Linkpost;pdf

Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВПО
«ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт недропользования
Кафедра обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
_____________Н.П. Коновалов
«___»__________20__ г.
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
(рабочая учебная программа дисциплины)
ОБОГАЩЕНИЕ УГЛЕЙ И СЛАНЦЕВ
Направление подготовки:
Специализация:
130400 «Горное дело»
Обогащение полезных ископаемых
Квалификация
специалист
Форма обучения
очная
Составитель программы
Баденикова Г.А., доцент, к.т.н., ИрГТУ, кафедра ОПИ и ИЭ
48
Иркутск 2013
1.
Информация из ФГОС, относящаяся к дисциплине
1.1. Вид деятельности выпускника
Деятельность выпускника охватывает круг вопросов, относящихся к
контролю за соблюдением технологической дисциплины в производстве и
правильной эксплуатации технологического оборудования для обогащения
полезных ископаемых, анализу качества исходных материалов и конечной
продукции, анализу причин возникновения брака выпускаемой продукции и
разработке мероприятий по его предупреждению, организации работы
коллектива, планированию и организации производственных работ, выбору
оптимальных решений при планировании работ, контролю качества выпускаемой
продукции на всех участках производства, участию в оценке экономической
эффективности технологических процессов, обеспечению техники безопасности
на всех участках производства. Специалист по направлению подготовки 130400
«Горное дело» готовится к следующим видам профессиональной деятельности:
производственно-технологической;
научно-исследовательской.
1.2. Задачи профессиональной деятельности выпускника
В
дисциплине
рассматриваются
указанные
в
ФГОС
задачи
профессиональной деятельности выпускника:
- руководство в практической деятельности принципами комплексного
использования георесурсного потенциала недр;
- создавать и (или) эксплуатировать оборудование и технические системы
обеспечения эффективной и безопасной реализации технологических процессов
при производстве работ по эксплуатационной разведке, добыче и переработке
твердых полезных ископаемых, а также при строительстве и эксплуатации
подземных объектов различного назначения;
- планировать и выполнять теоретические, экспериментальные и
лабораторные исследования, обрабатывать полученные результаты с
использованием современных информационных технологий.





1.3. Перечень компетенций, установленных ФГОС
Освоение программы дисциплины «Обогащение полезных ископаемых»
позволит сформировать у обучающегося следующие компетенции:
способность к обобщению и анализу информации, постановке целей и выбору
путей их достижения (ОК-1);
использованием нормативных правовых и инструктивных документов в своей
деятельности (ОК-7);
владением основными
принципами технологий эксплуатационной разведки,
48
добычи, переработки твердых полезных ископаемых, строительства и
эксплуатации подземных объектов (ПК-9);
готовность выполнять экспериментальные и лабораторные исследования,
интерпретировать полученные результаты, составлять и защищать отчёты (ПК22);
способностью анализировать горно-геологическую информацию о свойствах и
характеристиках минерального сырья и вмещающих пород (ПСК-6-1);
 способность выбирать технологию производства работ по обогащению полезных
ископаемых, составлять необходимую документацию в соответствии с
действующими нормативами (ПСК-6-2);
 способность выбирать и рассчитывать основные технологические параметры
эффективного и экологически безопасного производства работ по переработке и
обогащению минерального сырья на основе знаний принципов проектирования
технологических схем обогатительного производства и выбора основного и
вспомогательного обогатительного оборудования (ПСК-6-3).
1.4. Перечень умений и знаний, установленных ФГОС
Студент после освоения программы дисциплины должен:
Знать:
структуру и взаимосвязи комплексов по добыче, переработке и обогащению
полезных ископаемых и их функциональное назначение;
физические и химические свойства полезных ископаемых, их структурномеханические особенности;
закономерности разделения минералов на основе различия их физических и
химических свойств;
основы разрушения горных пород при дроблении и измельчении;
процессы и технологии переработки и обогащения твердых полезных
ископаемых;
основы разработки схем обогащения полезных ископаемых;
принцип
действия,
устройство
и
технические
характеристики
обогатительных машин и аппаратов;
методы выбора и расчета;
методы технологического контроля, опробования и автоматизации
процессов обогащения;
процессы обезвоживания, окомкования и складирования минеральных
продуктов и отходов обогащения;
уметь:
рассчитывать основные параметры технологии и обогатительного
оборудования;
анализировать устойчивость технологического процесса и качество
выпускаемой продукции;
принимать технические решения по обеспечению безопасных условий труда
и снижению вредного влияния процессов обогащения на окружающую среду;
проводить 48мониторинг параметров технологического процесса и
оборудования;
выбирать и рассчитывать оптимальный комплекс оборудования для
реализации соответствующей технологической схемы обогащения и
обосновывать оптимальные режимы ведения технологического процесса;
владеть:
научной терминологией в области обогащения;
основными методами и приборами научных исследований в области
обогащения;
методами обоснования основных параметров горно-обогатительного
предприятия;
методами эффективной эксплуатации горно-обогатительной техники;
основными нормативными документами.
2. Цели и задачи освоения программы дисциплины
Цель: формирование у студентов систематизированного комплекса
базисных профессиональных знаний по технологии и схемам обогащения углей;
комплексности использования сырья и безотходным технологиям его обогащения.
Задачи курса: освоение промышленной классификации углей; изучение
факторов, определяющих технологию обогащения углей; знакомство со
специфическими особенностями технологии обогащения углей; обеспечение
возможности самостоятельного приобретения знаний по различным методам
обогащения углей.
3. Место дисциплины в структуре ООП
Изучение данной дисциплины базируется на знаниях дисциплин
«Обогащение полезных ископаемых» (ПК-5), «Гравитационные методы
обогащения» (ПК-22).
Знания и умения, приобретаемые студентами после освоения содержания
дисциплины будут использоваться в производственной и проектной деятельности
(ПК-18, ПК-25) и при изучении дисциплины «Технология обогащения полезных
ископаемых» (ПК-8, ПК-9).
4. Основная структура дисциплины
Таблица 1 - Структура дисциплины
Трудоемкость в часах
Вид учебной работы
Всего
Семестр 9
Общая трудоемкость дисциплины
108 (12)
Аудиторные занятия, в том числе:
лекции
34 (8)
лабораторные работы
практические занятия
17 (4)
Самостоятельная работа (в том
57
числе курсовое проектирование)
Вид промежуточной аттестации
зачет
(итогового контроля
48 по
дисциплине), в том числе
курсовое проектирование
3
ЗЕТ
5. Содержание дисциплины
5.1 Перечень основных разделов и тем дисциплины
Введение
108 (12)
34 (8)
17 (4)
57
зачет
3
Раздел 1.Общие сведения об углях
Тема 1. Происхождение и свойства природных углей
Тема 2. Показатели качества углей
Тема 3. Физические и физико-химические свойства углей
Т ема 4. Технологическая классификация каменных углей
Тема 5. Выбор машинных классов и шкалы грохочения
Раздел 2. Обогатимость каменных углей
Тема 6. Фракционный анализ углей
Тема 7. Теоретический баланс продуктов обогащения
Тема 8. Категория обогатимости. Метод цифрового кодирования
Тема 9. Оценка эффективности технологических процессов
обогащения угля
Раздел 3. Методы и процессы обогащения углей
Тема 10. Обогащение углей в тяжелых средах
Тема 11. Оборудование для обогащения в тяжелых средах
Тема 12. Технологическая эффективность обогащения углей в тяжелых
суспензиях
Тема 13. Отсадка
Тема 14. Обогащение угля на концентрационных столах и в моечных желобах
Тема 15. Конструкции концентрационных столов
Тема 16. Обогащение углей в шнековых сепараторах
Тема 17. Обогащение углей в воздушной среде
Тема 18. Флотация углей
Тема 19. Технологические факторы, влияющие на процесс флотации угля
Тема 20. Варианты построения шламовых схем
Тема 21. Основные процессы специальных методов обогащения
Раздел 4. Обогащение коксующихся углей
Тема 22. Особенности производства кокса
Тема 23. Подготовка коксующихся углей перед обогащением
Тема 24. Технология обогащения коксующихся углей
Тема 25. Обессеривание углей для коксования
Раздел 5. Обогащение энергетических углей
Тема 26. Технология обогащения энергетических углей
Тема 27. Рассортировка энергетических углей и улучшение их сортности
Раздел 6. Обогащение бурых углей и сланцев
Тема 28. Обогащение слабоструктурных бурых углей
Тема 29. Обогащение горючих сланцев
Раздел 7. Комплексное использование минеральной и органической
составляющей углей
48
Тема 30. Минеральные примеси в углях
Тема 31. Использование зольных остатков и отходов углеобогащения для
производства строительных материалов
Тема 32. Использование зольных остатков и отходов углеобогащения для
Тема 33. Извлечение германия из продуктов обогащения углей
Тема 34. Возможность использования содержащихся в углях окислов алюминия и
железа
Раздел 8. Брикетирование углей
Тема 35. Характеристика топливных брикетов
Тема 36. Технология брикетирования бурых углей
Раздел 9. Охрана окружающей среды
Тема 37. Источники загрязнения водного и воздушного бассейнов отходами
углеобогатительных фабрик
Тема 38. Очистка сточных вод углеобогатительных фабрик
Тема 39. Охрана воздушного бассейна от загрязнения
Тема 40. Рекультивация земель, занятых отходами углеобогащения
5.2 Краткое описание содержания теоретической части разделов и тем
1
Введение. Значимость угля для народного хозяйства. Цели и задачи обогащения
углей.
Раздел 1.Общие сведения об углях
Тема 1. Происхождение и свойства природных углей
Природные угли – это твердые горючие вещества органического
происхождения. Они образовались из продуктов биохимического и физикохимического разложения исходного растительного материала, которые вначале
превращались в торф, а затем в уголь в результате действия температуры,
давления и других факторов.
Свойства ископаемых углей обусловлены условиями его образования и
углефикацией.
По особенностям исходных растительных материалов различают 2 класса
горючих ископаемых:
1. Гумолиты (из высших многоклеточных растений).
2. Сапропелиты (из нижних растительных материалов и животного
планктона).
По степени углефикации различают угли:
1. Бурые – низшей степени углефикации, характеризуемые наличием гуминовых
кислот и бурым или черным цветом с матовым или маслянистым блеском.
2. Каменные – средней степени углефикации, характеризуемые
отсутствием гуминовых кислот, спекаемостью и черным цветом с ярким
жирным блеском.
3. Антрацитовые – высшей степени углефикации, характеризуемые
большой плотностью, механической прочностью, увеличением
электропроводности. Имеют серовато-черный цвет с ярким
металлическим блеском.
Угли состоят из органической (горючей) массы и негорючих компонентов
(минеральных примесей
и влаги).
48
В состав органической массы входят: углерод С, водород H, кислород О,
азот N, фосфор Р. Самым ценным элементом является углерод. Содержание его
растет с увеличением стадии метаморфизма: в бурых –68-80%; каменных-80-92%;
антрацитах-более 92%. Вредные примеси – сера и фосфор.
К минеральным примесям относят глинистый сланец Al2O3·2SiO2 ·2H2O,
песчанистый сланец SiO2, пирит FeS2, сульфиты (CaSO4), карбонаты (MgCO3,
FeCO3) и др.
Связанные минеральные примеси –это примеси, перешедшие в уголь из
растительных организмов, наносные – попавшие в период накопления
растительных остатков, свободные – попавшие в уголь при его добыче. Могут
быть удалены только свободные.
Влага снижает теплоту сгорания углей и экономическую эффективность их
использования.
Тема 2. Показатели качества углей
Влага рабочего топлива Wp состоит из внешней, находящейся на
поверхности частиц и гигроскопической (Wp каменных углей 3-18%; бурых-около
60%).
Зола абсолютно сухого топлива Ас. Золой называется неорганический
остаток после полного сгорания угля в условиях, предусмотренных стандартом.
Зола добываемых углей достигает до 38% и более.
Сера общая абсолютно сухого топлива. Бывает трех разновидностей:
органическая, входящая в состав сложных органических соединений угля;
пиритная FeS2 и сульфатная CaSO4, FeSO4. Sоб=0,1-10%.
Выход летучих веществ Vг на горючую массу - газообразные и
парообразные продукты разложения топлива при его нагревании до определенной
температуры без доступа воздуха. Vг =8-55%.
Теплота сгорания (ккал\кг)-количество тепла, выделяемого единицей
массы топлива при полном сгорании.
Толщина пластического слоя (у) – максимальное расстояние между
границами твердых фаз – неизмененного угля и полукокса, между которыми
находится уголь в пластическом состоянии (коксуемость угля).
2
Блиц-опрос
Тема 3. Физические и физико-химические свойства углей
1. Плотность – отношение массы к объему. Действительная плотность
δ=m/v (без воздуха и влаги). δк=m/v – кажущаяся плотность (пористое
тело). δк δ.
2. Механическая прочность характеризуется дробимостью, хрупкостью,
твердостью, временным сопротивлением сжатию и термической
стойкостью.
3. Влагоемкость углей – свойство поглощать влагу.
4. Смачиваемость – определяется через краевой угол смачивания и
является основой для проведения флотации.
5. Коэффициент трения – один из главных показателей при определении
угла наклона желобов и др.транспортирующих устройств.
6. Оптические
свойства углей (цвет, блеск, прочность, отражательная
48
способность и др.). Показатель отражательной способности используют
как один из наиболее важных оптических характеристик для
диагностики компонентов угля.
7. Электрические свойства характеризуют проводимость эл.тока. В целом
угли относятся к полупроводникам. Чем больше влажность, тем меньше
электрическое сопротивление.
8. Диэлектрические свойства углей определяются диэлектрической
проницаемостью.
Используются
при
разработке
методов
элек4трического обогащения и пылеулавливания.
9. Магнитные свойства характеризуются магнитной восприимчивостью.
Используются для магнитных методов обогащения при выделении
пирита и др.примесей.
Т ема 4. Технологическая классификация каменных углей
Энергетические угли – угли, пригодные только для сжигания в котельных
топках (антрациты и тощие, отощенные и неспекающиеся).
Технологические – угли, которые по составу и свойствам целесообразно
использовать в качестве сырья для переработки различными методами.
Органическая масса таких углей имеет большую ценность как
химическое сырье. При повышенной зольности эти угли могут быть
переведены в группу энергетических углей ввиду трудности и
малоэффективности их переработки.
Промышленная классификация и маркировка углей производятся по
следующим показателям: для бурых углей - содержание рабочей влаги Wp;
каменных – выход летучих веществ Vг и толщина пластического слоя (у),
антрацитов – объемный выход летучих веществ Vгоб.
Бурые угли разделены на 3 группы: Б1-Wp 40%; Б2-Wp =30-40%; Б3- Wp
30%.
