Выбор наиболее рациональных методов оценки обогатимости углей для практического применения при проектировании обогатительных фабрик

© В.А. Козлов, Е.В. Козлов, 2012

В.А. Козлов, Е.В. Козлов

ВЫБОР НАИБОЛЕЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ

МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ОБОГАТИМОСТИ УГЛЕЙ

ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК

Рассмотрены наиболее эффективные методы оценки обогатимости углей: метод ГОСТ 10100-84 (РФ) и метод Бэрда (США). Даны предложения по их развитию для практического применения при исследовании углей на обогатимость.

Ключевые слова: фракционный состав угля, кривые обогатимости, зольность, плотность разделения, показатель (критерий) обогатимости угля.

Показатели или критерии обогатимости являются важным инструментом исследования способности углей разделяться на продукты заданного качества, что позволяет составить рациональную структуру технологической схемы для новой обогатительной фабрики [1].

К настоящему времени разработано множество аналитических и графических методов оценки обогатимости углей и определения плотности оптимального разделения на продукты, например, по условию минимального засорения посторонними фракциями (методы Майера Ф., Фоменко Т.Г. и др.). Но в практической работе при исследовании углей при составлении схем обогатительных фабрик, как правило, в первую очередь необходимо выполнить требования технического задания к качеству продукции. В этом случае, оказывается, что разделение угля необходимо проводить по плотности, несколько отличающейся от оптимальной плотности, рекомендуемой этими методами.

Кроме того, при расчете результатов обогащения угля в определенном обогатительном аппарате из-за погрешности разделения этого аппарата приходится смещать плотность разделения, определенную при теоретических исследованиях кривых обогатимости угля. Это смещение фактической плотности разделения от теоретической обусловлено нелинейным характером кривой обогатимости угля и принципиально необходимо для обеспечения заданной зольности концентрата. Обычно

смешение фактической плотности разделения от плотности, определенной при расчете теоретического баланса продуктов, производится в сторону уменьшения. Величина этого смешения зависит как от характера кривых обогатимости угля, так и от погрешности разделения в данном обогатительном аппарате.

После долгого затишья в исследованиях по практическому применению критериев обогатимости для исследования углей, в последнее время наблюдаются попытки по возобновлению работ в этой важной области углеобогашения [2]. Но дальше об-шего описания и оценки сушествуюших методов эти исследования не продвинулись, что обусловлено, вероятно, недостаточным опытом практического анализа и отсутствием методик применения этих критериев в изучении углей и их использования в процессе проектирования новых обогатительных фабрик.

Основным условием выбора критериев для практического использования при исследовании обогатимости углей должно быть понимание цели применения выбранного критерия и практическая рациональность методики его использования.

Мы считаем, что результатом исследования обогатимости угля является построение технологической схемы, структура которой должна обеспечить получение максимального выхода концентрата заданного качества при минимальных экономических затратах. Соответственно количество технологических процессов в схеме должно стремиться к минимально возможному значению.

Фактически все сушествуюшие методы оценки обогатимости углей, в том виде, в котором они описаны авторами, не могут быть рекомендованы для практического использования, т.к. большинство из них допускают те или иные допушения и погрешности. Это иногда приводит к неправильным выводам по обогатимости углей и, как следствие, к ошибкам при проектировании технологических схем углеобогатительных фабрик.

Наибольшая точность присуша графическим методам, ис-пользуюшим кривые обогатимости угля. Например, методика построения кривых обогатимости угля изложена в ГОСТ 479093 [3]. Обычно кривые обогатимости строят «ручным» способом, но для интенсификации процесса изучения большого количества данных необходимо использование программного обеспечения для построения кривых обогатимости и их анализа компьютерными методами.

Так, в работе [2] из всех методов по исследованию обогатимости углей был выбран метод Герашенко К.Л., основанный на аналитическом описании кривых обогатимости. Он предложил кривую X разбить на три участка, при этом каждый участок кривой описывается своим уравнением. Однако, по нашему мнению, данный подход обладает тем недостатком, что трудно обеспечить гладкую состыковку участков кривой, описываемой разными уравнениями, к тому же имеюшими разную кривизну, заметную глазом при оценке гладкости кривой обогатимости в целом.

Этих недостатков лишен компьютерный способ построения 4-х основных кривых обогатимости (зольностей элементарных слоев X, средней зольности концентрата в, средней зольности отходов 0, плотностей 8) и кривой Бэрда, основанный на аппроксимации исходных данных кубическими сплайнами, который был разработан авторами статьи в компании СЕТСО. Кривые обогатимости, построенные с помошью компьютерных методов, представлены на рис.1. С этими кривыми можно проводить с достаточной точностью все необходимые вычисления.

