Методы оценки обогатимости углей

УДК 622.7.012.5 © Л.А. Антипенко, 2018

Методы оценки обогатимости углей

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-4-69-74

Рассмотрены графические методы определения обогати-мости: Анри, Бэрда, Майера. ГОСТ 10100-84 «Метод определения обогатимости», основанный на данных построения кривых Анри, не дает возможности определить, какой процесс разделения для данного угля наиболее выгодный. Поэтому рассмотрены альтернативные методы Бэр-да и Майера.

Ключевые слова: гранулометрический состав, фракционный анализ, кривые обогатимости, кривые флотиру-емости, плотность разделения.

АНТИПЕНКО Лина Александровна

Доктор техн. наук, профессор, советник генерального директора

ООО «Сибнииуглеобогащение», 653000, г. Прокопьевск, Россия, e-mail: AntipenkoLA@suek.ru

ВВЕДЕНИЕ

Методы оценки обогатимости углей до настоящего времени продолжают оставаться объектами исследований. Обо-гатимость углей - показатель характеризующий распределение золы в элементарных слоях угля различной плотности и важный показатель, при разработке проектов новых и реконструкции действующих обогатительных фабрик.

Для решения практических задач действующих и проектируемых фабрик для обогащения угля, выбора методов и режимов обогащения, технологических схем и оборудования, расчета ожидаемых результатов обогащения, формирования сырьевых баз, управления качеством в процессе обогащения необходима информация о гранулометрическом и фракционном составе и обогатимости углей.

Ситовый и фракцонный анализ сырьевой базы обогатительной фабрики определяется соответственно по ГОСТ 2093-82 «Топливо твердое. Ситовый метод определения гранулометрического состава» и ГОСТ 4790-93 (ISO 7936:1992) «Топливо твердое. Определение и представление показателей фракционного состава. Общие требования к аппаратуре и методике».

Отбор производится в соответствии с ГОСТ 10742-71 «Угли бурые, каменные, антрацит, горючие сланцы и угольные брикеты. Методы отбора и подготовки проб для лабораторных испытаний».

ИССЛЕДОВАНИЯ ОБОГАТИМОСТИ УГЛЯ

Следует отметить, что для действующих и проектируемых обогатительных фабрик отбор проб для производства ситового и фракционного анализов необходимо производить с учетом измельчения угля от шахты (разреза) до обогатительной фабрики.

Данные ситового и фракционного состава представляются не только в виде сводных таблиц, но и изображаются графически [1].

Обогатимость характеризует способность углей к разделению на составляющие компоненты по плотности: концентрат, промежуточный продукт и порода (отходы). Обогатимость в настоящее время определяется по ГОСТ 10100-84 «Угли каменные и антрацит. Метод определения обогатимости» [2].

В основу исследований определения обогатимости угля приняты классические кривые Анри, которые не дают возможности непосредственно определить, какой процесс разделения для данного угля наивыгоднейший. Между тем при проектировании углеобогатительных фабрик важно знать не только распределение элементарных фракций и их суммарное значение, но и то, при каком режиме процесс разделения наиболее выгоден по выходу концентрата и промежуточного продукта.

По ГОСТ 10100-84 в зависимости от значений показателя обогатимости (Т) угли делят на четыре категории: легкая - 5%, средняя - 5-10%, трудная - 10-15% и очень трудная - более 15%.

Установлено, что оценка, основанная на выходе промежуточных фракций, не характеризует уголь как сырье для обогащения. Она не позволяет получать сырье определенного качества. Из исследований степени загрязнения концетрата при обогащении в отсадочных машинах, тяжелосредных сепараторах и гидроциклонах установлено, что она не определяется однозначно содержанием только промежуточных фракций в исходном сырье.

На использовании показателей выхода и зольности легких фракций основано большое количество методов оценки обогатимости углей [3, 4].

Известные методы сводятся к условно принятым отвлеченным шкалам или индексам, которые, по существу, не связаны с режимами работы обогатительного оборудования. Необходимо разработать метод, который бы указывал на оптимальный режим разделения угля тем или иным способом.

