CC BY
19
Науки о Земле
УДК 550, 553, 622.
DOI: 10.21209/2227-9245-2020-26-5-6-12
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРАВИТАЦИОННОЙ ОБОГАТИМОСТИ УГЛЯ ТАТАУРОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
LABORATORY STUDIES OF GRAVITY CONCENTRATION OF COAL OF THE TATAUROVSKY DEPOSIT
Н. А. Курмазова,
Забайкальский государственный университет, г. Чита KurmazovaNA@mail.ru
N. Kurmazova,
Transbaikal State University, Chita
А. Н. Храмов,
Забайкальский государственный университет, г. Чита khramov.a53@mail.ru
А. Khramov,
Transbaikal State University, Chita
В статье на примере проб угля Татауровского месторождения, который является практически единственным видом твердого топлива, поставляемого в город и пригородные районы края, представлены лабораторные исследования гравитационной обогатимости. Ведется изучение и ознакомление процесса ситового и фракционного анализа в лабораторных условиях. В табличной форме представлены результаты обработки сжигания проб для определения зольности по каждой крупности исследуемых частиц. Приведены формулы для расчетов зольности пробы, среднего показателя зольности, суммарного выхода всей всплывшей фракции (для угля - концентрат) при определенном удельном весе и определенной зольности, суммарным выходом всей осевшей фракции (для угля - хвосты) при определенном удельном весе и определенной зольности. В результате расчетов выходов фракции для каждой плотности проведены исследования на обогатимость проб. В табличном варианте представлены результаты расчетов среднего показателя зольности согласно плотности материала, а также результаты проведенного в лабораторных условиях фракционного анализа. Графически представлены кривые обогатимости: кривая хвостов, кривая концентрата, кривая зольности и кривая плотности. Приведены стандартизированные показатели обогатимости по методу Бэрда. Рассчитан суммарный выход фракций определенной плотности, выход беспородной массы (фракций плотностью 1,6...1,8 г/см3), а также показатель обогатимости. Выявлена (согласно ГОСТу) категория обогатимости проб, по которым можно судить о характеристике обогатимости данного угля и о возможных результатах обогащения. В заключение даны рекомендации по улучшению обогатимости угля Татауровского месторождения и приведены выводы по результатам исследования
Ключевые слова: пробы; уголь; плотность; крупность; всплывшие фракции; потонувшие фракции; концентрат; хво сты; кривые обогатимости, показатель
In this article, on the example of coal samples from the Tataurovsky deposit, which is almost the only type of solid fuel supplied to the city and suburban areas of the region, laboratory studies of gravity concentration are presented. The study and familiarization of the process of sieve and fractional analysis in laboratory conditions. Processing of the results of the combustion of samples is presented in tabular form to determine the ash content for each particle size of the test particles. Formulas are given for calculating the ash content of the sample, the average ash content, the total yield of the whole floated fraction (for coal - concentrate) for a specific specific gravity and the specific ash content, the total yield of the entire settled fraction (for coal - tails) for a specific specific gravity and a certain ash content. As a result of calculating the fraction yields for each density, studies were made on the enrichment of samples. The tabular version presents the results of calculations of the average ash content according to the density of the material, as well as the results of fractional analysis carried out under laboratory conditions. Enrichment curves are graphically presented: tailings curve, concentrate curve, ash curve, and density curve. The standardized indicators of enrichment by the Byrd method are given. The total yield of fractions of a certain density, the yield of outbred mass (fractions with a density of 1.6 to 1.8 g / cm3), as well as
© Н. А. Курмазова, А.Н. Храмов, 2020 6
the enrichment index, were calculated. Identified (according to GOST) the category of enrichment of samples, by which one can judge the characteristics of the enrichment of this coal and the possible results of enrichment. In conclusion, recommendations are given for improving the coal enrichment of the Tataurovsky deposit and conclusions are drawn from the results of the study
Key words: samples; coal; density; fineness; surfaced fractions; drown fractions; concentrate; tails; concentration curves, index
Б ведение. Такие задачи, как улучшение качества угля, увеличение объема добычи и производственной мощности, являются актуальными для любого предприятия, в частности такого ресурсоемкого, как угледобывающее. Разработка рациональных технологий обогащения в целях производства высококачественного и экологически чистого обогащенного угольного топлива для Та-тауровского месторождения до сих пор не проводилась в связи с отсутствием обогатительной фабрики. При этом угли названного месторождения являются практически единственным видом твердого топлива, поставляемого в ряд районов Забайкальского края, а также Республику Бурятия. В этой связи установление рациональных, с точки зрения экономики, технологий обогащения углей с минимальным содержанием вредных примесей (в том числе, показателя зольности) обусловливает актуальность исследования.
