XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Добываемые необходимые подземные элементы в виде минералов и различные органические соединения, по своим физико-химическим свойствам, которые могут применяться в сфере промышленного производства, нуждаются в обработке. Для этих целей были созданы самостоятельные (чаще всего зависимые от других субъектов деятельности), организационно-обособленные объекты с определенным родом деятельности – обогатительные фабрики. Это горное предприятие, созданное для начальной обработки твердых полезных ископаемых. Итогом такого процесса становится выпуск необходимых продуктов, которые используются в сфере промышленного производства.

Использование различных решений отделения металлов и минералов друг от друга по разнице их физических или химических свойств называется обогащением. Применяя разноплановые методы на обогатительных фабриках руды получают из нее продукт, в котором присутствие полезного вещества несравненно больше, чем в источнике. Это является концентратом. Также при обогащении получаются продукты со средней емкостью нужного вещества – промежуточные, они возвращаются на переработку. В зависимости от того, каким процессом происходит переработка природных соединений минералов на фабричном производстве, их различают таким образом: предприятия с дробильно-сортировочным режимом, объекты промывного режима работы, объекты гравитационной обработки, объекты флотации; места обогащения с магнитным процессом, с гибридной технологией.

Обогащение угля в отсадочной машине является гравитационным режимом работы. Метод основан на законе силы тяжести, в результате которого минеральные соединения отделяются друг от друга из-за разных параметров в плотности. Гравитационным методом обогащается не только уголь, но и сланец, вольфрамит, циркон, руды черных и редких металлов, фосфаты, а т.ж. алмазы. Всего таким методом перерабатывается порядка четырех миллиардов тонн в год. Достигается это благодаря дешевизне метода, простоте аппаратуры, легкости очищения сточных вод и возможности осуществления замкнутого водоснабжения горно-обогатительной фабрики.

Минеральные полезные соединения для переработки на фабрике минуют многочисленные этапы – от режима дробления до выхода концентрата. Готовое сырье складируется в бункерах. После чего планируется отгрузка потребителю или направление на повторную переработку. Данные рабочие процессы распространяют вредные вещества в атмосфере в виде пыли и газов. Таким образом, минимизация обслуживающего персонала, работающего непосредственно в зоне переработки сырья, за счет полной автоматизации процесса обогащения угля является не менее актуальной задачей.

Система предназначена для непрерывного контроля технологических параметров; автоматического поддержания заданного уровня породного слоя постели отсадочной машины; запуска и останова технологического оборудования в автоматическом режиме, с возможностью работы по предустановленным настройкам.

Система управления процессом отсадки построена на основе средств программного контроля, удаленных датчиков, исполнительных механизмов, коммутационных аппаратов с технологическим оборудованием. Оснащена современными средствами АСУТП среднего уровня, для оперативного управления и контроля производственным процессом с непосредственным участием оператора или в автоматическом режиме.

Функциональная схема представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Функциональная схема системы управления отсадочной машиной:

1 - датчик толщины породного слоя постели камеры породы, 2 - датчик толщины породного слоя постели камеры промпродукта, 3 - клапан впуска воздуха в камеры отсадочной машины, 4 - клапан выпуска воздуха из камер отсадочной машины, 5 - частотный преобразователь разгрузчика камеры породы, 6 - частотный преобразователь разгрузчика камеры промпродукта, 7 - датчик работы элеватора 1, 8 - датчик работы элеватора 2.

