Углеобогатительные фабрики

Углеобогатительные фабрикиУГЛЕОБОГАТИТЕЛЬНЫЕ ФАБРИКИ, сооружения, предназначенные для обогащения ископаемых углей. В зависимости от характера основного процесса обработки различают четыре вида углеобогатительных фабрик: 1) сортировки, служащие для разделения угля по крупности путем грохочения; попутно на сортировках производится обычно ручная отборка крупных сортов; 2) углемойки, на которых производится механическое обогащение углей мокрым способом; 3) воздушно-обогатительные фабрики, где для этой цели применяется пневматическое обогащение; 4)  углеобогатительные фабрики с комбинированным процессом обогащения - мокрым для крупных классов и пневматическим для мелких. В США и Германии все большее распространение получает сухое обогащение, которое значительно дешевле мокрого, особенно при угольной мелочи. В Англии мокрое обогащение еще достаточно велико. Так, из 771 установки по углеобогащению в 1934 г. 611 приходились на мокрые (мощность 74 млн. т), 151 - на сухие (мощность 13,5 млн. т) и 5 - на флотацию (136 тыс. т). Общая мощность 87,6 млн. т пропущенного угля с % охвата углеобогащением 39,6% добычи Англии.

Сортировке подвергаются обыкновенно все виды угля: коксовые, энергетические, газовые, антрациты и др. Кроме получаемой экономии на транспорте при хранении отсортированных углей удаление влаги, серы и золы сильно повышает калорийность топлива. Примесь серы вредно отзывается на металлургическом процессе, зольность кокса сильно повышает расход его. Обогащение углей устраняет эти потери. Так, обогащенный уголь дает снижение зольности на 3—7%, а иногда и на 10—15%. Зольность концентрата в 1934 г. достигла у нас 8—9%. Технические условия и классификация углей Донецкого, Подмосковного и Кузнецкого бассейнов см. Каменный уголь и ОСТ 5377. Угли других бассейнов СССР не имеют пока установившихся сортов по крупности.

Углеобогатительное дело - сравнительно новая отрасль советского топливного хозяйства. До революции капиталистами выстроено было при помощи иностранных проектировщиков и на иностранном оборудовании 11 обогатительных фабрик мощностью 825 т/ч. После Октябрьской революции с 1922 до 1932 г. было выстроено 7 установок мощностью 1065 т/ч также с помощью иностранных технических фирм. Для освобождения от этой зависимости необходимо было освоить конструкции специальной углеобогатительной аппаратуры. За годы 1932—1935 у нас освоено собственными силами производство пневматических сепараторов, гидросепараторов, воздушнопесчаных сепараторов, циклонов, моек, грохотов, сгустителей, отсадочных машин, смесительных шнеков, дробилок, питателей, сушильных барабанов и других видов специального оборудования. Выстроенные с 1932 до 1935 г. еще 5 фабрик общей мощностью 1108 т/ч базировались уже на собственном машиностроении. Кроме того для развертывания работ по углеобогащению за последние годы предприняты полупромышленные испытания обогатимости углей разных районов и шахт. Такие испытания проведены были по кизеловским углям, ткварчельским, тквибульским, челябинским, карагандинским и весьма подробно по донецким углям. Проектирование углеобогатительных фабрик и их строительство проводились специальной организацией - «Всесоюзной конторой по проектированию и строительству углеобогатительных фабрик» (Цофстрой), возникшей в 1931 г. и реорганизованной затем в трест «Углеобогащение». Кроме этого треста углеобогатительными фабриками ведает также трест «Кокс». На 1 января 1936 г. имелось в Донбассе 24 углеобогатительных фабрик с пропускной способностью 16,8 млн. т в год, кроме того в стройке находились Кизеловская углеобогатительная фабрика мощностью 400 т/ч, т. е. 2200 тыс. т в год (концентрата 1 млн. т), и Карагандинская мощностью 200 т/ч, т. е. 1 млн. т в год (концентрата 600 тыс. т).

В 1935 г. всеми углеобогатительными фабриками Донбасса было пропущено около 17 млн. т угля, причем выход концентратов колебался по отдельным фабрикам от 43—50% до 95% (получено 13 млн. т концентратов).

По проценту охвата добываемых углей обогащением СССР отстает от некоторых капиталистических стран (Бельгия 85%, Германия 70%). К 1937 г. процент охвата в СССР составит около 30%. В деле развития в СССР углеобогащения важнейшим вопросом является вопрос о производстве обогатительной аппаратуры на наших заводах и полном освобождении от снабжения иностранным оборудованием.

