wzbogacanie, AGH, 5 semestr, przeróbka
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
PRZERÓBKAMECHANICZNAWĘGLA
W procesie wydobywczym węgla w kopalni na urobek składają się obok właściwej
substancjiwęglowejtakŜeskałypłonnezestropuispąguorazwystępującewpokładziewęgla
tzw.przerosty,stanowiącemieszaninęwęglaisubstancjimineralnej–rys.1.
Rys.1.Charakterystykaurobkuwęglowego
WęgielwydobytywkopalniachstanowimieszaninęziarenikawałkówróŜnejwielkościo
róŜnej zawartości substancji mineralnej. Węgiel taki tylko w sporadycznych przypadkach
uŜytkowany jest bezpośrednio. Zazwyczaj poddaje się go tzw. przeróbce mechanicznej, w
którejwęgielwzaleŜnościodjegojakościiprzeznaczeniapodleganastępującymoperacjom
uszlachetniającym:
a) sortowaniuwgwielkościziarenikawałków,
b) rozdrabnianiu,
c) klasyfikacji wodnej lub powietrznej, dla rozdzielenia drobnych ziaren węgla wg
wielkości,
d) wzbogacaniu, czyli rozdzielaniu minerałów wg składu, mającemu na celu zwiększenie
zawartości substancji palnej w węglu przez częściowe usunięcie z niego domieszek
substancjimineralnej,
e) suszeniu(odwadnianiu),czylizwiększeniuzawartościsubstancjipalnejprzezczęściowe
lubcałkowiteusunięciebalastuwpostaciwilgoci,
f) odpylaniu,cowynikazpotrzebtechnologiiprocesówprzeróbczychiwzględówBHP,
g) mieszaniu,mającemunaceluuśrednienieparametrówwęgla,
h) brykietowaniu lub aglomeracji, w celu spojenia najdrobniejszych ziaren miałów
węglowychwkawałkiowiększychrozmiarach.
Na rysunku 2 przedstawiono przykładowe schematy blokowe operacji przeróbki
mechanicznejwęglaenergetycznego(a)iwęglakoksowego(b).
Rys.2.Schematprzeróbkimechanicznejwęglaenergetycznego(a)ikoksowego(b).
SORTOWANIE
UrobekwęglowystanowimieszaninęziarenróŜnejwielkości.Stopieńrozdrobnienia
urobku zaleŜy od wytrzymałości mechanicznej węgla oraz sposobu eksploatacji.
(Dopisać
twardośćskładnikówwęgla).
Rozdzielanie mieszaniny ziaren według ich wielkości nazywamy przesiewaniem
(operacjapomocnicza)lubsortowaniem(operacjagłówna).
Ziarnopodziałowe–wymiarbędącyteoretyczniegranicąrozdziałuzbioruziaren–w
warunkachprzemysłowychzbliŜonydowymiarówoczeksita.
SkutecznośćsprawnośćprocesuprzesiewaniamoŜesięodnosićdoproduktudolnego
czylisprawnośćprzesiewanialubdoproduktugórnego–sprawnośćodsiewania
η
=
Q
dp
η
=
Q
gn
d
Q
g
Q
d
g
Sprawnośćcałkowitapowinnauwzględniaćzawartośćnadziarnalubpodziarnawprodukcie.
η
=
Q
dp
−
Q
gp
Q
gp
=
Q
g
−
Q
gn
=
1
−
Q
gn
⇒
η
=
η
+
η
−
1
c
Q
Q
Q
Q
Q
c
d
g
d
g
g
g
g
WZBOGACANIEWĘGLA
Wzbogacaniemanaceluczęściowelubniemalcałkowiteusunięciesubstancjimineralnej,
którastanowibalastobniŜającyefektkalorycznyorazwartośćtechnologicznąpaliwstałychw
procesachprzeróbkichemicznej[1].
Zpunktuwidzeniawzbogacaniawwęgluwystępujądwarodzajedomieszekmineralnych:
a) pochodzące z praroślin węglotwórczych oraz związki z substancją organiczną paliw w
postacizwiązkówchemicznychtzw.wewnętrznasubstancjamineralna,
b) pochodzenia przypadkowego w postaci przerostów skał towarzyszących oraz
zanieczyszczeń urobku odłamkami skał stropowych i spągowych – tzw. zewnętrzna
substancjamineralna.