Исходная пульпа поступает в отсадочную машину и подвергается обогащению по гравитационному методу разделения с помощью водо-воздушной смеси. По мере прохождения слоя пульпы по решетке в подрешетное пространство с помощью электромагнитного клапана впуска (3) нагнетается воздух в течении заданного времени. Данный воздух при подъеме сквозь слой воды в подрешетном пространстве дробится на мелкие пузырьки и вместе с захваченной водой проходит сквозь породный слой пульпы при этом пульпа разрыхляется и взвешивается над решеткой что позволяет вымывать более легкие частицы на верхнюю часть породного слоя постели. После окончания времени впуска выдерживается пауза заданное количество времени и открывается клапан выпуска (4) воздуха из подрешетного пространства в атмосферу, при этом породний слой постели опускается, разрыхленность пульпы снижается и обратный ход водо-воздушной смеси запирает проходы между частицами, что не дает легким частицам уйти в слой шлама. Пройдя по решетке камеры породы слой пульпы, после нескольких циклов впуск-выпуск разделяется на промпродукт вверху и породу внизу. Далее порода попадает в разгрузчик камеры породы, скорость которого в ручном или автоматическом режимах контролируется преобразователем частоты электропривода (5) таким образом, чтобы толщина породного слоя, контролируемая датчиком уровня постели (1) поддерживалась на установленном уровне, что дает возможность точно разделять слой пульпы. Промпродукт при этом попадает на решетку второй камеры отсадочной машины и проходит идентичную процедуру обогащения с участием датчика уровня (2) и преобразователя частоты разгрузчика камеры промпродукта (6). Таким образом, из исходной пульпы выделяется максимальное количество концентрата, который выгружается в течку для транспортировки с помощью транспортной воды в дальнейший технологический процесс. Датчики работы элеватора (7) и (8) контролируют работу элеваторов и блокируют работу соответствующего разгрузчика в случае если элеватор остановится.

Система автоматизации отсадочной машины позволяет контролировать следующие параметры: высоту постели (измерение проводится с помощью современных ультразвуковых датчиков уровня), давление воздуха, положение задвижек и регулирующих клапанов.

Автоматизации процесса обогащения угля в отсадочной машине включает управление следующими параметрами: автоматическое поддержание высоты постели с помощью регулирования скорости работы разгрузчиков, управление работой пульсаторов (частота пульсаций, длительности рабочего цикла и паузы), автоматическая подача транспортной и подрешетной воды при запуске отсадочной машины, контроль и регулирование давления воздуха в ресиверах, контроль работы элеваторов выгрузки и остановка отсадочной машины при их остановке.

Параллельно параметрам, которые контролирует система автоматического регулирования, для создания оптимальных гидродинамических условий взвешивания и разрыхления породного слоя постели существуют параметры, контроль и регулировку которых осуществляет оператор отсадочной машины в ручном режиме: режим пульсации, количество импульсов и процентное соотношение времени фаз, регулировка давления в ресиверах подачи воздуха в камеры отсадочной машины с помощью затворов с электроприводом; количество подрешетной воды регулируется ручной запорной арматурой.

На сегодняшний день не существует готовых приборов, которые могли бы измерить разрыхленность постели отсадочной машины. Для решения этой задачи предлагается использовать метод, основанный на измерении сопротивления постели восходящему потоку жидкости. Известен также способ управления разрыхленностью постели отсадочной машины, основанный на регулировании количества проходящей через постель жидкости. Недостатком последнего является низкая оперативность управления разрыхленностью постели, так как перестройка механизма на новую величину хода является относительно трудоемкой и сложной операцией и производится обычно не отсадочником, а работниками механической службы фабрики. Кроме того, из-за остановок машины снижается ее производительность.

Повышение эффективности отсадки возможно за счет оперативного управления разрыхленностью постели без ее остановки. Это достигается тем, что количество проходящей через постель жидкости регулируют при постоянной величине пульсации путем периодического отвода части пульсирующей жидкости в специальные емкости, и количество отводимой жидкости регулируют изменением гидравлического сопротивления по пути ее движения.

Для уменьшения или увеличения разрыхленности постели соответственно увеличивают или уменьшают количество жидкости, поступающей в эти емкости, что производят поворотом дроссельной заслонки, создающей гидравлическое сопротивление на пути движения пульсирующей в емкостях жидкости. Для увеличения разрыхленности постели заслонку прикрывают, для уменьшения открывают. Поворот дроссельной заслонки производят любым известным способом, в том числе вручную за рукоятку. Это позволяет при изменении характера питания или других факторов отсадки оперативно управлять разрыхленностью постели без останова машины, поддерживать оптимальные условия процесса отсадки, что дает возможность интенсифицировать процесс отсадки, повысить технологические показатели работы машины, а также ее производительность, в том числе за счет устранения простоев.