Материалы и методы исследования. В исследовании применены различные виды анализа угольных проб. Зольность является одним из значимых и основных показателей качества добываемого угля. Чем ниже показатель зольности угля, тем меньше затраты на сжигание данного топлива, что увеличивает показатель его качества. Для разработки методики сокращения зольности угля необходимо выявить данный показатель. Перед проведением исследования проб на зольность ко всем пробам применен ситовой и фракционный анализ.
Ситовой анализ проводится рассевом материала на ситах на классы крупности. При таком анализе отобранные пробы угля после дробления на щековой дробилке помещаются в набор сит с постепенно убывающими размерами отверстий (10, 5, 2,5, 1 и 0,5) и подвергаются механическому рассеву в течение нескольких минут. После рассева каждый класс собирается и взвешивается.
Фракционный анализ проводится посредством разделения проб в тяжелых жидкостях. Для лабораторных исследований
применялся водный раствор хлорида цинка ZnCl2. Пробы помещались в растворы разной плотности и делились на всплывшие и осевшие фракции. По весу каждой фракции рассчитывался ее выход [3; 10].
В целях определения зольности всплывшие в тяжелой жидкости ^пС12) пробы необходимо подвергнуть сжиганию. Тигель с навеской помещают в муфельную печь при комнатной температуре. В течение 60 мин температуру в печи повышают до 500 °С, на протяжении следующих 60 мин поддерживают, затем продолжают нагрев до (815±10) °С и выдерживают при этой температуре еще не менее 60 мин.
Вначале взвешивались пустые тигли. Пробы растирались в ступке при помощи пестика и просеивались на сите -0,5+0. Далее тигли взвешивались с пробами, и после сжигания взвешивалась оставшаяся в тигле зола.
Зола, оставшаяся после сжигания угля в тиглях, образуется из неорганических соединений, входящих в состав угольного вещества, и из минеральных веществ. Количество оставшихся в золе неорганических соединений и минеральных веществ зависит от условий озоления [11].
Зольность пробы (в процентах по массе) вычислялась по формуле
z = m-m х1оо,
(1)
где 2 - зольность пробы, %; т1 - масса тигля, г; т2 - масса тигля с пробой, г; т3 - масса тигля с золой, г Результаты исследования и область их применения. В табл. 1 показаны результаты сжигания проб, а также расчетов показателя зольности. Для более точного результата исследовались и сжигались по две пробы каждого всплывшего класса [7].
На основании данных табл. 1 заметно увеличение содержания золы в зависимости от плотности используемой жидкости.
