CC BY
0Международный научный журнал «ВЕСТНИК НАУКИ» № 7 (76) Том 1. ИЮЛЬ 2024 г. УДК 622
Завалишин Д.А.
директор по обогащению ООО Проектный институт «Бимсистема» технический консультант Лабораторный комплекс ОАО «СЖС Восток Лимитед» (г. Новокузнецк, Россия)
КОМПЛЕКСНЫЙ (СИСТЕМНЫЙ) ПОДХОД К ОЦЕНКЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЯ
Аннотация: критически оценен опыт реализации работ по оценке эффективности обогащения. Выявлены типичные ошибки, возникающее при проведении таких работ. Приведена стандартизация и адаптация стандартизованных методов к подходу оценки эффективности обогащения. На основе этого предложен комплексный (системный) подход к проведению работ по оценке эффективности обогащения. Приведён пример использования такого подхода. На примере показано, что повышение эффективности обогащения на угольной обогатительной фабрике и повышение выхода готовой продукции (концентрата обогащения) достижимо не только за счет внесения изменения в технологическую схему обогащения, но и за счет оптимальной настройки технологического режима обогащения.
Ключевые слова: эффективность, процесс обогащения, обогатимость угля, технологическая схема, технологический режим, технологические контуры, технологические аппараты.
В практике обогащения углей периодически возникает потребность в оценке эффективности процесса обогащения.
За время своей профессиональной деятельности автор статьи неоднократно участвовали в работах такого типа в качестве исполнителя и организатора.
В частности, были реализованы следующие виды работ:
- Анализ эффективности работы угольных обогатительных фабрик в различные периоды времени,
- Оценка эффективности процесса обогащения, заложенной в проекте обогащения,
- Сравнительная оценка эффективности работы угольной обогатительной фабрики в соответствии с проектом,
- Сравнительный анализ эффективности работы различных угольных обогатительных фабрик,
- Сравнительная оценка эффективности работы угольной обогатительной фабрики при обогащении различных углей,
- Сравнительная оценка эффективности работы оборудования угольной обогатительной фабрики,
- Сравнительная оценка эффективности работы реагентов для обогащения,
- Оценка эффективности принятых технических решений для повышения эффективности обогащения на обогатительной фабрике.
Надо отметить, что при выполнении таких работ постоянно возникали вопросы относительно их выполнения, а полученные результаты часто были неоднозначны и оспоримы, иногда противоречивыми, порой даже абсурдными, и чаще всего сводились к так называемому «экспертному мнению».
Это неудивительно, в настоящее время не существует общепринятой стандартизованной методики реализации такого вида работ, а значит нет единой процедуры их выполнения, нет общепринятых цифровых показателей, характеризующих эффективность, и нет общепринятого подхода к интерпретации результатов.
Накопленный опыт позволил критически оценить способы и подходы к реализации работ и выделить основные типичные ошибки. Отметим две из них.
Ошибка №1. Применение некорректного критерия эффективности при реализации работ. В таком случае получается, что работа есть, а критерия для оценки результата нет.
Связано это с тем, что в промышленной практике обогащения эффективность процесса обогащения напрямую не контролируется. В стандартных схемах контроля нет показателя, который можно использовать для этого.
Косвенно эффективность процесса обогащения оценивается по показателю выхода концентрата. Однако, этот показатель зависит от колебания качества сырья и переменных факторов, таких как зольность входящего сырья, зольность концентрата и обогатимость угля. Таким образом, он не позволяет объективно оценить эффективность процесса обогащения.
Ошибка №2. Отсутствие комплексного (системного) подхода к оценке эффективности процесса обогащения.
Сама по себе угольная обогатительная фабрика является системой, где взаимодействуют различные факторы, ограничивающие процесс эффективности обогащения, такие как свойства сырьевой базы, требования к качеству продукции, технологическая схема и режим обогащения, а также эффективность работы технологических контуров обогащения и отдельных технологических аппаратов. Любая работа по оценке эффективности требует учитывать влияние данных факторов [2]. Индивидуальный подход дает необъективные результаты.
