Strona główna

Eksploatacja złóż

Maszyny
i
urządzenia górnicze

Miernictwo górnicze

Zajęcia praktyczne

 

 

PRZERÓBKA MECHANICZNA WĘGLA  1

I.        Wiadomości ogólne. 1

II.       Klasyfikacja. 2

1.        Przesiewanie. 2

2.        Przesiewacze. 3

a.        Przesiewacze rusztowe nieruchome. 4

b.        Przesiewacze rusztowe ruchome. 4

c.        Przesiewacze wahadłowe. 4

d.        Przesiewacze szybkodrgające. 5

3.        Klasyfikacja hydrauliczna. 5

III.          Rozdrabianie. 5

1.        Kruszarki szczękowe. 6

2.        Kruszarki stożkowe. 6

3.        Kruszarki walcowe. 7

4.        Kruszarki i młyny udarowe. 7

5.        Młyny i kruszarki bębnowe. 7

IV.           Wzbogacanie. 8

1.        Wzbogacanie grawitacyjne. 8

a.        Osadzarki 8

b.        Wzbogacalniki stożkowe. 9

c.        Wzbogacalniki strumieniowe. 9

d.        Wzbogacalniki zawiesinowe. 10

e.        Wzbogacanie na stołach koncentracyjnych. 12

2.        Wzbogacanie fizykochemiczne - flotacja. 12

3.        Chemiczne metody wzbogacania. 14

a.        Wzbogacanie chemiczne mokre. 14

b.        Wzbogacanie chemiczne suche. 14

V.       Urządzenia pomocnicze w zakładach przeróbczych. 15

1.        Odwadnianie i odmulanie. 15

a.        Sita łukowe i odśrodkowe. 15

b.        Wirówki odwadniające. 16

c.        Zbiorniki obciekowe. 16

d.        Filtry próżniowe odwadniające. 16

e.        Zagęszczanie mułów.. 16

2.        Suszenie. 17

3.        Odpylanie. 17

VI.           Bibliografia. 18

 

I.     Wiadomości ogólne

Wydobyty urobek jest mieszaniną ziarn o różnych rozmiarach oraz kształtach i o różnym składzie mineralnym. Nazywany jest nadawą. W celu nadania surowemu urobkowi pełnej wartości przemysłowej kieruje się go do zakładu przeróbczego.

W przeróbce mechanicznej węgla rozróżnia się:

operacje zasadnicze, to jest:

   klasyfikację,

   rozdrabianie,

   wzbogacanie,

operacje pomocnicze, to jest:

   odwadnianie i suszenie,

   odpylanie i odmulanie,

   brykietowanie,

   transport wewnętrzny i magazynowanie.

Klasyfikacja jest to rozdział nadawy na grupy ziarn o określonych wymiarach.

Rozdrabianie przeprowadza się w celu otrzymania ziarn o żądanym wymiarze lub dla oddzielenia węgla od skały płonnej.

Wzbogacanie polega na oddzieleniu z nadawy grup ziarn o tych samych cechach mineralnych.

Odwadnianie i suszenie sprowadza się do usunięcia z nadawy nadmiaru wilgoci.

Odpylanie i odmulanie polega na usunięciu z nadawy ziarn o wielkości do 1 mm.

Brykietowanie jest to formowanie z miału węglowego zwięzłych brykietów.

Transport i magazynowanie dotyczy podawaniu nadawy z jednej operacji do drugiej.

Powyższe operacje przeróbcze są wykonywane przeznaczonymi do tego celu maszynami  i urządzeniami według określonego schematu przeróbczego.

II.   Klasyfikacja

Klasyfikacji dokonuje się przez:

   przesiewanie na sitach, zwane klasyfikacją mechaniczną lub przesiewaniem,

   osadzanie w wodzie lub powietrzu, zwane klasyfikacją hydrauliczną.

1.    Przesiewanie

Przesiewanie przeprowadza się na przesiewaczach, których głównymi elementami są sita. Podczas przesiewania na sicie pozostają ziarna większe od wymiarów otworów w sicie, a pod sito spadają ziarna mniejsze od otworów. W praktyce stosuje się układ przesiewania przedstawiony na rysunku 1, w którym każde sito niżej położone ma coraz to mniejsze otwory. Na każdym sicie wydzielają się z nadawy ziarna o większych wymiarach, jako produkt, zaś pozostała część urobku spada kolejno na sita dolne, aż do oddzielenia ziarn najmniejszych.

