Механическое оборудование углеобогатительных фабрик


Г. С. Щербина, В. И. Мурко







            МЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ УГЛЕОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК



Учебное пособие






















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 622.7
ББК 33.4
    Щ64

Рецензенты:
доктор технических наук, профессор,
директор горного института Кузбасского государственного технического университета имени Т. Ф. Горбачева А. А. Хорешок; доктор технических наук, главный научный сотрудник ФИЦ СО РАН
В. В. Аксенов








     Щербина, Г. С.
Щ64       Механическое оборудование углеобогатительных фабрик : учебное по-
     собие / Г. С. Щербина, В. И. Мурко. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 320 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-0809-7

     Изложены основы теории обогатительных процессов, описаны конструкции, принцип действия, технические параметры и предпочтительные области использования применяемого на обогатительных фабриках современного оборудования отечественного и зарубежного производства. Рассмотрены флотационные, отсадочные машины, центрифуги, сушильные аппараты, оборудование внутри-фабричного транспорта.
     Для студентов горных вузов. Может быть полезно специалистам в области горного дела.

                                                                     УДК 622.7
                                                                     ББК 33.4








ISBN 978-5-9729-0809-7

     © Щербина Г. С., Мурко В. И., 2022
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                           © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

        СОДЕРЖАНИЕ


ПРЕДИСЛОВИЕ............................................7
ВВЕДЕНИЕ...............................................8
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ОБОГАЩЕНИЮ УГЛЕЙ..................10
  1.1 Основные термины и определения..................10
  1.2 Классификация методов и процессов обогащения....15
2 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ И ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ УГЛЕЙ.................................18
  2.1 Общие сведения..................................18
  2.2 Дробильно-измельчительное оборудование..........20
    2.2.1 Щековые дробилки............................21
    2.2.2 Конусные дробилки...........................22
    2.2.3 Валковые дробилки...........................24
    2.2.4 Барабанные дробилки.........................27
    2.2.5 Молотковые дробилки.........................29
    2.2.6 Роторные дробилки...........................31
    2.2.7 Мельницы....................................33
3 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГРОХОЧЕНИЯ УГЛЕЙ...................48
  3.1 Назначение и классификация процессов грохочения.48
  3.2 Классификация и конструкция грохотов............53
  3.3 Неподвижные грохоты.............................56
    3.3.1 Неподвижный колосниковый грохот.............56
    3.3.2 Гидрогрохот ГГН 2,7.........................56
    3.3.3 Дуговые грохоты.............................58
    3.3.4 Грохоты конические..........................59
    3.3.5 Двухконусный грохот ГНК 1000................61
  3.4 Частично подвижные грохоты......................63
    3.4.1 Валковые грохоты............................63
    3.4.2 Шнековые грохоты............................64
  3.5 Вращающиеся грохоты.............................65
  3.6 Подвижные грохоты...............................67
    3.6.1 Инерционные наклонные грохоты...............67
    3.6.2 Вибрационные грохоты с прямолинейными вибрациями короба. Самобалансные грохоты с самобалансным вибровозбудителем................................70

3

    3.6.3 Инерционные грохоты с самосинхронизирующимся вибровозбудителем (ГИСЛ, ГИСТ)....................71
  3.7 Специальные грохоты.............................73
    3.7.1 Грохот наклонный с самоочищающимися ситами ГС51....73
    3.7.2 Грохот с эластичной упругодеформируемой просеивающей поверхностью ГЭДП52...............................75
    3.7.3 Струнный грохот с самоочищающейся струнной просеивающей поверхностью.........................76
    3.7.4 Мультинаклонные грохоты типа «банан»........77
  3.8 Вероятностные грохоты...........................80
4 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ КЛАССИФИКАЦИИ.........................................82
  4.1 Общие сведения..................................82
    4.1.1 Процессы гидравлической классификации в восходящем и горизонтальном потоке...........................85
  4.2 Классификаторы..................................87
    4.2.1 Гидравлические камерные классификаторы......88
    4.2.2 Багер-зумпф.................................90
    4.2.3 Механический спиральный классификатор.......91
    4.2.4 Гидроциклоны................................93
5 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЕЙ В ТЯЖЁЛЫХ СРЕДАХ......................................95
  5.1 Общие сведения..................................95
  5.2 Сепараторы для обогащения в тяжёлых средах......99
    5.2.1 Статические сепараторы......................99
    5.2.2 Динамические сепараторы....................113
    5.2.3 Аэросуспензионные сепараторы...............117
    5.2.4 Регенерация суспензий......................119
6 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЕЙ ОТСАДКОЙ..........122
  6.1 Общие сведения.................................122
  6.2 Отсадочные машины..............................125
    6.2.1 Принцип действия и классификация...........125
    6.2.2 Отсадочные машины с боковым расположением воздушных камер..................................128
    6.2.3 Отсадочные машины с подрешетным расположением воздушных камер..................................134
    6.2.4 Отсадочные машины с подвижным решетом......137

