Использование рентгенорадиометрической сепарации для разделения высокозольных углей Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ИЗВЕСТИЯ УРАЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРС ИТЕТА

2005 СЕРИЯ: ГОРНАЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА Вып. 20

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ ОБОГАЩЕНИЯ

УДК 622.7 622.343

В. Я. IloianoH. В. В. Iloiиной. К). О. Федоров, И. Г. Носков. О. П. Тимксвич

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ВЫСОКОЗОЛЬНЫХ УГЛЕЙ

В связи со снижением рентабельности добычи и дальнейшей переработки угля из пластовых месторождений, возникает проблема снижения зольности. Решение этой задачи может быть обусловлено применением новых нетрадиционных методов обогащения, использование которых было затруднено невозможностью создания оперативных средств контроля зольности углей. В настоящее время появились высокопроизводительные автоматизированные установки для разделения углей на высокозольные и низкозольные (1).

Одной из таких является установка «ПИAT», предназначенная для сухого обогащения разу-боженных углей крупностью от 40 до 150 мм в воздушной среде, без использования воды, как это происходит при традиционном обогащении. «ИИАТ» позволяет без дополнительных сооружений водно-шламого хозяйства перерабатывать горную массу, которая раньше шла в отвалы путем разделения исходного сырья на основе рапичия в электропроводности угля и породы.

Принцип действия этой установки заключается в следующем.

Поступающая горная масса, содержащая от 30 % угля и выше, конвейером подастся на грохот. где происходит отделение класса -25+0 мм. Данный продует отгружается потребителям. Верхний класс +25 мм поступает на обогатительную установку «ПИАТ» и распределяется там тонким слоем. Специальные датчики распознают содержание материала, уголь тго или порода, à затем пневматическое сопло, используя сжатый воздух, «отстреливает» уголь, который вылетает за специальную перегородку и поступает на конвейер, а затем на склад готовой продукции. Оставшаяся порода грузится в думпкары и отправляется в отвал [ 1 ].

В данной статье рассматривается вопрос применения рснтгенорадиометричсского метода для разделения углей по зольности.

Рентгснорадиомстрический метод обогащения основан на возбуждении атомов анализируемых элементов с помощью первичного излучения и на последующей регистрации характеристического излучения возбужденных атомов с помощью специальной аппаратуры. Рентгеновские лучи представляют собой электромагнитное излучение, занимающее широкий диапазон спектра (4.5-10" - 10'" м) (2). и возникают в результате переходов электронов между различными уровнями энергий в электронной оболочке или при торможении заряженных частиц. В результате взаимодействия излучения указанного диапазона с веществом происходит ионизация атомов. Поскольку электроны, окружающие атомное ядро, располагаются на отдельных энергетических уровнях (К. L, M и т. д.), при удалении одного из электронов атом оказывается в возбужденном состоянии. Он возвращается в нормально? состояние путем целого каскада последовательных переходов электронов с одного энергетического уровня на другой с постепенным снижением энергии перехода. В результате таких переходов избыток энергии атома теряется за счет испускания фотонов, образующих характеристическое рентгеновское излучение, называемое также рентгеновским флуоресцентным излучением. Энергия характеристического рентгеновского излучения элемента согласно закона Моэли пропорциональна квадрату его атомного номера, т. е. для каждого элемента энергия его характеристических рентгеновских линий строго фиксирована и их интенсивность определяется массовой концентрацией этою элемента в исследуемом образце. Эти два обстоятельства и являются физической основой рснтгенорадиометричсского метода (3|.

Технически измерение в лаймом метоле реализуется применением источника: радиоактивных изотопов или рентгеновской трубки, в ряде случаев - промежуточной мишени для улучшения селективного воздействия рентгеновского излучения на анализирующий объект, приемников рентгеновского излучения (пропорциональных счетчиков, амплитуда выходящего с детектора импульса пропорциональна энергии регистрируемого кванта, либо полупроводниковых детекторов, обладающих повышенным энергетическим разрешением), анализатора импульсов, необходимою для идентификации элементов по их спектральным линиям расчета концентрации. Существует ряд специальных методик измерения, направленных на снижение погрешностей измерения, определяющих наличие дополнительных элементов измерительных систем.