На территории СНГ получил распространение при исследовании углей аналитический показатель обогатимости, который вычисляется по методике ГОСТ 10100-84 [4]. Но как показано в работе [1] практическое использование этого показателя обогатимости в том виде, как он описан, может приводить к ошибкам в оценки обогатимости угля и, соответственно, к выбору неправильной структуры технологической схемы обогатительной фабрики. Если учесть метод Зайнудинова Ф.А., согласно которому обогатимость угля определяется выходом легких фракций ул концентрата при заданной зольности, то можно усовершенствовать методику, описанную в ГОСТ 10100-84. Лля этого, мы предлагаем определять выход кон-центратных и промежуточных фракций в зависимости от заданной зольности концентрата графическим способом по кривым обогатимости угля. Тогда нижней границей промежуточных фракций будет плотность, при которой выделяем концентрат, заданной зольности, а не 1400 или 1500 кг/м3, как принято в ГОСТ. И затем аналитически по формуле вычисляется показатель обогатимости аналогично по формуле ГОСТ.

Таблица 1 в США и Австралии

Показатель трудности обогащения по для определения обога-методу Бэрда тимости угля использует-

ся метод Бэрда, согласно которому графическим способом вычисляется содержание посторонних фракций в пределах ближних гравитационных уровней ±100 кг/м3 от плотности разделения. Согласно этому методу, обогатимость углей определяется количеством материала, которое содержится в пределах ±100 кг/м3 выше и ниже принятой плотности разделения данного угля на составляющие компоненты. Указанные пределы отклонения от разделительной плотности приняты Бэрдом на основании экспериментальных данных, полученных в 20-ые года прошлого века. Например, если разделительная плотность равна 1700 кг/м3, то все сводится к определению количества материала, содержащегося в диапазоне плотностей 1600—1800 кг/м3. Кривая отклонения ближних гравитационных уровней ±100 кг/м3 также показана на рис. 1.

Относительно выбора пределов отклонения ближних гравитационных уровней от разделительной плотности равными ±100 кг/м3, принятые Бэрдом, можно сделать два замечания.

Первое, точность измерения плотности разделительной среды должна быть менее 100 кг/м3. Второе, кроме точности измерения плотности разделения необходимо учитывать погрешность разделения угля в выбранном обогатительном аппарате. Так, Курбатов в.П. в своем методе, обогатимость определяет по сумме выхода посторонних фракций в пределах ±4Етр от плотности разделения. Проблема заключается в относительно сложных расчетах вычислении количества посторонних фракций. С точки зрения текущего уровня развития теории углеобогащения, представляется более логичным принять границы ближних гравитационных уровней равными

Выхол фракций в пределах ближних грави- тационны1х уровней ±100 кг/м3 от плотности разделения, % Категория

Менее 7 Легкая

7 — 10 Умеренная

10 — 15 Трудная

15 — 20 Очень трудная

20 — 25 Весьма трудная

Более 25 Значительной

трудности

среднему вероятному отклонению ± Етр кг/м3 от разделительной плотности. Естественно, что среднее вероятное отклонение должно относится к применяемому в технологической схеме обогатительному аппарату. Однако, в этом случае, необходимо будет пересмотреть и приведенную выше таблицу определения категорий обогатимости угля по методу Бэрда.

Лля нижеприведенного состава угля в табл. 2 построены кривые обогатимости и кривая Бэрда (рис. 1).

Лля приведенного состава угля показатель обогатимости согласно ГОСТ 10100-84 при плотности промежуточных фракций 1400-1800 кг/м3 будет равен Т1 = 100-21,0/ /83,42=25,2 %. Уголь относится к очень трудной категории обогатимости (IV).

Например, согласно техническому заданию на проектирование из приведенного угля необходимо получить концентрат для энергетики зольностью 11,5 %. Теоретический выход концентрата составит 58,15 % при плотности разделения 1375 кг/м3 (см. рис. 1). Тогда к промежуточным фракциям, по аналоги с ГОСТ, относятся фракции уже в диапазоне плотностей 1375-1800 кг/м3 (табл. 3).