4

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ В ПОТОКЕ ВОДЫ НА НАКЛОННОЙ ПЛОСКОСТИ..............................139
  7.1 Общие сведения................................139
  7.2 Обогащение на концентрационных столах.........140
    7.2.1 Концентрационные столы....................143
  7.3 Обогащение на винтовых сепараторах............144
8 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЕЙ В ПРОТИВОТОЧНЫХ АППАРАТАХ...........................150
  8.1 Обогащение в шнековых сепараторах.............150
  8.2 Обогащение в крутонаклонных сепараторах.......151
9 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ОБОГАЩЕНИЯ..........................................153
  9.1 Общие сведения................................153
  9.2 Машины для пневматического обогащения.........155
10 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФЛОТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЕЙ...............................................160
  10.1 Общие сведения...............................160
  10.2 Образование флотационной пены................161
  10.3 Флотационные реагенты........................163
  10.4 Флотационные машины..........................164
    10.4.1 Классификация машин......................164
    10.4.2 Механические флотационные машины.........166
    10.4.3 Пневмомеханические флотационные машины...171
    10.4.4 Пневматические флотационные машины.......175
  10.5 Вспомогательное оборудование.................179
    10.5.1 Аппараты для подготовки пульпы...........179
    10.5.2 Дозаторы и эмульгаторы реагентов.........182
    10.5.3 Пеногасители.............................184
11 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДРЕНИРОВАНИЯ....................188
  11.1 Общие сведения...............................188
  11.2 Обезвоживание углей в бункерах...............189
  11.3 Обезвоживание в элеваторах...................191
  11.4 Обезвоживание на грохотах....................192
12 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ...............194
  12.1 Теоретические основы.........................194
  12.2 Классификация центрифуг......................196
  12.3 Фильтрующие центрифуги.......................197
  12.4 Осадительные центрифуги .....................207
  12.5 Осадительно-фильтрующие центрифуги...........211

5

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФИЛЬТРОВАНИЯ..................217
  13.1 Общие сведения.............................217
  13.2 Фильтрационное оборудование................218
    13.2.1 Дисковые вакуум-фильтры................218
    13.2.2 Ленточные вакуум-фильтры...............224
    13.2.3 Фильтры-прессы.........................225
    13.2.4 Ленточные фильтры-прессы непрерывного действия ....229
    13.2.5 Дисковый фильтр под давлением HBF фирмы «Андритц»...............................230
14 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СГУЩЕНИЯ ШЛАМОВ И ОСВЕТЛЕНИЯ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ.......................233
  14.1 Общие сведения.............................233
  14.2 Аппараты и сооружения для сгущения шламов и осветления шламовых вод....................................236
  14.3 Схемы осветления отходов флотации и складирования осадков.........................................247
15 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СУШКИ УГЛЕЙ...................252
  15.1 Общие сведения.............................252
  15.2 Сушильные аппараты.........................254
    15.2.1 Барабанные газовые сушилки.............255
    15.2.2 Газовые трубы-сушилки..................259
    15.2.3 Сушилки «кипящего» слоя................261
    15.2.4 Пылеулавливание........................264
16 ОБОРУДОВАНИЕ ВНУТРИФАБРИЧНОГО ТРАНСПОРТА........268
  16.1 Ленточные конвейеры........................268
  16.2 Насосное оборудование......................277
    16.2.1 Водно-шламовое хозяйство...............277
    16.2.2 Насосы и насосные установки............278
17 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ БРИКЕТИРОВАНИЯ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ.............................................284
18 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И СЖИГАНИЯ ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ..............................................296
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК...........................316

6

        ПРЕДИСЛОВИЕ


     Данное учебное пособие явилось результатом многолетнего преподавания дисциплины «Горные машины и оборудование» для студентов горных специальностей и, в частности, для специализации «Обогащение полезных ископаемых». Особенность пособия - его прикладная направленность.
     По теме обогащения и переработке полезных ископаемых издано достаточно много учебников для вузов, но в них большей частью освещены вопросы технологии полезных ископаемых и почти отсутствуют учебные пособия, отражающие только механическое оборудование, работающее на обогатительных фабриках.
     Пособие написано таким образом, чтобы обучающиеся имели возможность самостоятельно изучать курс с помощью приведенных иллюстраций применяемого оборудования. Также изучение конструкций, описанных в данной работе, с одновременным видеопоказом на практических занятиях позволит значительно повысить усвояемость учебного материала и углубить, закрепить знания обучающихся.
     В учебном пособии после каждого раздела приведены контрольные вопросы, ответы на которые позволят студенту более основательно разобраться в изучаемой теме и подготовиться к экзамену.

