама које се плутају. Мехурићи ваздуха се стварају у резервоару (или ћелији) и док се издижу на површину, фине честице угља обложене реагенсом пријањају за мехур, отпад без угља остаје на дну ћелије. Пена која садржи угаљ се уклања са површине лопатицама, а затим се одводи филтрирањем или центрифугом. Отпад (или јаловина) прелази у испусни сандук и обично се згушњава пре него што се пумпа у јаловиште.

Реагенси који се користе у пенастој флотацији угља су углавном пениоци и сакупљачи. Пенилице се користе да олакшају производњу стабилне пене (тј. пене које се не распадају). То су хемикалије које смањују површински напон воде. Најчешће коришћени пенилац у флотацији угља је метил изобутил карбинол (МИБЦ). Функција колектора је да промовише контакт између честица угља и мехурића ваздуха формирањем танке превлаке преко честица које треба плутати, што чини честице водоодбојним. Истовремено, колектор мора бити селективан, односно не сме прекривати честице које не плутају (тј. јаловину). Колектор који се најчешће користи у флотацији угља је мазут.

Брикетирање

Брикетирање угља има дугу историју. У касним 1800-им годинама релативно безвредни фини угаљ или угаљ компримовани су да би се формирало „патентно гориво“ или брикет. Овај производ је био прихватљив и за домаће и за индустријско тржиште. Да би се формирао стабилан брикет, било је неопходно везиво. Обично су се користили катрани и смоле. Индустрија брикетирања угља за домаће тржиште је већ неколико година у паду. Међутим, дошло је до одређеног напретка у технологији и апликацијама.

Угљеви ниског ранга високе влажности могу се побољшати термичким сушењем и накнадним уклањањем дела инхерентне или „закључане“ влаге. Међутим, производ из овог процеса је трошан и склон поновној апсорпцији влаге и спонтаном сагоревању. Брикетирање угља нижег ранга омогућава да се направи стабилан, преносив производ. Брикетирање се такође користи у индустрији антрацита, где производи великих димензија имају знатно вишу продајну цену.

Брикетирање угља се такође користи у привредама у развоју где се брикети користе као гориво за кување у руралним подручјима. Процес производње обично укључује корак уклањања испарења у којем се вишак гаса или испарљивих материја одстрањује пре брикетирања како би се произвело „бездимно“ гориво за домаћинство.

Стога, процес брикетирања обично има следеће кораке:

• Сушење угља: Садржај влаге је критичан јер утиче на чврстоћу брикета. Методе које се користе су директно сушење (фласх сушач који користи врући гас) и индиректно сушење (сушач са дисковима који користи топлоту паре).
• Деволатилизација: Ово се односи само на високоиспарљиве угље ниског ранга. Опрема која се користи је реторта или коксна пећ типа кошница.
• Дробљење: Угаљ се често дроби јер мања величина честица резултира јачим брикетом.
• Повезивачи: Везива су потребна да би се осигурало да брикет има адекватну чврстоћу да издржи нормално руковање. Врсте везива које су коришћене су смола за коксаре, нафтни асфалт, амонијум лигносулфорат и скроб. Типична стопа додавања је 5 до 15% тежинских. Ситни угаљ и везиво се мешају у мопс млину или миксеру са лопатицама на повишеној температури.
• Производња брикета: Мешавина угља и везива се доводи у двоваљну пресу са удубљеним површинама. Могу се направити различити облици брикета у зависности од врсте удубљења ваљка. Најчешћи облик брикета је облик јастука. Притисак повећава привидну густину мешавине угља и везива за 1.5 до 3 пута.
• Премазивање и печење: Код неких везива (амонијум-лигносулфорат и нафтни асфалт) неопходна је термичка обрада у опсегу од 300°Ц да би се брикети очврснули. Пећ за термичку обраду је затворена транспортна трака и загрева се врелим гасовима.
• Хлађење/гашење: Рерна за хлађење је затворена транспортна трака са рециркулацијом ваздуха који пролази да би се температура брикета смањила на амбијентално стање. Отпадни гасови се сакупљају, прочишћавају и испуштају у атмосферу. Понекад се за хлађење брикета користи гашење водом.