Шп -m
2
Таблица 1 / Table 1
Зольность проб/Ash sample
№/No Номер тигля / Crucible number Плотность ЖИДКОСТИ ZnCI2 / Density of the liquid ZnCI2 Масса пустого тигля, г / Weight of an empty crucible, g Масса тигля с фракцией, г / Crucible weight with fraction, g Масса тигля с золой, г / Weight of crucible with ash, g Масса золы, г/ Ash weight, g Среднее значение массы, г/Average weight, g Зола, %/Ash, % Среднее значение золы, Z%/Average value of ash, Z%
Крупность (+10)
1 1 p<1,3 10,34 11,34 10,44 0,10 0,11 10 11,0
2 4 10,62 11,62 10,72 0,12 12
3 5 1,3<p<1,4 12,46 13,46 12,6 0,14 0,145 14 14,5
4 6 12,57 13,57 12,72 0,15 15
5 17 1,4<p<1,5 11,55 12,55 11,76 0,21 0,28 21 28,0
6 18 13,76 14,76 14,11 0,35 35
7 27 1,6<p<1,8 12,56 13,56 12,82 0,26 0,29 26 29,0
8 30 10,46 11,46 10,78 0,32 32
Крупность (-10+5)
1 1 p<1,3 10,34 11,34 10,45 0,11 0,12 11 12,0
2 4 10,62 11,62 10,75 0,13 13
3 5 1,3<p<1,4 12,46 13,46 12,62 0,16 0,17 16 17,0
4 6 12,57 13,57 12,75 0,18 18
5 27 1,4<p<1,5 12,56 13,56 12,88 0,32 0,35 32 35,0
6 30 10,46 11,46 10,84 0,38 38
7 27 1,5<p<1,6 12,56 13,56 12,91 0,35 0,365 35 36,5
8 30 10,46 11,46 10,84 0,38 38
Крупность (-5+2)
1 5 p<1,3 12,46 13,46 12,56 0,10 0,115 10 11,5
2 6 12,57 13,57 12,70 0,13 13
3 17 1,3<p<1,4 11,55 12,55 11,69 0,14 0,145 14 14,5
4 18 13,76 14,76 13,91 0,15 15
5 27 1,4<p<1,5 12,56 13,56 12,98 0,42 0,46 42 46,0
6 30 10,46 11,46 10,96 0,50 50
7 35 1,5<p<1,6 13,02 14,02 13,66 0,53 0,575 53 57,5
8 36 14,12 15,12 14,84 0,62 62
9 50 p>1,8 11,25 11,25 11,87 0,62 0,63 62 63,0
10 51 11,64 12,64 12,28 0,64 64
Крупность (-2,5+1)
1 17 1,4<p<1,5 11,55 12,55 11,69 0,14 0,145 14 14,5
2 18 13,76 14,76 13,91 0,15 15
3 27 1,5<p<1,6 12,56 13,56 12,82 0,16 0,17 16 17,0
4 30 10,46 11,46 10,64 0,18 18
5 35 1,6<p<1,8 13,02 14,02 13,57 0,55 0,535 55 53,5
6 36 14,12 15,12 14,64 0,52 52
7 50 p>1,8 11,25 11,25 11,89 0,64 0,625 64 62,5
8 51 11,64 12,64 12,25 0,61 61
Крупность (-1+0,4)
1 1 1,4<p<1,5 10,34 11,34 10,49 0,15 0,13 15 13,0
2 4 10,62 11,62 10,73 0,11 11
3 27 1,5<p<1,6 12,56 13,56 12,88 0.32 0,31 32 31,0
4 30 10,46 11,46 10,76 0,30 30
5 35 1,6<p<1,8 13,02 14,02 13,48 0,46 0,465 46 46,5
6 36 14,12 15,12 14,59 0,47 47
7 50 p>1,8 11,25 11,25 11,83 0,58 0,585 58 58,5
8 51 11,64 12,64 12,23 0,59 59
Крупность (-0,5+0)
1 27 1,5<p<1,6 12,56 13,56 12,77 0,21 0,24 21 24,0
2 30 10,46 11,46 10,73 0,27 27
3 35 1,6<p<1,8 13,02 14,02 13,33 0,31 0,35 31 35,0
4 36 14,12 15,12 14,51 0,39 39
5 50 p>1,8 11,25 11,25 11,89 0,64 0,675 64 67,5
6 51 11,64 12,64 12,35 0,71 71
Также проведены исследования и расчеты каждой плотности в зависимости от класса крупности [2]. Расчет проводился по формуле
Л =
m1-Z1+... + w„-Z„
т
(2)
общ
где Ad - средний показатель зольности;
т1 - масса пробы по определенной плотности;
z.