Сравнение метода отсадки с другими с гравитационными методами обогащения углей позволяет проанализировать главные преимущества отсадки, а именно ее универсальность, высокую производи­тельность, производственную простоту, технологическую эффектив­ность и экономичность.

В практике обогащения углей качество готового продукта определяется содержанием негорючих примесей (зольностью). Но зависимость этого показателя от минералого-петрографической характеристики и обогатимости исходного материала затрудняет его использование для объективного сравнения различных методов гравитационного обогащения. Не дает однозначного показателя и применяемый на практике метод оценки эффективности гравитационного обогащения по фракционному анализу продуктов обогащения.

Поэтому представляется наиболее пригодным для нашего случая метод оценки эффективности по критериям Ер - среднему вероятному отклонению и I - погрешности разделения.

В таблице 1 даны наиболее характерные пределы значений Ер и I, а также пределы взаимных засорений продуктов для сравнения показателей эффективности обогащения углей в различных гравитационных аппаратах.

Можно сделать вывод, что процесс отсадки и отсадочные машины по технологической эффективности обогащения угля имеют преимущество перед другими гравитационными процессами и аппаратами, применяемыми в аналогичных условиях. Исключение составляют тяжелосредные сепараторы и гидроциклоны при своих оптимальных условиях применения. Так, можно считать очевидным технологическое преимущество отсадки при обогащении углей крупностью более 0,2-0,5 мм, тогда как при обогащении более мелкого угля, концентрационные столы и винтовые сепараторы могут, по-видимому, обеспечить более высокую эффективность обогащения.

Таблица 1 – Технологическая эффективность гравитационного обогащения угля в различных аппаратах

Аппарат	Круп-ность обога-щаем-ого угля	Содержание посторонних фракций		Показатель эффективности разделения
		>1800 кг/м3 в концентрате	<1500 кг/м3 в породе	при низкой плотности			при высокой плотности
				Ер	I	Ер		I
Тяжелосредный сепаратор	13-250	0,2	0,1	0,01-0,04	-	0,02-0,05		-
Тяжелосредный гидроциклон	0,5-13	0,2	0,3	0,02-0,05	-	0,03-0,06		-
Отсадочная машина	13-100	0,3	0,7	0,07-0,10	0,10-0,20	0,10-0,16		0,12-0,2
	0,5-13	0,5	1,0	0,08-0,13	0,16-0,23	0,16-0,20		0,2-0,25
Концентрацион-ный стол	0,5-6	1,0	1,0	0,12-0,16	0,20-0,30	0,12-0,18		0,14-0,2
Моечные желоба	6-100	1,0	2,0	-	-	0,16-0,20		0,16-0,26
Пневматический сепаратор	6-75	2,0	10,0	не определялись
Пневматическая отсадочная машина	6-25	3,0	11,0

От технологической эффективности процесса и применяемого оборудования зависят сложность схемы обогащения, потребность в операциях для подготовки исходного материала, переобогащения и доводки получаемых продуктов обогащения. Следовательно, высокая эффективность технологии также означает ее экономичность. Особенно это наглядно в тех случаях, когда эффективность обогащения прямо влияет на качество конечных продуктов обогащения и, соответственно, на их реализационную стоимость.

Перед другими методами гравитационного обогащения отсадка имеет преимущество в энергоемкости, хотя, например, взятые вне технологической схемы отсадочные машины имеют более высокую энергоемкость, чем тяжелосредные сепараторы - соответственно 0,056 и 0,050 кВт на 1 т часовой производительности [1].

Но расходу технологиче­ской воды отсадка имеет преимущество перед моечными желобами, винтовыми сепараторами и шлюзами (с учетом расхода воды на сполоск). Концентрационные столы и гидроклассификато­ры требуют расхода воды 1,5-2,5 м³/т обогащаемого материала, обога­щение в тяжелых средах - до 3 м³/т, отсадка - от 3 до 5 м³/т воды в зависимости от конкретных условий. Расход воды на обогащение крупного угля в моечных желобах со­ставляет от 4 до 6 м³/т [2].