Основываясь на сделанных выводов был проведён анализ и систематизация как стандартизированных подходов к оценке эффективности процесса обогащения (в основном на основе международных стандартов), так и научных наработок в этой области с целью разработки комплексного системного подхода к оценке эффективности процесса обогащения [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10].
Приоритетной задачей было максимальное устранение субъективности в оценке эффективности процесса обогащения путём её выражения в качественных цифровых показателях.
Следует отметить, что такой подход потребовал объединения инженерно-технических расчётов со специализированной системой лабораторных испытаний. Это, в свою очередь, потребовало организации совместной работы проектного института и лаборатории исследования обогатимости угля.
Процесс реализации работ по оценке эффективности процесса обогащения обязательно включает в себя следующие этапы:
Этап 1. Качественная оценка фактического уровня эффективности процесса обогащения на обогатительной фабрике по приведённым показателям эффективности. Этап 2. Определение потенциала сырьевой базы обогатительной фабрики при выдвигаемых требованиях к качеству готовой продукции.
Этап 3. Определение потенциала технологической схемы обогащения и технологического режима обогащения.
Этап 4. Определение фактической эффективности работы технологических контуров обогащения и отдельных технологических аппаратов.
Этап 5. Анализ полученных результатов. Выявление «узких мест». Разработка мероприятий по повышению эффективности.
Реализовать данную работу можно в две стадии.
На первой стадии проводится только исследование сырьевой базы обогатительной фабрики. Для анализа фактической эффективности работы фабрики берется информация из системы контроля на фабрике.
Данную стадию можно считать предварительной, но она позволяет:
- Оценить фактический уровень эффективности работы фабрики и необходимость более глубокой оценки ее эффективности.
- Предварительно оценить возможные «узкие места» в технологии обогащения.
- Провести подготовительную работу для проведения процедуры полного опробования фабрики.
На второй стадии проводится опробование фабрики, углублённая оценка эффективности обогащения на обогатительной фабрике.
Рассмотрим предложенный подход на примере.
Заказчиком была сформулирована задачу оценить фактическую эффективность работы угольной обогатительной фабрики по сравнению с проектной.
Динамика изменения фактического выхода концентрата за анализируемый период (год) на ОФ показывала чёткую динамику к снижению и выход концентрата был значительно ниже значения, заложенного в проекте (рисунок 1). На основе этого заказчиком был сделан вывод, что эффективность обогащения на фабрике имеет тенденцию к снижению.
100.0
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЫСОКАЯ
О4 95.0
3
о и ев
| 9°.°
и Т 2 а
£ 85.0 и
13 н
ев &
Н Я и Я
я о И
ч
о -
со
80.0
75.0
70.0
65.0
60.0
ЭФФЕКТИВНОСТЬ СРЕДНЯЯ
ПРОЕКТУ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ НИЗКАЯ
1го показателя ючей массы)
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧЕНЬ НИЗКАЯ
567
Месяц
Рисунок 1. Динамика изменения фактического и приведённого выхода концентрата, и приведенного показателя эффективности (извлечения горючей массы) на обогатительной фабрике за анализируемый период.
Реализация работы проходила согласно указанным этапам. Этап 1. Качественная оценка фактического уровня эффективности процесса обогащения на обогатительной фабрике по приведённым показателям.
На данном этапе осуществляется оценка фактической эффективности по приведённым к единым условиям показателям эффективности, которые
позволяют получить сопоставимые результаты. Приведение проводится по специальной методике, по которой приводятся результаты к единому значению по показателям: зольность входящего сырья, зольности концентрата и селективность процесса обогащения [10, 11].
В приводимом примере за анализируемый период изменялась как зольность входящего сырья, так и зольность концентрата. Насчёт обогатимости входящего сырья сказать было трудно, исследование обогатимости проводилось очень редко.