зольность определенной плотности;
тп- последующие массы определенной плотности;
Zn- последующие значения зольности при определенной плотности;
тобщ - общая масса всех проб определенной плотности.
В табл. 2 приведены результаты расчетов среднего показателя зольности согласно крупности частиц.
Таблица 2 / Table 2
Средние показатели зольности/Average ash content
Номер пробы / Sample number Крупность частиц, мм / Particle size, mm Масса пробы по плотности, г / Sample weight by density, g Зольность, Z % / Ash content, Z% Масса общая тобщ, г / Total weight тобщ, g Средний показатель зольности Ad, % / Average ash content Ad, %
Плотность p<1,3
1 Крупность (+10) 0,11 11,0
2 Крупность (-10+5) 0,12 12,0 0,345 11,5
3 Крупность (-5+2) 0,115 11,5
Плотность 1,3<p<1,4
1 Крупность (+10) 0,145 14,5
2 Крупность (-10+5) 0,17 17,0 0,151 15,1
3 Крупность (-5+2) 0,145 14,5
4 Крупность (-2,5+1) 0,145 14,5
Плотность 1,4<p<1,5
1 Крупность (+10) 0,28 28,0
2 Крупность (-10+5) 0,35 35,0
3 Крупность (-5+2) 0,46 46,0 0,273 27,3
4 Крупность (-2,5+1) 0,145 14,5
5 Крупность (-1+0,4) 0,13 13,0
Плотность 1,5<p<1,6
1 Крупность (-10+5) 0,365 36,5
2 Крупность (-5+2) 0,575 57,5
3 Крупность(-2,5+1) 0,17 17,0 0,332 33,2
4 Крупность(-1+0,4) 0,31 31,0
5 Крупность(-0,5+0) 0,24 24,0
Плотность 1,6<p<1,8
1 Крупность (+10) 0.29 29,0
2 Крупность(-2,5+1) 0,535 53,5 0,410 41,0
3 Крупность(-1+0,4) 0,465 46,5
4 Крупность(-0,5+0) 0,35 35,0
Плотность p>1,8
1 Крупность (-5+2) 0,63 63,0
2 Крупность(-2,5+1) 0,625 62,5 0,628 62,9
3 Крупность(-1+0,4) 0,585 58,5
4 Крупность(-0,5+0) 0,675 67,5
Данные табл. 2 показывают, что средний показатель зольности также увеличивается соответственно плотности используемого материала.
Далее проведены исследования на обо-гатимость проб. Для этого рассчитаны выходы фракций для каждой плотности, Ъу^ и Ъу- вычисляются суммированием выхода фракций для каждой плотности соответственно сверху вниз и снизу вверх. Показатель концентрата р показывает зависимость между суммарным выходом всей всплывшей фракции (концентрата) при определенном удельном весе и определенной зольности, он рассчитывался по формуле
Р
(3)
Показатель хвостов 5 показывает зависимость между суммарным выходом всей осевшей фракции (хвостов) при определенном удельном весе и определенной зольности, он рассчитывается по формуле [4-6]:
Г
0 =
Ert
(4)
Результаты расчетов сведены в табл. 3.
В результате расчетов, как видно из данных табл. 3, выход фракций каждой плотности составляет в сумме 100 %, средний показатель зольности составляет 23,7 %, всплывшие фракции постепенно увеличиваются до 100 %, осевшие фракции соответственно уменьшаются до среднего показателя зольности.
Таблица 3 / Table 3
Результаты фракционного анализа / Fractional Analysis Results
№ п.п. Плотность фракции, г/см3 / Density of the fraction, g/cm3 Выход yP % / Output у,, % Зольность Ad, % / Ash content Ad, % Всплывшие фракции / Pop up fractions Осевшие фракции / Settled fractions
Tri, % J3, % Z/Î, % s,%
1 <1,3 28,8 11,5 28,8 11,5 100 23,7
2 1-3...1.4 24,8 15,1 53,6 13,1 71,2 28,6
3 1,4...1,5 15,6 27,3 69,2 16,8 46,6 35,9
4 1,5...1,6 13,7 33,2 82,9 19,1 30,8 40,3
5 1,6.1,8 13,4 41,2 96,3 22,2 17,1 45,9
6 >1,8 3,7 62,9 100 23,7 3,7 62,9
Итого: 100 23,7 - - - -
По результатам расчетов построены кривые обогатимости, которые отражены на рисунке.
