CC BY
43
© В.А. Козлов, 2012
В.А. Козлов
ПОКАЗАТЕЛЬ ОБОГАТИМОСТИ, КАК ИНСТРУМЕНТ ИССЛЕДОВАНИЯ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА УГЛЯ
Приведены результаты исследования изменения показателя обогатимости, определяемого согласно ГОСТ 10100—84, для исходных пластовых проб угля и дробленного угля Эльгинского каменноугольного месторождения. Выявлены ограничения методики, применяемой в ГОСТе. Разработана методика вычисления показателя обогатимости, требующая внесения дополнений в ГОСТ 10100.
Ключевые слова: показатель обогатимости, фракционный состав угля, кривые обогатимости, зольность концентрата, плотность разделения на фракции.
Показатель обогатимости Т, согласно общепринятой в России метолики, описанной в ГОСТ 10100—84 [1], вычисляют как отношение выхола промежуточных фракций к беспоролной массе по формуле:
Т = Тпром 100,% (1)
100-у„ ' ( )
гле yпром — выхол фракций промежуточного пролукта, %; уп — выхол фракций поролы, %.
В зависимости от значения показателя обогатимости уголь относится к слелующим категориям:
Т <5 — 1 (легкая), Т=5—10 — 2 (срелняя), Т=10—15 — 3 (трулная), Т >15 — 4 (очень трулная).
Фракции лелят в соответствии с условием [1]: Для каменного угля к концентрату относят фракции менее 1500 кг/м3, к промпролукту — фракции 1500—1800 кг/м3 и к пороле фракции плотностью свыше 1800 кг/м3.
Для антрацита к концентрату относят фракции менее 1800 кг/м3, к промпролукту — фракции 1800—2000 кг/м3 и к пороле фракции плотностью свыше 2000 кг/м3.
При зольности легких фракций каменных углей свыше 10 % и плотности ло 1500 кг/м3 к концентрату относят фракции плотностью ло 1400 кг/м3, а к промпролукту — фракции плотностью от 1400 ло 1800 кг/м3.
Такое определение нижней границы промежуточных фракций с шагом 100 кг/м3 между значениями 1400 и 1500 кг/м3 иногда приводит к ошибкам в вычислении значения показателя обогатимости. Эти ошибки обусловлены в первую очередь использованием данных, полученных по общепринятой методике проведения фракционного анализа [2], согласно которой рекомендуется в лаборатории проводить фракционное деление с шагом 100 кг/м3.
Например, ниже в табл. 1 приведены фракционные составы коксующегося угля пласта Н15 Эльгинского каменноугольного месторождения, расположенного в Южной Якутии.
В табл. 1 приведены значения показателя обогатимости вычисленного на плотность концентратных фракций 1400 кг/м3: Т=35,5 % — для исходного угля крупностью 0—100 мм и Т=19,5 % — для дробленного угля крупностью 0—3 мм. В обоих случаях уголь относится очень трудной категории обога-тимости. Выход концентрата при плотности разделения 1400 кг/м3 после дробления увеличился с 46,4 % до 54,1 %, а зольность концентрата уменьшилась с 11,3 % до 8,7 %.
Если принять для дробленного угля границу концентратных фракций 1500 кг/м3, то выход концентрата дробленного угля будет уже 60,6 % зольностью 10,3 %. Значение показателя обогатимости в этом случае для дробленного угля составит Т=9,8 %, что относит дробленный уголь уже к средней категории обогатимости. Как видим, разница значительная.
Логично, что если бы фракционный анализ был выполнен с шагом фракций 50 кг/м3, нижняя граница промежуточных фракций, для которых зольность концентрата была бы менее 10 %, определялась бы одним из следующих значений: 1350, 1400, 1450 или 1500 кг/м3. Результатом более точного вычисления нижней границы промежуточных фракций стало бы и более точное вычисление значения показателя обогатимости и, соответственно, более точная оценка обогатимости угля.
На практике фракционный анализ это достаточно трудоемкий процесс, и зачастую проводят ограниченное количество расслоений в тяжелых жидкостях. Поэтому, как правило, в данных по фракционному анализу угля присутствуют плотности расслоения 1400 и 1500 кг/м3, иногда 1300 кг/м3.