 

  Rys.1. Układ przesiewania wielokrotny

 

 

 

Rys. 2 Wymiary sortymentów węgla

 

Podział nadawy na handlowe sortymenty węgla przedstawiono na rysunku 2.

 

2.    Przesiewacze

Przesiewacze, służą do sortowania i dzielenia nadawy na klasy ziarnowe oraz do odwadniania i odmulania klas ziarnowych średnich i drobnych. Głównym elementem przesiewaczy są sita, które ze względu na budowę mogą być:

   z blachy dziurkowanej,

   plecione i tkane,

   szczelinowe i rusztowe.

Natomiast same przesiewacze przemysłowe dzielą się na:

   rusztowe nieruchome,

   rusztowe ruchome,

   wahadłowe,

   szybkodrgające (wibratory).

a.   Przesiewacze rusztowe nieruchome.

Przesiewacze nieruchome są to stale ruszty służące do wstępnego odsiania gruboziarnistej nadawy (rys 3). Kąt nachylenia rusztu względem poziomu wynosi powyżej 30°, aby materiał mógł swobodnie zsuwać się po ruszcie w dół. Ziarna mniejsze od szczelin przesypują się między szynami do zsuwni i są kierowane do dalszej przeróbki, a sortyment grubych kęsów otrzymany z rusztu stanowi produkt handlowy. Ze względu na niską wydajność ruszty nieruchome nie znajdują szerszego zastosowania.

 Rys. 3. Schemat przesiewacza rusztowego nieruchomego

b.   Przesiewacze rusztowe ruchome.

 Przesiewacze tej grupy znajdują zastosowanie do przesiewania surowej nadawy celem odsiania ziarn najgrubszych. Najczęściej spotykane typy to przesiewacze z rusztowinami wahadłowymi lub obrotowymi.

Przesiewacz z rusztowinami wahadłowymi składa się z dwóch typów rusztowin: stałych i ruchomych nachylonych w kierunku ruchy urobku pod katem 90. Rusztowiny ruchome poruszają się między rusztowinami nieruchomymi w ten sposób, że gdy rusztowiny są u dołu, to spadają na nie ziarna nadawy z rusztowin stałych, a przy ruchu rusztowin ruchomych do góry ziarna są wypychane skośnie do góry i do przodu. W ten sposób następuje stale przemieszczanie ziarn wzdłuż rusztu i przesypywanie ziarn do zsypni pod rusztem. Ruszty ruchome pracują w sposób łagodny i nie kruszą nadawy.

Przesiewacz z rusztowinami obrotowymi jest najczęściej stosowanym rusztem ruchomym w sortowniach. Konstrukcja przesiewacza jest bardzo prosta. W stałej ramie, nachylonej pod kątem 12°, są ułożyskowane poprzeczne rusztowiny, które obracając się w kierunku nachylenia ramy, przepychają ziarna wzdłuż rusztu, powodując ich odsiewanie. Napęd rusztowin stanowi silnik elektryczny, który przez przekładnię zębatą, koła łańcuchowe i łańcuch łubkowy obraca rusztowiny.

c.   Przesiewacze wahadłowe.

Przesiewacze wahadłowe znajdują zastosowanie w bardzo szerokim zakresie rozdziału ziarn — od ziarn najgrubszych do miałów i mułów.

Przesiewanie odbywa się na sitach z blach dziurkowanych lub na sitach plecionych bądź tkanych. Sita są w kierunkach wzdłużnym i poprzecznym mocno napięte i przymocowane do boków skrzyni zabezpieczającej klasyfikowane ziarna przed rozsypywaniem się poza obręb przesiewacza. Skrzynia wraz z sitem. nazywa się rzeszotem. Rzeszota są podpierane lub podwieszane w sposób sprężysty do stałych ram, a napęd odbierają od mechanizmów wahadłowych. Ten rodzaj napędu rzeszota oraz jego nachylenie wywołuje prostolinijny przesuw ziarna po sicie.

d.   Przesiewacze szybkodrgające.