Брикетирање меког мрког угља са високим садржајем влаге од 60 до 70% је нешто другачији процес од претходно описаног. Мрки угаљ се често надограђује брикетирањем, што укључује дробљење, просијавање и сушење угља до приближно 15% влаге, и екструзионо пресовање без везива у компакте. Велике количине угља се на овај начин третирају у Немачкој, Индији, Пољској и Аустралији. Сушач који се користи је парно загрејан ротациони цевни сушач. Након екструзионог пресовања, сабијени угаљ се сече и хлади пре него што се пренесе на тракасте транспортере до вагона, друмских камиона или складишта.

Постројења за брикетирање раде са великим количинама веома запаљивог материјала повезаног са потенцијално експлозивним мешавинама угљене прашине и ваздуха. Контрола прашине, сакупљање и руковање, као и добро одржавање су од велике важности за безбедан рад.

Одлагање отпада и јаловине

Одлагање отпада је саставни део савременог постројења за припрему угља. И крупни отпад и фина јаловина у облику муљке морају се транспортовати и одлагати на еколошки одговоран начин.

Груби отпад

Груби отпад се транспортује камионом, покретном траком или жичаром до депоније чврстих материја, које обично чини зидове јаловишта. Отпад се такође може вратити на површински коп.

Сада се користе иновативни исплативи облици транспорта грубог отпада, односно дробљење и транспорт пумпањем у облику каше до акумулационог базена, као и пнеуматским системом у подземно складиште.

Неопходно је одабрати депонију која има минималну количину изложене површине, а истовремено обезбеђује добру стабилност. Структура која је изложена са свих страна омогућава више површинске дренаже, са већом тенденцијом стварања муља у оближњим водотоцима, а такође и већом вероватноћом спонтаног сагоревања. Да би се оба ова ефекта свела на минимум, потребне су веће количине материјала за покривање, сабијање и заптивање. Идеална конструкција за одлагање је рад са долином.

Насипи за припремно постројење могу пропасти из неколико разлога:

• слабе основе
• претерано стрме падине превелике висине
• лоша контрола воде и цурења финог материјала кроз депонију
• неадекватна контрола воде током екстремних падавина.

Главне категорије техника пројектовања и изградње које могу у великој мери смањити опасности по животну средину повезане са одлагањем угља су:

• дренажа из гомиле отпада
• скретање површинске дренаже
• сабијање отпада како би се минимизирало спонтано сагоревање
• стабилност гомиле отпада.

Репови

Јаловина (фини чврсти отпад у води) се обично транспортује цевоводом до подручја за одлагање. Међутим, у неким случајевима одлагање јаловине није еколошки прихватљиво и неопходан је алтернативни третман, односно одводњавање јаловине помоћу тракасте пресе или брзе центрифуге, а затим одлагање обезводњеног производа траком или камионом у зони грубог отпада.

Јаловишта (резерве) раде на принципу да се јаловина таложи на дно и добијена бистрена вода се пумпа назад у постројење за поновну употребу. Надморска висина базена у рибњаку се одржава тако да се доток олује складишти и затим извлачи пумпањем или малим системима за преливање. Можда ће бити потребно повремено уклањати седимент из мањих базена да би се продужио њихов животни век. Потпорни насип коче обично је изграђен од грубог отпада. Лоше пројектовање потпорног зида и течење јаловине због лошег одводњавања могу довести до опасних ситуација. Стабилизујући агенси, обично хемикалије на бази калцијума, коришћене су за постизање ефекта цементације.

Јаловишта се обично развијају током дужег периода животног века рудника, са сталним променама услова. Због тога стабилност структуре захвата треба пажљиво и континуирано пратити.

Назад