Методика по расчету продуктов дробления крупных классов угля

УДК 622.7:658.512; 622.73 В.А. Козлов

МЕТОДИКА ПО РАСЧЕТУ ПРОДУКТОВ ДРОБЛЕНИЯ КРУПНЫХ КЛАССОВ УГЛЯ

Приведена методика расчета продуктов при дроблении крупных классов угля на основе данных по ситовому и фракционному анализу пластовых проб угля. Рассмотрен пример практического расчета продуктов при дроблении угля. Методика позволяет рассчитать раскрытие промежуточных фракций крупных классов угля при дроблении. Полученные результаты расчетов позволяют произвести выбор наилучшей схемы обогащения угля.

Ключевые слова: классы крупности, фракционный состав угля, дробление угля, легкие фракции, промежуточные фракции, порода, шлам.

~П процессе разработки техноло-и гических схем при проектировании углеобогатительных фабрик приходится рассматривать вопрос о возможности раскрытия зерен угля промежуточной плотности и степени подготовительного дробления угля. Степень дробления будет определять раскрытие сростков чистого угольного вещества и породы (промежуточных фракций угля) и тем самым, способствовать получению при обогащении дополнительного выхода концентрата и, соответственно, дополнительной прибыли от его реализации. Исследователям-технологам каждый раз приходится решать задачу об определении степени раскрытия промежуточных фракций при дроблении, основываясь только на данных ситового и фракционного состава угля.

Нами разработана методика расчета выхода фракций угля и их зольности при дроблении по заданной границе крупности исходного угля. Методика разработана на основе данных, полученных совместно со специалистами ОФ «Кардинал» (Западная Вирджиния, США) на основе экспериментов, выполненных при исследовании влияния сте-

пени дробления крупного промпродукта класса 9,5 х150 мм на выход легких фракций угля.

Алгоритм методики расчета продуктов дробления по исходным данным ситового и фракционного анализов угля предполагает следующий порядок действий:

1. Задается граничное зерно классификации и дробления исходного угля, поступающего на обогащение - Dгp мм.

2. Порода плотностью более 2000 кг/м3 в верхнем классе +Dгp мм, рассматривается как материал не содержащий частиц угля и при дроблении вся первоначальная порода остается во фракциях более 2000 кг/м3 в дробленом продукте крупностью 0хDгp мм. При дальнейших расчетах раскрытия промежуточных фракций исключаем из массы крупного класса породу плотностью более 2000 кг/м3, считая ее в основном привнесенным материалом в процессе добычи угля. Исключенную породу мы присоединим к массе дробленого продукта позже на конечной стадии расчетов.

3. В дробленом продукте класса 0х Dгp мм соотношение содержания клас-

сов 1хDгp и 0х1 мм соответствует соотношению их содержания в исходной пластовой пробе угля, не подвергшейся дополнительному измельчению при транспортировке и перевалке угля. Определяем количество вновь образованного шлама класса 0х1 мм при дроблении беспородной массы угля, которое соответствует содержанию шлама класса 0х1 мм в исходном угле, и исключаем это количество из массы класса 0хDгp мм. Зольность вновь образованного шлама принимаем равной зольности оставшейся беспородной массы крупного угля + Dгp мм.

4. Принимаем, что относительный выход промежуточных фракций 14001800 кг/м3 и их зольность в дробленом продукте класса 1хDгp мм будет соответствовать их содержанию и зольности в этом классе в исходном угле. При расчете содержания промежуточных фракций не учитываем долю первоначальной породы, содержащейся в крупном классе, так как мы ее исключили на первом шаге расчетов.

5. Принимаем, что зольность отходов в дробленом продукте класса 1хDгp мм соответствует зольности отходов в этом классе в исходном угле.

6. Отношение выхода легких фракций плотностью <1400 кг/м3 к выходу промежуточных фракций после дробления беспородной массы крупного угля соответствует этому отношению в классе 1хDгp мм в исходном угле. По соотношению легких и промежуточных фракций вычисляем выход легких фракций и по балансу определяем выход раскрытой при дроблении породы.

7. По балансу фракций вычисляем зольность легких фракций в дробленом продукте класса 1хDгp мм.

8. Вычисляем шламообразование от породы. Для этого необходимо по результатам исследований исходного угля

учесть данные по прочности угля и породы. Коэффициент отношения прочности породы к прочности угля будет характеризовать выход породного шлама по сравнению с выходом шлама от угля при дроблении (п.3). Из исходного количества породы (п.2) вычитаем выход породного шлама 0х1 мм. Оставшееся количество дробленной исходной породы класса 1хDгp мм добавляем к вновь раскрытой при дроблении породе из промежуточных фракций.

9. Результаты расчетов сводим в итоговую таблицу.

Пример расчета раскрытия промежуточных фракций.

Рассмотрим в качестве примера расчет дробленого продукта для угля Эль-гинского каменноугольного месторождения (Якутия).

В табл. 1, 2 приведены гранулометрический и фракционный составы шихты коксующегося угля марки «Ж» на общие запасы на весь срок эксплуатации разреза с 2013 г. Данные для расчета гранулометрического и фракционного состава взяты из отчета [1].