Przesiewacze szybkodrgające, tzw. wibratory, znajdują zastosowanie przy odsiewaniu wszystkich klas oraz do ich odwadniania. Zasada działania jest podobna jak w przesiewaczach wahadłowych. Wibratory posiadają większe drgania (w granicach 1000 obrotów na minutę) oraz mniejszą amplitudę drgań (około 4 mm).

3.    Klasyfikacja hydrauliczna

Klasyfikacja hydrauliczna polega na oddzieleniu klas ziarnowych z mieszaniny materiałowej w strumieniu płynącej wody lub w strudze powietrza. Wykorzystuje się przy tym zależność prędkości opadania ziarn w ośrodku ciekłym lub gazowym od ciężarów właściwych tych ziarn, a częściowo również od ich kształtu i wymiarów.

Jeżeli przez koryto o rozszerzającym się przekroju będzie przepływać strumień wody to prędkość jego przepływu będzie stale malała. W korycie takim, poprzedzielanym poprzecznymi przegrodami, nie dochodzącymi do powierzchni zwierciadła wody, w poszczególnych przedziałach będą osadzały się określone klasy ziarnowe. Ziarna o największych wymiarach i największym ciężarze opadają szybciej i osadzają się w pierwszym przedziale, natomiast „ziarna najdrobniejsze i najlżejsze w przedziale ostatnim. W dnie każdego przedziału można wbudować odbieralniki, którymi odprowadzi się osadzoną klasę ziarnową. Tak sarno zachowują się ziarna w przepływającej strudze powietrza sprężonego.

Klasyfikacja hydrauliczna jest stosowana w przeróbce mechanicznej węgla jako operacja wtórna np. przy oddzielaniu mułów w obiegach wodnych.

III.  Rozdrabianie

Rozdrabianie jest procesem przeróbczym, polegającym na dzieleniu poszczególnych ziarn materiału na mniejsze części przez ich: zgniatanie, ścinanie, ścieranie, uderzanie lub łamanie (rys. 4) .

    

Rys. 4. Sposoby rozdrabniania         a — zgniatanie, b — ścinanie, c — ścieranie, d — uderzenie, c—łamanie

 Rozdrabianie ma na celu:

   wytworzenie klas ziarnowych o określonej, największej wielkości ziarn,

   wytworzenie wymiarów sortymentów handlowych według życzenia odbiorcy

   oddzielenie węgla od skały płonnej przed procesem wzbogacania.

Rozdrabianie grube, średnie i drobne ogólnie określa się, jako kruszenie, a maszyny służące do tego celu „nazywają się kruszarkami. Rozdrabianie miałkie jest to mielenie, a maszyny do tego celu używane nazywa się młynami:

Ze względu na sposób rozdrabiania i budowę urządzenia, kruszarki i młyny dzielą się na:

   szczękowe (zgniatanie i łamanie),

   stożkowe (zgniatanie i łamanie),

   walcowe (zgniatanie i ścieranie),

   udarowe (uderzanie),

   bębnowe (uderzanie i ścieranie).

1.    Kruszarki szczękowe

Kruszarki szczękowe służą do grubego i średniego rozdrabiania materiałów twardych i bardzo twardych. Zgniatanie materiału odbywa się między dworna szczękami, z których jedna jest nieruchoma, zaś druga wykonuje ruch wahadłowy dookoła osi zawieszenia szczęki.

Wszystkie elementy kruszarki są wykonane, jako masywne i konstrukcyjnie wytrzymałe odlewy staliwne, ponieważ przy rozdrabianiu w tego typach kruszarkach występują bardzo duże siły. Na wymienne wykładziny szczęk stosuje się trudnościeralne staliwo manganowe. Kruszarki szczękowe znalazły zastosowanie przy kruszeniu materiałów twardych np. w kamieniołomach.

2.    Kruszarki stożkowe

Kruszarki stożkowe, podobnie jak szczękowe, pracują na zasadzie zgniatania połączonego z łamaniem między dwoma szczękami: nieruchomą i ruchomą (rys. 248). Szczękę nieruchomą stanowi zewnętrzny stożek 1, a szczękę ruchomą ścięty stożek wewnętrzny 2. Stożek wewnętrzny jest osadzony na wale 3. Ruch obrotowy wału jest wywołany napędem składającym się z silnika elektrycznego, przekładni, sprzęgła i pary kół zębatych stożkowych 4. Ponieważ dolny czop walu jest osadzony mimośrodowo w tulei 5 połączonej z kołem zębatym stożkowym, dlatego wał obraca się wokół osi, która w górze przechodzi przez jeden punkt, w dole zaś zatacza koło.