В зависимости от марочного состава все угли условно можно разделить на 2
группы:
коксующиеся - газовый Г, жирный Ж, коксовый К, отощенный спекающийся (ОС);
энергетические –длиннопламенный Д, тощий Т, полуантрацит ПА, антрацит А
Угли для коксования должны иметь Ас7% и Wp=5-8%; угли для энергетических
целей - Ас=7 - 10% и Wp=9%.
Классификация углей по крупности производится в зависимости от размера
кусков.
Наименование класса
Плитный
Крупный
Орех
Мелкий
Семечко
Штыб
Рядовой
Обозначение
П
К
О
М
С
Ш
Р
Размер, мм
100-200(300)
50-100
25-50
13-25
6-13
0-6
0-200(300)
Тема 5. Выбор машинных классов и шкалы грохочения
Производится в зависимости от принятого процесса обогащения, нагрузки
на обогатительные48машины, требований к углю и др.факторов.
При обогащении коксующихся углей рекомендуется принимать 2
машинных класса: крупный 8(10,13)-50 (75, 80, 100)мм для обогащения в
тяжелых средах и мелкий 0,5-8(10, 13) для обогащения отсадкой.
При обогащении в тяжелосредных сепараторах принимают один машинный
класс 6 (13, 25) – 100 (300) мм и лучше два класса: 6-13 и 13-100 (300) мм при
большой производительности.
При обогащении энергетических углей в отсадочных машинах принимают
те же машинные классы, что и для коксующихся углей..
Обогащение неклассифицированного угля в отсадочных машинах
применяют для твердых углей легкой обогатимости с небольшим выходом пыли и
неразмокаемой породы, что обеспечивает нормальную работу водно-шламового
хозяйства фабрики. В этом случае принимают один машинный класс 0,5-50 (75,
80, 100). При отсутствии в таблицах результатов ситового анализа необходимых
размеров машинных классов производят построение кривых ситового анализа и
по ним определяют выход и зольность нужного класса.
3
Раздел 2. Обогатимость каменных углей
Тема 6. Фракционный анализ углей
Характеризует количественное распределение зольности углей по фракциям
плотности. Зольность углей распределяется пропорционально их плотности. Если
разделить уголь на ряд фракций по плотности, то во фракции с наибольшей
плотностью окажутся наиболее зольные зерна и наоборот.
Масса пробы для фракционного анализа: Q = d/2 (кг), где d – диаметр
max.куска, мм.
Используются тяжелые органические и неорганические жидкости: ZnCl2,
CaCl2 – для угля с размером частиц более 1 мм; органические жидкости CCl4,
бромоформ CHBr2, бензол C2H6 – для угля крупностью менее 1 мм. Расслоение
углей крупностью более 1 мм производится в статических условиях, а углей,
крупностью менее 1 мм – в центробежном поле в растворах органических
жидкостей, обладающих пониженной вязкостью.
Сущность фракционного анализа заключается в последовательном
расслоении представительной пробы угля на фракции в жидкостях различной
плотности, определения весовых показателей и зольности полученных фракций.
На основании результатов фракционного анализа строятся кривые
обогатимости:
 - кривая элементарных зольностей, показывающая распределение
зольностей по элементарным слоям угля в зависимости от выхода фракций
определенной плотности;
 - кривая средних зольностей концентрата, показывающая зависимость
суммарного выхода всплывших фракций концентрата от их средней зольности;
 - кривая средних зольностей отходов, показывающая зависимость
суммарного выхода утонувших фракций (отходов) от их средней зольности;
 - кривая плотностей, показывающая зависимость суммарного выхода
всплывших фракций от плотности разделения.
48
Рис.2. Кривые обогатимости
По кривым обогатимости можно определить выход любого продукта и
плотность разделения при заданной зольности; зольность продукта при заданной
плотности.
Тема 7. Теоретический баланс продуктов обогащения
Предназначен для определения теоретически возможных показателей
качественно-количественных показателей схемы обогащения.
Теоретический баланс продуктов обогащения составляют графическим
способом по кривым обогатимости машинных классов по заданной общей
зольности концентрата и зольности отходов отдельных классов.
ПРИМЕР. Составить теоретический баланс продуктов обогащения машинного
класса 0,5-13 мм по данным фракционного состава (таблица), если плотности
разделения р = 1,75 г/см3 и р = 1,8 г/см3.
Таблица 3 - Фракционный состав машинного класса 0,5-13
Плотность фракций, г/см3
Выход, %
Зольность, %
1,3
57,3
4,6
1,3-1,4
8,9
9,6
1,4-1,5
3,2
16,1
1,5-1,6 48
2,5
29,1
1,6-1,8
1,9
36,5
1,8
26,2
86,3
Итого
100,0
28,0
Решение.
1. Определяем выход и зольность концентрата плотностью 1,5 г/см3: к= 57,3 +
8,9 + 3,2=69,4 %; Аск=(57,3*4,6+8,9*9,6+3,2*16,1)/69,4=5,8 %.
2. Определяем выход и зольность промпродукта плотностью 1,5-1,8 г/см3: п/п=
2,5+1,9 = 4,4 %; Асп/п=(2,5*29,1+1,9*36,5)/4,4 = 32,3%.
3. Выход и зольность отходов плотностью 1,8 г/см3 (из табл.): о= 26,2 %; Асо=
86,3%.
Полученные данные заносим в таблицу 4.
Таблица 4 - Теоретический баланс продуктов обогащения
Продукт
Выход, %
Зольность, %
Концентрат
69,4
5,8
Промпродукт
4,4
32,3
Отходы
26,2
86,3
Итого
100,0
28,0
Тема 8. Категория обогатимости. Метод цифрового кодирования
Существует метод цифрового кодирования свойств угля как объекта
обогащения. Информационная модель рядового угля представляется
пятиразрядным кодом, соответствующим определенному свойству угля. Каждый
разряд содержит один из десяти цифровых знаков 0,1,2,….9 (таблица 5). Чем
больше цифра кода, тем хуже качество угля (D=0-100 мм).
Таблица 5 - Информационная модель рядового угля
Цифровое
Наименование разрядов
обозначен
Сод-е S в
Cод-е
Сод-е
ие кода
Обогатимос
легкой
тяжелой
круп.
ть
фр.% (1V)
фр.%.
классов, %
(V)
(Ш)
(П)
0
1
1,5
10
50
1
1-2
1,5-2
10-15
45-50
2
2-3
2-2,5
15-20
40-45
3
3-4
2,5-3
20-25
35-40
4
4-5
3-3,5
25-30
30-35
5
5-6
3,5-4
30-35
25-30
6
6-7
4-4,5
35-40
20-25
7
7-8
4,5-5
40-45
25-20
8
8-9
5-5,5
45-50
10-15
9
9
5,5
50
10
Сод-е
шламовых
классов,%
(1)
3
3-6
6-9
9-12
12-15
15-18
18-21
21-24
24-27
27
Для каменных углей установлены следующие категории обогатимости:
1- легкая – выход фракций промежуточной плотности менее 4 %;
П- средняя – 4-10 %;
48
Ш- трудная – 10-17 %;
1V – весьма трудная - 17 %.
Промежуточная плотность для каменных углей 1400-1800 кг/м3; для
антрацитов – 1800-2000 кг/м3.
Обогатимость угля определяется как:
То=0,05515(Асл)2 + 0,00108(100-к)2
ПРИМЕР. Уголь содержит 60 % легких зерен, 30 % тяжелой фракции, 2,3
% серы в легкой фракции, 17 % крупных классов и 15 % шламов. Зольность
легких фракций 5 %.
Т0 = 0.05515*52 + 0,00108*402 = 3,11.
Кодовая модель угля:
V-(3) (обогатимость); 1V-(2) (содержание серы в легкой фракции); Ш-(5)
(содержание тяжелых фракций); П-(7) (содержание крупных классов); 1-(5)
(содержание шламов). Кодовая модель угля 32575.
4
Блиц-опрос
Тема 9. Оценка эффективности технологических процессов
обогащения угля
Практические показатели работы отсадочных машин всегда ниже
теоретических. Применяется ряд методов и критериев для оценки разделительных
процессов угля.
1. Определение эффективности гравитационных процессов обогащения по
содержанию в продуктах обогащения посторонних фракций. Например, при
разделении угля на три продукта по плотностям р и р посторонними для
концентрата являются фракции с плотностью р, для промпродукта - р и
р, для отходов - р. Выход посторонних фракций рассчитывают в % от
соответствующего продукта, полученные данные сравнивают с результатами
обогащения в контрольном (эталонном аппарате при оптимальном режиме его
работы. Недостаток: расчетная зольность не совпадает с фактической – у
концентрата она выше, а у промпродукта и отходов – ниже.
2. Количественная эффективность обогащения угля при разделении его на 2
продукта определяется аналитическим показателем по формуле Ханкока-Луйкена:
 = (-к)/(100-)100, %,
где  - извлечение в концентрат фракций плотность которых ниже
плотности разделения, %;
к - выход концентрата, %;
 - содержание в исходном угле фракций плотность которых меньше
плотности разделения, %.
3. Эффективность по кривым разделения Тромпа. Характеризует
извлечение фракций различной плотности в продукты обогащения. Построение
кривых производится по данным фракционного анализа исходного угля и
продуктов обогащения. На оси абсцисс откладывают средние показатели
плотностей фракций, а на оси ординат – так называемое разделительное число –
извлечение фракций (по интервалам плотностей) в продукты обогащения.
48
Таблица 6 - ПРИМЕР
для построения кривых Тромпа
Фракция
Выход
Выход Выход
Средн.
Разделительные
плотност фракций конц-та отходо
плот-сть
числа, %
и, г/см№
фракций,
(), %
(к), %
в (к),
Для
Для
%
ср, г/см3
концентра отходов
тата
1,35
51,8
81,1
3,1
1,25
97,76
2.24
1,35-1,40
5,2
7,5
1,3
1,375
90,50
9,50
1,40-1,50
4,7
6,0
2,4
1,45
80,75
19,25
1,50-1.60
4,3
3,2
6,0
1,55
47,00
53,00
1,60-1,75
4,9
1,3
11,1
1,675
16,30
83,70
1,75-1,90
4,8
0,4
12,1
1,812
5,20
94,80
1,90
24,3
0,5
64,0
2,00
1,30
98,70
Итого
100,0
100,0
100,0
Разделительные числа рассчитываются по формуле извлечения, например,
извлечение фракции плотностью 1,35 г/см3 в концентрат составит
к= 1к/ и=62,5*81,1/51,8=97,76,
где 1-выход концентрата относительно исходного питания, %.
1=(и-0)/(к-0),
где и-выход по отношению к исходному питанию;
к,0-выход концентрата и отходов.
1=(51,8-3,1)/(81,1-3,1)=62,5%
0=100-к=100-97,8=2,2%
Кривая разделения Тромпа для концентрата Тк построена по данным графы
5 и 7. Кривые Т0 и Тк симметричны, т.к. к+0=100%, и пересекаются в точке с
ординатой 50 %. Проекция данной точки на ось абсцисс показывает
действительную плотность разделения в машине или аппарате. Эта плотность
называется граничной плотностью – плотностью бесконечно узкой элементарной
фракции, вероятность попадания которой в продукты разделения одинакова.
Обычно для анализа строят одну кривую Т0. Тогда количество фракций
плотностью менее р, потерянных концентратом и перешедших в отходы
определяется площадью S1, а количество фракций плотностью более р,
потерянных отходами и перешедших в концентрат – площадью S2.. Эти фракции
называются посторонними. Чем меньше посторонних фракций в продуктах
обогащения, тем меньше площади S1 и S2. В идеальном случае кривая Т0
превращается в прямую, параллельную оси ординат. По кривым разделения
определяют один из критериев эффективности разделения – показатель Ер –
среднее вероятное отклонение – полуразность значений плотностей фракций,
извлечение которых соответствует 25 и 75 %, т.е. Ер=(75-25)/2. Находим по
кривой Тромпа (Т0) 25 и 75, соответствующие 25 и 75 % извлечения Ер=(1,611,47)/2=0,07.
Коэффициент погрешности разделения =Ер/(р-1),
где р-граничная плотность разделения.
Отклонение средней плотности фракции угля ср от плотности разделения
р для обогатительных
машин с тяжелой средой:
48
=(р-ср)Ер*0,675;
с водной средой:
=lq(р-1)/(ср-1)[0,675/lq(+2+1)];
с воздушной средой:
=lq(р/ср[0,675/lq(+2+1)].
Знак «+» берут при определении извлечения в концентрат, знак «-»-в
отходы. По величине «» по приложению находят F() и извлечение данной
фракции =100F(),%.
5
Блиц-опрос
Раздел 3. Методы и процессы обогащения углей
1. Гравитационный – основан на различии в плотностях минералов.
2. Флотационный – различичие в смачиваемости минералов.
3. Магнитный метод – различие в магнитной восприимчивости.
4. Электрический метод – различие в электрических свойствах.
5.Специальные методы обогащения редко применяются для углей.
Включают рентгенометрическую сепарацию, обогащение по форме и трению,
магнитогидродинамическое,
химическое,
бактериальное
обогащение,
селективную коагуляцию.
Тема 10. Обогащение углей в тяжелых средах
Может применяться для обогащения как углей крупных классов, так и для
труднообогатимых углей мелких классов. Основное преимущество – высокая
технологическая эффективность, особенно при обогащении крупных классов;
показатели обогащения близки к теоретическим.
Органические тяжелые жидкости: трихлорэтан C2HCl3 (=1460 кг/м3);
четыреххлористый углерод CCl4 (=1600 кг/м3); пятихлорэтан C2HCl5 (=1680
кг/м3); дибромэтан C2H4Br2 (=2170 кг/м3); бромоформ CHBr3 (=2180 кг/м3);
этилентетрабромид C2H2Br4 (=2930 кг/м3).
Водные растворы неорганических солей: хлористый кальций CaCl2 (=1654
3
кг/м ); хлористый цинк ZnCl2 (=2070 кг/м3); йодистая ртуть и йодистый калий
(=3196 кг/м3)-применяются в основном для исследования углей на обогатимость
и конроля работы обогатительных машин.
Широкое применение нашли суспензии минеральных порошков высокой
плотности. В качестве утяжелителя используют измельченные до крупности
менее 0,1 мм различные минералы или смесь минералов – глина, сланцевые
породы, кварцевый песок, лесс, барит, магнетит, пирит.
Основные параметры минеральных суспензий: плотность, вязкость и
устойчивость.
Плотность суспензии должна соответствовать граничной плотности ср.
Чем больше содержание утяжелителя, тем выше вязкость, поэтому предпочтение
отдают утяжелителям с наиболее высокой плотностью для повышения плотности
суспензии.
При обогащении в тяжелых суспензиях исходный продукт разделяется на
48
всплывшую и утонувшую фракции . Могут присутствовать “трудные” фракции,
плотность которых отличается от плотности разделения на 100 кг/м3, которые
засоряют продукты разделения. Чем ниже вязкость суспензии, тем легче
разделяются «трудные» фракции.
Чаще применяются магнетитовые суспензии плотностью от 1300 до 2100
3
кг/м .