DomieszkipierwszegorodzajuwystępująwpostaciróŜnychpierwiastkówmetalicznych
(Ca, Mg, Fe, Al, Na, K) wprowadzonych na miejsce wodoru w grupach funkcyjnych
złoŜonego polimeru paliw stałych. Typowymi domieszkami tego typu są sole kwasów
huminowych, Ŝywicznych i woskowych występujące w znacznych ilościach w niŜej
uwęglonych paliwach stałych. Domieszek tych nie moŜna oddzielić przez przeróbkę
mechaniczną.
Usunięcie domieszek mineralnych drugiego rodzaju jest głównym zadaniem procesu
wzbogacania.Wzbogacanietzw.mechanicznejeststosowanegłówniedlawęglikamiennych
orazdlatwardychodmianpetrograficznychwęglabrunatnego.
WyróŜniasięnastępującesposobywzbogacania:
1) wzbogacanieręczne,
2) wzbogacaniegrawitacyjnenazasadzieróŜnicycięŜaruwłaściwego(gęstości)iróŜnicy
prędkościopadaniaziarenwęglaiskałypłonnej:
a) wwodzie,
b) wcieczachcięŜkichjednorodnychlubzawiesinowych(suspensyjnych),
c) wstrumieniupowietrza,
3) wzbogacanie na zasadzie róŜnicy właściwości powierzchniowych węgla i skały
płonnej(flotacja),
4) wzbogacaniemetodamispecjalnymi.
Pionierskie badania w zakresie rozdziału kopalin na frakcje gęstościowe rozpoczęto
początkiem XXw. W roku 1905 dokonał rozdziału węgla w wodzie wykorzystując dwa
naczynia cylindryczne [2]. Wewnętrzne naczynie zaopatrzone w dno sitowe wypełniano
próbkąsurowegourobku,anastępniewprawianogowoscylacyjnyruchpionowy.Opadające
układałysięwwarstwywedługcięŜaruwłaściwego.Zebraneodpowiedniowarstwysuszono
ioznaczano w nich zawartość popiołu. Skrępowane warunki osadzania nie dawały zbyt
dokładnychwyników,alestanowiłypodwalinydzisiejszychmetodocenywzbogacalności.
Nazwiskatwórcówmetodgrawitacyjnych:Henry,Blanc,Charvett
Uwaga:wtekstachdotyczącychwzbogacaniagrawitacyjnegoprzemienniemogąpojawiaćsię
pojęciacięŜar(cięŜarwłaściwy)imasa(gęstość),naleŜyzatempamiętaćozwiązkupomiędzy
tymi wielkościami. 1kG to siła z jaką Ziemia przyciąga masę 1kg z przyspieszeniem
grawitacyjnym
$
=9,81m/s
2
.
Archimedes287212pneSyrakuzy,Sycylia.SiłaciąŜeniaisiławyporu
V
=
m
⋅
g
F
=
ρ
⋅
g
⋅
c
w
c
F
$
$
Rys.3.SchematrozdziałupróbkiwęglasurowegowcieczachoróŜnejgęstości.
CharakterystykawzbogacalnościwęglanapodstawierozdziałuwcieczachcięŜkich
jednorodnych
Próbka węgla wprowadzona do cieczy o określonej gęstości rozdzieli się na frakcję
lŜejszą od cieczy rozdzielającej, która wypływa na jej powierzchnię oraz frakcję cięŜszą
opadającąnadnonaczynia.
Gęstośćwęglaominimalnejzawartościpopiołuwynosi
=
ρ 1,8–5,2g/cm
3
.Łatwośćwzbogacaniagrawitacyjnegoocenia
sięnapodstawieanalizydensymetrycznejtj.rozdziałunafrakcjeoróŜnejgęstościwcieczach
cięŜkich. W technice laboratoryjnej stosuje się ciecze cięŜkie jednorodne tj. roztwory soli
nieorganicznychlubcieczeorganiczne.Teostatniesączęściejichętniejstosowanezuwagi
na lepszą zwilŜalność węgla, mimo Ŝe mogą rozpuszczać nieznaczne ilości bituminów
(Ŝywice,woski),stosunkowołatwoparująisądośćdrogie.