Таблица 2

Плотность Среднее Выхол Зольность Суммарные ланные

фракций, кг/м3 значение плотности У, % АА,% всплывшие фракции потонувшие фракции

фракций У, % АА,% У, % АА,%

1250-1300 1275 33,73 8,22 33,73 8,22 100,0 26,80

1300-1400 1350 28,69 16,91 62,42 12,21 66,27 36,26

1400-1500 1450 10,43 27,32 72,85 14,38 37,58 51,03

1500-1600 1550 5,61 35,45 78,46 15,88 27,15 60,14

1600-1800 1700 4,96 47,05 83,42 17,74 21,54 66,57

1800-2000 1900 4,61 59,84 88,03 19,94 16,58 72,41

2000-2400 2200 7,18 71,24 95,21 23,81 11,97 77,25

2400-2800 2600 4,79 86,27 100,0 26,80 4,79 86,27

Итого: 100,0 26,80

Таблица 3

Наименование пролукта Выхол у, % Зольность, АА,% Плотность, кг/м3

Концентрат 58,15 11,50 <1375

Промежуточные фракции 25,27 32,08 1370—1800

Отходы 16,58 72,41 >1800

Итого: 100,0 26,80

Рис. 1. Кривые обогатимости угля с кривой оценки обогатимости по Бэрду

В этом случае скорректированный показатель обогатимости будет Т2=10025,27/83,42 = 30,3 %. Это несколько выше значения Т1, что говорит об ухудшении обогатимости при переходе с плотности разделения 1400 на более низкую плотность 1375 кг/м3, так как количество промежуточных фракций во втором случае будет больше.

Показанную зависимость обогатимости угля от плотности разделения наглядно можно увидеть на кривой Бэрда (рис. 1).

Чтобы определить категорию обогатимости необходимо при выбранной плотности разделения сверху от шкалы плотностей провести перпендикуляр до пересечения с кривой ближних

гравитационных уровней (кривой Бэрда) и далее от точки пересечения горизонтальную линию до пересечения с левой осью суммарного выхода всплывших фракций. Точка пересечения с левой осью покажет выход фракций в диапазоне ближних гравитационных уровней и далее по табл. 1 определяем категорию обогатимости по методу Бэрда.

Так, при плотности выделения концентрата 1375 кг/м3 выход фракций в диапазоне ближних гравитационных уровней составит 39 %, что соответствует последней категории «значительной» трудности обогатимости.

Можно отметить, что если метод ГОСТ 10100-84 определяет обшую обогатимость угля, то метод Бэрда имеет большую практическую значимость, так как учитывает плотность разделения угля. Например, при плотности разделения 1800 кг/м3 выход фракций в диапазоне ближних гравитационных уровней составит менее 7 %, что соответствует первой «легкой» категории обогатимости угля. Таким образом, рассматриваемый уголь при плотности разделения 1375 кг/м3 относится к категории «значительной» трудности обогатимости, а при плотности разделения 1800 кг/м3 относится к категории «легкой» обогатимости.

Заключение

Среди множества методов определения показателей обога-тимости для практического применения наиболее распространенными являются два метода — аналитический метод, описанный в ГОСТ 10100-84, и графический метод построения кривой Бэрда.

Лля практического применения при исследовании углей и оценки их обшей обогатимости рекомендуется применять усовершенствованный метод ГОСТ 10100-84, в котором нижняя граница плотности промежуточных фракций определяется графическим способом по кривым обогатимости по заданной зольности концентрата.

Метод Бэрда, согласно которому графически определяется категория обогатимости угля с учетом плотности разделения, позволяет наглядно оценить влияние плотности разделения на обогатимость угля. Если в методе Бэрда заменить пределы отклонения ближних гравитационных уровней от разделитель-

ной плотности ±100 кг/м3 на значение среднего вероятного отклонения ±Етр кг/м3, применяемого в технологической схеме обогатительного аппарата, то практическая значимость метода возрастет. В этом случае, в методе Бэрда будут учитываться все важные параметры, влияющие на обогащение угля: фракционный состав угля, плотность разделения и среднее вероятное отклонение, присущее применяемому обогатительному аппарату.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Козлов В. А. Показатель обогатимости, как инструмент исследования фракционного состава угля. ГИАБ. № 9.М.: Изд-во МГГУ, 2010.

2. Кушина О.А. (Рук. проф. Назимко Е.И.). Оценка обогатимости углей по методу К.Л.Геращенко. Сборник тезисов докладов конференции молодых обогатителей Украины (25 апреля 2007 г.) — Лонецк: ЛонНТУ, 2007.

3. ГОСТ 4790-93 (ИСО 7936:1992). Топливо твердое. Определение и представление результатов фракционного анализа. Общие требования к аппаратуре и методике.

4. ГОСТ 10100—84. Угли каменные и антрацит. Метод определения обогатимости. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Козлов Валим Анатольевич — кандидат технических наук, доцент, главный технолог, vak@cetco.ru,

Козлов Евгений Вадимович — инженер-программист, Коралайна Инжиниринг — СЕТСО.