Для нашего примера приведенный выход концентрата колебался на одном уровне с небольшой динамикой повышения (рисунок 1). Аналогичная динамика наблюдалась (рисунок 1) для приведенного коэффициента эффективности процесса обогащения (показатель извлечения горючей массы). т.е. наблюдалась обратная динамика изменению фактического выхода концентрата на ОФ, это подтверждает вывод, что показатель выход концентрата не позволяет объективно оценить эффективность процесса обогащения. Однако и уровень приведенного выхода концентрата и приведенного уровня эффективности был значительно ниже уровня, заложенного в проекте, что говорит, что фактическая эффективность работы ОФ была ниже заложенной в проекте.
Этап 2. Определение потенциала сырьевой базы обогатительной фабрики при выдвигаемых требованиях к качеству готовой продукции.
На этом этапе проводится исследование обогатимости углей сырьевой базы фабрики с использованием специализированной методики и проводиться оценка обогатимости угля. Так как известно, что существующие подходы к оценке обогатимости угля не позволяют оценить обогатимость с промышленной точки зрения [14, 15, 16, 17]. Чтобы получить более объективную оценку обогатительных свойств угля с промышленной точки зрения, была усовершенствована методика промышленной обогатимости угля, разработанная советскими учёными [18].
Для рассматриваемого примера на рисунке приведена диаграммы промышленной обогатимости сырьевой базы фабрики согласно проекту и
фактической сырьевой базы. Диаграмма (1) оценивает обогатимость угля с точки зрения требования к зольности готовой продукции, диаграмма (2) оценивает обогатимость угля с точки зрения требования к содержанию влаги в готовой продукции.
График промышленной обогатимости (1) угля показывает, что с точки зрения требований к зольности концентрата угли как проектной, так и фактической сырьевой базы имеют близкую обогатимость (зона обогащения «легкая»).
Однако график промышленной обогатимости (2) показывает, что фактическая сырьевая база имеет неблагоприятный гранулометрический состав для механического обезвоживания, расчетное содержание влаги в зависимости от выбранной схемы 9.7-12.0%.
4.0
5.0
Зольность концентрата, %
6.0 7.0 8.0 9.0
10.0
11.0
ГО X
о
т
и О X
со
чо
1 т
т О
^
го ^
о ю о
Рисунок 2. Диаграмма обогатимости (1) углей проектной и фактической сырьевой базы (требования к зольности концентрата).
Отношение крупного и мелкого классов
Рисунок 3. Диаграмма обогатимости (3) углей проектной и фактической сырьевой базы (требования к содержанию влаги в концентрате).
Этап 3. Определение потенциала технологической схемы обогащения и технологического режима обогащения.
На данном этапе проводится оценка потенциала технологической схемы обогащения и технологического режима обогащения. Оценка выполняется с помощью математического моделирования процесса обогащения при нормированных показателях работы оборудования.
Следует отметить, что при моделировании с использованием специального алгоритма осуществляется подбор оптимального режима обогащения. Оптимальный режим обогащения подразумевает такую настройку аппаратов обогащения, при которой получается продукт заданного качества с максимальным выходом концентрата.
Известно, что получение концентрата заданного качества не всегда позволяет достичь максимального возможного выхода концентрата. Несмотря на то, что в настоящее время существуют различные подходы для выбора оптимального режима обогащения, универсального подхода не существует [19, 20, 21].
Режим обогащения зависит от технологической схемы фабрики, требований к качеству концентрата и физических свойств обогащаемого угля. Анализ изменения выхода концентрата при обогащении углей разной категории обогатимости показывает, что потери выхода концентрата при получении концентрата одинакового качества в зависимости от режима обогащения может достигать до 12.0%.
Оптимальный режим обогащения выбирается с помощью математического моделирования процесса обогащения.