Углеразборные установки на сортировках состоят преимущественно из металлических и резиновых транспортеров, реже - из породоотборных столов. Системы применяющихся на сортировках грохотов отличаются большим разнообразием. Наибольшее распространение имеют грохота Ваума, Кокса, Зельтнера, Феррарис. Встречаются также грохота Дистль, Зуски и двухкривошипные. На новых сортировках ставятся также качающиеся грохота с длинными подвесками Перриша, Армса и Маркуса. Вибрационные грохота на угольных сортировках СССР пока не применяются. На фиг. 1 представлена схема сортировки при шахте им. Киселева, обрабатывающая также антрацит шахт им. Лутугина (Донбасс).

Схема сортировки при шахте им. Киселева, обрабатывающая также антрацит шахт им. Лутугина (Донбасс)

Углемойки включают операции мокрого обогащения. Обычно предел крупности механического обогащения угля не выше 100 и не ниже 1—0,5 мм. Механическая обработка угля крупнее 100 мм требует существенного увеличения размера обогатительных машин и их громоздкой конструкции. Поэтому в этих случаях, когда нужно обогащать более крупные сорта, их необходимо предварительно раздробить до 80—100 мм. Уголь мельче 1—0,5 мм редко обогащается мокрым способом во избежание чрезмерного шламмообразования и загрязнения воды мойки. Как общее правило мокрое обогащение угольной пыли является затруднительным и дает худшие качественные результаты, чем обработка крупного угля. Поэтому пыль отделяется перед мокрым обогащением на грохотах или чаще действием струи воздуха и обычно присоединяется к мытому углю в сухом виде. Этим несколько увеличивается зольность концентрата, но уменьшается его влажность до нужных пределов. Для достижения этой цели иногда к мытому углю присаживают необогащенный уголь. Наибольшее распространение имеют следующие методы мокрого обогащения: отсадка, реомойка, метод Чанса. Реже встречаются концентрационные столы, гидросепараторы и флотационные установки. Из работающих в Донбассе углемоек большая часть установок приходится на отсадку. На одной углемойке (при шахте № 8-А - Горловка) имеется агрегат из 6 концентрационных столов для обработки шламмов. В других странах отсадка также занимает доминирующее положение. Из 1745 углеобогатительных фабрик во Франции, Бельгии, Германии, Великобритании, оборудованных отсадочными машинами и реомойками, 1625 (93%) оборудованы отсадочными машинами, а 122 (7%) - реомойками. Метод Чанса применяется преимущественно в США при обработке антрацитов. Для обогащения угольной мелочи ниже 6—12 мм применяют часто концентрационные столы, обыкновенно в комбинации с отсадочными машинами. Гидросепараторы, изобретенные в США сравнительно недавно, получили известное распространение на установках небольшой мощности. Из 280 фабрик в США на отсадочных машинах работают 159 фабрик; методами Чанса и реомойками - 55, на контрационных столах 14, пневматическими методами 43.

Отсадочные машины для обогащения угля - в большинстве случаев поршневого типа с симметричным приводным механизмом; реже встречаются беспоршневые машины Баума с пневматическими золотниками. Применявшиеся раньше дифференциальные механизмы в настоящее время заменены эксцентриковыми приводами с приспособлениями для регулировки величины хода поршня. Машины изготовляются цельнометаллические с одним или двумя элеваторами закрытого типа, с дырчатыми ковшами (в зависимости от количества получаемых конечных продуктов). Для обогащения угля меньше 10—12 мм применяются отсадочные машины с полевошпатовой постелью. В этих машинах разгрузка породы производится через отверстия отсадочного решета в нижней части ящика машины. Схемы углемоек, применяющих отсадку, отличаются большим разнообразием в зависимости от характеристики обрабатываемого угля и требований, предъявляемых к продуктам обогащения. Наибольшее распространение получили схемы, в которых применяется предварительная классификация угля перед отсадкой. В настоящее время грохочение обычно производится по широкой шкале 80—10 мм и 10—1 мм (шкала грохочения 8—10); менее распространена схема Баума, по которой неклассифицированный уголь сначала подвергается отсадке, а затем сортируется на конечные сорта. Количество продуктов, получаемых при отсадке, зависит от характеристики обогащаемого угля. Легко обогатимые угли делятся только на два продукта: концентрат и хвосты. При отсадке угля средней и трудной обогатимости выделяются обычно в большем или меньшем количестве промежуточные продукты. Последние либо используются как низкосортное топливо, либо подвергаются дроблению для расчленения сростков угля и породы, а затем вторичному обогащению. Для примера на фиг. 2 приведена схема обогатительной фабрики при шахте № 8-А Горловского рудоуправления (Донбасс).

