Гравітаційні методи збагачення
Гравітація є основним методом збагачення вугілля, що визначається великою різницею в питомій вазі: вугілля - 0,8-1,5; глина - 1,8-2,2; вуглистий сланець - 1,7-2,2; сланці - 2-2,8; піщаник - 2,2-2,6; пірит - 5 г/см3.
Гравітаційні процеси відрізняються великою швидкістю розділення, високою ефективністю і продуктивністю, дешевизною.
При збагаченні вугілля застосовуються мокрі гравітаційні процеси і сухі. Кожен з них має свої переваги і недоліки. Так, перевагою мокрих процесів є висока ефективність, тому вони застосовуються для порівняно великого вугілля, а також те, що при них показники збагачення бувають вище, ніж при сухих процесах збагачення.
До недоліків мокрого збагачення відносяться велике утримання вологи, утруднення при збагаченні в районах з суворим кліматом і те, що потрібна вода для збагачення.
Перевагою сухого збагачення є те, що при ньому вологість вугілля не збільшується.
До недоліків сухого збагачення можна віднести те, що приміняється він при збагаченні вугілля не крупніше 30 мм, при цьому утворюється пил, який необхідно вловлювати, а також те, що застосовувати його можна тільки до легкозбагачуваного вугілля, при цьому спостерігаються низькі показники збагачення порівняно з мокрим процесом.
Застосування сухого збагачення можливо лише до вугілля з вмістом вологи 3-5%, інакше буде потрібна подсушка, а, отже, додаткові витрати.
Вибір застосування гідравлічного або пневматичного збагачення залежить від збагаченості оброблюваного вугілля, від кліматичних умов, економічних факторів. Часто великі класи збагачуються мокрим способом, а дрібні - сухим, так як зневоднення їх утруднено.
З гравітаційних процесів найбільшого поширення отримав процес мокрої відсадки. Широко застосовується збагачення на миєчних жолобах і концентраційних столах. За останні роки широко впроваджується збагачення у важких середовищах.
Відсадка застосовується як для великих (100-12 мм) так і для дрібних класів (12-0,5 мм). Для збагачення зерен дрібніше 0,5 мм відсадження не застосовується. Тому перед збагаченням на відсаджувальних машинах вугілля піддається підготовці, в яку входять операції дроблення і грохочення.
Збагачення вугілля відсадкою проводиться в широко класифікованому і не класифікованому видах.
Ж о л о б н і м и й к и застосовуються для матеріала такої ж крупності, що і відсадження (100-0,5 мм). Клас 100-13 мм і 13-0,5 мм збагачується на різних мийках.
Вуглемиєчні комбайни - це машини, які суміщають відсадку, зневоднення і освітлення води. Вони застосовуються в основному для збагачення великих класів вугілля (від 20-25 мм до 175 мм).
К о н ц е н т р а ц і й н і с т о л и використовуються для дрібних і тонких класів вугілля (крупністю від 12-15 до 0,08 мм). Перед збагаченням бажана гідравлічна класифікація. Недолік столів - це низька їх продуктивність. У нас широкого розповсюдження столи не отримали. Застосовувалися вони при обробці високосірчастого коксового вугілля, для виділення піриту (в той час як в США на столах збагачується 12% всього вугілля). Тому вітчизняна промисловість досі не виготовляє спеціальних столів для вугілля. Інститути ИГИ і УкрНДІ вуглезбагачення ведуть широкі дослідження по технології збагачення вугільної дрібниці на концентраційних столах і її впровадження в промисловість. Ними розроблена конструкція нових концентраційних столів СКПМ-3 і СКПМ-6. Ці столи сконструюють спеціально для вугілля і ліквідують колишній раніше недолік - малу продуктивність.
Г в и н т о в і с е п а р а т о р и застосовуються для збагачення дрібного вугілля (від 6 мм і нижче). Австралійська компанія Vickers Australia створила для збагачення дрібного вугілля сепаратор Vickers. За рахунок підвищення діаметра спіралі до 1 м досягнута продуктивність 2,5 т вугілля на годину, а широкий породний канал і унікальна комбінація відсікачів дозволяють збагачувати вугілля з різними характеристиками.
Найбільш широко застосовуються Одноходовий гвинтові сепаратири з кроком 342 мм і двоходові з кроком 445 мм. З'явилися сепарати великого діаметру (до 1 500 мм) з відповідно збільшеним кроком.
У Росії протягом багатьох років проводяться роботи по дослідженням і впровадженню в промислову експлуатацію протиточних гравітаціонних збагачувальних апаратів типу СШ, СВШ і КНС.
Ефект поділу частинок досягається за рахунок взаємодії полів гравітаційних і відцентрових сил. При відставанні частинки від руху рідини щільність розподілу буває більше щільності рідини. Це є принциповою основою методу, де процес поділу відбувається під впливом полів як гравітаційних, так і відцентрових.
Збагачення у важких середовищах займає особливе місце в комплексі технологічних заходів. В якості важкого середовища служать важкі рідини і мінеральні суспензії.