Для облегчения математического моделирования процесса обогащения и учитывая, что в настоящее время российские обогатительные фабрики имеют большое разнообразие технологических схем, была разработана специализированная программа для расчёта обогатительных фабрик. Эта программа позволяет быстро смоделировать технологическую схему фабрики и выполнить необходимые расчёты.
Для нашего примера было установлено, что оптимальный режим обогащения для углей сырьевой базы не использовался вообще. Рабочий режим, используемый на фабрике, приводит к потери выхода концентрата до 5%.
Этап 4. Определение фактической эффективности работы технологических контуров обогащения и отдельных технологических аппаратов.
На этом этапе проводится опробование технологического процесса фабрики с проведением необходимых лабораторных анализов.
По результатам опробования рассчитывается качественно-количественная схема фабрики, определяется распределение нагрузок на аппараты и с помощью специальной программы формируется активная фактическая математическая модель обогащения на обогатительной фабрике.
Также определятся эффективность работы технологических контуров и отдельных технологических аппаратов. При оценке эффективности работы оборудования используется системный подход. Проведённый анализ подходов к оценке эффективности работы обогатительного оборудования, предложенных различными исследователями, показал, что они характеризуют индивидуальную эффективность работы оборудования [11, 22, 2324]. Такой подход не оправдывает себя при оценки эффективности части системы. Поэтому был реализован подход оценки эффективности работы оборудования с привязкой к оптимальному режиму обогащения. Это позволяет оценить эффективность работы оборудования как части системы.
Вернёмся к нашему примеру.
На рисунке 4 приведена диаграмма эффективности работы анализируемой фабрики.
Из диаграммы можно сделать следующие выводы:
- Эффективность, заложенная в проекте, «высокая».
- Потенциал фактической сырьевой базы фабрики при заданных требованиях к качеству готовой продукции и современном уровне технологии может достигать «высокой» эффективности.
- Потенциал технологической схемы обогащения при оптимальном режиме обогащения соответствует «средней» эффективности (ограничения содержание влаги в концентрате).
- Фактический уровень эффективности работы фабрики «низкий».
Эффективность по технологическим контурам:
- Контур 1: Эффективность по нормам работы оборудования должна соответствовать высокой, фактическая эффективность низкая.
- Контур 2: Эффективность по нормам работы оборудования должна соответствовать высокой, фактическая эффективность высокая.
- Контур 3: Эффективность по нормам работы оборудования должна соответствовать низкой, фактическая эффективность очень низкая.
- Контур 4: Эффективность по нормам работы оборудования должна соответствовать средней, фактическая эффективность очень низкая.
100.00
90.00
80.00
и 70.00 О X со
<и т
60.00
50.00
О-------"6
О—-::-------Ж
\ \ ологичесКая
\ N.
схема \
сырьевая база
проект
ВЫСОКАЯ
СРЕДНЯЯ
.V----_ -ЭФФЕКТИВНОСТЬ "ПО"
* Ч ¿О
\ V- НОРМАМ
\ч
\ \<>:>" \ о
- - ЭФФЕКТИВНОСТЬ- ПО -
\ ПРОЕКТУ
\
\
\
\
\
\
\
\
\
НИЗКАЯ
ОЧЕНЬ НИЗКАЯ
40.00
ФАКТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Т]
30.00
контур 1
контур 2
контур 3
контур 4
Рисунок 4. Диаграмма эффективности обогатительной фабрики.
На рисунке 5 приведена динамика распределения нагрузки по технологическим контурам в сравнении с нормируемым значением при фактической сырьевой базе.
Диаграмма показывает:
- Нагрузка на контур 1 выше нормируемой.
- Нагрузка на контур 2 значительно ниже нормируемой. При этом данный контур обеспечивает наиболее высокую эффективность.
- Нагрузка на контур 3 нагрузка выше нормируемой.
- Нагрузка на контур 4 нагрузка ниже нормируемой.