Схема обогатительной фабрики при шахте № 8-А Горловского рудоуправления (Донбасс)

Схема обогатительной фабрики при шахте № 8-А Горловского рудоуправления (Донбасс)

Схема обогатительной фабрики при шахте № 8-А Горловского рудоуправления (Донбасс)Реомойка получила значительное распространение. За десятилетие (1919—28 гг.) построено 272 углеобогатительных фабрики, оборудованные реомойками. Средняя производительность реомойки - около 100 т/ч. Наибольшее количество реомоек построено во Франции и Бельгии (соответственно 52 и 47 установок). У нас в Союзе - две реомойки (на Криворожском руднике и при ст. Постниково, Донбасс), построенные в 1981 г. Производительность этих реомоек около 60 т/ч каждая. Расход энергии в реомойках по сравнению с фабриками, оборудованными отсадочными машинами, меньше на 0,3—0,5 kW/т. По данным Бартло количество циркуляционной воды для реомойки составляет 5—7 м3 на 1 т.

Для фабрик же, оборудованных отсадочными машинами, это количество составляет 6,9 м3 воды на 1 т. Реомойка отличается меньшей площадью здания и несколько меньшим расходом рабочей силы по сравнению с фабриками, оборудованными отсадочными машинами. Большим преимуществом реомойки является также и то, что она мало чувствительна в отношении изменения качества исходного угля. Реомойку обычно предпочитают отсадочным машинам в том случае, когда уголь является трудно обогатимым и содержащим большое количество промежуточного продукта. Примерная схема реомойки при шахте 1-бис Криворожского рудника (Донбасс) представлена на фиг. 3.

Примерная схема реомойки при шахте 1-бис Криворожского рудника (Донбасс)

Примерная схема реомойки при шахте 1-бис Криворожского рудника (Донбасс)

Конусы Чанса для обогащения антрацита изготовляются в Америке двух стандартных размеров: диаметрами 4575 и 2290 мм. Они могут обрабатывать неклассифицированный уголь размером ниже 100 мм при условии предварительного отделения мелочи (ниже 5 мм). Производительность конуса Чанса - до 200 т/ч и выше. В Пенсильвании работает больше 30 фабрик, оборудованных конусами Чанса, каждая производительностью 600—3000 т/сутки. Имеется также одна обогатительная фабрика для обогащения каменного угля. На этой фабрике производительностью 500 т/ч рядовой уголь подвергается грохочению на два класса. Всего установлено два конуса Чанса, каждый диаметром 3 м вверху и 560 мм снизу. На одном конусе обрабатывается уголь крупностью 115—25 мм, а на другом - 25—2,9 мм. Уголь ниже 9,5 мм, содержащий 10,4% золы, не обогащается и смешивается с мытым углем. Стоимость обогащения на этой фабрике 5—8 центов на тонну. Капитальные затраты по сооружению фабрики, включая сортировку, составили 140 тыс. долл. Расход песка - 0,6—1 кг на 1 т обогащенного угля. Общая установленная мощность по всей фабрике 460 л. с., т. е. на 1 т часовой производительности приходится < 1 л. с. У нас в СССР промышленных установок, оборудованных конусами Чанса, не имеется.

Флотация применяется для обогащения самых мелких сортов угля, ниже 2—2,5 мм. Рядовой уголь редко обогащается этим способом, так как его нужно предварительно мелко раздробить. Это связано с излишними расходами в тех случаях, когда потребитель может пользоваться крупным углем. Еще дороже обходится обезвоживание концентратов. Для флотации угля применяются машины Минералс-Сепарейшен, реже Клейнбентинк и Эйкгофа. Впервые флотация угля была применена в Испании в 1920 г. В настоящее время в Европе работает около 40 угольных флотационных фабрик с производительностью около 3 млн. т/год. Основной недостаток мокрого обогащения угля - увеличение содержания влаги в конечных продуктах. Влага в угле оказывает вредное влияние при коксовании, является мертвым балластом при погрузке, хранении, транспортировке угля и наконец уменьшает теплотворную способность угля, идущего для энергетических целей. К этому нужно прибавить возможность смерзания влажного угля при суровом климате и наблюдающийся в некоторых случаях недостаток воды, потребление которой при мокром обогащении достигает больших размеров. Перечисленные недостатки мокрого обогащения по сравнению с сухим компенсируются большим преимуществом в качественном отношении.