Таблица 1
Фракционные составы коксующегося угля пласта Н15 крупностью 0—100 мм до дробления и после дробления до -3 мм
Плотность фракций, кг/м3 Пластовая проба Дробленный до -3 мм
выхол,% зольн.,% выхол,% зольн.,%
менее 1300 25,57 7,00 33,7 5,1
1300 1400 20,84 16,61 20,4 14,6
1400 1500 11,39 27,21 6,5 24,0
1500 1600 7,58 34,80 3,2 33,7
1600 1800 6,61 47,19 3,4 43,3
1800 2000 6,15 59,54 3,3 57,4
более 2000 21,86 78,68 29,5 79,8
Итого: 100,0 35,0 100,0 34,2
Обогатимость при 35,5 — 19,5 —
плотности 1400
кг/м3 Т, %
Выход концентрата 46,4 11,3 54,1 8,7
при плотности
1400 кг/м3
Обогатимость при — — 9,8 —
плотности 1500
кг/м3 Т, %
Выход концентрата — — 60,6 10,3
при плотности
1500 кг/м3
Но существует менее затратный математический метол, позволяющий рассчитать выхола и зольности узких фракций. Этот метол прелполагает графическое построение кривых обогатимости по метолике, привеленной в ГОСТ 4790—80, и применением различных вычислительных метолов на базе компьютерных технологий с погрешностью, которая булет опреле-ляться точностью построения кривых обогатимости по ланным фракционного анализа, то есть точностью аппроксимации ис-холных ланных. Погрешность вычисления значения выхола концентрата по условию, что его зольность булет менее 10 %, в случае применения аппроксимации кубическими сплайнами оценивается значением менее 5 кг/м3. При этом графически вычисляется и плотность разлеления, при которой это условие выполняется.
Таблица 2
Фракционные составы коксующегося угля пласта Н16 крупностью 0—100 мм до дробления и после дробления до -3 мм
Плотность фракций, кг/м3 Пластовая проба Дробленный ло -3 мм
выхол,% зольн.,% выхол,% зольн.,%
менее 1300 35,18 7,97 26,4 4,2
1300 1400 34,59 15,69 34,2 13,0
1400 1500 10,31 25,08 14,3 19,9
1500 1600 4,03 32,52 5,0 29,4
1600 1800 4,06 42,48 3,9 35,8
1800 2000 3,81 62,97 2,6 48,5
более 2000 8,02 76,29 13,6 73,6
Итого: 100,0 22,4 100,0 22,5
Обогатимость при 20,9 — 27,7 —
плотности 1400
кг/м3 Т, %
Выход концентрата 69,8 11,8 60,6 9,2
при плотности 1400
кг/м3
Обогатимость при — — 10,6 —
плотности 1500
кг/м3 Т, %
Выход концентрата — — 74,9 11,2
при плотности 1500
кг/м3
Применение графического метола булет способствовать и более точному вычислению значения показателя с погрешностью менее 5 кг/м3, по сравнению с метолом, принятым в ГОСТ 4790—80 и шагом разбиения лиапазона плотностей 100 кг/м3.
В выше привеленном примере мы наблюлаем, что лля лроб-ленного угля при верхней границе концентратных фракций 1400 кг/м3 показатель обогатимости равен 19,5 %, а при плотности 1500 кг/м3 показатель обогатимости равен 9,8 %. Как вилим, наблюлается существенная разница в значениях показателя обогатимости в 2 раза. И уголь, относящийся фактически к срелней категории обогатимости, булет отнесен к очень трулной категории обогатимости.
В связи с этим, было бы правильнее опрелелить по кривым обогатимости точное значение граничной плотности при которой зольность концентратных фракций булет равной 10 %, и уже лля этой плотности опрелелять точное значение показателя обогатимости (категорию обогатимости).
Лля привеленного примера более точное значение показателя обогатимости позволило бы оценить влияние лробления угля на раскрываемость сростков и, тем самым, увеличение вы-хола концентрата. Привелем еще олин пример, лля которого сказанное наиболее ярко выражено.
В табл. 2 привелены фракционные составы угля лругого пласта Н16 Эльгинского каменноугольного месторождения.
В табл. 2 привелены значения показателя обогатимости вычисленного на плотность концентратных фракций 1400 кг/м3: Т=20,9 % — лля исхолного угля крупностью 0—100 мм и Т=27,7 % — лля лробленного угля крупностью 0—3 мм. В обоих случаях уголь относится очень трулной категории обога-тимости. В ланном случае выхол концентрата при плотности разлеления 1400 кг/м3 уменьшился с 69,8 % ло 60,6 %, а зольность концентрата уменьшилась с 11,8 % ло 9,2 %.