350.00
300.00
о
250.00
О 200.00 >
и
52 150.00 >
т Л
го X
100.00
50.00
0.00
НАГРЗУКА ПО НОРМАМ
ФАКТИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА
Контур 1 Контур 2 Контур 3
Рисунок 5. Диаграмма распределения нагрузки на технологические контуры обогащения.
Контур 4
Этап 5. Анализ полученных результатов. Выявление «узких мест». Разработка мероприятий по повышению эффективности.
На данном этапе проводится анализ полученных результатов и рассматриваются возможности повышения эффективности работы фабрики. Для этого используется математическая модель обогащения на фабрике, сформированная на предыдущем этапе. Использование специализированной программы позволяет рассматривать различные варианты поиска путей оптимизации.
Приведённый пример показывает, что повышение эффективности работы фабрики зависит не только от технических решений по изменению технологии
обогащения, но и от технологического режима обогащения и соблюдения заданного технологического регламента.
В частности, в рассмотренном случае повышение эффективности было достигнуто путём перераспределения потоков нагрузки на технологические контуры обогащения и приближения их к нормированным параметрам за счёт перенастройки режима классификации. В результате снизилась нагрузка на контур обогащения 3, который имел низкую эффективность, и увеличилась нормированная нагрузка на контур 2, обладающий самой высокой эффективностью.
Также был изменён подход к настройке технологического режима фабрики, что включало:
- изменение настройки плотности магнетитовой суспензии на аппаратах тяжело средного обогащения,
- изменение настройки работы оборудования на технологическом контуре
3, где проводились специализированные исследования по подбору режимов для оборудования и перенастройка режимы режима работы классификационных гидроциклонов,
- изменение настройки работы оборудования на технологическом контуре
4, где также проводились специализированные исследования по подбору режимов для оборудования.
Фактически подтверждено, что эти изменение технологического режима работы фабрики позволили увеличить выход готовой продукции (концентрата) на 3,5%.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Evans, M. How coal preparation plant operational practices can conflict with optimum plant performance and have a negative impact on a coal mine's operating costs and profits. / M. Evans, A. Riley. // c. 1-10;
2. Козлов, В.А. Методика расчета проектных потерь товарного угля с отходами обогащения / В.А. Козлов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2012. - № 1. - С. 274-278;
3. ISO 10752:1994. Technical Committee ISO/TC 27, Solid mineral fuels, Subcommittee SC 1. 2015;
4. ISO 923:2000. Technical Committee ISO/TC 27, Solid mineral fuels, Subcommittee SC 1. 2000;
5. ISO 4077:2018. Technical Committee or Project Committee ISO/TC 27, Coal and coke, Subcommittee SC 1. 2018;
6. ISO 20904:2006. Technical Committee ISO/TC 27, Solid mineral fuels, Subcommittee SC. 2006;
7. Базанова, Н.М. Опробование и контроль процессов обогащения: учеб. пособие для техникумов / Н.М. Базанова, А.В. Курочкина - М.: Недра, 1983, - 103 с. - Текст: непосредственный;
8. Фоменко Т.Г., Бутовецкий В.С., Погарцева Е.М., Мельникова Л.С. Методические рекомендации по опробованию и исследованию шламов. Министерство угольной промышленности УССР. 1971;
9. Инструкция по определению и нормированию потерь угля (сланца) при переработке разработана с учетом требований Закона Российской Федерации "О недрах" в редакции Федерального закона от 03.03.95 N 27-ФЗ;
10. Полулях, О.Д. Практикум з розрахуншв яшсно-кшьшсних i водно-шламових схем вуглезбагачувальних фабрик: Навч. пошбник. / О. Д. Полулях, П. I. Пшов, О. I. Сгурнов - Д.: Нацюнальний прничий ушверситет, 2007. - 504 с. - ISBN 966-350-051-4 - Текст: непосредственный;
11. ГОСТ 33656-2015. Угли каменные. Стандартный метод испытания пенной флотацией = The coals are made of stone. Standard Foam flotation test Method: национальный стандарт Российской Федерации;