Масса утяжелителя, необходимая для приготовления суспензии заданной
плотности Р=Vcт[(c-100)/(м-100)], кг или М=Wcмт, т
Масса воды в суспензии W = Wc(1-cм),м3
Средняя плотность твердой фазы т=[(мVм+шVш)/(Vм+Vш)], кг/м3 или
т = (Рм + Рш)/(Рм/м + Рш/ш), кг/м3.
Объем твердого в 1 м3(1 л) суспензии Vт = Р/т, м3.
Объем воды в 1м3 суспензии Vж=1000-Р/Sт, м3.
Плотность твердой фазы суспензии т=1000Р/[P-(c-1000)], кг/м3.
Отношение весовых количеств компонентов R=Т:Ж=[т(c-1000)]/(
т-с)1000
Объемное содержание (концентрация) твердого с=[P-(c-1000)]/10, %
Объемное содержание (концентрация) утяжелителя
M=100(c-1000)/( м-100С), % или см=(с-1)/( т-1), д.е.
с, т, м, ш-плотность суспензии, твердой фазы, магнетита и шлама, кг/м3.
Vс, Vт, Vж-объем суспензии, твердой и жидкой фазы, м3.
Р, Рм, Рш-масса твердой фазы, магнетита и шлама в единице объема суспензии.
Р=Рм+Рш, кг/м3.
R=Т:Ж –отношение твердого к жидкому в суспензии по массе.
С-массовая (весовая) концентрация твердого в суспензии, %.
с, см, сш-объемные концентрации соответственно твердого, магнетита и шлама.
В ориентировочных расчетах рекомендуется принимать:
м=4600 кг/м3; ш=1700 кг/м3-средняя плотность антрацитового шлама.
Вязкость суспензии и предельное напряжение сдвига. Характеризуют
реологические свойства суспензии. При высокой концентрации утяжелителя,
наличии шлама и глины суспензии становятся структурно вязкими, в них
ухудшается разделение угля.
Устойчивость суспензии характеризует ее способность сохранять
одинаковую вязкость в различных слоях по высоте. Зависит от
гранулометрического состава утяжелителя, его объемной концентрации и степени
засорения суспензии шламами и глиной. Чем меньше крупность утяжелителя и
больше содержание шлама и глины, тем выше устойчивость, но при этом
возрастает вязкость суспензии.
Улучшение реологических свойств суспензии осуществляется подбором
утяжелителей с высокой степенью агрегативной устойчивости и не повышающих
вязкость суспензии; гидродинамическими воздействиями в рабочем пространстве
и физико-химическими воздействиями реагентов-пептизаторов (гексаметафосфат
и триполифосфат натрия).
6
Блиц-опрос
Тема 11. Оборудование для обогащения в тяжелых средах
48
Сепараторы типа СК (с наклонным элеваторным колесом). Достоинства:
сравнительно большая производительность, возможность обогащать уголь с
большим содержанием крупнокусковой породы, большая надежность
механической части, легкий доступ к подвижным узлам и приводам. Точность
разделения Е=0,03-0,05 кг/дм3.
Сепараторы типа СКВ (с вертикальным элеваторным колесом)
предназначены для обогащения каменных углей, антрацитов и сланцев
крупностью 13(6)-300 мм в магнетитовой суспензии плотностью от 1400 до 2200
кг/м3 с получением двух продуктов.
Производительность сепараторов СК и СКВ (т/ч) Q=qB.
Число сепараторов i=kQ/qB,
где q-удельная нагрузка на 1 м ширины сепаратора, т, принимается по
приложению); В-ширина ванны сепаратора, м; k-коэффициент 1,15.
Сепаратор типа СКВД предназначен для одновременного обогащения в
магнетитовой суспензии двух классов крупности каменных углей, антрацитов и
сланцев с получением двух продуктов разделения - концентрата и отходов.
Сепаратор типа СТТ-20 предназначен для обогащения угля по двум плотностям
разделения с выдачей трех продуктов. Показатели обогащения угля в
трехпродуктовом сепараторе СТТ-20 аналогичны результатам обогащения в двух
последовательно расположенных двухпродуктовых сепараторах.
Общая производительность сепаратора определяется по формуле
Q=qB/n*100, т/ч, где q-удельная нагрузка, т/ч*м; В-ширина ванны, м; nвыход всплывшего продукта, %.
Если выход утонувшей фракции более 50 %, необходимо проверить
сепаратор по его транспортной способности
Qn=0,06kVnz, т/ч, где k-коэффициент наполнения ковшей (0,5 – 0,6); V –
емкость одного ковша, м3; n – частота вращения элеваторного колеса, мин-1; z –
число ковшей элеваторного колеса;  -насыпная плотность утонувшей фракции,
кг/м3.
Гидроциклоны тяжелосредные применяются для обогащения мелкого угля
(0,5-6; 6-25 или 0,5-25 мм) и переобогащения промпродукта отсадки аналогичной
крупности. Касательный ввод разделительной среды под давлением формирует
внутри аппарата вихревой поток с воздушным столбом вдоль оси циклона.
Благодаря центробежным силам, во много раз превосходящим силы тяжести,
тяжелый продукт перемещается к стенкам конической части корпуса, скользит по
ним и разгружается вместе с частью суспензии через разгрузочную насадку.
Легкий продукт с суспензией проходит через сливную трубу в разгрузочную
камеру. Преимущества: за счет создания ц/б поля происходит значительное
увеличение скорости разделения материала по плотности. Кроме того, в г/ц
образуется турбулентный поток, разрушающий структуру суспензии, благодаря
чему в них можно обогащать тонкие классы угля до 0,15 мм.
Трехпродуктовый каскадный г/ц-сепаратор. Магнетитовая суспензия имеет
свойство расслаиваться в ц/б поле, в результате чего плотность суспензии,
переходящей из первого аппарата во второй аппарат каскада, становится выше
плотности питания.
48
Производительность
установки Qобщ=750/(80-), т/ч, где
Q-производительность г/ц по обесшламленному материалу, т/ч;
-содержание в исходном угле материала крупностью менее нижнего
предела крупности машинного класса, %.
Тема 12. Технологическая эффективность обогащения углей в тяжелых
суспензиях
Характеризуется засорением продуктов обогащения посторонними
фракциями за счет случайных факторов. К случайным факторам относятся
колебания крупности фракционного состава исходного угля, плотности и
вязкости суспензии, нагрузки сепаратора и др.
В практике обогащения углей засорение продуктов обогащения оценивается
по содержанию в них посторонних фракций, плотность которых в концентрате
выше заданной контрольной плотности, а в отходах ниже ее. Засорение продукта
оценивают по содержанию тех и других фракций. Наиболее правильно оценивать
эффективность разделения гравитационных процессов по средневероятному
отклонению Ер.
Крупность угля, мм
Значение Ер
25-300
0,01р+0,02
13-150
0,01р+0,02
6-100
0,02р+0,05
р-действительная плотность разделения.
Эффективность разделения бурых углей 25-300 мм:
р1,7 кг/дм3
Ер=0,01р+0,02
3
р 1,7 кг/дм
Ер=0,01р+0,09
Для двухпродуктового г/ц:
Ер=0,03р-0,015.
Для 1 стадии разделения в трехпродуктовом г/ц:
Ер=0,04р-0,1.
Для 2 стадии разделения в трехпродуктовом г/ц:
Ер=0,045р-0,015.
В каждом случае на углеобогатительной фабрике устанавливаются нормы
засорения продуктов обогащения путем расчета ожидаемых показателей
обогащения по заданным значениям Ер и р.
7
Блиц-опрос
Тема 13. Отсадка
Является одним из наиболее распространенных методов обогащения углей.
Применяется для обогащения крупных (10-13 мм) и мелких (менее 13 мм) и
неклассифицированных углей. Универсальность, простота, технологическая
эффективность, экономичность - основные достоинства процесса. Уголь более
широкого диапазона по крупности можно обогащать только в тяжелых
суспензиях.
Производственная простота заключается в применении для процесса
небольшого количества основного и вспомогательного оборудования.
Технологическая эффективность характеризуется высокой удельной
производительностью
и низкими показателями эффективности разделения Ер и .
48
Физическая модель процесса отсадки рассматривает процесс разделения
угля как горизонтальное под действием транспортной воды и вертикальное под
действием пульсирующего потока перемещение постели двумя слоями различной
плотности со средней скоростью. При достаточном времени перемещения
постели вдоль отсадочного отделения расслоение угля происходит таким образом,
что легкие фракции концентрируются в верхнем, а тяжелые – в нижнем слое.
Конструкции отсадочных машин. Используются преимущественно машины
типа ОМ (ОМ-8-1; ОМ-12-1; ОМ-18-1), для обогащения антрацитов – ОМА-10.
Технологические и гидродинамические параметры отсадки определяют
результаты ее работы. К технологическим параметрам относятся факторы,
определяемые гранулометрическим и фракционным составом исходного угля, а
также удельными нагрузками по исходному углю, отходам и п/п.
Гидродинамические параметры строго связаны с колебательным режимом
отсадки, влияющим на разрыхленность постели.
Технологические результаты отсадки характеризуются взаимозасорением
конечных продуктов обогащения, а также показателями технологической
эффективности – средним вероятным отклонением Ер, погрешностью разделения
 или критерием качества . Эти показатели называют выходными
технологическим параметрами отсадки.
Схемы отсадки. Это соединение группы отсадочных машин в единый
производственный комплекс, предназначенный для выполнения общей
технологической задачи.
Типичная схема отсадки при обогащении коксующихся углей включает
классификацию исходного угля на два машинных класса [по крупности 10 (13)
мм], обогащение крупного класса на одной машине, мелкого класса после
обесшламливания – на двух машинах и переобогащение мелкого и дробленого
крупного промпродуктов на контрольной отсадочной машине.
На фабриках, обогащающих энергетические угли, товарный продукт
обычно не выделяется, в обеих ступенях отсадочных машин выделяются отходы.
Тема 14. Обогащение угля на концентрационных столах и в моечных желобах
Разделение угля в моечных желобах происходит в движущемся по
наклонному желобу потоке воды. Разделение происходит в вихревом потоке воды
за счет разницы в плотности, крупности и форме частиц. В верхних слоях
концентрируются преимущественно легкие, а в нижних -–тяжелые частицы.
Разгрузка тяжелой фракции происходит через донные окна, а легкая выносится
потоком воды. Обладают низкой эффективностью разделения, поэтому не нашли
широкого применения.
Обогащение на концентрационных столах используется для мелких и
тонких классов с целью получения низкозольных концентратов и для
обессеривания углей, содержащих значительное количество пирита (крупность до
0,08 мм).
Разделение минералов на деке концентрационного стола происходит под
действием комплекса механических и гидродинамических сил.
Распределение частиц в разрыхленной массе постели на деке происходит не
только по плотности, но и по крупности и форме частиц. Отдельные слои постели
формируются в соответствии с распределением скоростей в сечении водного
потока. Верхний легкий
слой постели смывается в поперечном по отношению к
48
качанию деки направлении, а нижний тяжелый слой перемещается в продольном
направлении между нарифлениями деки к разгрузочному концу. Происходит
постепенное извлечение из постели частиц повышающейся плотности, благодаря
снижению высоты нарифлений вдоль деки. Таким образом, на боковой и
торцовой разгрузочных сторонах деки получается веер продуктов различной
плотности.
Тема 15. Конструкции концентрационных столов
Достоинства: простота конструкции, малая энергоемкость, высокая
технологическая надежность, высокая точность разделения. Столы марок: СКМ-1;
ЯСК-1; СКПМ-6 (шестидечный).
Эффективность
работы
концентрационных
столов
определяется
качественной характеристикой исходного угля, режимом работы столов и
параметрами технологического процесса. Равномерная подача исходного питания
и смывной воды – одно из основных условий получения стабильных
качественных и количественных показателей. При уменьшении или увеличении
нагрузки происходит смещение веера продуктов обогащения, изменяется размер
зоны их съема и, как следствие, происходит взаимозасорение конечных продуктов
обогащения. В качестве смывной воды рекомендуется использовать чистую воду.
Применение для этих целей загрязненной шламами воды приводит к ухудшению
процесса разделения. При недостаточном расходе смывной воды плотность
породной увеличивается и зерна угля уходят с отходами.
Качественные
показатели
продуктов
обогащения
зависят
от
производительности концентрационного стола, длины хода и частоты ходов деки,
угла ее продольного и поперечного наклонов, системы нарифлений и количества
смывной воды.
8
Тема 16. Обогащение углей в шнековых сепараторах
Шнековый сепаратор СЩ-15 представляет горизонтально расположенный
разъемный цилиндрический корпус. Внутри корпуса вращается шнек,
приводимый в движение от электродвигателя посредством клиноременной
передачи и редуктора . Корпус сепаратора и привод закреплены на раме.
В средней части корпуса установлена питающая воронка. В торцовой части
имеется тангенциально установленный патрубок для подвода воды и патрубок
для выгрузки тяжелых фракций. В противоположной части корпуса сепаратора
тангенциально расположен патрубок для выгрузки легкой фракции. Через
тангенциальный патрубок в сепаратор подается вода, которая движется по
винтовому каналу, образованному внутренней стенкой корпуса и шнеком,
вращающимся в направлении водного потока. Исходный материал подается через
загрузочную воронку в середину рабочей зоны сепаратора. На участке канала
длиной 1 – 1,5 шага спирали шнека происходит основное разделение и
формирование двух транспортных потоков, направленных в противоположные
стороны – к разгрузочным патрубкам легкой и тяжелой фракций. Зерна,
вращающиеся с частотой, близкой к частоте вращения водного потока,
перемещаются в сторону разгрузки легкой фракции. Зерна, частота вращения
которых вокруг вала меньше частоты вращения водного потока и шнека
транспортируется 48
шнеком в сторону разгрузки тяжелых фракций.
Тема 17. Обогащение углей в воздушной среде
Применение данного метода прежде всего решает проблему охраны
окружающей среды и водных ресурсов. Сухое обогащение упрощает технологию
переработки, снижает себестоимость продукции, решает вопросы складирования
и утилизации отходов.
Сухие процессы обогащения углей с использованием в технологических
схемах пневматических сепараторов и пневматических отсадочных машин не
находят дальнейшего развития ввиду низко технологической эффективности.
Разработаны новые процессы разделения углей в воздушной среде. Один из
них – обогащение в аэросуспензиях.
Процесс обогащения в аэросуспензиях основан на использовании явления
псевдоожижения тонкодисперсных сыпучих материалов по действием
восходящего воздушного потока. Образующаяся при этом аэросуспензия
(«кипящий слой») применяется в качестве сухой тяжелой среды для
гравитационного обогащения угля по плотностям. Аэросуспензии подобны
водным суспензиям.
