Rambler's Top100
ООО "Вибротехцентр" - вибрационная техника и технологии
Статьи
 

Обогащение угля

  I. Просеивание угля.
В мире в настоящее время не существует технологий, позволяющих качественно и экономически оправданно разделять уголь, прошедший через процесс мокрого размола на шаровых и прочих мельницах (угольная пульпа), на фракции меньше чем 500 µ (где µ - микрон). Вследствие этого от 10 до 15 процентов угля попросту выбрасывается в отвалы, снижая коэффициент полезного использования исходного материала, увеличивая затраты и представляя серьёзную экологическую проблему.

Необходимость просеивания угольной пульпы на ту или иную фракцию определяется в первую очередь процентным содержанием золы.

  1. Уголь экспортного качества, коксующийся уголь.
В целом в мире принято, что уголь экспортного качества не должен содержать более 12% золы. Очевидно, что с уменьшением крупности разделяемой фракции процентное содержание золы возрастает, и, таким образом, всегда имеется некая “критическая” фракция, ниже которой разделение с целью получения угля экспортного качества нецелесообразно, т.к. процентное содержание золы во фракциях мельче “критической” исходно превышает 12% (или иной процент установленный для угля высокого качества в данной стране). Для одних шахт или разрезов такая “критическая” фракция может находиться на уровне 45 µ, для других – на уровне 100 µ, для третьих – на уровне 150 µ и т. д.

Крупность “критической” фракции определяется геологическими характеристиками того или иного пласта, который разрабатывает данная шахта или разрез. Тем не менее, не существует пластов, а, соответственно, шахт или разрезов, где “критическая” фракция находилась бы на уровне крупности в 500 µ и выше или хотя бы приближалась к крупности в 500 µ. Таким образом, неэффективное использование угля – это факт.

Кроме того, мировыми геологическими исследованиями установлено, что в целом в мире наличие низкозольных углей истощается, и максимум в течение 8 лет такие угли будут полностью выработаны. Уже сейчас часть угледобывающих/углеобогатительных предприятий, например, в Южной Африке, испытывает трудности с обогащением, т.к. добыча на них происходит из пластов тощих углей, а для продолжения продаж необходимо смешивать эти угли с более богатыми, которых не хватает. Существующие же обогатительные технологии не позволяют решить проблему тощих углей.

  2. Энергетический уголь.
Требования к энергетическим углям в отношении зольности существенно ниже, чем к коксующимся, но, тем не менее, каждый дополнительный процент золы в энергетическом угле означает меньший коэффициент теплоотдачи, т.к. зола представляет собой несгораемый балласт, попусту загружаемый в топку и обеспечивающий дополнительную бесполезную нагрузку на всю технологическую цепочку, ухудшающий работу оборудования и представляющий экологическую проблему, т.е., в принципе в области энергетических углей природа проблемы не отличается от таковой для коксующегося угля. Напротив, снижение процентного содержания золы в топочном (энергетическом) угле повышает коэффициент теплоотдачи и, соответственно, увеличивает продажную цену такого угля.

  3. Традиционные технологии.
В основном в угольной промышленности для фракционного разделения используются:
  • традиционные одночастотные вибрационные сита (грохоты);
  • гидроциклоны;
  • спиральные сепараторы (спиральные разделители).
Традиционные грохоты не позволяют просеивать на крупность ниже 500 µ. Собственно, и при просеивании на более крупные фракции, вплоть до самых крупных, где речь идёт уже не о микронах, а о десятках и сотнях миллиметров, и где применяется не мокрое, а сухое просеивание, традиционные грохоты демонстрируют свои, традиционные, недостатки (низкая удельная производительность, недостаточно высокое качество разделения и пр.). Однако, в данном документе речь не идёт об улучшении, пусть даже принципиальном улучшении, тех процессов, которые в настоящее время как-то осуществляются на традиционных грохотах. Речь идёт о тех процессах, которые традиционные грохоты не способны выполнить вообще.