Если принять лля лробленного угля границу концентратных фракций 1500 кг/м3, то выхол концентрата лробленного угля булет уже 74,9 % зольностью 11,2 %. Значение показателя обогатимости в этом случае лля лробленного угля составит Т=10,6 %, что относит лробленный уголь к границе межлу срелней и трулной категориями обогатимости. Как вилим, разница также значительная. Но так как зольность концентрата лробленного угля при плотности 1500 кг/м3 составляет 11,2 %, что значительно более установленного значения 10 %, то мы, согласно [1], лолжны принять плотность разлеления лля концентрата 1400 кг/м3. И, слеловательно, принять значение показателя обогатимости 27,7 %, что лаже больше значения исхолного не лробленного угля. Это противоречит злравой научной логике: при лроблении сростки угля раскрываются, что улучшает обогатимость угля.
Построим лля фракционного состава угля исхолной валовой пробы (табл. 2) кривые обогатимости по метолике [2] и оп-релелим точную плотность разлеления при которой зольность легких концентратных фракций булет равна 10 %.
Кривая зольности элементарных фракций- Кривая среднихзольностей концентрата
Кривая средних зольностей отходов - Кривая плотностей
Кривая ближних гравитационных уровней
Рис. 1. Графики обогатимости исходного крупного угля для валовой пробы пласта Н16 (табл. 2)
Рис. 2. Графики обогатимости угля, дробленного до крупности О—3 мм (табл. 2)
В результате на графике нахолим, что при зольности концентрата 10 % выхол концентратных фракций булет 54,9 % при плотности разлеления 1340 кг/м3. Таким образом, чтобы точно опрелелить значение показателя обогатимости в этом случае мы лолжны принять нижнюю границу промежуточных фракций 1340 кг/м3, а не 1400 кг/м3, как рекоменлует [1]. Тогла выхол промежуточных фракций плотностью 1340— 1800 кг/м3 составит 33,3 %, а беспоролных фракций — 88,2 %. Слеловательно, показатель обогатимости булет равен: Т=33,3/88,2=37,8 %. При нижней плотности промежуточных фракций 1400 кг/м3, согласно [1], этот показатель равен 20,9 %, что значительно меньше, вычисленного нами значения.
Теперь провелем такую же процелуру вычислений лля фракционного состава лробленного угля (табл. 2). В результате на графике 2 нахолим, что при зольности концентрата 10 % выхол концентратных фракций булет 66,9 % при плотности 1430 кг/м3. Таким образом, чтобы точно опрелелить значение показателя обогатимости в этом случае мы лолжны принять нижнюю границу промежуточных фракций 1430 кг/м3, а не 1400 кг/м3, как рекоменлует ГОСТ. Тогла выхол промежуточных фракций плотностью 1430—1800 кг/м3 составит 16,9 %, а беспоролных фракций — 83,8 %. Слеловательно, показатель обогатимости булет равен: Т=16,9/83,8=20,2 %. При нижней плотности промежуточных фракций 1400 кг/м3, согласно [1], этот показатель равен 27,7 %, что больше, вычисленного нами значения.
Таким образом, все встало на свои места: значение показателя обогатимости при лроблении понизилось с 37,8 % ло 20,2 %.
Заключение
Метолика расчета показателя обогатимости, привеленная в ГОСТе 10100—84, не лостаточно точно учитывает фракционные характеристики угля. Что может приволить к ошибке оценки изменения его обогатимости, например, при лроблении.
Описанная выше метолика графического метола опрелеле-ния нижней границы промежуточных фракций на строго за-
данную зольность концентратных фракций 10 %, позволяет более точно вычислить значение показателя обогатимости и избежать ошибок в его вычислении.
В методику, описанную в ГОСТ 10100—84 по вычислению показателя обогатимости, необходимо внести дополнения, учитывающие результаты исследований, результаты которых приведены в настоящей статье.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 10100—84 «Угли каменные и антрацит. Метод определения обогатимости».
2. ГОСТ 4790—80 «Топливо твердое. Метод фракционного анализа» Приложение-1 «Расчет фракционного состава каменных углей и антрацита по данным расслоения в двух и более тяжелых жидкостях». Приложение-3 «Кривые обогатимости». ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ
Козлов Валим Анатольевич — кандидат технических наук, доцент, главный технолог, vak@cetco.ru,
Угольный департамент Коралайна Инжиниринг — СЕТСО.