7

        ВВЕДЕНИЕ


     Согласно Программе развития угольной промышленности России, добыча угля в Российской Федерации в 2030 г. составит 410 (базовый) или 480 млн т (оптимистичный вариант). Только в Кузнецком бассейне планируется добывать более 300 млн т. На начало 2020 г. в России функционировало 58 шахт и 133 разреза, в том числе в Кузбассе работают 93 угледобывающих предприятия: 41 шахта и 52 разреза.
     По видам углей в Кузбассе преобладают каменные угли всех марок, от длиннопламенных до тощих и антрацита. Добываемый уголь во многих случаях не отвечает требованиям потребителей по основным качественным показателям: зольности, влажности, теплотворной способности и спекающим свойствам.
     Повышение его качества на современном этапе возможно только с применением соответствующих методов обогащения, что позволит получать высококачественные концентраты коксующихся и энергетических углей, востребованные как на внутреннем, так и на внешнем рынках.
     В 2019 г. в России добыто 441,4 млн т угля, из которых каменный уголь для коксования составляет 98,6 млн т (22,3 %), остальной уголь предназначен для энергетических нужд (342,8 млн т - 77,7 %). В Кузбассе в 2019 г. добыто 251 млн т угля, что составляет 57 % от объёма всей российской добычи, при этом угля коксующихся марок добыто 71,7 млн т (72,7 %). На обогащение было направлено 205,9 млн т - 46,6 % (в Кузбассе 138,6 млн т - 55,2 %), в том числе угля коксующихся марок 100,0 млн т - 71,7 % (в Кузбассе -71,7 млн т - 100,0 %). В дальнейшем планируется выйти на 90 процентов обогащения всего кузбасского угля, что является стратегически важной задачей дальнейшего развития производственного потенциала угольного Кузбасса.
     В Кузбассе находятся в эксплуатации более 55 углеобогатительных фабрик и 12 установок с крутонаклонными сепараторами для

8

обогащения разубоженной горной массы. И только на 15 ранее построенных обогатительных фабриках применяются технологические водно-шламовые схемы, которые имеют наружные гидроотвалы и шламовые отстойники.
     На современных обогатительных фабриках применяются замкнутые водно-шламовые схемы, которые не предусматривают использование наружных отстойников. Используемое оборудование для обезвоживания угля, в первую очередь мелких и самых тонких классов, обеспечивает возможность получения угольного концентрата с влажностью, удовлетворяющей безопасную (с точки зрения отсутствия смерзаемости) его отгрузку в зимнее время, без применения дорогостоящей и пожаро-взрывоопасной термической сушки. Для концентратов в схемах нового поколения предусмотрены крытые склады, что способствует удалению свободной влаги и улучшению экологической обстановки. Наряду с повышением глубины переработки углей существенным и актуальным является экологически безопасная утилизация тонких угольных шламов, количество которых на новых фабриках составляет до 10 % от переработанного угля. В связи с этим проекты новых фабрик должны разрабатываться по новейшим технико-технологическим стандартам, которые отвечают самым строгим требованиям экологии.
     На обогатительных фабриках нового поколения России, и в частности Кузнецкого бассейна, применяется в основном оборудование импортного производства. Кузбасс остаётся одним из крупных потребителей предприятий машиностроительной отрасли, причём не только зарубежных, но и российских. В Кемеровской области функционирует более 15 машиностроительных заводов, специализирующихся на производстве горно-шахтного оборудования, которые вполне могут разрабатывать и выпускать продукцию новой техники для обогащения угля.
     Угольные компании ещё на этапе ведения проектных работ должны предпринимать все возможные меры для обеспечения своих предприятий кадрами, способными грамотно эксплуатировать современную технику. Экономия на этой статье может перечеркнуть все старания, приложенные в процессе создания фабрики.
     На наш взгляд, настоящее учебное пособие позволит более полно познакомить студентов, будущих обогатителей и механиков, с тем оборудованием, с которым им предстоит работать как специалистам.