CieczcięŜkąjednorodnąprzygotowujesięprzezrozpuszczeniewwodzieokreślonejilości
solinieorganicznej,wybórcieczyorganicznejlubzmieszaniewodpowiednichproporcjach
dwóchcieczy,przyczymgęstośćmieszaninyjestwielkościąaddytywnąokreślonąwzorem:
ρ 1,171,35g/cm
3
,natomiast
gęstośćskładnikówtowarzyszącychtj.łupkówpalnych,substancjimineralnejtworzącejskałę
płonnąorazpirytuwynosi
=
ρ
=
ρ
⋅
v
1
+
ρ
2
⋅
v
2
,
g/cm
3
(1)
c
v
+
v
1
2
gdzie:
ρ
1
,ρ
2
gęstościmieszanychcieczy,g/cm
3
,
1
,v objętościmieszanychcieczy,cm
3
.
Gęstościniektórychsolinieorganicznychorazcieczyorganicznychzestawionowtablicy1.
Narysunku3przedstawionoschematrozdziałupróbkiwęglasurowegowcieczyjednorodnej
o gęstości od 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,8g.cm
3
. Frakcje opadające na dno naczynia z cieczą o
gęstościmniejszejprzenosisiędonaczyniao gęstościwyŜszej.Frakcjewypływająceoraz
frakcjętonącąwnaczyniuzciecząonajwyŜszejgęstościsuszysię,oznaczajejwychódtj.:
2
m
∑
∗
n
γ
∗
=
n
⋅
100
%
przy
czym
γ
=
100
%
(2)
n
m
n
1
gdzie: m masafrakcji,g; m masapróbkiwęglasurowego,g,
orazzawartośćpopiołu λwefrakcjin,%.
Tablica1.GęstościnajczęściejstosowanychcieczycięŜkichjednorodnych
Lp.
Związek
Wzórchemiczny
Maksymalnagęstość
g/cm
3
1. Chlorekwapnia
CaCl
2
1,654
2. Kwassiarkowy
H
2
SO
4
1,840
3. Chlorekcynku
ZnCl
2
2,070
4. Ksylen
C
8
H
12
0,862
5. Benzen
C
6
H
6
0,879
6. Chloroform
CHCl
3
1,499
7. Czterochlorekwęgla
CCl
4
1,604
8. Bromoform
CHBr
3
2,894
λ mogąnie
zamykać się wartością 100%, gdyŜ pewne składniki substancji mineralnej w warunkach
oznaczaniapopiołuulegająrozkładowi.
Konstrukcjakrzywychwzbogacalności(rys.4).
1. Wychód kaŜdej frakcji przedstawiany jest na wykresie jako prostokąt o podstawie
%
γ
2. Prostokąty dzieli się na dwie części w punktach odpowiadających procentowej
zawartości popiołu w poszczególnych frakcjach λ
λ iwysokości
100
∗
λ...
1
. Zakreskowane pola tych
1
i przedstawiają ilość popiołu,
natomiast dopełnienia równe
( ) ( )
λγ ⋅
∗
⋅
...
γ
n
λ
1
n
1
odpowiadającą ilości
substancjipalnej(plusubytekmasysubstancjimineralnejzespalania).
Gdybycałąpróbkępodzielićnanieskończeniewielkąliczbęwychodówelementarnych γ
iokreślićwnichzawartośćpopiołuλmoŜnawykreślićkrzywą,któradzieliprostokątABCD
ograniczony osiami współrzędnych oraz bokami wykreślonymi w punktach
100
1
−
λ 100
⋅
∗
...
−
λ
⋅
γ
n
n
γ
=
100
%
i
λ
nadwiepowierzchnie(rys.4):
podkrzywąokreślającązawartośćpopiołuwpróbce(węglusurowym),
nadkrzywąokreślającązawartośćsubstancjipalnej+straty.
100
%
1
Pola zakreskowane (na rys.3) oznaczają zawartość popiołu λ, natomiast pola czarne
określajązawartośćczęścipalnych p .Dlaposzczególnychwychodówsumy p
prostokątów równe są odpowiednio
∗
∗
[ Pobierz całość w formacie PDF ]