В качестве утяжелителей в аэросуспензиях могут быть использованы
различные порошкообразные сыпучие материалы: кварцевый песок,
тонкодисперсные магнетит, апатит, галенит и др. Эффективна смесь
равнокипящих тяжелых и легких минералов, позволяющая создавать
аэросуспензии с широким диапазоном плотностей путем долевого сочетания
различных утяжелителей.
Тема 18. Флотация углей
Все более широко применяется ввиду увеличивающегося содержания
мелких классов и их зольности. Возрастают требования по более глубокому
обогащению углей для коксования не только по золе, но и по сере.
Глубокое обогащение высокозольных и высокосернистых углей возможно
только при сочетании различных методов обогащения, в том числе и флотации.
Уголь – гидрофобный материал, тем не менее флотация его не может
осуществляться без применения флотационных реагентов.
Собиратели
Реагент АФ-2 состоит из парафиновых (60,8 %), нафтеновых (23,6 %) и
ароматических углеводородов (15,6%). Флотационная активность реагента выше,
чем флотационная активность керосина. Малотоксичен.
Отсульфированный керосин более активен, чем осветительный и
тракторный. В основном состоит из предельных углеводородов и некоторого
количества нафтенов.
Вспениватели
Масло Х – кубовый остаток ректификации циклогексанола. В состав входят:
циклогексанол (5-10%), дианон (40%), циклогексиловые эфиры дикарбоновых
кислот (40%), натриевые соли дикарбоновых кислот и высококипящие смолы (в
сумме 10-15%).
Реагент Т-66 – содержит одно- и двухатомные спирты диоксанового и
пиранового рядов и некоторые гликоли. Токсичен и огнеопасен.
Пенореагент – побочный продукт производства дивинилового
синтетического каучука. Состоит их предельных и непредельных спиртов из 4-8
атомов углерода. Токсичен.
48
Реагенты-регуляторы, как правило, не применяются. Средний расход
собирателей 1 - 1,5 кг/т; вспенивателей – 50 – 300 г/т.
Флотационные машины. ФМ-2,5; Гипрококс-52; ФМУ-50; ФМУ-50 М;МФУ-63;
МФУ-2-63.
9
Блиц-опрос
Тема 19. Технологические факторы, влияющие на процесс флотации угля
1. Петрографический состав. Угли марок Ж, К, ОС имеют большой краевой
угол смачивания, хорошо флотируются. Угли, содержащие матовые
микровключения, флотируют хуже.
2. Гранулометрический состав шламов. Крупность, как правило, не более
0,2 мм. Верхним пределом крупности считается класс 0,5 мм (нижний
предел крупности для обогащения на отсадочных машинах). При
наличии во флотационной пульпе частиц крупнее 0,5 мм их улавливают
в гидроциклоне, на дуговых ситах или вибрационных грохотах.
3. Фракционный состав флотируемых угольных шламов. В угольных
шламах содержится от 3 до 30 % промежуточных по плотности фракций,
которые обычно выделяются в последних по ходу флотационного
процесса камерах машины.
4. Подготовка пульпы к флотации – операция смешения всех потоков
шламов, поступающих на флотацию, для получения однородного по
грансоставу и по содержанию твердой фазы в пульпе материала,
классификацию по крупности 0,5 мм и контактирование пульпы с
реагентами.
Низкозольный шлам (0,5 мм) подается на шламовые обезвоживающие
грохоты или на вакуум-фильтры в качестве готового концентрата, высокозольный
– на дообогащение в отсадочные машины или на пенную сепарацию.
5. Контактирование реагентов с пульпой осуществляется в аппаратах
«Каскад» или АКП-1,6. В них подаются собиратели и вспениватели. В
случае флотации тонкозернистых илистых шламов или применения
длинного фронта машин осуществляется дробная подача реагентов,
причем 70-75 % подается в узел подготовки пульпы, а остальное
количество – в камеры флотационных машин.
6. Содержание твердой фазы в пульпе – определяет производительность
флотомашин, удельные расходы флотореагентов, электроэнергии т воды.
Максимальное содержание твердой фазы не более 300 г/л. Зависит от
зольности исходных шламов, гранулометрической характеристики
шламов, наличия глинистых рыстроразмокаемых примесей и др.
7. Технологические схемы флотации угольных шламов. Как правило, не
содержат контрольных или перечистных операций.
Тема 20. Варианты построения шламовых схем
Одностадиальные схемы. Отличительная особенность – подача всех
шламовых вод на флотацию без дополнительного разделения в сгустителе на слив
и угольные фракции. При одностадиальной водно-шламовой схеме флотация
является не только процессом обогащения, но и основным способом регенерации
моечных вод.
48
Двухстадиальные
схемы.
Шламовые
воды,
выделенные
при
обесшламливании и обезвоживании крупных и средних классов угля проходят
первую стадию сгущения и классификации шламов в пирамидальных
отстойниках и г/ц. Сгущенный продукт возвращается на обогащение в
гравитационное отделение, а слив направляется во вторую стадию сгущения в
сгустители. Слив используется в качестве оборотной воды, а шламы
направляются во флотацию.
Комбинированные схемы. Обработка шламов в первой стадии аналогична их
обработке в двухстадиальной схеме. Отличие в том, что слив сгустителя
(классификатора) первой стадии направляется непосредственно на флотацию,
минуя сгущение. Такая схема является промежуточной между двухстадиальной и
одностадиальной.
10
Интерактивная лекция –«мозговой штурм»
Тема 21. Основные процессы специальных методов обогащения углей
Включают:
1. Механизированное разделение крупнокускового угля и породы в зависимости
от электропроводности, способности поглощать и рассеивать рентгеновское или
радиоактивное излучение.
2. Разделение угля и породы по форме зерен, крупности и коэффициенту
трения.
3. Электрическую сепарацию.
4. Магнитное и термомагнитное обогащение.
5. Магнитогидродинамическое обогащение.
6. Каскадно-адгезионное разделение и грануляцию очень тонких угольных
частиц.
7. Селективную коагуляцию.
Все перечисленные методы не нашли промышленного применения ввиду
сложности процесса, низкой эффективности и большой стоимости. Наиболее
перспективными являются:
1. Магнитогидродинамическое обогащение (МГД-сепарация). Состоит в том, что
пропускании через электропроводную жидкость, находящуюся в магнитном
поле, электрического тока в ней возникает дополнительная сила
электромагнитной природы. Она выталкивает из жидкости частицы,
проводимость которых отличается от проводимости жидкости.
2. Каскадно-адгезионное обогащение и грануляция предназначены для
обогащения и улавливания тончайших угольных шламов (крупностью менее
50 мкм). Процесс объединяет специфические особенности пенной, масляной,
пленочной и вакуумной флотаций. Процесс состоит из двух стадий:
селективного извлечения тончайших органических и минеральных частиц из
пульпы в пенный продукт и улавливания частиц путем использования
поверхностных сил адгезии.
Угольная пульпа, обработанная реагентами (собирателем) подается с
высоты по вертикальной шахте 1 в ванну 2, в средней части которой ниже уровня
пульпы расположены отбойная 3 и направляющая пластины 4. Средний размер
пузырьков 0,7 – 0,848мм, содержание воздуха в пульпо-воздушной смеси 70 %. При
снижении давления в нижней части ванны происходит выделение из пульпы
растворенного кислорода в виде мельчайших пузырьков. Тончайшие частицы
шламов всплывают и в виде слоя минерализованной пены движутся к
адгезионному устройству 5, выполненному в виде пустотелого металлического
барабана. Для перемещения пенного слоя служат гребки 6. Съем пенного
продукта с барабана осуществляется ножевым устройством 7.
Сущность грануляции заключается в смешении шлама с относительно
большими количествами углеводородов в присутствии воды. Угольные частицы в
процессе интенсивного перемешивания покрываются пленкой нефтепродуктов,
образуя первоначально сплошную массу, а затем селективно выделяясь в виде
укрупненных шарообразных скоплений. Минеральные высокозольные частицы
при этом остаются взвешенными в воде. Отделение гранул может происходить
путем грохочения на обезвоживающем грохоте. Расход нефтепродуктов
составляет 12 –15 % от массы исходного шлама. Лучшие технологические
показатели получаются при крупности угольных частиц менее 30 мкм.
Селективная коагуляция угольных шламов – метод обогащения
тонкодисперсных полиминеральных систем, основанный на различии коллоиднохимических свойств компонентов.
При селективной коагуляции во взвешенное состояние преимущественно
переходят глинистые частицы, а угольные седиментируют. Регулирование
кинетической и агрегативной устойчивости водных суспензий осуществляется
путем их обработки различными ПАВ. В зависимости от свойств и расхода
реагентов они могут оказывать на частицы пептизирующее или коагулирующее
действие.
Нейтральные электролиты CaCl2, NaCl снижают устойчивость глинистой
суспензии, приводят к агрегации дисперсной фазы и ускоренному ее осаждению.
Щелочные электролиты Na2SO4, NaOH и др. повышают устойчивость глин.
Для селективной коагуляции можно применять щелочные электролиты:
карбонат, тетраборат, оксалат или пирофосфат Na.
Содово-известковый способ коагуляции основан на обработке карбонатом и
гидроксидом кальция минерализованных суспензий, дисперсионная среда
которых содержит как соли одновалентных металлов, так и соли жесткости.
Угольные частицы можно осаждать с помощью полимеров типа амида или
латекса.
Примечание: лекция № 10 проводится с применением образовательной
технологии «мозговой штурм».
Таблица – Распределение времени по проведению интерактивной лекции
№ этапа, его вид
Вид работы
Время,
мин
1
- 1.
Обозначение проблемы: Особенности
подготовительный применения специальных методов
для
обогащения угля
2.
Деление группы на подгруппы по 3-4
человека
3.
Выбор секретаря (регистрация идей)
48
2–
интеллектуальный
разогрев
3-Мозговой
штурм
4Экспертиза
идей
5подведение
Проведение
штурмов.
тренировочных
мозговых
10
15
Работа групп по проблеме
35
Сравнение идей и их анализ
15
Выбор оптимального варианта
15
итогов
Итого
90
11
Блиц-опрос
Раздел 4. Обогащение коксующихся углей
Тема 22. Особенности производства кокса
Кокс образуется в результате пиролиза (распад молекул органического
вещества углей при нагревании без доступа воздуха).
При температуре 550-580 С происходит полукоксование, при 900-1050 с –
коксование.
При высокотемпературном коксовании образуется твердый остаток – кокс,
при этом получают коксовый газ и химические продукты: ароматические
углеводороды и фенолы (смолы, бензол, аммиак и др.). Кокс используется при
доменном производстве (чугун), характеризуется содержанием нелетучего
углерода (горючая часть) и минеральных примесей (зола, сера, иногда фосфор).
Главными физико-химическими свойствами кокса являются пористость и
действительная плотность, кусковатость.
Уголь, как сырье для коксования, оценивают по зольности, сернистости,
содержанию фосфора, влажности, выходу летучих веществ, обогатимости и
коксуемости.
Из высокозольных углей нельзя получить кокс высокого качества.
Повышение зольности кокса на 1 % возрастает его расход на 1,5-2,5 %, известняка
– на 2,5 %, производительность доменной печи снижается на 2 – 2,5 %.
Обогащенные коксующиеся угли должны обеспечить получение шихты для
коксования с зольностью не 7 %, и кокса – не 9,5 %.
Сернистость угля также снижает качество кокса. При коксовании часть
серы переходит в коксовый газ. Содержание серы необогащенных коксующихся
углей колеблется от 0,4 до 9 %.
Фосфор содержится в минеральных примесях, т.е. его содержание прямо
пропорционально зольности. В процессе коксования фосфор полностью
переходит в кокс.
В процессе доменной плавки фосфор восстанавливается и в значительной
части поглощается чугуном, получаемая из чугуна бессемеровская сталь
становится хладноломкой, его содержание в коксе не должно быть более 0,01 %.
Влажность угля затрудняет его подготовку к коксованию и ведет к расходу
дополнительного тепла на испарение избыточной влаги. Содержание влаги в
шихте для коксохимического производства д.б. не более 7 %. Содержание
48
внутренней (гигроскопической)
влаги не лимитируется.
Коксуемость характеризуется комплексом свойств угля (содержанием
летучих веществ и спекаемостью), степенью измельчения, скоростью и конечной
температурой коксования.
Тема 23. Подготовка коксующихся углей перед обогащением
Операции подготовки угля включают прием, аккумуляцию, усреднение,
дробление и грохочение, удаление посторонних примесей.
Из-за неодинаковых систем открытой или подземной добычи и схем
транспортирования угля на фабрики в каждой операции имеются различия.
На обогатительную фабрику уголь может подаваться в скипах, шахтных
вагонетках, железнодорожных вагонах, автомашинах, конвейерным и
гидравлическим транспортом. Перед загрузкой угля крупные куски дробятся
(Dmax=300 мм). Предварительная классификация применяется в тех случаях, когда
необходимо удалить класс 100 (150)-300 мм.
Дробление проводится в одну или две стадии до крупности, обусловленной
методами обогащения: сепараторы – до 300 мм; отсадка – 100-200 мм.
Поступающий на обогатительную фабрику рядовой уголь имеет
значительные колебания по качеству, поэтому применяется усреднение двумя
методами:
1 метод – равномерное дозирование углей различного качества отдельных
аккумулирующих бункеров на сборный конвейер;
2 метод – послойная укладка угля на складах в штабеля.
Из аккумулирующих бункеров рядовой уголь поступает на грохочение.
Грохоты могут быть скомпонованы параллельно, последовательно или
параллельно-последовательно.
При параллельной установке грохотов обеспечивается широкий фронт
классификации с достижением оптимальной нагрузки на каждый грохот,
получением высоких технологических показателей и хороших эксплуатационных
показателей.
Недостаток:
невозможность
создания
однопоточной
технологической схемы перед обогащением.
При последовательной установке грохотов получают однопоточную
компоновку каждой обогатительной секции. Недостатки: низкая эффективность
работы первого грохота, небольшая производительность всей секции, т.к.
ограничена производительность первого грохота, низкая надежность.
12
Интерактивная лекция – деловая игра
Тема 24. Технология обогащения коксующихся углей
На выбор технологической схемы обогащения влияют свойства
обогащаемого угля, требования к качеству получаемых продуктов обогащения,
производительность и эффективность технологического оборудования,
экологические требования.
Разработаны типовые схемы обогащения коксующихся углей.
Основные особенности: тщательная подготовка (аккумулирование,
дозировка) углей перед обогащением; мокрое механическое грохочение на
машинные классы; применение неподвижных щелевых сит (дуговых или плоских)
или гидравлических
48 классификаторов для обесшламливания материала перед
обогащением; использование тяжелых суспензий для обогащения крупных
классов; отсадки – для мелких и флотации – для шламов; применение
эффективных устройств для отделения и классификации тонких шламов и илов;
развитие фронта флотации для обогащения шламов; осветление хвостов флотации
с применением флокулянтов; получение чистой воды и полное замыкание водношламового цикла.