12. Фоменко, Т.Г. Исследование углей на обогатимость / Т.Г. Фоменко, В.С. Бутовецкий, Е.М. Погарцева. - М.:"Недра", 1978. - С. 52-59. - Текст: непосредственный;
13. Гост 18384-73. угли каменные. петрографический метод определения степени обогатимости = the coals are made of stone. petrographic method for determining the degree of enrichment : национальный стандарт Российской Федерации;
14. Козлов, В.А. Показатель обогатимости, как инструмент исследования фракционного состава угля // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2010. - № 5. - С. 13-18;
15. Фрейдина, Е.В. Метод и оценка эффективности дифференциации запасов ископаемых углей по свойствам обогатимости / Е.В. Фрейдина, А.А. Ботвинник, А.Н. Дворникова. - (Технология добычи полезных ископаемых). - 2016. - № 4. - С. 94-108: ил. - Библиогр.: с. 108 (11 назв.). - ISSN 0015-3273;
16. Козлов, В.А. Выбор наиболее рациональных методов оценки обогатимости углей для практического применения при проектировании обогатительных фабрик / В.А. Козлов, Е.В. Козлов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2012. - № 5. - С. 274-278;
17. Антипенко, Л.А. Методы оценки обогатимости углей / Л.А. Антипенко // Уголь. - 2018. - № 4(1105). - С. 69-74. - Текст: непосредственный;
18. Прянишников, В.К. Обогатимость каменных углей на основе углепетрографических методов исследования / В.К. Прянишников. - М.: Недра, 1969. -160 с. - Текст: непосредственный;
19. Козлов, В.А. Оптимизация работы углеобогатительной фабрики с целью получения максимального выхода концентрата / В.А. Козлов, В.И. Новак. // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2019. - № 5. - с. 94-95;
20. Козлов, В.А. Влияние способов обогащения угля на выход концентрата в теоретическом балансе продуктов на примере денисовского месторождения южноякутского каменноугольного бассейна / В.А. Козлов, Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2014. - № 1. - с. 75-80;
21. Пилов, П.И. Оперативный технологический менеджмент в углеобогащении на основе теоремы Рейнхардта / П.И. Пилов, И.И. Чумаченко // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009, №10. - с. 384-390;
22. Коткин, А.М. Оценка обогатимости угля и эффективности процессов обогащения / А.М. Коткин, М.Н. Ямпольский, К.Д. Геращеико. - М.: Недра, 1982. - 200 с. - Текст: непосредственный;
23. Антипенко, Л.А. Технологические инструкции обогатительных фабрик Кузнецкого бассейна / Л.А. Антипенко, А.Ю. Ермаков, ОАО «СибНИИуглеобогащения». - Новосибирск: Академическое издательство «Гео», 2012. - 319 с. - ISBN 978-5-904682-64-4. - Текст: непосредственный;
24. Авдохин, В.М. Обогащение углей: Учебник для вузов / В. М. Авдохин - М.: Издательство «Горная книга», 2012. - 424 с.: - ISBN 978-5-98672-308-2 - Текст: непосредственный
Zavalishin D.A.
Design Institute «Bimsystem» (Novokuznetsk, Russia)
COMPLEX (SYSTEM) APPROACH TO EVALUATING EFFECTIVENESS COAL ENRICHMENT
Abstract: the experience of implementing work to assess the efficiency of enrichment is critically assessed. Typical errors that occur during such work have been identified. The standardization and adaptation of standardized methods to the approach to assessing the efficiency of enrichment is presented. Based on this, an integrated (systemic) approach to carrying out work to assess the efficiency of enrichment is proposed. An example of using this approach is given. The example shows that increasing the efficiency of enrichment at a coal processing plant and increasing the yield offinished products (enrichment concentrate) is achievable not only by making changes to the technological scheme of enrichment, but also by optimally adjusting the technological mode of enrichment.
Keywords: beneficiation process, coal washability, technological scheme, technological mode, technological circuits, technological devices.