9

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ОБОГАЩЕНИЮ УГЛЕЙ
        1.1 Основные термины и определения

    Полезное ископаемое - природное минеральное образование земной коры неорганического или органического происхождения, которое может быть эффективно использовано в сфере материального производства.
    По физическому состоянию полезные ископаемые делятся на твердые (уголь, руда), жидкие (нефть, минеральные воды) и газообразные (газы природные горючие и инертные), по теплотворной способности - на горючие (уголь, древесина, нефть, природный газ) и негорючие (руда, гранит).
    Уголь - твердое горючее полезное ископаемое, образованное из видоизмененных остатков растений и представляющее собой сложные высокомолекулярные органические соединения. Различают уголь бурый, каменный и антрацит.
    Добываемые в шахтах и разрезах, угли представляют собой многокомпонентную смесь органической и неорганической частей угольных пластов и различных примесей, попадающих в эту смесь из прослоек угольного пласта и вмещающих его пород в процессе добычи и транспортировки.
    Рядовой уголь - добываемый уголь, который не подвергался механической обработке с целью изменения его физических и химических свойств.
    В связи с отмеченными обстоятельствами более 80 % добываемых полезных ископаемых подвергается обогащению.
    Обогащение полезных ископаемых - это совокупность методов и процессов первичной переработки минерального сырья с целью концентрации ценных компонентов в кондиционных продуктах путем удаления пустой породы и разделения минералов.
    При обогащении полезных ископаемых решаются следующие основные задачи:
    -  повышается содержание полезного компонента в сырье;
    -  из сырья удаляется большая часть вредных примесей;
    -      достигается однородность сырья по крупности и вещественному составу.
    Обогащение угля - обработка угля с целью повышения содержания в нем горючей массы путем отделения от него породных примесей в обогатительных аппаратах.

10

     Продукты при обогащении - конечные продукты, получаемые в результате переработки рядового угля на углеобогатительных фабриках.
     Исходный продукт - чаще всего рядовой уголь, поступающий на обогатительную фабрику.
     Концентрат - продукт обогащения, в котором содержание полезного компонента больше, чем в исходном, и отвечает требованиям заказчика.
     Отходы - неиспользованный на современном уровне развития технологии обогащения продукт, в котором содержание полезного компонента значительно меньше, чем в исходном.
     Промпродукт (промежуточный продукт) - это продукт обогащения, в котором содержание ценного компонента выше, чем в исходном, но ниже, чем в концентрате, в результате чего он может быть использован в качестве внутрифабричного топлива.
     Продукты обогащения составляют сумму концентрата и пром-продукта.
     Обогатительное предприятие - промышленное предприятие, которое предназначено для обогащения твердых полезных ископаемых.
     Углеобогатительная фабрика - промышленное предприятие, предназначенное для механической обработки рядовых углей с целью выделения из них одного или нескольких товарных продуктов заданного качества.
     Технологический комплекс - оборудование, установленное в соответствии с технологией обогащения.
     Технологическая схема - графическое изображение технологии обогащения.
     Схема цепи аппаратов - графическое изображение оборудования технологического комплекса.
     Качественно-количественная схема - технологическая схема, содержащая данные о качественно-количественных показателях распределения твердого полезного компонента в рядовом угле и продуктах технологических операций.
     Водно-шламовая схема - технологическая схема качественноколичественного распределения воды в рядовом угле и продуктах технологических операций.
     Технологическая операция - обработка сырья на единице оборудования, которая приводит к изменению качественных показателей. Все технологические операции делятся на предварительные, подготовительные, основные и вспомогательные.