Плотность, г/смз 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2
0
10
20
rt 30
H
R. 40
Й
и H 50
И
о
M 60
я
о
X 70
У
14 80
90
100
\ \ \
ч \ i 1
\ V 1
. \ % . \ /
. Ч( \ \
% * * \3Ï,8 Jfl.fl ; ,45
\ \ \ \ V
• * \ 5» . S
19.1^ 823 S Ч"
• s Л К
10 20
30 40 50 60 70 80 90 100 Зольность,%
100 90 80 70 60 I
50 S -
40 I
30 20 10 0
• ■ • - кривая концентрата "" - кривая зольности — - кривая хвостов ---кривая плотности
Кривые обогатимости / Enrichment curves
Кривая концентрата показывает зависимость между суммарным выходом всей всплывшей фракции (концентрата) при определенном удельном весе. Кривая хвостов - зависимость между суммарным выходом всех осевших фракции при определенном удельном весе. По виду кривой зольности можно судить об обогатимости материала и контролировать процесс обогащения [8].
Поскольку зольность всплывших фракций плотностью до 1,4 г/см3 равна 15,1 %,
Так как показатель обогатимости составил 35,3 %, то, в соответствии с данными табл. 4, уголь относится к категории значительной трудности обогатимости [1; 9], что говорит о необходимости провести повторное дробление исходного материала и о невозможности обогащения гравитационным способом, следует применить, например, флотационный способ.
Заключение. По результатам исследования выявлено, что наибольший выход зольности имеет класс крупности частиц (-2,5+1).
Список литературы _
к концентрату относят фракции плотностью до 1,4 г/см3, к промежуточному продукту - фракции плотностью 1,4...1,6 г/см3. Суммарный выход фракций плотностью 1,4.1,6 г/см3 составляет 15,6+13,7 = 29,3 %. Выход беспородной массы (фракций плотностью 1,6.1,8 г/см3) составляет 100-3,713,4 = 82,9 %. Показатель обогатимости составляет 29,3-100/82,9 = 35,3 %.
В табл. 4 приведены показатели обога-тимости по методу Бэрда.
В этом классе выход золы присутствует в пробах всех плотностей (1,3.1,8 г/см3).
В пробах всех плотностей содержание золы (согласно плотности) имеет тенденцию к росту: чем больше плотность пробы, тем выше показатель зольности, так как более плотные пробы слабо поддаются измельчению, и при их сжигании остается больше примесей.
Согласно результатам исследований уголь Татауровского месторождения имеет показатель обогатимости 35,3 %, что, в соответствии с ГОСТом, относится к значительной трудности категории обогатимости.
Таблица 4 / Table 4
Показатель трудности обогащения по методу Бэрда /Berd enrichment difficulty indicator
Выход фракций в пределах ближних гравитационных уровней ±100 кг/м3 от плотности разделения, % / Yield of fractions within the limits of the near gravity levels of ±100 kg/m3 of the separation density, % Категория / Category
менее 7 Легкая
7...10 Умеренная (средняя)
10...15 Трудная
15.20 Очень трудная
20.25 Весьма трудная
более 25 Значительной трудности
1. Антипенко Л. А. Методы оценки обогатимости углей // Уголь. 2018. № 4. С. 69-74.
2. Кандинская И. В., Удовицкий В. И. Аналитическое представление кривых обогатимости // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2003. № 4. С. 48-54.
3. Козин В. В. Опробование на обогатительных фабриках. М.: Недра, 1988. 287 с.