Таблица 1

Гранулометрический состав шихты коксующегося угля

Классы, мм Шихта

Вых.,% Зольн.%

8х100 54,24 38,84

1х8 30,59 21,89

0х1 15,17 19,36

Итого: 100,0 30,70

1. Проектная технологическая схема предполагает мокрую классификацию угля класса 0х100 мм по Dгp = 8 мм, дробление крупного класса 8х100 мм до - 8 мм, обесшламливание

он

Таблица 2

Фракционный состав шихты коксующегося угля

Плотность фракций, кг/м3 Класс 8х100 мм Всплывшие фракции Класс 1х8 мм Всплывшие фракции

Выход, % Зольн., % Сумм. выход, % Сумм. зольн., % Выход, % Зольн., % Сумм. выход, % Сумм. зольн., %

менее 1300 14,04 8,40 14,04 8,40 45,78 7,45 45,78 7,45

1300-1400 24,12 15,06 38,16 12,61 27,90 15,96 73,68 10,67

1400-1500 14,83 23,60 52,99 15,68 7,99 25,52 81,66 12,12

1500-1600 6,10 33,10 59,09 17,48 2,91 34,95 84,57 12,91

1600-1800 5,37 44,51 64,46 19,73 2,42 45,80 86,99 13,82

1800-2000 4,52 61,25 68,98 22,45 1,69 58,46 88,68 14,67

более 2000 31,02 75,28 100,0 38,84 11,32 78,40 100,0 21,89

Итого: 100,0 38,84 100,0 21,89

Таблица 3

Распределение фракций в классе 8х100 мм в % от исходного угля

Легкие фракции <1400 кг/м3 Пром. фракции 1400-2000 кг/м3 Порода >2000 кг/м3 Итого:

Выход, % Зольн., % Выход, % Зольн., % Выход, % Зольн., % Выход, % Зольн., %

Относительно исходного 20,70 12,61 16,72 34,64 16,82 75,28 54,24 38,84

Относительно класса 38,16 12,61 30,82 34,64 31,02 75,28 100,0 38,84

Таблица 4

Распределение фракций в классе 1х8 мм в % от исходного угля

Легкие фракции <1400 кг/м3 Пром. фракции 1400-2000 кг/м3 Порода >2000 кг/м3 Итого:

Выход, % Зольн., % Выход, % Зольн., % Выход, % Зольн., % Выход, % Зольн., %

Относительно исходного 22,54 10,67 4,59 34,36 3,46 78,40 30,59 21,89

Относительно класса 73,68 10,67 15,0 34,36 11,32 78,40 100,0 21,89

Легкие фракции <1400 кг/м3 Пром. фракции 1400-2000 кг/м3 Порода >2000 кг/м3 Итого:

Выход, Зольн., Выход, Зольн., Выход, Зольн., Выход, Зольн.,

% % % % % % % %

20,70 12,61 16,72 34,64 - - 37,42 22,45

Таблица 6

Легкие фракции <1400 кг/м3 Пром. фракции 1400-2000 кг/м3 Порода >2000 кг/м3 Итого:

Выход, Зольн., Выход, Зольн., Выход, Зольн., Выход, Зольн.,

% % % % % % % %

13,84 12,61 11,18 34,64 - - 25,02 22,45

класса 0х8 мм по зерну 1 мм. Необходимо рассчитать характеристики дробленого продукта класса 1х8 мм (табл. 3).

При рассмотрении данных табл. 3, 4 видно, что выход легких фракций плотностью <1400 кг/м3 в классе 1х8 мм почти в два раза превышает выход легких фракций в классе 8х100 мм. Зольность легких фракций в классе 1х8 мм на 2% ниже, чем в классе 8х100 мм.

Выход промежуточных фракций в классе 1х8 мм в два раза ниже, чем в классе 8х100 мм при фактически одинаковой зольности в указанных классах.

2. Исключаем породу из крупного класса угля.

Тогда беспородные фракции в классе 8х100 мм в % от исходного угля представлены в табл. 5.

3. В исходном угле содержание шлама 0х1 мм в классе 0х8 мм составляет 33,15% отн. Тогда выход шлама после дробления составит 12,40% абс. зольностью 22,45%. Исключаем шлам пропорционально выходу фракций (табл. 6).

4. Относительный выход промежу-

точных фракций после дробления беспородной массы принимаем

(4,59/30,59)х100 = 15,0 % той же зольностью, что и в классе 1х8 мм - 34,36%.

Выход промежуточных фракций после дробления составит: 25,02 х х0,15 = 3,75 % абс., зольностью 34,36 %.

5. Зольность отходов после дробления промежуточных фракций крупного класса соответствует зольности класса 1х8 мм исходного угля. В нашем случае зольность отходов принимаем 78,4%.

6. Отношение выхода легких фракций плотностью <1400 кг/м3 к выходу промежуточных фракций после дробления беспородной массы угля крупностью 8х100 мм соответствует этому отношению в нижнем классе 1х8 мм исходного угля.