Рснтгенорадиометрический метод (РРМ) обогащения относится к числу «прямых» методов. При РР\1 наличии в качестве аналитических параметров наибольшее распространение к настоящему времени получили способы спсктралыых интснсивностсй. спектральных отношений и спектральных разностей [3, 4).

Для возможности разделения углесодержащих формаций РРМ воспользуемся способом спектральных отношений. В этом способе производится измерение спектральных величин hu представляющих собой отношение счета импульсов Nx и Ns, соответствующих потокам характеристическою рентгеновского излучения (ХРИ), определяемого элемента и рассеянного излучения источника возбуждения.

Потоки ХРИ и рассеянною излучения в олинаковой мере зависят от геометрии измерения, величины потока возбуждения излучения и эффективности детектора.

Влияние вещественного состава вмещающих пород проявляется слабо и может сказаться лишь в случае существенного различия массовых коэффициентов для ослабления характеристическою рентгеновского и рассеянного излучения, когда интенсивность потока излучения прошедшего через слой вещества и осаженного от него определяется зарядом ядер Z и числом атомов в единице объема [2, 3,4J.

Для рентгенорадиометрического метода обогащения углей признаком разделения является содержание золы Ас (%), но определение этого показателя прямым методом затруднено ввиду того, что зольность Ас связана с существенным различием между зарядом ядер угольною вещества [Zy ■ 6+7) и золообразуюших минеральных примесей [Zn = 12+13]. Эффективный атомный номер угля является функцией его зольносги (5). Основным источником ошибок измерения зольности РРМ является неустойчивое содержание в угле соединений железа, кальция, серы, для компенсации которых предусмотрена фильтрация рассеянного излучения. Эффективность способа спектральных отношений была проверена при изучении разделительных признаков углей: ОАО «Эки-бастуз» и ОАО «Вахрушевуюль».

Для исследования была отобрана проба класса -50+25 мм из проб рядовой добычи. Испытание проводились на промышленном четырехручьевом рентгенорадиометрическом сепараторе СРФ-4-150, установленном на технологическом стенде «Радос». конструкция которого приведена на рис. 1 [6].

Для изучения контрастности, настройки сепаратора, предварительного режима сепарации от исследуемого продукта были отобраны 100 кусков по каждому типу месторождений. Измерение этих продуктов осуществлялось при свободном галении с раскладчика со скоростью I м/с, ширина щели коллиматора была равна 20 мм. что обеспечивало время экспозиции кусков в зоне регистрации 20 мкс. На рис. 2 4 представлены елиничнме спектры ХРИ для характерных образцов углесодержащих продуктов (угля, сланца, песчаника). Режим работы рентгеновского излучателя ИРАМ-50 задавался для оптимальною выделения низкозольных углей путем выбора материала анода рентгеновской трубки Re (напряжение анода РТ - 46 кВ. ток анода РТ - 50 мкА; фильтр AI -5 шг). В качестве детектора рентгеновского излучения использовался пропорциональный газовый счетчик СИ 11 Р-3 (Хе).

При анализе спектральных характеристик был выбран аналитический параметр h\. косвенно связанный с зольностью угля, в виде алгоритма

а

б

5040

пулы управления

Рис. I. Схема (а) и общий вил (С) радиометрического сепаратора С РФ - 4-150 (г. Красноярск, стенд «Радос»)

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА С ЕПАРАТОРА

Производительность, т/ч

Крупность сортируемою материала, мм

Источник первичного рентгеновского излучения

Напряжение на аноде рснлсновской трубки. кВ Напряжение питания счетчика СИ-11-Р-З. И Тип исполнительною устройства Быстродействие исполнительного устройства, Гц Надежность отбора ку сков крупностью -50 + 25 мм, % Аналитический параметр

20-25 - 50+25

ренп еновская трубка 5 ЬХВ-6 с рененым анолом 46 1400

электромагнитный 100

£ 95

спектральное отношение вторичного характеристического рентгеновского ихтучения ко1ггролирусмых элементов (7.4- 10.2 к>В)

к рассеянному рентгеновскому излучению источника (20 - 25 кэВ)

Покм 50 33.5 кВ Но Э«А]