4. Козлов В. А. Методика расчета проектных потерь товарного угля с отходами обогащения // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2012. № 1. С. 274-278.
5. Козлов В. А. Показатель обогатимости, как инструмент исследования фракционного состава угля // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2012. № 5. С. 212-220.
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. № S5. С. 265-272.
7. Курмазова Н. А. Фракционный анализ угля Татауровского месторождения // Кулагинские чтения: техника и технологии производственных процессов: сб. ст. Чита: ЗабГУ, 2019. С. 16-19.
8. Кушина О. А. Оценка обогатимости углей по методу К. Д. Геращенко // Молодые обогатители Украины: сб. ст. Донецк: ДонНТУ, 2007.
9. Новак В. И., Козлов В. А. Обзор современных способов обогащения угольных шламов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2012. № 5. С. 130-138.
10. Новожилов И. В. Фракционный анализ. М.: МГУ, 1991. 188 с.
References _
1. Antipenko L. A. Ugol (Coal), 2018, no. 4, pp. 69-74.
2. Kandinskaya I. V., Udovitsky V. I. VestnikKuzbasskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta (Bulletin of the Kuzbass State Technical University), 2003, no. 4, pp. 48-54.
3. Kozin V. V. Oprobovaniye na obogatitelnyh fabrikah (Testing at concentration plants). Moscow: Nedra, 1988. 287 p.
4. Kozlov V. A. Gorny informatsionno-analiticheskiy byulleten (Mining Information and Analytical Bulletin), 2012, no. 1, pp. 274-278.
5. Kozlov V. A. Gorny informatsionno-analiticheskiy byulleten (Mining Information and Analytical Bulletin), 2012, no. 5, pp. 212-220.
6. Kozlov V. A., Kozlov E. V. Gorny informatsionno-analiticheskiy byulleten (Mining Information and Analytical Bulletin), 2012, no. S5, pp. 265-272.
7. Kurmazova N. A. Kulaginskiye chteniya: tehnika i tehnologii proizvodstvennyh protsessov: sb. st. (Kulaginsky readings: equipment and technologies of production processes: collected articles). Chita: ZabGU, 2019, pp. 16-19.
8. Kushina O. A. Molodye obogatiteli Ukrainy: sb. st. (Young concentrators of Ukraine: collected articles). Donetsk: DonNTU, 2007.
9. Novak V. I., Kozlov V. A. Gorny informatsionno-analiticheskiy byulleten (Mining Information and Analytical Bulletin), 2012, no. 5, pp. 130-138.
10. Novozhilov I. V. Fraktsionny analiz (Fractional analysis). Moscow: Moscow State University, 1991. 188 p.
Коротко об авторах_
Курмазова Надежда Александровна, аспирант, Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия. Область
научных интересов: обогащение полезных ископаемых
KurmazovaNA@mail.ru
Храмов Анатолий Николаевич, канд. техн. наук, доцент, Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия.
Область научных интересов: обогащение полезных ископаемых
khramov.a53@mail.ru
Briefly about the authors _
Nadezhda Kurmazova, postgraduate, Transbaikal State University, Chita, Russia. Sphere of scientific interests: mineral processing
Anatoly Khramov, candidate of technical sciences, associate professor, Transbaikal State University, Chita, Russia. Sphere of scientific interests: mineral processing
Образец цитирования_
Курмазова Н. А., Храмов А. Н. Лабораторные исследования гравитационной обогатимости угля Татауровского месторождения //Вестник Забайкальского государственного университета. 2020. Т. 26, № 5. С. 6-12. DOI: 10.21209/22279245-2020-26-5-6-12.
Kurmazova N., Hramov А. Laboratory studies of gravity concentration of coal of the Tataurovsky deposit // Transbaikal State University Journal, 2020, vol. 26, no. 5, pp. 6-12. DOI: 10.21209/2227-9245-2020-26-5-6-12.
Статья поступила в редакцию: 22.05.2020 г. Статья принята к публикации: 27.05.2020 г.