Przy tego rodzaju ruchu pobocznica stożka wewnętrznego kolejno zbliża się i oddala od pobocznicy stożka zewnętrznego. W czasie zbliżania się tych powierzchni ziarna znajdujące się między nimi ulegają łamaniu i zgniataniu, w czasie zaś oddalania przesuwają się w dół lub wypadają spomiędzy obu elementów kruszących.

   Rys. 5. Schemat kruszarki stożkowej

 

3.    Kruszarki walcowe

Kruszarki walcowe stosuje się do kruszenia miękkich, kruchych i średnio twardych skał. Elementami roboczymi są dwa lub jeden walec. Kruszenie materiału następuje przez zgniatanie oraz w większym lub mniejszym stopniu przez ścieranie.

W kruszarkach z walcami uzębionymi, a takie są przede wszystkim stosowane do rozdrabiania węgla, głównym działaniem walców jest rozłupywanie.

Rys. 6. Schemat kruszarki dwubębnowej

Na schemacie rysunku 6 pokazano kruszarkę dwuwalcową o walcach gładkich. Częściami roboczymi są dwa walce, osadzone na poziomych równoległych walach. Wały są obustronnie podparte w łożyskach umieszczonych na stałej ramie, przy czym łożyska pierwszego wału są nieruchome, natomiast łożyska drugiego wału mogą się przesuwać w prowadnicy związanej z ramą. Jeżeli między walce dostanie się przedmiot zbyt twardy, to siła zgniatająca wzrośnie i po ugięciu sprężyn walec przesuwny odsunie się na potrzebną odległość od walca stałego, aby przepuścić za twardy do skruszenia przedmiot.

Kruszarka jednowalcowa zamiast drugiego walca posiada wklęsłą płytę z wkładką ze stali manganowej, odpornej na uderzenia i ścieranie.

4.    Kruszarki i młyny udarowe

Kruszarki i młyny udarowe są stosowane do rozdrabiania średniego, drobnego, a nawet miałkiego materiałów kruchych i niezbyt twardych oraz nie nawilgoconych. Duże rozpowszechnienie uzyskały one dzięki dużej wydajności w stosunku do rozmiarów, prostocie konstrukcji i łatwości obsługi.

Kruszarka młotkowa rozdrabianie jest wywołane uderzeniami młotków umocowanych przegubowo na tarczach wirnika, a w pewnym stopniu również uderzeniami ziarna o płyty kruszące, umocowane wewnątrz kadłuba kruszarki.

Kruszarka pierścieniowa jest ulepszoną wersją kruszarki młotkowej. W tym typie kruszarki na sworzniach tarcz wirnika zamiast przegubowych młotków zawiesia się luźne pierścienie stalowe z zewnętrzną powierzchnią uzębioną. Pierścienie odrzucane siłą odśrodkową na zewnątrz, rozbijają i ścierają ziarna nadawy, a przy ziarnach nie skruszonych mogą swobodnie cofnąć się ku środkowi wirnika.

5.    Młyny i kruszarki bębnowe

Wspólną cechą maszyn tej grupy jest rozdrabianie i mielenie materiałów, nawet bardzo twardych w obracających się bębnach ze stalowymi kulami bądź prętami wypełniającymi około 30% pojemności bębna. W czasie obrotu bębna kule lub pręty są unoszone po pobocznicy bębna na pewną wysokość i pod wpływem własnego ciężaru spadają, uderzając w „ziarna znajdujące się na dnie bębna. Część kul lub prętów zsuwa się po pobocznicy bębna, powodując ścieranie materiału rozdrabianego.

IV. Wzbogacanie

Podczas procesu wzbogacania można z mieszaniny ziarnowej oddzielić czysty węgiel jako koncentrat, przerosty jako produkt pośredni oraz skałę płonną jako odpady. Po rozdrobieniu produktu pośredniego, tj. przerostów i jego wtórnym wzbogaceniu, otrzymuje się znowu wtórne produkty wzbogacania (węgiel, przerosty, skalę).