Кроме метода Анри распространение получили графические методы Бэрда, Фомина, Топоркова, Прейгерзона, Фоменко, Майера, Улицкого и др.

Одним из наиболее применимых для практического использования является метод Бэрда. Сущность метода заключается в том, что решающим фактором, определяющем обогатимость углей, является количество материала, которое содержится в известных пределах выше и ниже плотности разделения данного угля на составляющие компоненты.

8 и плотностей 5. Параллельно оси ординат проводится ряд вертикалей, соответствующих плотностям: 1200, 1300, 1400, 1500 и т.д. с интервалом в 100 кг/м3. Вертикали пересекают кривую плотностей 5.

Если, например, точку с пересечения кривой плотности 5 с вертикалью 1400 кг/м3 спроектировать на вертикаль 1200 в точке т, то отрезок т-а на вертикали 1200 кг/м3 (проекция кривой с-Ь-а) дает весовой процент частиц материала с плотностью 1200-1400 кг/м3. Отрезок п-а (проекция кривой Ь-а) дает весовой процент частиц материала с плотностью 1300-1400 кг/м3. Подобным образом находятся все точки для построения кривой обогатимости Бэрда.

Об обогатимости угля по принятой плотности разделения судят по величине отрезков, отсекаемых на кривой ±100 кг/м3 вертикальной линией, проходящей через точку данной плотности. Чем больше отсекаемый отрезок, тем больше содержание близких по плотности зерен к разделительной плотности и тем труднее обогатимость этого угля.

Для построения кривых Бэрда вводится поправка на содержание чистой породы. Если в угле содержится 9% материала плотностью более 2000 кг/м3 (антрацит), то остаток более легкого материала составит 91%. Следовательно, поправочный коэффициент будет равен 100/91 = 1,1.

Вариант 1. В табл. 1 приведен фракционный анализ угля, на основании которого построены кривые Анри и Берда графическим путем (рис. 2).

Кривую Бэрда можно построить аналитическим путем на основании фракционного анализа. На диаграмме (рис. 3) строятся кривые зольности обогащенного угля и плотностей. По кривой плотностей отсчитывается процентное содержание материала в пределах плотностей 1800-2000 кг/м3 (±100 кг/м3 плотности 1900 кг/м3). В данном случае количество этого материала составляет 3,2% от исходного. Количество материала с плотностью более 2000 кг/м3 составляет 9%. Поправка на чистую породу составит 100/(100-9)=1,1. Следовательно, содержание материала фракции 1800 -2000 кг/м3 будет не 3,2, а 3,52. Результаты подсчетов приведены в табл. 2.

Таблица 1

Фракционный анализ угля

Плотность фракций, кг/м3 Суммарные фракции, %

у, % ла, % Всплывшие Потонувшие

у, % 1 ла, % у, % 1 ла, %

Менее1300 48,8 4,2 48,8 4,2 100,0 16,9

1300-1400 27,1 10,5 75,9 6,4 51,2 29,0

1400-1500 5,8 19,1 81,7 7,3 24,1 49,7

1500-1600 2,8 27,6 84,5 8,0 18,3 59,4

1600-1700 2,0 32,6 86,5 8,6 15,5 65,2

1700-1800 1,3 46,0 87,8 9,2 13,5 70,0

1800-1900 2,0 48,0 89,8 10,1 12,2 72,6

1900-2000 1,2 65,7 91,0 10,8 10,2 77,4

Более 2000 9,0 79,0 100,0 16,9 9,0 79,0

Итого: 100,0 16,9 - - - -

40 50 Зольность

Рис. 1. Кривая Бэрда, построенная графическим путем: 1 - кривая средних зольностей концентрата р,- 2 - кривая элементарныхзольностей X; 3 - кривая средних зольностей отходов 8; 4 - кривая Бэрда; 5 - кривая плотностей 5