Гидроциклоны – это высокопроизводительные и очень дешёвые аппараты, страдающие, однако, принципиальным недостатком – низким качеством разделения. Этот недостаток нивелирует все их преимущества и не позволяет говорить о гидроциклонах, как об аппаратах выбора для обогащения мелких фракций угля даже в настоящее время. Что же касается применения гидроциклонов для обогащения высокозольных углей, то, например, в США, где эта проблема воспринимается очень серьёзно и считается весьма насущной для угольной промышленности, после нескольких лет опытов с гидроциклонами для обогащения тощих углей было принято решение отказаться от этой идеи как бесперспективной и ожидать появления какой-либо иной технологии. Качество разделения на гидроциклонах колеблется от 80% на очень хороших углях с большим содержанием крупных фракций и низким содержанием золы до 40% на тощих. Даже 80-процентное разделение считается недостаточным, а с истощением природных запасов высококачественного угля затраты на оборудование угольных предприятий гидроциклонами как обогатительными аппаратами становятся всё более неоправданными.

Кроме того, разделение на гидроциклонах предполагает не только засорение крупной фракции мелкими частицами (underflow contaminated with overflow), но и засорение мелкой фракции крупными частицами (overflow contaminated with underflow). На грохотах также возможно, и обязательно в какой-то степени происходит, засорение крупной фракции (oversize) мелкими частицами (undersize); процентом такого засорения и определяется качество просеивания. Однако, крупные частицы в принципе не могут попасть в подрешётное пространство на грохоте, поскольку попросту не пройдут сквозь отверстия сетки, если эти отверстия по размеру меньше размера самих крупных частиц. Это очень важно для последующего процесса флотации, куда направляются мелкие частицы. Если присутствует крупная фракция, то резко (в два раза и более) возрастает количество реагентов (флокулянтов), которое необходимо добавлять во флотационную машину для обогащения того же объёма мелкой угольной пульпы. Так, при высококачественном предварительном разделении флотационная машина потребляет флокулянтов по стоимости около 2,5 долларов США на тонну угля, тогда как при наличии крупной фракции стоимость флотации возрастает до 5, а иногда и до 8 долларов США на тонну. Принимая во внимание объёмы производимого угля, разница выражается в миллионах долларов США.

Спиральные сепараторы страдают тем же недостатком – низким качеством разделения, которое принципиально невозможно улучшить до каких-то величин, которые бы значимо отличались от демонстрируемых на сегодняшний день.

  4. Просеивание с целью обогащения на многочастотных грохотах Ultimate Screener™ (Идеальный Грохот).
В настоящее время грохота Идеальный Грохот работают в угольной промышленности Южной Африки и Австралии, получены заказы на поставку на угольные предприятия Турции, Испании и США. Результаты работы грохотов Идеальный Грохот в промышленных условиях в настоящее время таковы:
  • Просеивание на фракцию 45 µ (“критическая” фракция для данного предприятия): производительность – 25 м³ угольной пульпы (среднее содержание твёрдых частиц 5%) в час на 1 м² площади просеивания с качеством (эффективностью) просеивания 88%. Питание Идеального Грохота осуществляется из overflow первичного циклона, где содержание мелкой и очень мелкой фракции (менее 150 µ) составляет примерно 90%. Следует отметить, что это угольное предприятие работает на очень высококачественном низкозольном угле, т.к. “критическая” фракция расположена низко и позволяет отсеивать уголь на 45 µ, сохраняя допустимое содержание золы (до 12%);
  • Просеивание на фракцию 55 µ (“критическая” фракция для данного предприятия): производительность – 30 м³ угольной пульпы (среднее содержание твёрдых частиц 5%) в час на 1 м² площади просеивания с качеством (эффективностью) просеивания 90%. Питание Идеального Грохота осуществляется из overflow первичного циклона, где содержание мелкой и очень мелкой фракции (менее 150 µ) составляет примерно 90%;
  • Просеивание на фракцию 100 µ (“критическая” фракция для данного предприятия): производительность – 60 м³ угольной пульпы (среднее содержание твёрдых частиц 8%) в час на 1 м² площади просеивания с качеством (эффективностью) просеивания 90%;
  • Просеивание на фракцию 150 µ (“критическая” фракция для данного предприятия): производительность – 90 м³ угольной пульпы (среднее содержание твёрдых частиц 10%) в час на 1 м² площади просеивания с качеством (эффективностью) просеивания 89%;
  • Просеивание на фракцию 355 µ (“критическая” фракция для данного предприятия): производительность – 170 м³ угольной пульпы (среднее содержание твёрдых частиц 15%) в час на 1 м² площади просеивания с качеством (эффективностью) просеивания 92%.
Из приведённых данных видно, что Идеальный Грохот - единственный на сегодняшний день аппарат, способный обеспечивать высококачественное просеивание/разделение углей независимо от содержания в них золы и их исходного гранулометрического состава. Ни одна другая машина, как вибрационная, так и работающая на ином принципе разделения, не позволяет получить результатов, сравнимых с теми, которые обеспечивает Идеальный Грохот.