Важкі суспензії (мінеральні) виготовляються з тонко подрібнених мінералів і води. Використовують магнетит, пірит, барит, пісок, глину, Калашнікова пил. Найбільш легко регенерується магнетитова суспензія. Ефективність збагачення залежить в першу чергу від стійкості та в'язкості суспензіі. Для поліпшення властивостей суспензії подають такий реагент, як гексаметафосфат та ін. Метод збагачення вугілля в мінеральних суспензіях вперше почав застосовуватися на фабриках Донбасу. Збагачення у важких суспензіях набуло поширення на багатьох фабриках України для видалення великої породи вугілля більше 25 (10) мм. В якості обважнювача застосовувався магнетит Криворізьких гірничо-збагачувальних комбінатів. Основні переваги цього процесу полягають у великої точності поділу, високих показниках, в простоті і дешевизні самої установки. Ефективним є барабанний сепаратор СБЕ-2, трьохпродуктовий сепаратор СКВП-32, а також сепаратори СТТ-32, КНС-108, КНС-138а і КНС-168 продуктивністю до 350 т / год. На деяких фабриках СНД встановлені сепаратори зарубіжних конструкцій: «Дрюбой» (Франція), «Ведаг» (Німеччина), «Теска» (Німеччина).
Важкосередовищне збагачення важкозбагачуванного вугілля здійснюється із застосуванням багатоступінчастої сепарації в двухпродуктових відцентрових сепараторах (ГТ-500, ГТ-710) та трехпродуктових (ГТ 630/500, ГТ 10/500).
Флотація
У зв'язку з широкою механізацією видобутку вугілля вихід дрібних високозольного класів вугілля (<1 мм) різко зріс і становить 25-30% від рядового. Подальше вдосконалення техніки видобутку вугілля, особливо застосування гідравлічного способу, ще збільшить вихід і зольність цього класу. При невисокій вологості і зольності видобуваються коксівного вугілля дрібниця дрібніше 1 мм після знешламлювання сідала до концентратів без збагачення. Підвищення зольності і вологості цього класу призвело до використання дрібниці як низькосортного палива і тому виникла необхідність збагачення.
Застосування флотації дозволило збільшити вихід концентрату для коксування і знизити його зольність. Якщо до застосування флотації значна частина дрібниці коксівного вугілля використовувалася у вигляді енергетичного шламу, то за останні роки випуск його різко скоротився, а на ряді фабрик було повністю ліквідовано.
Флотація вугілля і флотація руд відрізняються один від одного наступним:
• високою сорбційною здатністю вугілля порівняно з рудними мінералами;
• аполярною (не дипольною) природою вугілля;
• високою природною гідрофобністю вугілля;
• вельми великою неоднорідністю поверхні вугілля, пов'язаною з наявністю декількох петрографічних різновидів і з різним ступенем вуглефікації.
• низькою питомою вагою вугілля порівняно з рудними мінералами.
Висока сорбційність вугілля є причиною низької селективності дії різних реагентів і великої їх витрати.
Велика неоднорідність поверхні вугілля викликає труднощі при виборі флотаційних реагентів і ведення флотації.
Флотаційний поділ петрографічних інгредієнтів представляє значний інтерес.
Вплив малої питомої ваги вугілля досить великий. Питома вага вугільної пульпи становить 1,1-1,2, питома вага вугілля - 1,3-1,5 г/см3. Тому потрібна невелика підйомна сила для підйому часток вугілля, унаслідок чого флотаційна крупність вугілля буває у 20-30 разів більше, ніж для рудних часток (крупність руди - 0,2-0,3 мм, вугілля - 2-6 мм).
В якості реагентів при флотації вугілля застосовують речовини порівняно дешеві. Витрати на збагачення погоджуються з вартістю концентратів.
Для флотації вугілля в якості збирачів застосовуються речовини переважно неполярної будови. Вони містять деяку кількість гетерополярних речовин і володіють більшою чи меншою мірою піноутворювальними властивостями. Це продукти переробки самого вугілля або, точніше, кам'яновугільної смоли: масло легке, середнє і антраценове. Смола ж виходить при коксуванні вугілля на коксобензольних заводах.
В якості поверхнево-активних речовин використовуються реагенти метилізобутілкарбінол (МІБК), кубові залишки 2 - етілгексанола (КЕТГОЛ) і Карбофлот.
Якщо у вугіллі присутньо багато шламів, то їх краще виділити. Найчастіше шлами коагулюють. Вони перетворюються на великі агрегати і їх адсорбційна здатність зменшується. В якості коагулянтів використовують вапно, № С1, А1С13.
Показники флотації можуть бути поліпшені шляхом вдосконалення та розробки нових конструкцій флотаційних машин з киплячим шаром з конічними, трубчастими, струменевими, циклонними імпеллярамі і в результаті застосування водних форсунок з високою швидкістю зсуву при швидкості потоку води кілька метрів в секунду і форсунок, що подають флотореагент у вигляді водно-газової емульсії, аераторами.
З депрессоров частіше застосовується силікат натрію для придушення порожньої породи і пептізаціі шламів. Для депресії піриту застосовують луг і вапно (рН = 9).
Необхідно звертати увагу на такі особливості технології флотації вугілля:
1. Великий вихід концентратів (80-90%) і малий вихід хвостів. Це відбивається на конструкції флотомашин. Вони робляться з двостороннім зніманням піни.
2. Висока швидкість флотації вугілля, приблизно в 100 разів вище флотації мінералів.