Пределы отклонения от разделительной плотности приняты Бэрдом на основании экспериментальных данных ± 100 кг/м3. Например, если разделительная плотность равна 1400 кг/м3, то все сводится к определению материала, содержащегося в пределах 1300-1500 кг/м3. Если один уголь содержит этой фракции 5%, а другой 15%, то первый уголь будет обогащаться легче, чем второй. Порода плотностью более 2000 кг/м3 исключается из рассмотрения. Исключение чистой породы необходимо во избежание получения ошибочного представления о действительной обогатимости угля, так как наличие случайно попавшей породы кровли или почвы при добыче сказывается на величинах, характеризующих этот уголь. Наличие породы увеличивает зольность угля, а выход концентрата уменьшается. Между тем разделительная способность не уменьшается, так как порода легко отделяется. Однако количество фракции ±100 кг/м3, расположенной вблизи разделительной плотности, окажется меньше, что может привести к ложному выводу о более легкой обогатимости угля.

Кривая отклонений ±100 кг/м3 может быть построена графическим путем. На диаграмме (рис. 1) строятся кривые Анри: кривая зольности элементарных фракций X, средней зольности концентрата р, средней зольности отходов

Вариант 2. В табл. 3, 4 приведены данные для построения кривых Бэрда для каменного угля (плотность породы более 1800 кг/м3). На рис. 4 приведена кривая Бэрда, построенная графическим путем, а на рис. 5 -аналитическим путем.

Аналогичные кривые могут быть выведены не только на основании материалов исследования в лабораторных условиях, но и также и на основе результатов и данных, получаемых при испытании угля на обогатительных машинах, работающих в производственных условиях.

Сравнивая полученные, таким образом, в производственных условиях показатели с лабораторными, можно вывести коэффициент эффективности данной машины в различных условиях ее работы, а именно:

е

п =

01

где q - выход обогащенного угля на машине, %; Q1 - выход угля той же зольности согласно кривой, %.

Бэрд предложил следующие показатели обогатимо-сти углей (табл. 5).

Оценка обогатимости носит весьма условный характер, так как она не связана с режимом обогащения. Поэтому по такому разбиению нельзя подобрать наиболее эффективный метод обогащения и оборудования, тем более правильный режим обогащения.

Определять обогатимость только по наличию промежуточных фракций нецелесообразно, они, как известно, определяются характером кривой элементарных фракций.

Учитывая практический опыт обогащения в мировой практике предлагается с уточнением пригодности методов обогащения следующая градация обогатимости. В табл. 6 приведены для каждой степени трудности конкретные методы обогащения угля.

Для определения результатов обогащения совершенными и теоретически обоснованными являются методы по параметрам кривой разделения Ерт и i. Эти параметры хара ктер изуют ра боту обогатительно й машины независимо от характеристики исходного угля. Они являются коэффициентами точности работы машины [5, 6].

Для расчета Ерт и i можно применять один из трех методов: метод октилей, аналитический и графический. Наиболее точные результаты дает аналитический метод, который очень хорошо координируется с графическим методом Бэрда, так как фракционный состав исходного угля необходимо проверить по удельным весам от 1300 до 2000 кг/м3 в интервале ±100 кг/м3.

Плотность фракций-г/см1

5.

" №

"Р —-

Я ¡4 э й Т

1

1 \

\ ЙПЭ /6

\

ч

1 V ч X.

11, \ \ /вв.Э 1

>—; _____,1

0 10 20 № 50 ео ГО во 90 юо

Эапакп

"О—Кран* м(ч(кгл[тк*ф|Л1*ш1Й Крщя кшюшнх ф^нииЛ

- - Юр пиал потонувших фракций  — Ь^ния ОВЛНКПЙ

* Кривая Еэрпа

Рис. 2. Кривая Бэрда, построенная графическим путем

Рис. 3. Кривая Бэрда, построенная аналитическим путем

Таблица 2

Подсчитанные отклонения ±100 кг/м3

Плотности, Отсчеты выходов по кривой Анри Величина отклонения ±100 кг/м

кг/м3 Для плотности +100 кг/м3 Для плотности -100 кг/м3 Без поправки С поправкой

Плотность, кг/м3 1 Выход, % Плотность, кг/м3 1 Выход, % 1 На материал тяжелее плотности 2000 кг/м3 1