Тема 25. Обессеривание углей для коксования
Сера является вредной примесью в углях, направляемых на коксование.
Обычно содержание серы не более 2 %.
В процессах обогащения происходит частичное удаление серы (20-25 % от
общего содержания), причем удаляется дисульфидная сера (пирит, марказит).
Дисульфидная сера представлена, в основном, механическими включениями
дисульфидов железа, для раскрытия которых требуется значительное измельчение
исходного продукта.
Полное обессеривание угля невозможно, т.к. механическим обогащением
удаляется только неорганическая часть серы.
Возможно удаление серы из углей мелких классов на концентрационных
столах, в тяжелосредных гидроциклонах и в цнтробежных сепараторах.
Обессеривание угля можно производить флотацией (флотируют пирит
ксантогенатом).
Уголь разделяется на концентрат и породу, концентрат разбавляется водой
и направляется на флотацию. Депрессию угля можно осуществлять
органическими коллоидами.
Чем мельче уголь, тем более раскрыт пирит, возможно снижение верхнего
предела крупности до 6 мм.
Физический метод обессеривания предусматривает использование разности
в плотностях пирита и угля различное их движение под действием электрических
и магнитных полей.
Химические методы обессеривания наиболее эффективны и производятся
двумя методами.
1. Измельченный уголь обрабатывается Fe2(SO4)3 при 120-130С.
Образующаяся в растворе серной кислоты и сульфата железа твердая сера
прилипает к частицам породы, затем удаляется возгонкой.
2. Пиритная сера подвергается окислению кислородом до сульфата,
переходящего в раствор (очищение угля от серы на 90 %).
Органическая сера удаляется двумя способами. Первый способ включает
пять стадий: измельчение угля до крупности менее 0,074 мм; обработка его
раствором NaOH; отделение угля от раствора серы и его сушка; регенерация
щелочи.
По второму способу сера окисляется смесью газов: O; N; NO и NO2. При
избыточном давлении 1 кг/см2 и температуре 100С пиритная сера окисляется до
сульфата, а органическая превращается в сульфоны или окислы серы и
выщелачивается.
Химическая и биологическая обработка угля с целью удаления серы требует
больших затрат.
Интерактив –48Деловая игра (лекция 12)
Цель игры: учебная.
По времени проведения: с ограничением времени (2 часа).
По оценке деятельности: зачет по разделу 4.
По конечному результату: жесткая игра с заранее известными методами и
процессами обогащения коксующихся углей.
По конечной цели: обучающая.
По методологии проведения: имитационная – имеет цель создать у
участников представление, как следует действовать при заданных условиях.
В качестве имитационной модели принимаются коксующиеся угли,
подлежащие обогащению.
Работающая группа студентов разбивается на подгруппы по 2-3 человека.
Назначается экспертная группа в составе 2 человек, которая наблюдает за ходом
игры и выносит свое решение о получении зачета каждым ее участником.
Каждая подгруппа работает самостоятельно, проводя диалог между собой и
с преподавателем.
Сценарий деловой игры заключается в описании ее отдельных элементов.
1. Задается тип углей и их зольность, содержание и вид серы (преподавателем).
2. Определяется метод определения обогатимости углей (преподавателем).
3. Производится выбор и обоснование предварительных операций обогащения
угля (студентами).
4. Производится выбор и обоснование основных операций обогащения углей
(студентами).
5. Производится выбор и обоснование заключительных операций обогащения
углей (студентами).
6. Каждая подгруппа студентов самостоятельно на основе ранее полученных
теоретических знаний разрабатывает технологическую схему обогащения
коксующихся углей.
7. Проводится сравнительный анализ разработанных вариантов обогащения
коксующихся углей.
В сценарии деловой игры могут присутствовать противоречия, например,
противоречия при выборе процессов и методов обогащения коксующихся углей.
Таблица – Этапы проведения деловой игры
Этап
Содержание деятельности
Время, мин
1
Постановка целей, задач, формирование команд,
5
выбор экспертов
2
Ознакомление с правилами деловой игры, правами
15
и обязанностями
3
Выполнение заданий в паре участников
20
4
Обмен информацией между парами участников
5
5
Обсуждение выступления
5
6
Выступление экспертов с критериями оценки
5
деятельности
7
Обмен опытом участников деловой игры
10
8
Выступление
преподавателя
с
научным
15
48
обобщением
9
Подведение итогов. Выступление экспертов
10
13
Раздел 5. Обогащение энергетических углей
Тема 26. Технология обогащения энергетических углей
Для обогащения энергетических углей применяют те же методы и
процессы, как и для обогащения коксующихся углей. Требования к качеству
получаемых продуктов обогащения несколько ниже, чем для коксующихся углей.
В большинстве случаев энергетические угли обогащаются до глубины 6 (13)
мм с выделением отсевов без их обогащения. Иногда целесообразно обогащение
проводить до 0,5 или до 0 мм. Крупные классы обогащаются в тяжелых
суспензиях, мелкие не обогащаются, концентрат рассортировывается на товарные
сорта.
Тема 27. Рассортировка энергетических углей и улучшение их сортности
Рассотировка топлива повышает к.п.д. тепловых агрегатов.
Относительный выход крупно-средних классов угля снижается из-за
переизмельчения угля во всех технологических операциях.
Источниками образования штыбов (0-6 мм) являются режущий инструмент,
погрузочные органы выемочных машин и перемещение к погрузочным
устройствам.
Основные причины, вызывающие переизмельчение угля при его
переработке:
- неудовлетворительная компоновка оборудования, имеющая большое
число перепадов и перегрузок (иногда перепады достигают до 8 м);
- использование малопроизводительного и малоэффективного дробильносортировочного оборудования (большое число грохотов и т.д.);
- использование желобов, не обеспечивающих плавного прохождения
материала;
- наличие угольных складов открытого типа, в которых уголь
подвергается воздействию атмосферы;
- разрушение угля бульдозерами, обслуживающими склады;
- отсутствие
в
аккумулирующих
и
погрузочных
бункерах
противоизмельчающих устройств и подстилающих угольных «подушек»;
- переизмельчение в операциях дробления и измельчения угля.
Раздел 6. Обогащение бурых углей и сланцев
Тема 28. Обогащение слабоструктурных бурых углей
Являются источниками энергетического топлива и химического сырья для
газификации и полукоксования. Слабоструктурные молодые бурые угли имеют
влажность 16-70 %, зольность 10-60 %. При хранении на воздухе отдают влагу и
быстро разрушаются, часто превращаясь в пыль.
Обычные методы обогащения для слабоструктурных бурых углей
применять нецелесообразно из-за их низкой прочности. Вкрапленность пустой
породы в бурые угли весьма тонкая, ее извлечение практически невозможно.
Высокозольные
угли с прочной структурой можно обогащать
48
гравитационными методами, предпочтительно сухими, вследствие сильной
размокаемости углей.
Мокрое обогащение слабоструктурных бурых углей приводит к их
размоканию, образованию большого количества мелочи и усложнению процесса
улавливания шламов, их обезвоживания, сушки и т.д. Удаление минеральной
части из таких углей возможно лишь с помощью химических методов.
Обеззоливание бурых углей можно проводит с помощью раствора HCl, при
этом гуматы кальция и железа, разлагаясь, удаляются в виде хлористого кальция и
железа; карбонат кальция и углекислый магний переводятся в растворимые
хлориды. Продукт обеззоливания содержит зольность менее 1 %.
Такой метод применим для угля крупностью не менее 6 мм.
Слабоструктурные угли, как правило, не обогащаются, а брикетируются.
Тема 29. Обогащение горючих сланцев
Горючие сланцы – горючие ископаемые органического происхождения.
Органический материал подвергался действию окислительной среды, т.о.
образовались горючие сланцы.
Сланцы могут использоваться как энергетическое топливо (без
обогащения), для полукоксования, получения высококалорийного газа, жидкого
топлива и др.продуктов.
На ранней стадии разложения исходного материала происходило
усреднение состава органического вещества и образование коллоидного водного
гумуса, старение которого впоследствии привело к образованию химически
однородного органического вещества –сланца-керогена – аморфное вещество от
темного до светло-коричневого цвета. В массе сланца кероген вкраплен
частицами крупностью от 20 до 150 мкм. Содержание минеральных примесей в
слоях и прослойках сланца колеблется от 54 до 85 %, содержание керогена – от 46
до 15 %.
Сланцы могут использоваться как энергетическое топливо (без
обогащения), для полукоксования, получения высококалорийного газа, жидкого
топлива и др.продуктов.
14
Блиц-опрос
Раздел 7. Комплексное использование минеральной и органической
составляющей углей
Тема 30. Минеральные примеси в углях
В неорганической части твердых топлив находятся глинистый сланец (Al2O3
2SiO2 2H2O), песчаный сланец (кварц) (SiO2), пирит (FeS2), сульфаты (CaSO4),
карбонаты (MgCO3, FeCO3), и др. Может присутствовать до 50 минералов.
Кроме макроскопических примесей в углях содержатся микроскопические
соединения и элементы, цветные и благородные металлы, редкие и
редкоземельные, радиоактивные, легирующие и др. (Pb, Zn. Mo, Sn, Cu, Ag, Au,
Ge, Ga, Be, Zr, Va, Ni, Hg, Co, Cr, Mn и др.).
Тема 31. Использование зольных остатков и отходов углеобогащения для
производства строительных материалов
Зольные остатки и отходы углеобогащения содержат, в основном, кварц,
который может использоваться при изготовлении шлакоблоков, заполнителей
бетона, производства
48 красного кирпича, строительстве автодорог и др.
В некоторых случаях зола пылевидного топлива может использоваться для
производства цемента.
Шлаки от сжигания углей тепловых установок ТЭЦ и ГРЭС могут
применяться в качестве теплоизоляционного материала для утепления чердачных
и междуэтажных перекрытий, для заполнения легких бетонов и кирпича.
Может производиться зольный гравий, минеральная вата, литые изделия из
расплава на основе углистых сланцев. Отходы углеобогащения могут
использоваться в кирпичной промышленности и в качестве добавки в шихту для
производства керамических изделий.
Один из наполнителей легкого бетона –аглопирит -легкий пористый
материал, полученный при контактном спекании на решетках агломерационных
машин глинистого сырья, отходов от добычи, обогащения и сжигания углей. При
этом под воздействием раскаленных газов в шихте происходит испарение влаги,
подогрев и горение топлива, спекание и вспучивание, конечным продуктом могут
быть либо пористые глыбы, подвергаемые дроблению на щебень и песок
(аглопирит), либо отдельные не спекшиеся между собой округлые гранулы
(аглопиритовый щебень).
Тема 32. Извлечение германия из продуктов обогащения углей
Германий используется для изготовления полупроводниковых материалов.
В углях распространен неравномерно. Содержание увеличивается около
кровли или почвы пласта. Более богаты германием менее метаморфизированные
угли. Предполагают, что германий связан с органической частью угля и основным
носителем являются витрен, ксилен и ксиловитрен. Содержание германия
возрастает в золе легких фракций, однако характер распределения германия по
угольным фракциям различной плотности не идентичен.
Основные типы распределения германия:
1. Монотонное возрастание содержания германия в угольном веществе по
мере уменьшения плотности фракций.
2. При
общей тенденции повышения концентрации германия с
уменьшением плотности угольных фракций явное снижение его в наиболее
легких фракциях (<1350 кг/м3).
Таким
образом,
технологически
целесообразно
предварительное
обогащение угля с целью выделения наиболее легких фракций, в золе которого
концентрируется основная масса германия.
Тема 33. Возможность использования содержащихся в углях окислов
алюминия и железа
Окислы алюминия могут использоваться для производства глинозема (Al2O3
= 22-24%).
Разработана технологическая схема переработки золы углей щелочным
методом для производства глинозема и цемента.
Глинозем может производиться из отходов углеобогатительных фабрик, в
которых содержание окислов алюминия выше, чем в золе.
При переработке отходов угля соединения железа приобретают
повышенные магнитные свойства из-за образования Fe3O4, что позволяет
извлекать железо как готовый продукт (=92%,  = 90%).
Тема 34. Комплексное
использование органической массы углей
48
Из углей можно получать органические продукты нетопливного назначения
в качестве сырья для химической промышленности. Например, смоляные
концентраты липтобиолитовых углей могут использоваться при производстве
пластмасс.
Синтетические
смолы
могут
модифицироваться
концентратами
липтобиолитовых углей. Качество получаемых при этом продуктов определяется
их пластичностью после термообработки чем больше ископаемых смол
содержится в липтобиолитовом концентрате тем выше его степень пластичности
после термообработки.
Метод флотационного обогащения для выделения смоляных включений из
липтобиолитовых углей не дает положительных результатов.
Перспективным для этой цели является использование различий в физикохимических свойствах : вязкая плотная масса липтобиолитов обладает
значительной прочностью, а углистые и минеральные примеси – более хрупкие.
Чистые смоляные включения дробятся труднее, чем полевой шпат, гранит и др.
При зольности липтобиолитов 20-35% твердость составляет 3-5 по шкале
Протодъяконова; кларитов этих же углей – 0,8-1,2; дюритов – 1,3-1,9.
15
Блиц-опрос
Раздел 8. Брикетирование углей
Тема 35. Характеристика топливных брикетов
Брикетирование -процесс механической переработки угольной мелочи с
образованием одинаковых по форме, размерам и массе кусков топлива.
Брикетируются торф, бурый уголь, мелкие классы каменных углей и антрацитов,
полукоксовая и коксовая мелочь.
Существуют два способа брикетирования углей: без связующих веществ
при повышенном давлении прессования и с добавкой связующих при малых
давлениях. Без связующих брикетируют торф и молодые бурые угли, со
связующими – мелочь каменных и старых бурых углей, антрацитный штыб,
коксовая и полукоксовая мелочь.
Хорошо брикетируются мягкие молодые бурые угли влажностью 50-58 %,
хуже – полутвердые, бурые угли влажностью 40-45 % и твердые влажностью 3035 %.
Брикеты должны быть влагостойкими (погружение на 2 ч в
дистиллированную воду масса поглощенной воды не превышает 3,5% массы
брикета), термостойкими (должен сгорать, не разрушаясь), должны обладать
определенной массой, формой, размером и иметь гладкую поверхность.
Зольность буроугольных брикетов: не более 20-29%; влажность 18-21%;
содержание общей серы до 4,5%.
Брикеты, изготовленные со связующим веществом не должны слипаться
при хранении в течение 3х часов в термостате при температуре 338 К (65С) под
давлением, соответствующем давлению, испытываемому нижними слоями
брикетов в ж/д вагонах.
Содержание мелочи (0-25) не более 10%.
Тема 36. Технология брикетирования бурых углей
Схемы брикетирования
зависят от физико-механических свойств
48
перерабатываемого угля, его гранулометрического состава и требований к
качеству брикетов
Исходный уголь влажностью 50-65% после грохочения и дробления до 6 мм
поступает в барабанную паровую сушилку, где высушивается до влажности 1820%. Угольная мелочь перед прессованием охлаждают до 40-50% С и
брикетируют в штемпельных прессах под давлением.