Таким образом, отношение легких фракций к промежуточным составит: 22,54/4,59=4,9. Тогда выход легких фракций после дробления беспородной массы угля будет: 3,75 х 4,9 = =18,38 %. Вычисляем выход породы, раскрытой после дробления: 25,02-18,38-3,75 = 2,89 %.

7. Из уравнения баланса вычисляем зольность легких фракций после дробления - 11,23%.

8. В нашем примере порода в 4,5

раза прочнее угля, учитывая выход угольного шлама (п.2), выход породного шлама составит: 33,13 : 4,5= =7,37%

отн. Таким образом, после дробления породы породного шлама будет: 16,82х7,37/100 = 1,24% абс., а выход породы класса 1х8 мм составит: 16,82-1,24=15,58% абс. Добавляем это количество к вновь раскрытой при дробле-

Легкие фракции <1400 кг/м3 Пром. фракции 1400-2000 кг/м3 Порода >2000 кг/м3 Итого:

Выход, % Зольн., % Выход, % Зольн., % Выход, % Зольн., % Выход, % Зольн., %

Исходный 8х100 мм до дробления 20,70 12,61 16,72 34,64 16,82 75,28 54,24 38,84

Исходный 8х100 мм до дробления без породы 20,70 12,61 ,7 34,64 - - 37,42 22,45

После дробления без шлама 0-1 мм 18,38 11,23 3,75 34,36 2,89 78,40 25,02 22,45

Тоже относительно класса 73,46 11,23 15,0 34,36 11,54 78,40 100,0 22,45

Относительное распределение дробленных пром.фракций 40,61 7,02 33,55 34,36 25,84 78,4 100,0 34,64

Дробленный продукт кл.1х8 мм с учетом исходной породы 18,38 11,23 3,75 34,36 18,47 75,77 40,60 42,73

Тоже относительно класса 45,27 11,23 9,24 34,36 45,49 75,77 100,0 42,73

Для сравнения класс 1х8 мм в исходном угле 73,68 10,67 15,0 34,36 11,32 78,40 100,0 21,89

нии промежуточных фракций породе: 2,89 + 15,58 = =18,47% абс. Тогда зольность общей породы:

(2,89х78,4+15,58х75,28) /18,47=75,77%.

9. Результаты вычислений сводим в итоговую табл. 7.

Количество образованного шлама 0х1 мм при дроблении класса 8х100 мм до -8 мм составит: 12,40+ 1,24 = =13,64% абс. или 25,15% относительно исходного выхода крупного класса 8х100 мм. Зольность шлама: (12,4х22,45+ 1,24х75,28)/ 13,64 =

=27,25%.

При анализе данных таблицы можно сделать вывод, что для угля Эльгинско-го месторождения наблюдается значительное раскрытие промежуточных фракций при дроблении. Их содержание

в исходном крупном угле класса 8х100 мм составляло 16,72% абс., а после дробления, согласно расчетам, остаточное содержание промежуточных фракций будет 3,75% абс. Но при дроблении угля класса 8х100 мм до крупности -8 мм происходит значительное шламооб-разование до 25,15% отн. Это связано с тем, что уголь обладает низкой прочностью, в результате чего происходит снижение содержания легких угольных фракций в дробленом продукте до 18,38% абс. по сравнению с содержанием легких фракций до дробления в крупном классе 20,70%. Основная часть легких фракций угля переходит в шлам 0х1 мм. Поэтому особое внимание необходимо уделить обогащению зернистого

шлама в спиральных сепараторах и флотации тонкого шлама.

Обычно в технологии обогащения угля дополнительного образования шлама стараются избегать, так как повышение его содержания увеличивает себестоимость обогащения из-за больших затрат на обезвоживание шламовых продуктов. В случае для Эльгинских углей образование шлама при их дроблении является положительным моментом. Это обусловлено тем, что в шламе 0х1 мм промежуточные фракции фактически полностью раскрыты, выход легких фракций (концентрата) составляет 85-95%. В целом, с экономической точки зрения дополнительный выход концентрата за счет раскрытия промежуточных фракций при дроблении, значительно перекрывает затраты на дробильное оборудование и затраты на пе-

реработку дополнительного количества шламов.

На приведенном примере показано, что рассмотренный алгоритм расчета результатов дробления крупного класса угля, позволяет учесть раскрытие промежуточных фракций в процессе дробления. Таким образом, расчетным методом можно оценить дополнительный выход концентрата (легких фракций) за счет раскрытия промежуточных фракций при дроблении. Это можно сделать на основе имеющихся данных ситового и фракционного анализа пластовых проб угля. Расчет по приведенной методике позволит определить экономическую целесообразность применения самого процесса дробления с целью раскрытия промежуточных фракций, а также поможет выбрать оптимальную границу машинных классов при проектировании обогатительных фабрик.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Отчет исследования валовых проб угля Эльгинского каменноугольного месторожде-ния.//КузНИИуглеобогащение. Прокопьевск. 1988. наы=1

— Коротко об авторе

Козлов В.А. - кандидат технических наук, доцент, инженер-технолог фирмы ООО «Коралайна Инжиниринг» (СЕТСО) vak@cetco.ru