  5. Расчёт окупаемости оборудования Идеальный Грохот.
Разумеется, каждое предприятие имеет собственную специфику производства и обогащения и самостоятельно определяет экономическую целесообразность приобретения того или иного оборудования. Расчёт окупаемости в Российской Федерации в целом и на отдельных угледобывающих и углеобогатительных предприятиях может отличаться от приведённого ниже. Вполне вероятно также, что отдельные предприятия вообще предпочитают экстенсивные способы увеличения прибыли, наращивая производство нового угля, а не интенсивность использования добываемого и/или вторичного использования уже существующих отвалов. Выбор пути работы и развития того или иного предприятия целиком относится к компетенции его руководства.

Приведённый расчёт производился одним из угольных предприятий Южной Африки, на котором работают просеивающие машины Идеальный Грохот.

В Южной Африке амортизация горного оборудования разрешается в течение максимум 20 лет. Продажная цена угля экспортного качества составляет примерно 20 долларов США за тонну. Идеальный Грохот, например, площадью 2 м² перерабатывает по фракции 55 µ – 60 м³ угольной пульпы в час. При содержании твёрдого угля в пульпе 5%, переработка твёрдого угля составляет 3 тонны в час. Поскольку эффективность процесса – 90%, то на самом деле за час Идеальный Грохот обеспечивает 2,7 тн/ч угля экспортного качества. При общем числе часов работы оборудования 5.400 часов в год (всего в году 8.760 часов), один Идеальный Грохот обеспечивает дополнительно 14.580 тонн угля в год общей продажной стоимостью 291.600 долларов США. Эта добавочная стоимость “появляется” из того угля, который уже был добыт, но не мог быть использован. При цене самого Идеального Грохота в 60,000 долларов США, срок его окупаемости составляет 2,5 месяца. Даже при продаже только 50% угля, полученного с помощью Идеального Грохота, окупаемость машины составляет 5 месяцев, что для горнообогатительного оборудования является очень коротким сроком.

Помимо этого, следует учесть, что приведённый расчёт сделан для просеивания на “невыгодную” с точки зрения расчёта окупаемости фракцию 55 µ. В связи с тем, что на данной шахте добывается низкозольный уголь, “критическая” фракция располагается также низко. При “критической” фракции, располагающейся выше по шкале крупности, производительность Идеального Грохота выше и, соответственно, срок его окупаемости ещё короче.

  II. Обезвоживание угля.
В настоящее время угольную пульпу обезвоживают следующими основными традиционными способами:
  • “естественным” способом, когда со временем уголь, находящийся в верхнем слое отвалов обезвоживается под воздействием силы тяжести;
  • на традиционных грохотах;
  • с помощью центрифуг;
  • с помощью ленточных пресс-фильтров.
Во-первых, Идеальный Грохот сам по себе обеспечивает достаточно сильную степень обезвоживания. Кроме того, фирмой KROOSH Technologies Ltd. (КРУШ Текнолоджиз Лтд.) разработана помимо Идеального Грохота специализированная машина – Ultimate Dewaterer™ (Идеальный Обезвоживатель).

Обезвоживание на многочастотных вибрационных машинах.

Обезвоживание на Идеальном Грохоте.

По отношению к “естественному” способу не требуется никаких комментариев.

По сравнению с традиционными грохотами, Идеальный Грохот значительно превосходит их по степени обезвоживания. Так, если уголь крупностью от 0 µ до 500 µ не обезвоживается на традиционных грохотах вообще, то на Идеальном Грохоте такой уголь обезвоживается до общей остаточной влажности около 30%. Если же уголь предварительно просеян хотя бы на 45-микронную фракцию, когда из него удаляются особенно мелкие частицы, то общая остаточная влажность составляет 25%.