П11ЧМК . , батчик п1

Д*ТНИК 1 N. имп/с __ )_^^

"иДЖИ

Рис. 2. Спектры характеристического рентгеновского излучения для образцов углесодержаших формаций (уголь)

П»*и-30 33.5 кВ Датчик 1

1 С 42. 57) 1100 г < 64, »3» 713

3 < Ю1 , 200> 6716

4 ( 49.199) 6743 Инт*гр«л = 9972

Гл1= 0.164 Н2 = 0.106 *»=0.164<0.027> П1 = 164 Н»г 58.Ох в- о.ООО Ц. т= 0< 117 > С,Х= 1.921

А' = 12.8%

Рис. 3. Снекгры характеристического рентгеновского излучения для образцов углесодержаших формаций (сланец)

Пр«м-50 35.5 кВ

Датчик 1

1 < 42, 37) 479

2 < 64. 95 > 348

3 < Ю1, 200> 1648

4 < 99,199) 1663 Интеграл = 3157

Н1 = О. 291 Гъ2= О.333 Р=0.291<0.027> П1 = 50 Я»= 28.2 X Я= О.ООО Ц. ▼= 0< 117> С, У- 1.639

А« = 60 %

1 ( 42, 37 > 1003 г С 64, 93) 1609

3 < Ю1 , 200> 12782

4 < 99,199>12884 Иикгрил = 17760

Ь1= 0.079 Ь2- О.126 Р=0.079< О.027 > (11 = 146 Вв= 61.2Х «= О.ООО Ц. т= 0< 117 > С.Х= 2.111

1 А* = 7.4 %

Е. кэВ

Рис. 4. Спектры характеристического рентгеновскою излучения для образцов углесодержаших формаций (песчаник)

200

Но 3«0 1

N. имп/(

датчик М

N.

где N еи Ы, - соответственно интенсивность регистрируемого рассеянного излучения впадины

(поз. 1,2) рис. 2-4 и вторичного рассеянного излучения рентгеновского излучателя.

Алгоритм характеризуется следующим: если минерализация исследуемых углей по содержанию железа, кальция, стронция, серы, фосфора малы, о чем свидетельствует пик железа, впадина поднимается от оси Е - энергии квавтов (поз. 1 рис. 2), что соответствует меньшей зольности Л| » 0,079. Увеличение минерализации угля приведенными элементами приводит к стремлению впадины приблизиться к оси Е (поз. 2 рис. 3, 4), что соответствует увеличению зольности и параметра Л| = 0,164 и Л| ■ 0,291 соответственно. При этом происходит поднятие пика спектральной характеристики железа. На основании полученных спектрограмм исходный продукт по разделительному признаку разделялся на 3 продукта. Граница разделения от 0 до 0,1 соответствует концентрату, от 0,1 до 0,2 - промпродукту, более 0,2 - хвостам. Технологическая схема приведена на рис. 5.

Результаты испытания рснтгенорадиомстричсской сепарации приведены в таблица

Результаты разделения углей ренлснорадиометрическим методом (класс 50- 125 мм)

Месторождение Продукт обогащения Выход Массовая доля юлы. Л',% Извлечение толы, Е4, %

масса, кг %

Экибастуз Концентрат 6.25 25,00 7,12 5,21

Пром продукты 5,65 22,60 12,80 8,46

Хвосты (порола) 13,10 52,40 56,30 86.33

Итого 25,00 100 А'исх- 34,17 А^исх - 100

Вахрушевуголь Концентрат 5,12 20,48 8,20 4,56

Пром продукты 4,56 18,24 15,20 7,52

Хвосты (порола) 15,32 61,28 52,90 87,92

Итого 25,00 100 Аеисх - 36,87 100

Исходный продукт

Ренттенорадиометричсская сепарация

0-1

концентрат

1-2

>0,2

пром продукт

хвосты

Рис. 5. Технологическая схема проведения исследования

Анализ зольности полученных продуктов подтвердил принципиальную возможность применения РРМ предварительного обогащения высокозольных углей исследуемых месторождений. Использование данного метода позволит удалять 50 - 60 % хвостов с высоким содержанием золы и выдавать кондиционный продукт потребителям.