Технология брикетирования каменных углей со связующими. Каменные угли
имеют более плотную структуру, повышенную упругость и низкую пластичность,
поэтому при брикетировании используются связующие вещества.
Основные требования к связующим:
1. Хорошая связующая способность – при минимальном расходе обеспечивать
брикетам достаточную прочность.
2. Хорошая спекаемость и необходимая термическая стойкость брикетов при
горении.
3. Устойчивость по отношению к влаге, способность быстро затвердевать и не
размягчаться в летнее время года.
4. Безопасность.
5. Способность не увеличивать содержание балласта в топливе и не понижать
его теплоту сгорания.
6. Доступность и простота применения в процессе брикетирования.
Наибольшее применение нашли нефтяные битумы – продукты переработки
нефти. Представляют собой сложные коллоидные системы, состоящие из
различных углеводородов и некоторого количества кислородных, сернистых и
азотистых соединений. Используют битумы марки БН-1V с температурой
размягчения 70-75 С.
Предварительно высушенный продукт и связующее в жидком виде
перемешиваются в винтовых смесителях, затем в паровых, где под воздействием
тепла от пара связующее становится еще более текучим и покрывает угольные
частицы. На выходе из парового смесителя шихта имеет температуру 95-98 С.
Для сокращения времени затвердевания связующего шихту охлаждают – она
становится вязкой и пластичной. Далее шихта идет на брикетирование в
вальцовых прессах. Содержание класса 0-0,5 мм в угольной шихте не должно
превышать 30 %. Присутствие в шихте частиц более 6 мм недопустимо.
16
Раздел 9. Охрана окружающей среды
Тема 37. Источники загрязнения водного и воздушного бассейнов отходами
углеобогатительных фабрик
Интерактивная лекция – «мозговой штурм
Основная особенность углеобогатительных фабрик – развитая водношламовая схема. В основном, фабрики имеют замкнутый водооборот. Причиной
попадания в природные водоемы сточных вод являются прорывы дамб
хвостохранилищ или постоянная фильтрация воды через дамбы или грунтовое
ложе хвостохранилищ.
Оборотные воды имеют высокую степень минерализации солями
жесткости, нерастворимый
твердый осадок, флотационные реагенты, коагулянты,
48
флокулянты и ПАВ. Загрязнение водоемов отходами может происходить
вследствие размыва отвалов породы и отходов флотации атмосферными осадками
и разрушения структуры отходов под действием высокой температуры в летнее и
низкой – в зимнее время года.
В летнее время происходит пылеобразование отвалов. Источниками
пылеобразования являются сушильные установки (дымовые газы, продукты
сжигания топлива). Даже при трехступенчатой системе очистки дымовых газов
сушильных установок средняя запыленность составляет 200-300 мг/м3.
Для сбрасываемых вод установлена норма содержания взвешенных частиц –
не более 0,5 г/л при прочих условиях, не ухудшающих показатели, установленные
для источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Сброс шламовых вод, показатели которых не регламентированы, могут
быть сброшены в шламовую канализацию только в случае аварии, ремонта или
при увеличении концентрации взвешенных веществ в воде оборотного цикла
выше допустимой по технологичеким требованиям.
Все сточные воды углеобогатительных фабрик после механической грубой
очистки от взвешенных веществ можно сбрасывать без дополнительной очистки в
бессточные неиспользуемые впадины.
Чем выше температура, тем ниже рН, тем больше сорбция типичных
органических веществ сточных вод. Вещества, обладающие меньшей
растворимостью, адсорбируются сильней.
Тема 38. Очистка сточных вод углеобогатительных фабрик
Расход оборотной воды как рабочей среды и транспортного средства 3-4
3
м /т обогащаемого угля, расход чистой воды – 0,2 м3/т. Чистая вода используется
из рек и водохранилищ или из шахт.
Необходимо учитывать, что при мокром обогащении угольные и породные
зерна частично разлагаются, изменяя состав оборотных вод и от содержания
твердых нерастворимых частиц и растворимых солей изменяются физические и
реологические свойства жидкой среды. Оптимальное содержание твердых частиц
в оборотной воде углеобогатительных фабрик не более 50 и 80 г/л соответственно
для глинистых и неглинистых шламов. Очистка оборотных вод от твердой фазы
осуществляется флотацией с последующей флокуляцией отходов флотации.
Растворимые соли изменяют минерализацию оборотной воды, причем
независимо от марки обогащаемого угля, его зольности, содержания пиритной
серы. Она определяется только содержанием сульфатной серы и составом
минеральных примесей.
Присутствие флотационных реагентов и флокулянтов изменяют
концентрацию веществ органического происхождения (полиакриламид, «Метас»,
«Комета» и др.) - расход 5-30 г/т (в пересчете на 100 %-ную концентрацию) в
значительных количествах остаются в оборотной воде (около 50 %).
Многократная циркуляция оборотной воды и ее контактирование с углем и
отходами приводят к поглощению твердой фазой избытка флокулянтов и
флотореагентов (самоочищение).
Глубокая очистка от флотореагентов при необходимости сброса ее в
водоемы осуществляется
сорбцией с помощью активированного угля - снижает
48
концентрацию органических соединений на 90-99 %. Выбор активированного
угля осуществляется по данным сорбционной емкости по отношению к
органическим веществам сточных вод. Эффективность адсорбции зависит от
свойств, количества угля, химической природы и концентрации адсорбируемых
веществ.
Примечание: лекция № 16 проводится с применением образовательной
технологии «мозговой штурм».
Таблица – Распределение времени по проведению интерактивной лекции
№ этапа, его вид
Вид работы
1
- 4.
Обозначение
проблемы:
подготовительный Источники загрязнения водного и
воздушного
бассейнов
отходами
углеобогатительных фабрик
5.
Деление группы на подгруппы по
3-4 человека
6.
Выбор секретаря (регистрация
идей)
2–
Проведение тренировочных мозговых
интеллектуальный штурмов.
разогрев
3-Мозговой
Работа групп по проблеме
штурм
4Экспертиза Сравнение идей и их анализ
идей
5подведение Выбор оптимального варианта
итогов
Итого
Время, мин
10
15
35
15
15
90
17
Тема 39. Охрана воздушного бассейна от загрязнения
Основные виды загрязнений – мельчайшая угольная пыль, окислы серы и
азота. В больших количествах представляют опасность. Выброс в атмосферу
загрязненных газов производится через высокие трубы (> 40 м). Величины ПДК
для различных вредных веществ принимаются в соответствии с нормативами
санитарно-эпидемиологических служб. Для сернистого газа и нетоксичной пыли –
0,5 мг/м3 в воздухе.
Для вновь строящихся предприятий учитывается суммарная загрязненность
от новых и уже существующих предприятий. ПДК зависит от ряда факторов:
высоты источника выброса, температуры газа из устья источников, числа
источников загрязненности и их территориального расположения. На этой основе
производится выбор системы пылеулавливания. Если трехступенчатая система
пылеулавливания не справляется с улавливанием пыли до ПДК, то
предусматривается дополнительная система пылеулавливания или наращивание
высоты дымовых труб.
Тема 40. Рекультивация земель, занятых отходами углеобогащения
Для уменьшения площадей земли, отчуждаемых под отвалы и
хвостохранилища 48 углеобогатительных фабрик, применяются различные
технологические схемы обработки отходов обогащения. Наиболее перспективна
схема со сгущением отходов флотации и их смешиванием с отходами
тяжелосредных сепараторов и отсадочных машин.
Сфлокулированные отходы флотации осаждаются в сгустителе с
осадкоуплотнителем, осадок уплотняется до содержания твердого 700-800 г/л, а
затем в смесителе смешивается с крупнозернистой породой фабрики в
соотношении 1:7 (по массе). При повышенном содержании влаги в слив
добавляется дробленая порода или негашеная известь (повышает прочность,
уменьшает влажность). Такая смесь засыпается в плоские отвалы или балки,
отработанные карьеры или другие территории.
Засыпанные площади затем покрываются черноземом и рекультивируются.
Существующие отвалы с миллионами тонн отходов углеобогащения
являются источниками пылеобразования и занимают огромные площади земли, а
также могут самовозгораться.
Меры по восстановлению земель:
1. Разработка терриконов с вывозом породы для использования в
качестве закладочного материала или заполнения свободных емкостей
на карьерах.
2. Преобразование формы терриконов, озеленение, застройка зоны
вредного влияния.
3. Планировка породной массы на свободных площадях, прилегающих к
террикону.
4. Планировка породы в пределах зоны вредного влияния.
5. Планировка породной массы с одновременным уплотнением и
химическим закреплением ее по специальной технологии.
5.3 Краткое описание лабораторных работ
Лабораторные работы по дисциплине не предусмотрены
5.4 Краткое описание практических занятий
5.4.1 Перечень практических занятий
№
№
Наименование раздела
занятия раздела
Построение кривых ситового анализа угля
Расчет оборудования для грохочения
Построение кривых обогатимости
Составление
теоретического
баланса
продуктов
обогащения угля (интерактив - деловая игра)
5
Определение
эффективности
гравитационного
обогащения
6
Расчет отсадочных машин для обогащения угля
7
Построение кривых флотируемости угля (интерактив –
деловая игра)
8
Расчет оборудования для флотации углей
9
Расчет оборудования для обезвоживания
5.4.2 Методические
указания по выполнению заданий на практических
48
занятиях
Требования к выполнению практических работ и отчетным материалам
(типовые)
Практические работы предназначены для закрепления теоретических
знаний, полученных на лекциях и при работе с литературными источниками, а
также для приобретения практических навыков расчета технологических схем и
технологического оборудования.
1
2
3
4
Работы выполняются группой студентов. Началу работы предшествует
тщательное ознакомление с методическими указаниями по выполнению
конкретной лабораторной работы. После выполнения расчета каждый студент
составляет индивидуальный отчет, который проверяется преподавателем, а затем
защищается студентом.
Отчет по каждой работе должен содержать основные сведения по
изучаемому разделу дисциплины, цель расчета, расчеты, таблицы, графические
зависимости, анализ данных и выводы.
Графическая часть работы выполняется с использованием компьютерных
программ. Каждый график должен иметь четко нанесенные точки, пронумерован
и расшифрован в подрисуночных подписях. В тексте, формулах, таблицах и
графиках обязательно указание размерностей величин. При защите отчета
необходимо знать основы теории по данному разделу дисциплины, расчета,
расчетные формулы, значения и размерности величин, входящих в них, уметь
анализировать полученные данные.
Занятие 1
Построение кривых ситового анализа угля
Цель занятия:
Овладеть методикой расчета показателей для построения кривых ситового
анализа; научиться находить по кривым ситового анализа выход и зольность
заданных классов угля.
Задания на занятие:
По результатам ситового анализа угля (таблица 1) построить кривые
ситового анализа α и β и определить выход и зольность класса 6 – 10 мм.
Таблица 1 – Результаты ситового анализа угля
Класс, мм
Выход, %
Зольность, %
50-100
15,0
29,5
25-527,5
23,7
10-25
22,5
21,2
0-10
35,0
18,3
Итого
100,0
100,0
Ход занятий:
1. Заполнить недостающие в таблице графы («суммарно»).
2. Построить оси координат.
3. Провести вспомогательные линии, соответствующие суммарным
выходам.
4. Построить зависимость γ = f(d) Ac = f(d) – кривые α и β.
48
5. По построенным
кривым найти выход и зольность угля класса 6 – 10 мм.
Требования к отчетным материалам по занятию:
Составить письменный отчет с подробным решением задачи, построением
кривых ситового анализа и определением заданных показателей.
Основные рекомендации по выполнению задания:
1. Заполнение графы суммарного выхода производить только «сверху».
2. Заполнение графы суммарной зольности производить по вычислению
среднеарифметических величин сумм произведений выхода определенного
класса на его зольность.
Занятие 2
Расчет оборудования для грохочения
Цель занятия:
Овладеть методикой выбора и расчета необходимого количества грохотов.
Задания на занятие:
1. Рассчитать число грохотов ГГЛ – 3 для мокрого подготовительного
грохочения угля на классы 25 – 100 и 0 – 25 мм на производительность
250 т/ч.
2. Рассчитать число двухситных грохотов ГИЛ – 52 для окончательного
грохочения угля в количестве 350 т/ч на классы 50 – 100, 25 – 50 и 0 – 25
мм. Насыпная плотность угля 0 = 1 т/м3. Эффективность грохочения на
сите с отверстиями 50 мм
0,95.Кривая ситового анализа показана на
рисунке 1.
3.
Рисунок 1 – Кривая ситового анализа
Ход занятий:
1. Ознакомиться с условиями задач.
2. На основании ниже приведенных формул рассчитать необходимое
количество грохотов.
Основные рекомендации по выполнению задания:
1. Производительность неподвижных гидрогрохотов ГГЛ:
Q = qF, т/ч,
где q – удельная производительность, т(ч · м2); F - рабочая площадь сита, м2.
Число грохотов
i = kQ/qF1, 48
где k – коэффициент неравномерности загрузки грохота (1,15); F1 – рабочая
площадь сита одного грохота, м2.
1. Производительность инерционных грохотов ГИЛ:
2. Q1 = F1q0 kl, т/ч,
где k и l – поправочные коэффициенты на условия грохочения; F1 – рабочая
площадь сита грохота, м2; 0 – насыпная плотность угля, т/м3.
Требования к отчетным материалам по занятию 7:
Составить письменные отчеты с представлением расчетов по определению
необходимого количества грохотов заданного типа.
Занятие 3
Построение кривых обогатимости
Цель занятий:
Овладеть методикой построения кривых обогатимости.
Задание на занятие:
Построить кривые обогатимости угля класса 13-100 мм по данным
фракционного анализа, представленного в таблице 1.
Таблица 1 – Данные фракционного анализа угля для построения кривых
обогатимости
Плотность фракций, г/см3
γ, %
Ас, %
55,9
4,8
1,3
1,3 – 1,4
9,4
10,1
1,4 – 1,5
7,6
18,6
1,5 – 1,6
3,3
30,0
1,6 – 1,8
3,1
45,9
20,7
75,2
1,8
Итого
100,0
23,0
Ход занятий:
1. Ознакомиться с условием задачи.
2.
На основании ниже приведенных пояснений рассчитать суммарные
показатели и построить кривые обогатимости.
Основные рекомендации по выполнению задания:
1. Заполнить суммарные показатели для всплывших и потонувших фракций
(должно быть 7 граф).
2. Построить координатные оси.
3. По данным граф 4 и 3 построить кривую элементарных фракций λ.
4. По данным граф 4 и 5 построить кривую всплывших фракций β.
5. По данным граф 6 и 7 построить кривую потонувших фракций θ.
6. По данным граф 4 и 1 построить кривую плотностей .
