CC BY
29
© В.А. Козлов, Е.В. Козлов, 2012
УДК 622.7; 622.788: 658.512 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 обога-тимости 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 по-
грешности 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 обогати-мости угля и принципиально необходимо для обеспечения заданной зольности концентрата. Обычно смещение фактической плотности разделения от плотности, определенной при расчете теоретического баланса продуктов, производится в сторону уменьшения. Величина этого смещения 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 углеобогащения [2]. Но дальше общего описания и оценки существующих 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 обогатимо-сти 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 существующие 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 допущения и погрешности. Это иногда приводит к неправильным выводам по обогатимости углей и, как следствие, к ошибкам при проектировании технологических схем углеобогатительных фабрик.
Наибольшая точность присуща графическим методам, использующим кривые обогатимости угля. Например, методика построения кривых обогатимости угля изложена в ГОСТ 4790-93 [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 Геращенко 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 имеющими разную кривизну, заметную глазом при оценке гладкости кривой обогатимости в целом.
Этих недостатков лишен компьютерный способ построения 4-х основных кривых обогатимости (золь-ностей элементарных слоев X, средней зольности концентрата в, средней зольности отходов 0, плотностей 5) и кривой Бэр да, основанный на аппроксимации исходных данных кубическими сплайнами, который был разработан авторами статьи в компании СЕТСО. Кривые обогатимости, построенные с помощью 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 обога-тимости, который вычисляется по методике ГОСТ 10100-84 [4]. Но как показано в работе [1] практическое использование этого показателя обо-гатимости 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 фрак-
ций ул концентрата при заданной зольности, то можно усовершенствовать методику, описанную в ГОСТ 10100-84. Лля этого, мы предлагаем определять выход концентратных 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.
В США и Австралии для определения обогатимости угля используется 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.
Таблица 1
Показатель трудности обогащения по методу Бэрда
Выход фракций в пределах ближних гравитационных уровней ±100 кг/м3 от плотности разделения, % Категория
менее 7 Легкая
7 — 10 Умеренная (сред-
няя)
10 — 15 Трудная
15 — 20 Очень трудная
20 — 25 Весьма трудная
более 25 Значительной труд-
ности
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 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 обо-гатимости угля по методу Бэрда.
Лля нижеприведенного состава угля в табл. 2 построены кривые обога-тимости и кривая Бэрда (рис. 1).
Таблица 2
Плотность фракций, кг/м3 Среднее значение плотности Выход у, % Зольность Аа,% Суммарные данные
всплывшие фракции потонувшие фракции
фракций у, % Ал,% У, % Ал,%
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 продукта Выход 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
Для 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 обогатимо-сти (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 13751800 кг/м3 (табл. 3).
В этом случае скорректированный показатель обогатимости будет Т2=100-25,27/83,42 = 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 обогати-мости 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.
Рис. 1. Кривые обогатимости угля с кривой оценки обогатимостн по Бэрду
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 общую 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» обога-тимости.
Заключение
Среди множества методов определения показателей обогатимости для практического применения наиболее распространенными являются два метода -
аналитический метод, описанный в ГОСТ 10100-84, и графический метод построения кривой Бэрда.
Для 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 обогатимо-сти по заданной зольности концентрата.
Метод Бэрда, согласно которому графически определяется категория обогатимости угля с учетом плотности разделения, позволяет наглядно оце-
нить влияние плотности разделения на обогатимость угля. Если в методе Бэрда заменить пределы отклонения ближних гравитационных уровней от разделительной 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, влияюшие на обогашение угля: фракционный состав угля, плотность разделения и среднее вероятное отклонение, присушее применяемому обогатительному аппарату.
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.Д.Герашенко. Сборник тезисов докладов конференции молодых обогатителей Ук-
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
раины (25 апреля 2007 г.) — Донецк: Дон-НТУ, 2007.
3. ГОСТ 4790-93 (ИСО 7936:1992). Топливо твердое. Определение и представление результатов фракционного анализа. Об-шие требования к аппаратуре и методике.
4. ГОСТ 10100—84. Угли каменные и антрацит. Метод определения обогатимости. и'.'-^
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Козлов В.А. - кандидат технических наук, доцент, главный технолог ООО «Коралайна Инжиниринг» (СЕТСО), Козлов Е.В. - инженер-программист.
новости «горной книги»
дискуссии с леонидом
гитисом
Л.Х. Гитис, директор издательства «Горная книга», выступил с предложением о создании нового «Корпуса горных инженеров». Подробности читайте в блоге Леонида Хаскелевича http://lgitis.livejournal.com на страницах Live Journal. Будем Вам благодарны, если своё мнение Вы отразите в комментариях.