1900 2000 91,1 1800 87,8 3,2 3,52

1800 1900 89,8 1700 86,5 3,3 3,63

1700 1800 87,8 1600 84,5 3,3 3,63

1600 1700 86,5 1500 81,7 4,8 5,28

1500 1600 84,5 1400 75,9 8,6 9,46

1400 1500 81,7 1300 48,8 32,9 36,19

1300 1400 75,9 1200 15,0 60,9 66,99

Таблица 3

Фракционный анализ угля

Плотность фракций, кг/м3 Суммарные фракции, %

1 у, % 1 ла, % 1 1 у, % 1 ла, % 1

Менее 1300 48,8 4,2 48,8 4,2 100 16,9

1300-1400 27,1 10,5 75,9 6,4 51,2 29,0

1400-1500 5,8 19,1 81,7 7,3 24,1 49,7

1500-1600 2,8 27,6 84,5 8,0 18,3 59,4

1600-1700 2,0 32,6 86,5 8,6 15,5 65,2

1700-1800 1,3 46,0 87,8 9,2 13,5 70,0

Более 1800 12,2 72,6 100 16,9 12,2 72,6

Итого: 100 16,9 - - -

Таблица 4

Подсчитанные отклонения ±100 кг/м3

Плотности, Отсчеты выходов по кривой Анри Величина отклонения ±100 кг/м

кг/м3 Для плотности +100 кг/м3 Для плотности -100 кг/м3 | Без поправки | С поправкой |

Плотность, кг/м31 Выход, % Плотность, кг/м3 1 Выход, % 1 На материал тяжелее плотности 1800 кг/м31

1700 1800 87,8 1600 84,5 3,3 3,76

1600 1700 86,5 1500 81,7 4,8 5,47

1500 1600 84,5 1400 75,9 8,6 9,80

1400 1500 81,7 1300 48,8 32,9 37,51

1300 1400 75,9 1200 15,0 60,9 69,43

10 ж

5

да 140

Питии!.-! I.

1.3 1.4 1> М и I.:

\

к 5.47 9 в0

\ 1 6

\ \ \ В 37,51

\ \

Г к \ N

\ \ 43

Р ^—

¡V

о ю го за « » « то во да юв

Эопяос»,н

—ЧЬМЩарЩИ (ф^ЯЩХИ »О—Крвн (ЙИ-ЦЛИ)НН фрящлв ~ - Ь"р|тм [ютонуъшк фрякшй - кроля п.и?гк«1(й

• к>|гая* Бзрал

Рис. 4. Кривая Бэрда, построенная графическим путем

Лтотамть фрншнй.г «I*

£ <ч/

-< 1,76

5,47 в ао /

Г

/

17,51 {

* 43

: : ---

\

о ю го эо *о я? н? то » НЮ

кмыгасть ,%

»ч^Кримя вг тывпипч фрлкинй — >—Кримя пинимтей Крнмя Бтрзз

Рис. 5. Кривая Бэрда, построенная аналитическим путем

Таблица 5

Показатели обогатимости углей по Бэрду

Показатель кривой ± 100 кг/м3 Степень трудности Пригодность методов обогащения

0 - 7% Легкая Применимы все методы. Высокая производительность машин.

7 - 10% Средняя Применимы методы с высокой эффективностью. Производительность машин хорошая

10 - 15% Трудная Применимы методы с высокой эффективностью. Производительность машин средняя. Требуется хороший контроль

15 - 20% Очень трудная Применимы методы с высокой эффективностью. Производительность машин низкая. Требуется хороший контроль

20 - 25% Исключительно трудная Применимы методы с очень высокой эффективностью. Производительность машин низкая. Требуется хороший контроль

Более 25% Почти непреодолимая Может быть осуществлено только на установках с исключительно высокой эффективностью при чрезвычайно хорошем контроле и регулировке

Таблица 6

Методы обогащения угля для каждой степени трудности

Показатель кривой ± 100 кг/м3

Степень трудности

Пригодность методов обогащения

1015% у ная Только тяжелосредное обогащение: двухстадийная сепарация. Возможно,

трехпродуктовые циклоны для мелкого угля

15 - 20% Очень трудная Только тяжелосредное обогащение: сепараторы и гидроциклоны, двухстадийная сепарация с переобогащением промпродуктовой фракции крупного зерна