11

     К предварительным технологическим операциям относятся операции, с помощью которых происходит отделение негабаритных кусков, железных материалов и т. д.
     В процессе подготовительных операций полезные ископаемые разделяются на машинные классы или приводятся в состояние, в котором проявляется наибольшая разность в контрастности свойств ценного компонента и других минералов и возможно последующее их разделение.
     В результате основных операций происходит разделение и концентрация ценного компонента в одном из продуктов разделения.
     Вспомогательные операции - в основном операции по доводке полученных продуктов обогащения до товарного вида или для складирования.
     Технологический процесс - совокупность технологических операций, обеспечивающих реализацию метода получения или обогащения машинного класса с заданными качественно-количественными показателями.
     Технология обогащения - совокупность технологических процессов, обеспечивающая переработку твердого полезного ископаемого в товарные продукты с заданными качественно-количественными показателями.
     Товарные продукты обогащения - продукты, которые по содержанию в них ценного компонента или других регламентируемых показателей соответствуют техническим условиям потребителя и являются готовыми по своему физическому состоянию к перевозке, складированию и использованию потребителем.
     Продукты разделения - продукты, получающиеся в результате обработки исходного продукта в процессе технологической операции.
     Технологический регламент углеобогатительного предприятия - свод правил, определяющий запуск и режим работы технологии обогащения углеобогатительного предприятия, обеспечивающий получение товарной продукции заданного качества с минимальными потерями горючей массы.
     Класс - часть зернистого материала, ограниченная диапазоном крупности.
     Фракция - часть зернистого материала, ограниченная диапазоном плотности.

12

     Машинный класс - часть полезного ископаемого определенной крупности, предназначенная для разделения на продукты обогащения в обогатительном аппарате соответствующей конструкции.
     Условно различают шесть машинных классов для обогащения:
     - класс более 13 мм - в тяжелосредных сепараторах;
     - класс 3.13 мм - в отсадочных машинах;
     - класс 1.3 мм - на винтовых сепараторах;
     - класс 0,5...1,0 мм - на винтовых шлюзах;
     - класс 0,005.0,5 мм - методом флотации;
     -      класс менее 0,005 мм (илы) не предназначается для обогащения, а направляется непосредственно в отходы.
     Потери угля с отходами - содержание угля (беспородной массы) в отходах обогащения, обусловленное неполнотой его извлечения в продукты обогащения.
     Технологически обоснованные (нормативные) потери угля -количество угля, которое не может быть извлечено в производственных условиях из рядового угля способами обогащения, применяемыми на углеобогатительном предприятии.
     Фактические потери угля - фактическое содержание угля (беспородной массы) в отходах обогащения.
     Механические потери угля - часть угля, поступившего на обогащение, которая исключена из баланса как скидка на отсев, выветривание, смывы и др.
     Сверхнормативные потери угля - разница между величиной фактических и нормативных потерь угля.
     Неклассифицированный уголь - уголь, который поступает на обогащение без разделения на машинные классы.
     Оборотная вода - вода, многократно используемая в технологических процессах обогащения угля, с содержанием твердого более 10 г/л.
     Техническая вода - вода, многократно используемая в технологических процессах обогащения угля, с содержанием твердого не более 10 г/л, и получаемая с помощью применения флокулянтов.
     Свежая техническая вода - вода для возмещения воды, теряющейся с продуктами обогащения, при сушке угольного концентрата, а также в результате фильтрации и испарения в илонакопителе.
     Транспортная вода - вода, используемая в технологических процессах для транспортирования обрабатываемого угля.

13

    Подрешетная вода - вода, подаваемая под решето отсадочной машины для создания вертикального перемещения постели.
    Пульпа - механическая смесь воды и угля.
    Сливной продукт - часть пульпы, в которой содержание твердой фазы ниже, чем в исходном питании.
    Сгущенный продукт - часть пульпы, в которой содержание твердой фазы выше, чем в исходном питании.
    Фугат - подситный продукт центрифуг.
    Фильтрат - подситный продукт фильтров.
    Осадок - надситный продукт центрифуг, ленточных вакуум-фильтров, фильтров-прессов.
    Кек - надситный продукт дисковых вакуум-фильтров.
    Обесшламливание - снижение содержания шлама в машинном классе.
    Обезыливание - снижение содержания илов в машинном классе.
    Обеспыливание - снижение содержания пыли в машинном классе (осуществляется сухим способом).
    Обезвоживание - снижение содержания воды в продуктах разделения.
    Гранулометрический состав - количественное распределение частиц по классам крупности.
    Фракционный состав - количественное распределение частиц по фракциям плотности.
    Глыба - отдельная часть твердого материала крупностью 500 мм и более.
    Кусок - отдельная часть твердого материала крупностью от 50 до 500 мм.
    Частица - отдельная часть твердого материала крупностью от 3 до 50 мм.
    Зерно - отдельная часть твердого материала крупностью до 3 мм.
    Шлам - совокупность зерен.
    Первичный шлам - шлам, который поступает на фабрику с рядовым углем.
    Вторичный шлам - шлам, образованный в результате измельчения или самоизмельчения рядового угля в технологической схеме фабрики.
    Необогащенный (рядовой) шлам - шлам, не прошедший процесса обогащения.

14