Исследуя динамику изменения зольности углей данных месторождений было установлено, что для Экибастуза бортовое содержание золы в пределах 38 - 42 % при материнской зольности 10 - 18 %, в ОАО «Вахрушевуголь» пластовая зольность составляет 41 - 45 % при материнской зольности до 22 %. Все это свидетельствует о целесообразности использования методов предварительной концентрации при добычи угля.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Переработка угля: новая технология сухого обогащения // Уголь. 2003. № 1. С. 25-28.

2. Мокроусов В. А.. Лияеев В. А. Радиометрическое обогащение нерадиоактивных руд. М.: Наука, 1979. 192 с.

3. Ревнивцев В. И.. Рыбакова Т. Г.. Леман Е. П. Рентгенорадиометрическое обогащение комплексных руд цветных и редких металлов. М.: Недра, 1990. 12') с.

4. Федоров Ю. О., Цой В. П.. Коренев О. В. Возможности радиометрического обогащения и опробования полезных ископаемых в новых экономических условиях // Российский геофизический журнал. 1997. №7-8. С. 31-37.

5. Кипнис Ш. Ш. Технический контроль на углеобогатительных фабриках. М.: Недра, 1978. 288 с.

6. Федоров Ю. О., Развозжаев Ю. И., Коршунов А. А. К вопросу разработки ренттеноралиометриче-ских сепараторов // В кн.: Новые процессы обогащения руд. Л., 1981. С. 62-67.

УДК 622.7:622.377.6

К. А. Ионов, В. С. Ясенев, К. В. Захарова

ОПТИМИЗАЦИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ПРИ ПНЕВМАТИЧЕСКОМ ИЗВЛЕЧЕНИИ АСБЕСТОВОГО ВОЛОКНА В КОНЦЕНТРАТ С ГРОХОТОВ

Процесс обогащения асбестовой руды относится к гравитационным методам обогащения и осуществляется на грохотах с отсасыванием асбестового волокна воздушными струями. Данный метод реализуется за счет различия (контрастности) физико-механических свойств асбестового волокна и породных частиц, главными из которых являются удельная поверхность и скорость витания частиц.

Пневматическое отсасывание асбестовых концентратов является главным энергопотребителем с годовым расходом электроэнергии 39-43 % от общего количества электроэнергии, потребляемой асбсстообогатительными фабриками. Динамика повышения стоимости электроэнергии, потребляемой вентиляторами централизованной системы пневмотранспорта из электрической сети, приводит к необходимости разработки мероприятий и поисков резервов по снижению расхода электроэнергии на технологические цели.

Дзя извлечения асбестового концентрата с грохота применяется воздухоприемник в виде раструба с узкой отсасывающей щелью, снабженный с двух сторон подвижными крыльями. Регулирование процесса разделения асбестового волокна и породных частиц (гали) производится, в основном, путем изменения положения крыльев над слоем материала, перемещающегося по плоской поверхности разделения, выполненной в виде перфорированной рамки схода грохота. Таким образом, воздухоприемник и расположенная под ним поверхность разделения образуют узел отсасывания {блок-модуль), от эффективной работы которого зависят качсствснно-количсствснныс характеристики извлекаемых концентратов.

Исследованиями установлено, что концентраты, поступающие в III перечисти ой поток цеха обогащения участка № 1 фабрики ОАО «Ураласбест» содержат: гали +0,5 мм - 18,4 %; пыли -0,5 мм - 55,1 %; волокна - 26,5 %. Содержание гали в черновых концентратах в цехе обогащения участка № 1 в 2 раза больше, чем в извлеченных концентратах цеха обогащения фабрики ОАО «Оренбургские минералы», что приводит к повышенному износу систем пневмотранспорта и ухудшению качества продукции. Извлечение асбеста по участку № 1 фабрики ОАО «Ураласбест» составляет 75-77 %, что значительно ниже, чем на фабрике ОАО «Оренбургские минералы» (92 %). Удельный расход воздуха на извлечение 1 т волокна в рудном потоке за 2002 г. больше в 1,8 раза, чем на фабрики ОАО «Оренбургские минералы» (5,4-10* м3/ч т против 3.0103 м'/ч т). Следовательно, повышение извлечения, улучшение качества асбестовых концентратов, а также