Формирование производ­ственной себестоимости обо­гащения и ее уровень как в целом, так и по отдельным статьям значительно зависят от вида полезного ископа­емого, его гранулометриче­ского, фракционного и веще­ственного состава, от требо­ваний к продуктам обога­щения (Таблица 2). Так при обога­щении углей минимальные затраты достигаются при методе обогащения от­садкой.

При оценке экономичности различных методов гравита­ционного обогащения углей для качественного определения рассчитываются капитальные и эксплуатационные затраты только для тех участков производства, которые непосредственно связаны с тем или иным процессом обогащения. Так, во всех случаях исключены затраты по углеприему, складированию и подготовке угля к обогащению, водно-шламовому хозяйству, обезвоживанию, сушке и погрузке продуктов обогащения по всем вспомогательным службам и цехам, которые можно принять для всех методов обогащения равными. Сравниваемые затраты отнесены к 1 т угля, обогащаемого данным способом.

Таблица 2 - Сравнение удельных затрат на обогащение углей различными гравитационными методами, руб/т

Метод обогащения	Капитальные затраты на 1 т в год	Эксплуатационные затраты						Приведенные затраты	Технологические потери	Суммарные издержки на 1 т угля
		зарплата с начислениями	материалы	электроэнергия	амортиза­ционныеотчисле­ния	прочие расходы	итого			обогащаемого	рядового
Отсадка	420	38	18,8	31,2	57,6	10	155,6	239,6	177,6	417,2	202,4
Гяжелосред-ная сепарация	1252	106,4	121,6	149,2	154,8	42,8	574,8	825,2	29,6	854,8	312
Концентра-ция на столах	412	108,4	26,4	34,4	50,4	27,2	246,8	329,2	248	577,2	202,4
Обогащение в желобах	616	132,8	37,6	44,8	73,6	40,8	329,6	452,8	368	820,8	410,4
Пневматиче­ское обогаще­ние	604	61,6	22,4	140,8	72	20,4	317,2	1498	1936	1413,2	1413,2

Приведенные затраты рассчитаны по известной формуле:

при нормативном коэффициенте е_н = 0,2.

Для разносторонней экономической оценки процессов учтены издержки, связанные с технологическими потерями горючей массы в отходах обогащения вследствие несовершенства процесса разделения.

Максимальная потеря реализационной стоимости получаемых продуктов имеет место при пневматическом обогащении, минимум технологических потерь обеспечивает тяжелосредная сепарация. В таблице 3 приведен примерный ситовый состав, характерный для углей Кузнецкого бассейна, на примере которого осуществлены все расчеты.

Как следует из приведенного сравнения, отсадка является наиболее экономичным методом обогащения как по сумме затрат, так и по общим издержкам на 1 т обогащаемого угля. По издержкам на 1 т рядового угля отсадка находится на сопоставимом уровне с концентрацией па столах. Однако необходимо учесть значительную разницу в объемах применения того и другого процесса.

Таблица 3 - Примерный гранулометрический состав углей Кузнецкого бассейна

По ситовому анализу		По процессам обогащения
Класс, мм	Выход. % от рядового	Процесс	Класс, мм	Выход. % от рядового
+100	9,0	Тяжелосредная сепарация	13-250	36,5
25-100	18,5	Отсадка	0,5-13	48,5
13-25	9,0	Обогащение в моечных желобах	6-100	50,0
6-13	13,5	Концентрация на столах	0,5-6	35,0
0,5-6	35,0	Пневматическое обогащение	0,5-75	73,0

Произведенный анализ различных процессов обогащении в сопоставлении с отсадкой характеризует последнюю как процесс, превосходящий в сравнимых условиях большинство других методов обогащения по ширине диапазона исходных характеристик обогащаемого сырья, разнообразию технологических условий применения в схемах обогатительных фабрик, простоте производственного комплекса, удельной и абсолютной производительности обогатительных аппаратов. На примере углей подтверждается высокая технологическая эффективность отсадки, экономичность ее практического использования.

Список литературы:

BHTП 3-92. Временные нормы технологического проектирования углеобогатительных фабрик. Центрогипрошахт, 1993.

Самылин H.A. Отсадка / H.A. Самылин, A.A. Золотко, В.В. Починок. — М.: Недра, 1976. Г7ТШ

Код для цитирования: Скопировать