При обезвоживании более крупного угля степень обезвоживания возрастает по мере возрастания крупности частиц обезвоживаемого материала. В любом случае, Идеальный Грохот обеспечивает принципиально большую степень обезвоживания угля любой крупности, чем традиционные грохота, что ещё больше повышает техническую и экономическую привлекательность Идеального Грохота, т.к. просеивание происходит одновременно с обезвоживанием на одной и той же машине.

Обезвоживание с помощью Идеального Обезвоживателя.

По сравнению с ленточным пресс-фильтром Идеальный Обезвоживатель демонстрирует несколько меньшую степень обезвоживания. Так, при обезвоживании пульпы с размерами частиц 0 – 150 µ, ленточный пресс-фильтр показывает результат 20% общей остаточной влажности, тогда как Идеальный Обезвоживатель обезвоживает до общей остаточной влажности в 22%. Однако, ленточный пресс-фильтр – это аппарат прерывистого действия, непригодный для эксплуатации в условиях реального промышленного производства с большими объёмами материала. Технология работы с ленточным пресс-фильтром предполагает порционную загрузку и разгрузку рабочей камеры и очистку фильтровочных секций после каждого раза. В отличие от этого, Идеальный Обезвоживатель - машина непрерывного действия, процесс загрузки, обезвоживания и загрузки в которой происходит без участия оператора и безостановочно.

По сравнению с центрифугами, Идеальный Обезвоживатель выигрывает и в техническом, и в экономическом плане. Сравнение Идеального Обезвоживателя происходило с наиболее технически совершенными центрифугами, работающими на угольных предприятиях Южной Африки, а именно с ковшовыми центрифугами (solid bowl centrifuge) и сеточно-ковшовыми центрифугами (screen bowl centrifuge). Стоимость таких машин, например обрабатывающих 35 тонн в час пересчитанных по твёрдой части, составляет от 500,000 до 700,000 долларов США. Стоимость эксплуатации такой машины, не считая затрат на электроэнергию, составляет примерно 0,35 доллара США (35 центов США) на тонну обезвоженного угля, что, при объёме производимого материала 35 тонн в час, составляет 66.800 долларов США в год. Поскольку центрифуги приобретаются предприятиями для многолетней эксплуатации, то затраты только на обслуживание только одной такой машины составляют за время её эксплуатации несколько около или более миллиона долларов США.

Обезвоживать пульпу, содержащую мелкие фракции, может только такая центрифуга. Более простые и дешёвые осадительные, конусные и пр. центрифуги обладают значительно меньшими возможностями. Однако, даже ковшовая центрифуга не в состоянии обезвоживать угольную пульпу с частицами 0 – 150 µ. Для того, чтобы хоть как-то обезводить такой материал, в ковшовую центрифугу подаётся смесь из 30 – 40% мелкого угля и 60-70% крупного, где размер частиц приближается к 500 µ. Для обеспечения центрифуги таким материалом строятся целые линии циклонов и спиральных сепараторов, единственной целью которых является обеспечение центрифуги приемлемым для обезвоживания гранулометрическим составом угольной пульпы. При процентном соотношении мелкого и более крупного материала 30/70 ковшовая центрифуга способна обезводить до 13 – 14% остаточного содержания влаги. Без такого смешивания фракций центрифуга не способна обезвоживать угольную пульпу совсем.

Идеальный Обезвоживатель является простой вибрационной машиной, значительно более дешёвой и по цене, и в эксплуатации. Так, стоимость эксплуатации Идеального Обезвоживателя составляет примерно 0,0006 доллара США (0,6 цента США) на тонну обезвоженного угля, т.е., в 60 раз дешевле стоимости эксплуатации ковшовой центрифуги. Тот материал, который недоступен для обезвоживания на центрифуге, Идеальный Обезвоживатель обезвоживает до 22% общей остаточной влажности.

При повышении крупности материала подаваемого в Идеальный Обезвоживатель, улучшаются и показатели обезвоживания, т.е., снижается остаточное содержание влаги. Крупные угли обезвоживаются до 8%, 7% и менее.
   
Тел./Факс: +7 (495) 231-49-65; Тел.: +7 (495) 771-08-67; E-mail:
 
Rambler's Top100