Воздушное обогащение применяется там, где к качеству обогащенного угля не предъявляется особо жестких требований, единственное условие для воздушного обогащения - содержание влаги в угле не д. б. больше 3—5%. В Донбассе работают две воздушные обогатительные фабрики, оборудованные машинами Биртлей (Горловская обогатительная фабрика при шахте № 3) и Бамаг-Мегуин (Узловская обогатительная фабрика при шахте им. Румянцева). Эти фабрики были сооружены в 1932 и 1933 гг. Кроме этих двух установок в Карагандинском бассейне строится обогатительная фабрика, оборудуемая пневматическими отсадочными машинами Карлсхютте. На фиг. 4 приводится схема оборудованной углеобогатительной фабрики пневматическими столами «ВИ» (Биртлей) производительностью 250 т/ч.

Схема оборудованной углеобогатительной фабрики пневматическими столами «ВИ» (Биртлей)

Фабрика состоит из двух одинаковых секций производительностью каждая 125 т/ч. Исходный уголь ниже 50 мм забирается из угольной ямы а двумя элеваторами б, подающими его на вибрационные грохота в с отверстиями в 22 мм. Верхний продукт грохота (50—22 мм) поступает непосредственно в бункеры 1, а нижний продукт - на второе вибрационное сито с отверстиями в 9,5 мм. Верхний продукт этого сита (22—9,5 мм) поступает в бункеры, а нижний продукт (< 9,5 мм) подается ленточным конвейером на третье вибрационное сито с размером около 5 мм. Верхний продукт поступает в крайние бункеры, а нижний продукт - в соседние с ними. Под каждым из бункеров площадкой ниже установлен воздушный стол «ВИ», на который поступает уголь из соответствующего бункера; исключение составляет класс ниже 5 мм, который перед поступлением на стол подвергается обеспыливанию в аспираторе. С каждого стола получается три продукта: обогащенный уголь, полупродукт и порода. Обогащенный уголь собирается двумя ленточными конвейерами шириной каждый 1220 мм. Производительность каждого конвейера по 250 т/ч. Желоба, ведущие к этим лентам, м. б. переключены так, что каждый сепаратор может подавать уголь на любую ленту. Это дает возможность получать по желанию сортовой или смешанный продукт. Полупродукт собирается ленточным конвейером и м. б. либо погружен непосредственно в ж.-д. вагоны, либо возвращаться для вторичной циркуляции на фабрику, что имеет место в обычной работе. Порода направляется канатной дорогой в отвал. Крупная пыль м. б. передана в вагоны и использована как пылевидное топливо либо м. б. смешана с обогащенным углем. Тонкая пыль собирается в 4 фильтрах Уоринга.

Комбинированные установки для мокрого и воздушного обогащения получили за последние годы некоторое распространение за границей. Эти фабрики удобны тем, что выделение мелкого угля на воздушное обогащение уменьшает содержание влаги в обогащенном угле. Примерная схема фабрики с комбинированным методом обогащения изображена на фиг. 5.

Примерная схема фабрики с комбинированным методом обогащения

Исходный уголь размером 80—0 мм конвейером а подается в бункер б. Питателем в уголь из бункера подается в конический барабанный грохот г. Верхний продукт этого грохота направляется в отсадочные машины для мокрого обогащения. Нижний продукт поступает в обеспыливающее устройство д, после чего элеватором е поднимается на вибрационные грохота ж с размером отверстий в 4 мм. Верхний продукт вибрационного грохота направляется в отсадочные машины для угля, а нижний сорт крупностью около 4—0,5 мм поступает на пневматический сепаратор з, выдающий концентрат, промежуточный продукт и породу. Концентрат грузится в бункер и. Под бункерами проходит смесительный транспортер к, на который подается уголь, обогащенный мокрым и сухим способом, и пыль. Регулируя количество подбавляемых к обогащенному влажному углю сухого концентрата и пыли, можно получить конечную шихту требуемой влажности. Для контроля работы углеобогатительной фабрики можно пользоваться следующими формулами Drakeley:

ugleobogat fabriki f1

здесь Ff - всплыв в контрольной жидкости из пробы исходного угля; Fw - всплыв из пробы концентрата и Fr - всплыв из пробы хвостов. Можно тоже пользоваться формулой Чапиан и Мотт:

ugleobogat fabriki f2

где Аw- зольность концентрата, Аг - зольность хвостов и К - отношение зольности всплывшей в контрольной жидкости фракции исходного угля к зольности его осевшей фракции.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Доп. том - 1936 г.