Требования к отчетным материалам по занятию:
Составить письменный отчет с представлением расчетов и кривых
обогатимости.
Занятие 4
Интерактив – деловая игра
Составление теоретического баланса продуктов обогащения угля
Цель занятия:
48
Овладеть методикой
составления теоретического баланса продуктов
обогащения угля по результатам фракционного анализа.
Задание на занятие:
Составить теоретический баланс продуктов обогащения угля по данным
фракционного обогащения (таблица 1), если плотности разделения р‫ = ׳‬1,5 г/см 3
и р‫ = ׳׳‬1,8 г/см 3.
Таблица 1 – Фракционный состав угля
Плотность фракции, г/см3
γ, %
Ас, %
57,3
4,6
1,3
1,3 – 1,4
8,9
9,6
1,4 – 1,5
3,2
16,1
1,5 – 1,6
2,5
29,1
1,6 – 1,8
1,9
36,5
26,2
86,3
1,8
Итого
100,0
28,0
Ход занятий:
1.
Ознакомиться с условием задачи.
2.
На основании ниже приведенных формул рассчитать выход и зольность
продуктов обогащения.
3.
Заполнить таблицу теоретического баланса продуктов обогащения.
Основные рекомендации по выполнению задания:
Выход и зольность промпродукта определяется из уравнений баланса:
γпп = 100 - γк - γо, %;
Аспп =
, %,
где γк и γо – выход концентрата и отходов, %; Аскл , Аск и Ас0 – зольность класса,
концентрата и отходов, %.
Требования к отчетным материалам по занятию:
Составить письменный отчет с представлением расчетов по определению
зольности и выхода промпродукта, заполнить таблицу с теоретическими
показателями продуктов обогащения.
Интерактив по практическому занятию № 4 – Деловая игра
Цель игры: учебная.
По времени проведения: с ограничением времени (2 часа).
По оценке деятельности: зачет по теме 7.
По конечному результату: жесткая игра с заранее известными показателей
разделения угля.
По конечной цели: обучающая.
По методологии проведения: имитационная – имеет цель создать у
участников представление, как следует действовать при заданных условиях.
В качестве имитационной модели принимается уголь
заданного
фракционного состава.
Работающая группа студентов разбивается на подгруппы по 2-3 человека.
Назначается экспертная группа в составе 2 человек, которая наблюдает за ходом
игры и выносит свое решение о получении зачета каждым ее участником.
Каждая подгруппа работает самостоятельно, проводя диалог между собой и
с преподавателем. 48
Сценарий деловой игры заключается в описании ее отдельных элементов.
1. Задается тип углей, их фракционный состав, зольность и выход.
2. Задаются разделительные плотности (преподавателем).
3. Производится расчет суммарных показателей по выходу и зольности
(студентами).
4. Производится заполнение таблицы фракционного состава угля
(студентами).
5. Производится расчет теоретических показателей с учетом разделительных
плотностей и заполнение таблицы теоретического баланса обогащения угля
(студентами).
6. Каждая подгруппа студентов самостоятельно на основе ранее полученных
теоретических знаний разрабатывает технологическую схему обогащения
коксующихся углей.
7. Проводится сравнительный анализ разработанных вариантов обогащения
коксующихся углей..
В сценарии деловой игры могут присутствовать противоречия, например,
противоречия при определении продуктов разделения угля.
Таблица – Этапы проведения деловой игры
Этап
Содержание деятельности
Время, мин
1
Постановка целей, задач, формирование команд,
5
выбор экспертов
2
Ознакомление с правилами деловой игры, правами
15
и обязанностями
3
Выполнение заданий в паре участников
20
4
Обмен информацией между парами участников
5
5
Обсуждение выступления
5
6
Выступление экспертов с критериями оценки
5
деятельности
7
Обмен опытом участников деловой игры
10
8
Выступление
преподавателя
с
научным
15
обобщением
9
Подведение итогов. Выступление экспертов
10
Занятие 5
Определение эффективности гравитационного обогащения
Цель занятия:
Овладеть методикой расчета и составления теоретического баланса
продуктов обогащения угля.
Задание на занятие:
По данным фракционного анализа исходного питания и отходов (таблица 1)
построить кривую разделения Тромпа и определить параметры кривой Т0: р, Ер, и
I. Выход отходов к исходному питанию γ0- = 27,4 %.
Таблица 1 – Результаты фракционного анализа
Плотность
Исходное
Отходы γ1, % Извлечение ε0,
ср, г/см3
3
фракции, г/см
питание γ, %
%
48
1,2-1,3
52,4
1,3-1,4
13,0
0,01
1,4-1,5
3,0
0,15
1,5-1,6
2,3
0,62
1,6-1,8
1,5
1,82
1,8-2,0
27,8
97,4
Итого
100,0
100,0
Ход занятий:
1. Ознакомиться с условием задачи.
2. На основании ниже приведенных формул рассчитать ср и ε0.
3. Построить кривую Тромпа Т0 по зависимости ε0 = f(ср).
4. По кривой Тромпа определить Ер и I.
Основные рекомендации по выполнению задания:
1. Разделительные числа – отношение количества отдельных фракций в
продуктах обогащения (в % от исходного) к количеству одноименных
фракций в исходном материале.
р – разделительная плотность, при которой соответствующая ей
элементарная фракция распределяется поровну (по 50%) в продуктах
разделения.
2. Среднее вероятное отклонение:
Ер = (75 - 25 )/2,
где 75 – плотность, соответствующая разделительному числу 75%;
25 – плотность, соответствующая распределительному числу 25%.
Коэффициент несовершенства процесса:
I = Ер /(р – 1000).
Требования к отчетным материалам по занятию:
Составить письменный отчет с представлением расчетов по
определению недостающих показателей в таблице 1 и кривой Тромпа. Сделать
выводы об эффективности гравитационного обогащения.
Занятие 6
Расчет отсадочных машин для обогащения угля
Цель занятия:
овладеть методикой расчета отсадочных машин
Задание на занятие:
Рассчитать число отсадочных машин ОМ-8-1 для обогащения крупного
класса в количестве 250 т/ч, если содержание фракции 1,8 г/см3 в исходном
питании 20 %. Категория обогатимости – легкая.
Ход занятий:
2. Ознакомиться с условием задачи.
2. На основании ниже приведенных формул рассчитать необходимое
количество отсадочных машин.
Основные рекомендации по выполнению задания:
1. По приложению 21 и 22 [4] определяется q1
2. Число отсадочных машин по исходному питанию
i1 = kQ/q1`F1,
3. Число отсадочных машин по отходам
i2 = kQ0/q2F1 48
4. Содержание отходов в исходном
Q0 = Q γ0/100, т/ч,
где γ0 – содержание фракции 1,8 г/см3 в исходном питании, %.
где Q0 – содержание отходов в исходном питании, т/ч; q1 и q2 – удельная
производительность по исходному питанию и отходам, т/(ч м2) (определяется по
справочнику); F1 – рабочая площадь сит одной отсадочной машины, м2.
Требования к отчетным материалам по занятию:
Составить письменный отчет с представлением расчета отсадочной
машины.
Занятие 7
Построение кривых флотируемости угля
Интерактив – деловая игра
Цель занятий:
Овладеть методикой построения кривых флотируемости.
Задание на занятие:
По результатам дробной флотации угля построить кривые флотируемости и
составить теоретический баланс продуктов флотации при заданной зольности
флотоконцентрата Аск = 7 % (таблица 1).
Таблица 1 – Данные для построения кривых флотируемости угля
Время
γ, %
Ас, %
Суммарно, %
флотации,
концентрат
отходы
с
мин
γ
А
γ
Ас
1
2
3
4
5
6
7
1
61,0
4,5
2
12,2
8,0
3
3,2
20,3
4
1,5
29,4
5
2,8
41,4
6
19,3
76,9
Итого
100,0
20,8
Ход занятий:
1. Ознакомиться с условием задачи.
2. Заполнить графы 4-7 (см. занятие 1).
3. Построить кривые флотируемости (λ, β, θ, t) аналогично кривым
обогатимости (см. занятие 7-8).
Основные рекомендации по выполнению задания:
Зольность отходов определить проектированием на ось абсцисс точки
пересечения демаркационной линии с кривой θ.
Требования к отчетным материалам по занятию:
Составить письменный отчет с представлением расчетов суммарных
показателей по фракционному съему пенного продукта, кривых флотируемости и
теоретического баланса продуктов флотации.
Интерактив по практическому занятию № 7 – Деловая игра
Цель игры: учебная.
По времени проведения: с ограничением времени (2 часа).
48
По оценке деятельности:
зачет по теме 18.
По конечному результату: жесткая игра с заранее известными
показателями кинетических показателей флотационного обогащения угля.
По конечной цели: обучающая.
По методологии проведения: имитационная – имеет цель создать у
участников представление, как следует действовать при заданных условиях.
В качестве имитационной модели принимается уголь и интерваля съема
пенного продукта.
Работающая группа студентов разбивается на подгруппы по 2-3 человека.
Назначается экспертная группа в составе 2 человек, которая наблюдает за ходом
игры и выносит свое решение о получении зачета каждым ее участником.
Каждая подгруппа работает самостоятельно, проводя диалог между собой и
с преподавателем.
Сценарий деловой игры заключается в описании ее отдельных элементов.
1. Задается тип угля, время съема пенных продуктов (преподавателем).
2. Задаются показатели фракционного съема пенного продукта – выход и
зольность каждого продукта (преподавателем).
3. Производится расчет и заполнение таблицы - суммарные показатели по
выходу и зольности, количество зольных единиц (студентами).
4. Производится построение кривых флотируемости (студентами).
5. Каждая подгруппа студентов самостоятельно на основе ранее
полученных теоретических знаний рассчитывает суммарные показатели
и строит кривые обогатимости.
6. Проводится сравнительный анализ разработанных вариантов построения
кривых обогатимости.
В сценарии деловой игры могут присутствовать противоречия, например,
противоречия при построении кривых флотируемости.
Таблица – Этапы проведения деловой игры
Этап
Содержание деятельности
Время, мин
1
Постановка целей, задач, формирование команд,
5
выбор экспертов
2
Ознакомление с правилами деловой игры, правами
15
и обязанностями
3
Выполнение заданий в паре участников
20
4
Обмен информацией между парами участников
5
5
Обсуждение выступления
5
6
Выступление экспертов с критериями оценки
5
деятельности
7
Обмен опытом участников деловой игры
10
8
Выступление
преподавателя
с
научным
15
обобщением
9
Подведение итогов. Выступление экспертов
10
Занятия 8
Расчет оборудования для флотации углей
Цель занятий:
Овладеть 48методикой расчета флотационного оборудования для
обогащения углей.
Задание на занятие:
Рассчитать число шестикамерных флотационных машин МФУ 2-63 для
флотации шлама в количестве Q = 100 т/ч, если плотность твердого шлама  = 1,5
т/м3; Ж:Т в пульпе р = 8; время флотации t = 6 мин; коэффициент аэрации К = 0,7.
Ход занятий:
1. Ознакомиться с условием задачи.
2. С использованием ниже приведенных формул рассчитать количество камер
флотационных машин.
Основные рекомендации по выполнению задания:
1. Производительность флотационной машины по пульпе
W=
, м3/ч.
2. Производительность флотационной машины по твердому

Q1 = (
, т/ч,
)

где К = 0,65 – 0,7; n – число камер; V – объем одной камеры, м3;  - плотность
шлама, т/м3; р – отношение Ж:Т в пульпе; t – время флотации, мин.
3. Число флотационных камер
(
)
(
)
i=
.

4. Количество твердого в пульпе

Q=
, т/ч.
Требования к отчетным материалам по занятию:
Составить письменный отчет с расчетом необходимого количества
флотационных камер.
Занятие 9
Расчет оборудования для обезвоживания
Цель занятий:
Овладеть методикой расчета оборудования для обезвоживания продуктов
обогащения углей.
Задание на занятие:
Определить производительность обезвоживающего элеватор для
обезвоживания отходов, если объем ковша i = 0,125 м3, шаг ковшей а = 800 мм,
скорость движения цепи v = 0,17 м/с, насыпная плотность отходов 0 = 1400 кг/м3.
Ход занятий:
1. Ознакомиться с условием задачи.
2. С
использованием
ниже
приведенных
формул
рассчитать
производительность обезвоживающего элеватора.
Основные рекомендации по выполнению задания:
Производительность элеватора
Q = 3,6 v, т/ч,
где i - объем ковша, м3; а – шаг ковшей, м; v – скорость движения цепи, м/с; 
- коэффициент заполнения ковша (0,5); 0 – насыпная плотность материала,
кг/м3.
Скорость цепи
элеватора: для крупного материала v = 0,25-0,27 м/с; для
48
мелкого материала v = 0,15 – 0,17 м/с.
Требования к отчетным материалам по занятию:
Составить письменный отчет с расчетом производительности
обезвоживающего элеватора.
5.5 Краткое описание видов самостоятельной работы
5.5.1 Общий перечень видов самостоятельной работы
1. Подготовка к практическим занятиям.
2. Подготовка к зачету.
3. Подготовка к сдаче и защите отчетов.
5.5.2 Методические рекомендации по выполнению каждого вида
самостоятельной работы
1. Подготовка к практическим занятиям
Цель СРС – усвоить и закрепить теоретические знания по теме.
Задание на СРС:
- прочитать описание работы:
- прочитать по учебнику или конспекту лекций материал, относящийся к
данной работе и с помощью каких методик и формул проводится работа,
разобрать вывод формул;
- выяснить, какие физические величины и с какой точностью будут
измеряться и каковы их размерности;
- в рабочей тетради выполнить необходимые расчеты и таблицы, в которые
будут заноситься результаты расчетов;
- при расчете технологического оборудования дать краткое описание
устройства, принципа работы аппарата и факторов, влияющих на его работу;
- сделать предположительный вывод об окончательном результате расчета.
Требования к форме и содержанию отчетных материалов
Работы выполняются группой студентов. Началу работы предшествует
тщательное ознакомление с методикой
по выполнению конкретного
практического занятия. После завершения практической работы каждый студент
составляет индивидуальный отчет, который проверяется преподавателем, а затем
защищается студентом.
Отчет по каждой работе должен содержать основные сведения по
изучаемому разделу дисциплины, цель работы, методику и описание результатов
расчета, расчеты, таблицы, графические зависимости, анализ данных и выводы.
Графическая часть работы выполняется с использованием компьютерных
программ и вклеивается в отчет. Каждый график должен иметь четко нанесенные
точки, пронумерован и расшифрован в подрисуночных подписях. В тексте,
формулах, таблицах и графиках обязательно указание размерностей величин. При
защите отчета необходимо знать основы теории по данному разделу дисциплины,
методику проведения работы, расчетные формулы, значения и размерности
величин, входящих в них, уметь анализировать полученные данные.