Metody wzbogacania węgla dzielą się na:

grawitacyjne, w których praca odbywa się za pomocą:

   osadzarek,

   wzbogacalników stożkowych,

   wzbogacalników strumieniowych,

   wzbogacalników zawiesinowych w cieczach ciężkich,

   stołów koncentracyjnych,

fizykochemiczne (praca za pomocą flotowników).

1.    Wzbogacanie grawitacyjne

Zasada wzbogacania grawitacyjnego polega na wykorzystaniu różnicy prędkości opadania pod własnym ciężarem w ośrodku płynnym ziarn o różnych ciężarach właściwych.

 

a.   Osadzarki

Ze względu na konstrukcję osadzarki można podzielić na tłokowe i beztłokowe. Istotną różnicą między nimi jest tylko odmienny mechanizm wprawiający w ruch pulsacyjny wodę wypełniającą osadzarkę.

 

Rys. 7. Schemat osadzarki tłokowej

 

Osadzarkę tłokową ilustruje rysunek 7. Osadzarka jest zbudowana w kształcie skrzyni o przekroju podkowy, przedzielonej w górnej części podłużną przegrodą. Przegroda dzieli skrzynię na komory sitowe 1 i komory oscylacyjne 3, w których znajdują się tłoki 2 do wywoływania ruchu oscylacyjnego (w górę i w dół) wody wypełniającej osadzarkę. Część dolna osadzarki jest wykonana w formie lejów i służy do odprowadzenia skały płonnej i produktów pośrednich. W komorach sitowych są ułożone sita 4, które stanowią tzw. łoże robocze osadzarki. Na łoże doprowadza się odpowiednio uziarnioną nadawę z pewną ilością wody tzw. górnej.

Dla stworzenia warunków rozdziału nadawy na ziarna według ich ciężarów właściwych wprawia się w ruch mimośrody 6 zaklinowane na wspólnym wale napędowym 5. Wał jest napędzany kołem pasowym 7 odbierającym napęd od silnika elektrycznego. Rytmiczny ruch posuwisto-zwrotny tłoków powoduje oscylacyjny ruch wody w komorach sitowych. Oprócz tego w dolnych częściach komór oscylacyjnych jest stale doprowadzany strumień, tzw. wody dolnej. Pod działaniem oscylacji wody oraz prądu wody górnej i dolnej materiał znajdujący się na sicie jest unoszony do góry (ruch tłoków do dołu), a następnie opada w wodzie na łoże robocze (ruch tłoków do góry). Następuje stopniowe rozwarstwianie materiału od najcięższego na dole do najlżejszego na górze, ponieważ ziarna o ciężarze właściwym większym (kamień) opadają szybciej i kładą, się bezpośrednio na sicie, a ziarna lżejsze (węgiel) opadają w wodzie wolniej, układając się w warstwie górnej. Warstwę pośrednią stanowią przerosty. Wskutek poprzecznego prądu wody i małego nachylenia sita, nadawa stale przesuwa się w kierunku progów 8 i 9 ułożonych przy każdym leju. Przez szczelinę przy progu 8 przechodzą ziarna najcięższe, tzn. kamienie, przy progu 9 ziarna przerostów, a ziarna węgla jako najlżejsze są unoszone prądem wody i jako koncentrat spływają zsuwnią 10 umieszczoną w końcu komór sitowych. Ziarna po przejściu szczeliny opadają do lejów gdzie są odbierane - 11 skała płonna, 12 produkt pośredni.

W osadzarkach beztłokowych ruch wody jest wywołany okresowym doprowadzaniem powietrza sprężonego do zamkniętej od góry komory oscylacyjnej osadzarki, będącej odpowiednikiem komory tłokowej. Pozostałe elementy są zbudowane podobnie jak w tokarkach tłokowych.

Osadzarki są wykonywane dla ziarn grubości od 125 do 10 mm i dla miałów węglowych o uziarnieniu od 10 do 0 mm. Wydajność ich może dochodzić do 200 t/h.

b.   Wzbogacalniki stożkowe

Do wzbogacania średnich sortymentów węgla energetycznego o uziarnieniu od 80 do 20 mm, są stosowane wzbogacalniki stożkowe o wydajności około 100 t/h.