„ .. Противоточные гравитационные сепараторы, крутонаклонные сепараторы, 20 - 25% Исключительно трудная ^ .Г г г КНС для отделения породных фракций

Более 25% Почти непреодолимая Обогащение неприменимо. Возможно применение дробления крупных классов для раскрытия сростков для последующего обогащения

Таблица 7

Данные для построения кривой Майера

Зольность р1  а Координаты

Продукт Выход ^ р1 • а ^ 100

флотации Рх, % d1 , % 100 I'

К1 2,9 6,8 0,2 0,2 2,9

К2 8,4 6,8 0,6 0,8 11,3

КЗ 18,4 9,3 1,7 2,5 29,7

К4 13,2 8,3 1,1 3,6 42,9

К5 9,1 10,7 1,0 4,6 52,0

К6 14,0 11,4 1,6 6,2 66,0

К7 6,3 15,2 1,0 7,2 72,3

К8 8,3 18,5 1,5 8,7 80,6

К9 2,0 24,3 0,5 9,2 82,6

К10 2,9 31,5 1,0 10,2 85,5

К11 1,5 41,7 0,6 10,8 87,0

К12 1,2 53,9 0,6 11,4 88,2

К13 1,5 60,0 0,9 12,2 89,7

Итого: 89,7 13,6 12,2 20,9 100,0

Отходы: 10,3 84,8 8,7 -

Всего: 100,0 20,9 20,9 -

Рис. 6. Кривая обогатимости Майера

Кривые обогатимости Бэрда не отражают обо-гатимость мелких классов углей крупностью менее 0,5 мм, тем более что этот класс крупности на фабриках обогащается методом флотации, где в процессе участвуют флотационные реагенты. Известна кривая Майера - кривая флотируемо-сти мелких частиц угля крупностью менее 0,5 мм. Кривая флотируемости построена по результатам опытов дробной флотации (табл. 7, рис. 6).

Опыт дробной флотации позволяет определить качество продуктов флотации и расходы реагентов. Кривая флотируемости Майера представляет собой векторное изложение результатов опыта дробной флотации или так называемой «идеальной» флотации.

Построение кривой производят на планшете специальной формы. На оси ординат откладываются значения выхода концентратов, на оси абсцисс - их зольность. Ордината планшета, как правило, принимается 25 см. С целью уменьшения размеров и более удобного пользования значения более 30% отложены на вертикальной линии, проведенной из точки оси абсцисс параллельно оси ординат. Из точки А

(см.рис. 6) проводятся лучи отсчета со значением зольности свыше 30%. Для более удобного нахождения зольности можно использовать вспомогательный масштаб.

Пример определения выхода и зольности продуктов флотации приведен на рис. 6 для концентрата 6 (к6). Через точку к6 проводится демаркационная линия В-С. Выход концентрата и породы отсекается на оси ординат В-С. Выход концентрата равен 66%, породы - 34%. Зольность концентрата определяемая путем прямого отсчета по оси зольностей от точки ё, полученной проведением луча Л-ё через точку к6, до начала координат, составляла 9,2%.

Зольность породы определяется следующим способом: параллельно хорде к6-а (проекция которой на ось абсцисс представляет собой количество единиц в породе) проводится луч А-М, который на оси отсекает зольность породы А = 43,4%.

Для оценки флотируемости можно использовать метод Ф.А. Зайнудинова, согласно которому обогатимость угля определяется выходом легких фракций Ул концентрата при заданной зольности.

При заданной зольности концентрата по кривой Майера возможно определить степень флотируемости. При легкой флотируемости возможно получение концентрата и породы, при средней - получение концентрата, промпро-дукта и породы. При трудной флотируемости зольность концентрата будет выше заданной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Обогатимость углей, определенная в соответствии с ГОСТ 10100-84 не характеризует уголь как сырье для обогащения, так как она не позволяет судить о возможности получения концентрата определенного качества. Степень загрязнения концентрата при обогащении различными методами показала, что она не определяется однозначно только содержанием промежуточных фракций в исходном сырье. Показатели выхода и зольности легких фракций (метод оценки обогатимости по Ф.А. Зайнудинову) по-

зволяют судить о потенциальных значениях, количестве и качестве концентрата. Наиболее приемлем графический метод Бэрда для определения обогатимости угля. По этому методу степень трудности определяется содержанием смежных фракций ± 100 кг/м3 на беспородную массу.