Рекомендации по выполнению задания
Последовательность выполнения данного вида СРС изложена в описании
задания на СРС. Рекомендуемые подробные методики и справочные материалы:
«Баденикова Г.А.48 Обогащение углей и сланцев. Методические указания к
выполнению СРС. ИрГТУ, 2008 – электронный вариант», «Артюшин С.П.
Сборник задач по обогащению углей. Изд. 3-е, перераб. и доп.. М.: недра, 1979.
223 с.».
Критерии оценки качества выполнения работы
- наличие подготовительных расчетов, схем, таблиц;
-скорость проведения подготовительных работ к расчетам;
-точность выполнения расчетов;
- правильность расчетов, составления и заполнения таблиц, построения
графиков.
2. Подготовка к зачету
Цель СРС - проверить практические и теоретические знания по курсу.
Задание на СРС:
- усвоить закономерности, полученные при выполнении практических работ;
- знать принципы расчета отдельных показателей обогащения углей;
- знать основные признаки обогатимости углей;
- уметь составлять режимные схемы, рассчитывать показатели обогатимости,
рассчитывать технологическое оборудование для обогащения углей.
Рекомендации по выполнению задания
Подготовка к зачету осуществляется с помощью вышеуказанной методики,
а также с использованием основной и дополнительной учебной и справочной
литературы: «Баденикова Г.А. Обогащение углей и сланцев. Конспект лекций.
ИрГТУ, 2011 (электронный вариант)», «Федотов К.В., Никольская Н.И.
Проектирование обогатительных фабрик: Учебник для вузов. – М.: Издательство
«Горная книга», 2012. – 536 с.», «Бедрань Н.Г. Обогащение углей. Уч. пособие.
М.: Недра, 1978, 224 с.».
Критерии оценки качества выполнения работы
- своевременная подготовка, выполнение практических заданий, сдача и защита
отчетов;
-знание основных теоретических вопросов курса;
-практические навыки расчетов, составления технологических схем обогащения
углей;
- владение методикой заполнения таблиц и построения кривых обогатимости и
флотируемости.
3. Подготовка к сдаче и защите отчетов
Цель СРС – промежуточный контроль знаний, полученных во время подготовки к
практическим работам и при их выполнении.
Рекомендации по выполнению задания
См. рекомендации по подготовке практических работ.
Критерии оценки качества выполнения работы
- оформление отчетов в соответствии с установленным образцом;
- наличие необходимых схем, расчетов, графиков;
-наличие и правильность выводов по работе.
48
План-график самостоятельной работы студента
по дисциплине «Обогащение углей и сланцев»
институт недропользования
Недели 9 семестра, всего часов 108, СРС -57часов
Виды
СРС
Всего
1
2
- 2,375
3
-
4
2,375
5
-
6
2,375
7
-
8
2,375
9
-
10
2,375
11
-
12
2,375
13
-
14
2,375
15
-
Защита
отчетов
-
-
2,375
-
2,375
-
2,375
-
2,375
-
2,375
-
2,375
-
Зач.
Итого
1,23
- 2,375 1,23
1,23
0,22
1,23
1,23
1,23
5,98
1,23
1,23
1,23
5,98
1,23
1,23
1,23
5,98
1,23
1,23
1,23
5,98
1,23
1,23
1,23
5,98
1,23
1,23
Подготовка
к ПР
-
16
2,375
17
-
19
2,375 2,375
19
1,23
5,98
19
57
1,78
4,155
5.5.3 Описание курсового проекта (курсовой работы
(курсовой проект не предусмотрен)
6
Применяемы образовательные технологии
Таблица 2 – Применяемые образовательные технологии
Технологии
Виды занятий
Лекции
Лаб.раб.
Практ.
Деловая игра
Блиц-опрос
«Мозговой штурм»
Итого
2
2
4
8
-
4
4
СРС
-
Курсовой
проект
-
7 Методы и технологии контроля уровня подготовки по дисциплине
7.1 Виды контрольных мероприятий, применяемых контрольноизмерительных технологий и средств
-зачет по темам в виде устного опроса (промежуточный контроль);
- зачет в виде устного опроса (итоговый контроль).
7.2 Критерии оценки усвоения учебной программы (рейтинг)
№
Наименование темы
Рей
Кол-во
чатинг
раз те ПР
ЗЕТ
сы
дел ма
Введение
0,5
1
Общие сведения об углях
6
4
1
Происхождение и свойства природных углей
1,2
0,5
2
Показатели качества углей
1,2
1,0
3
Блиц-опрос 10 мин
1,2
1,0
Физические и физико-химические свойства
углей
4
Технологическая классификация каменных
1,2
0,5
углей
5
1,2 Выбор машинных классов и шкалы грохочения 1,2
0,5
2
Обогатимость каменных углей
6
4
6
3 Фракционный анализ углей
1,5
1,0
7
4 Теоретический баланс продуктов обогащения 1,5
0,5
8
Категория обогатимости. Метод
1,5
0,5
цифрового кодирования
9
5 Блиц-опрос 10 мин
1,5
2,0
48
Оценка эффективности технологических
процессов
обогащения угля
Блиц-опрос 10 мин
3
6
12,0
Методы и процессы обогащения углей
10
Обогащение углей в тяжелых средах
0,5
2,0
11
Блиц-опрос 10 мин
0,5
1,0
Оборудование для обогащения в тяжелых
12
13
6
14
15
16
17
18
19
20
21
4
22
23
24
25
5
26
27
6
28
29
7
30
31
32
33
34
7,8
средах
Технологическая эффективность обогащения
углей в тяжелых
суспензиях
Блиц-опрос 10 мин
Отсадка
Обогащение угля на концентрационных
столах и в моечных желобах
Конструкции концентрационных столов
Обогащение углей в шнековых сепараторах
Обогащение углей в воздушной среде
Флотация углей
Блиц-опрос 10 мин
Технологические факторы, влияющие на
процесс флотации угля
Варианты построения шламовых схем
Интерактивная лекция 2 ч
Основные процессы специальных методов
обогащения
Обогащение коксующихся углей
Блиц-опрос 10 мин
Особенности производства кокса
Подготовка коксующихся углей перед
обогащением
Интерактивная лекция 2 ч
Технология обогащения коксующихся углей
Обессеривание углей для коксования
Обогащение энергетических углей
Технология обогащения энергетических углей
Рассортировка энергетических углей и
улучшение их сортности
Обогащение бурых углей и сланцев
Обогащение слабоструктурных бурых углей
Обогащение горючих сланцев
Комплексное использование минеральной
и органической составляющей углей
Блиц-опрос 10 мин
Минеральные примеси в углях
48
Использование зольных остатков и отходов
углеобогащения для производства
строительных материалов
Использование зольных остатков и отходов
углеобогащения
Извлечение
германия
из
продуктов
обогащения углей
Возможность использования содержащихся
0,5
1,0
0,5
1,0
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
1,0
1,0
0,5
0,5
1,0
2,0
6
1,5
4,0
1,0
1,5
1,0
1,5
1,0
1,5
6
3
3
1,0
2,0
0,5
0,5
6
3
3
6
0,5
0,5
2,0
1,2
0,4
1,2
0,4
1,2
0,4
1,2
0,4
1,2
0,4
в углях окислов алюминия и железа
8
Брикетирование углей
35
Блиц-опрос 10 мин
Характеристика топливных брикетов
36
Технология брикетирования бурых углей
9
Охрана окружающей среды
37
Интерактивная лекция 2 ч
Источники загрязнения водного и воздушного
бассейнов отходами углеобогатительных
фабрик
38
9 Очистка сточных вод углеобогатительных
фабрик
39
Охрана воздушного бассейна от загрязнения
40
Рекультивация земель, занятых отходами
углеобогащения
Итого по лекциям
6
3
2,0
1,0
3
6
1,5
1,0
4,0
1,0
1,5
1,0
1,5
1,5
1,0
1,0
54
34
(8)
0,94
Рей
тинг
Ча
сы
ЗЕТ
Построение кривых ситового анализа угля
Расчет оборудования для грохочения
Построение кривых обогатимости
Составление теоретического баланса продуктов
обогащения угля интерактив 2 ч)
5
Определение
эффективности
гравитационного
обогащения
6
Расчет отсадочных машин для обогащения угля
7
Построение кривых флотируемости угля (интерактив
2ч)
8
Расчет оборудования для флотации углей
9
Расчет оборудования для обезвоживания
Итого по практическим занятиям
5,4
5,4
5,4
5,4
2,0
2,0
2,0
2,0
5,4
2,0
5,4
5,4
2,0
2,0
5,4
2,8
46
Всего
100
2,0
1,0
17 0,47
(4)
51
(12)
Практические работы
Тема занятия
№
заня
тия
1
2
3
4
48
7.3.
Контрольно-измерительные материалы и другие оценочные
средства для итоговой аттестации по дисциплине
Вопросы к зачету
1. Процесс и источники образования каменных углей.
2. Состав горючей и негорючей массы угля.
3. Классификация каменных углей и антрацитов.
4. Потребительский стандарт и производственная норма качества угля.
5. Назначение и методика проведения ситового анализа углей.
6. Назначение и методика проведения фракционного анализа углей.
7. Методы определения обогатимости углей.
8. Процессы грохочения, назначение, аппараты, эффективность.
9. Процессы отделения шламов, назначение, аппараты.
10.Принцип разделения в тяжелых средах.
11.Виды утяжелителей, основные требования к ним.
12.Свойства тяжелых суспензий.
13.Регенерация суспензий, назначение, способы, схемы.
14.Аппараты для обогащения в тяжелых средах, устройство, принцип действия,
область применения.
15.Технологические схемы обогащения угля в тяжелых суспензиях.
16.Обогащение угля отсадкой, разделяющие силы, факторы, аппараты.
17.Обогащение угля на наклонных плоскостях. Разделяющие силы, факторы,
оборудование.
18.Технологические схемы гравитационного обогащения угля.
19.Флотационное обогащение угля. Область применения, технологические
свойства угля.
20.Флотационные реагенты, способ подготовки и дозирования.
21.Флотационные машины для обогащения угля.
22.Технологические схемы флотационного обогащения угля.
23.Процессы обезвоживания угольных концентратов, требования к содержанию
влаги.
24.Основное обезвоживающее оборудование, устройство. Принцип работы,
эксплуатация.
25.Схемы обезвоживания, обесшламливания и осветления моечных вод при
переработке углей.
26.Коксующиеся угли, характеристика, свойства, методы обогащения.
27.Технологические схемы обогащения коксующихся углей.
28.Бурые угли и горючие сланцы. Свойства, характеристика, область применения.
29.Технологические схемы переработки бурых углей и горючих сланцев.
30.Энергетические угли, характеристика, свойства, область применения.
31.Технологические схемы обогащения знергетических углей.
32.Методики расчета качественно-количественных и водно-шламовых схем при
обогащении коксующихся и энергетических углей.
33.Характеристика примесей рядового угля и продуктов обогащения.
34.Комплексное использование минеральной и органической составляющей
каменных углей.
48
35.Виды загрязнений углеобогатительного производства.
36.Способы очистки воды и воздуха на углеобогатительных фабриках.
Требования норм промышленной санитарии и экологии.
37.Рекультивация земель при организации углеобогатительного передела.
8. Рекомендуемое информационное обеспечение дисциплины
8.1 Основная учебная литература
№ пп Наименование учебников и учебных
пособий
1
Баденикова Г.А. Обогащение углей и
сланцев: Конспект лекций. –ИрГТУ,
электронная библиотека, 2011.-61 с.
Кол-во
экземпляров в
библиотеке
Электронная
библиотека
ИрГТу
8.2 Дополнительная учебная и справочная литература
№ пп Наименование учебников и учебных
Кол-во
пособий
экземпляров в
библиотеке
1
Бедрань Н.Г. Обогащение углей: Учеб.
По спец. «Обогащение полезных
19
ископаемых». –М.: Недра, 1988. – 205с.:
ил. – (Высш. образование)
2
Елишевич А.Т. Брикетирование
полезных ископаемых: Учеб. Для спец.
«Обогащение полезных ископаемых». –
М.: Недра, 1989. – 299с.: ил. - (Высш.
20
образование)
3
Фоменко Н.Г. Исследование углей на
обогатимость: Учеб. пособие для спец.
«Обогащение полезных ископаемых». –
4
М.: Недра, 1978. – 279с.: ил.
4
Справочник по обогащению углей./Под
ред. И.С.Благова. – М.: Недра, 1984. –
16
345с.: ил.
5
Бутовецкий В.С. Охрана природы при
обогащении углей: Справ.пособие. – М.:
Недра, 1991. – 190с.:ил.
49
6
Артюшин П.С. Сборник задач по
обогащению углей. – М.: Недра, 1979. 3
320с.: ил.
7
Лебедев в.в. и др. Комплексное
использование углей. – М.: Недра, 1980.
9
– 167с.: ил.
8.3 Электронные образовательные ресурсы:
48 ИрГТУ, доступные в библиотеке университета или в
8.3.1 Ресурсы
локальной сети университета
1. Баденикова Г.А. Обогащение углей и сланцев: Конспект лекций. –
ИрГТУ, электронная библиотека, 2011.-61 с.
2. Елишевич А.Т. Брикетирование полезных ископаемых: Учеб. Для спец.
«Обогащение полезных ископаемых». – М.: Недра, 1989. – 299с.: ил. (Высш. образование).
3. Бутовецкий В.С. Охрана природы при обогащении углей: Справ.пособие.
4.
5.
6.
– М.: Недра, 1991. – 190с.:ил.
Артюшин П.С. Сборник задач по обогащению углей. – М.: Недра, 1979. 320с.: ил.
Лебедев в.в. и др. Комплексное использование углей. – М.: Недра, 1980.
– 167с.: ил.
Баденикова Г.А. Обогащение углей и сланцев. Методические указания к
выполнению СРС. - Иркутск: ИрГТУ, 2008. -10с.
eking.ord,
70rus.orgmore?UID=1479.
p=frub.ru=1?5&amp.
7.
8.
9.
10.
8.3.2 Ресурсы сети интернет
1. www.inform.ru
2. www.vtcenter.ru
3. www.giab-online.ru/catalog/10600
9. Рекомендуемые специализированные программные средства
10.Материально-техническое обеспечение дисциплины
1. Специализированная лаборатория гравитационных методов обогащения.
2. Специализированная лаборатория флотационных методов обогащения.
3. Мультимедийное оборудование.
Программа составлена в соответствии с ФГОС 3
Программу составила:
Доцент кафедры ОПИ и ИЭ Баденикова Г.А.
__________________«____»_________2013г.
Программа одобрена на заседании кафедры
Обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии
Протокол №________от «_____»____________20___г.
Зав. кафедрой____________________/Федотов К.В./ «____»______20__г.
Руководитель ООП _____________/Тальгамер Б.Л./ «______»_____20__г.
Программа одобрена на заседании Методической комиссии
института Недропользования
Протокол №48____от «_____»___________20____г.
Директор_______________________/Тальгамер Б.Л./ «____»_______20___г.