Предлагается конкретизировать пригодность метода с уточнением применения процессов обогащения и использования Е .

рт

Для определения обогатимости угольной мелочи (шла-мов) крупностью 0-0,5 мм предлагается графический метод Майера. Кривая флотируемости кл. 0-0,5 мм основана на данных опытов дробной флотации. Степень флотируемости возможно определить по методу Ф.А. Зайнудинова по радиусу кривизны и по методу Грумбрехта по тангенсу угла смежных концентратов в интервале ±1 мин.

Список литературы

1. Павлович В.И., Фоменко Т.Г., Погарцева Е.М. Определение показателей обогащения углей. М.: Недра, 1966.

2. Черненко Б.Г., Шубан М.Б. Оценка кривых обогатимости угля по методу Бэрда / Сб. статей по обогащению углей. Харьков: Вып. II ОНТИ, 1935.

3. ГОСТ 10100-84. Угли каменные и антрацит. Метод определения обогатимости.

4. Гайденрайх Г. Оценка промышленных результатов обогащения полезных ископаемых. М.: ГНТИ литературы по горному делу, 1962. 189 с.

5. Техника. Технология обогащения углей. Спр. пособие. М.: Наука, 1995.

6. Козлов В.А., Козлов Е.В. Выбор наиболее рациональных методов оценки обогатимости углей для практического применения при проектировании обогатительных фабрик // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2012. Отдельный выпуск № 5. С. 265.

COAL PREPARATION

UDC 622.7.012.5 © L.A. Antipenko, 2018

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, № 4, pp. 69-74 Title

METHODS OF ASSESSMENT OF COAL WASHABILITY

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-4-69-74

Author

Antipenko L.A.1

1 "Sibniiugleobogashenie" LLC, Prokopyevsk, 653000, Russian Federation Authors' Information

Antipenko L.A., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Adviser to General Director, e-mail: AntipenkoLA@suek.ru

Abstract

The paper is devoted graphical methods for determining the coal washability off Henry, Baird and Mayer. GOST 10100-84"Methods for determining of coal washability". It is based on the data graph of Henry and does not allow the most advantageous process for the separation of coal. For which reason This paper describes the alternative methods Baird and Mayer.

Keywords

Fractional composition, Floatability curve, Separation density, Coarseness of grading, Washability curve.

References

1. Pavlovich V.l., Fomenko T.G. & Pogartsev E.M. Opredelenie pokazateley obogashcheniya ugley [Determination of technological characteristics coal washing]. Moscow, Nedra Publ., 1966.

2. Chernenko B.G. & Shuban M.B. Otsenka krivykh obogatimosti uglya po metodu Berda [Evaluation of coal beneficiation curves according to Bird's method]. Sollection of articles on benefication of coals. Kharkov, Dept of Scientific and Technical Information Publ., 1935, Issue II.

3. GOST 10100-84 Hard coals and anthracite. Method for determining coal washability.

4. Gaydenraykh G. Otsenka promyshlennykh rezul'tatov obogashcheniya poleznykh iskopaemykh [Appraisal of industrial results of minerals processing]. Moscow, GNTI Publ., 1962, 189 p.

5. Tekhnika. Tekhnologiya obogashcheniya ugley [Equipment. Technology of coal washing], Handbook, Moscow, Nauka Publ., 1995.

6. Kozlov V.A. & Kozlov E.V. Vybor naibolee ratsional'nykh metodov otsenki obogatimosti ugley dlya prakticheskogo primeneniya pri proektirovanii obogatitel'nykh fabrik [Selection of the most rational methods for determining coal washability for practical use when designing preparation plants]. Gornyy Informatsionno-Analiticheskiy Byulleten' - Mining Information and Analytical Bulletin, 2012, Separate issue No. 5, 265 p.