W tym typie wzbogacalnika rozdział nadawy odbywa się w stożkowej komorze, gdzie jest podawana po ciśnieniem woda, a ruch wody i nadawy jest wywoływany przez wolno obracające się mieszadło. Ziarna węgla są unoszone do góry i przelewają się z wodą na sito odwadniające, a ziarna przerostów i kamienia opadają na dół stożka.

c.   Wzbogacalniki strumieniowe

 Wzbogacanie nadawy można przeprowadzać wprost w strumieniu przepływającej wody. W strumieniu wody płynącej w nachylonym korycie ziarna o większym ciężarze właściwym stopniowo opadają w dół i trąc o dno są znacznie wolniej przemieszczane w kierunku wylotu koryta, niż ziarna lżejsze unoszone na powierzchni i w środku strugi wody. Na dnie koryt są rozmieszczone szczeliny, przez które odbierane są ziarna - od ciężkich do najlżejszych. Ten typ wzbogacalników w górnictwie węglowym obecnie nie jest stosowany.

d.   Wzbogacalniki zawiesinowe

Ciecze ciężkie to ciecze, których gęstość ( inaczej masa właściwa) jest większa od gęstości wody.

W surowym urobku znajdują się ziarna węgla o gęstości wynoszącej 1300 kg/m3 i kamienia o gęstości przekraczającej 2400 kg/m3. Przerosty mają gęstość pośrednią. Po wrzuceniu nadawy do cieczy ciężkiej, np. o gęstości 1800 kg/m3, nastąpi rozdział ziarn na ziarna węgla, które będą utrzymywać się na powierzchni cieczy, i ziarna kamienia, które osiądą na dnie naczynia z cieczą. Zainstalowane urządzenia we wzbogacalnikach służą do podawania nadawy i odbioru gotowych produktów.

Ciecze ciężkie, są to mieszaniny wody z bardzo drobno zmielonymi ziarnami ciężkich minerałów (magnetyt, hematyt, zendry, piasek kwarcowy, baryt, piryt i inne). Te drobno zmielone ziarna, zwane obciążnikami, tworzą w cieczy zawiesinę, a ich ilość decyduje o ciężarze właściwym cieczy ciężkiej. Najczęściej stosowanym obciążnikiem w cieczach ciężkich są drobno zmielone ziarna magnetytu (Fe304) o ciężarze właściwym 4600 kg/m3. Ilość wody i magnetytu w procesie mielenia dobiera się w ten sposób, by po zmieleniu uzyskać ciecz o określonym ciężarze właściwym — najczęściej od 1800 do 2200 kg/m3, którą włącza się do obiegu cieczy ciężkiej we wzbogacalnikach. Każdy wzbogacalnik ma swój zbiornik cieczy ciężkiej oraz pompę utrzymującą ciecz w obiegu.

Wzbogacalniki zawiesinowe statyczne. Spośród wielu typów wzbogacalników zawiesinowych statycznych, najczęściej są stosowane wzbogacalniki polskiej produkcji typu Disa 1, Disa 2  i  Disa 3.

Rys. 8. Wzbogacalnik Disa 1

 

Wzbogacalnik Disa 1.  Roboczą ciecz ciężką doprowadza się do skrzyni roboczej 1 wzbogacalnika Disa 1 (rys. 8) dwoma rurociągami 2 w jej części dennej, nadając jej ruch wznoszący się ku górze oraz strumieniem poziomym 3 w górnej części skrzyni od strony zasilania wzbogacalnika nadawą. Węgiel surowy skierowany do wzbogacania ulega rozdziałowi na dwa produkty. Koncentrat, unoszony płynącym strumieniem cieczy, wyładowuje się przelewem, przy czym odbiór koncentratu przyspiesza wygarniacz łopatkowy 4 zabudowany przed progiem przelewowym. Odpady opadające w kierunku dna wynoszone są ze wzbogacalnika kołem łopatkowym 5 zabudowanym w płaszczyźnie prostopadłej do osi skrzyni. Wyniesione ku górze odpady wyładowuje się do zsuwni odbiorczej 6 umieszczonej obok wyodrębnionego koryta roboczego 7 wzbogacalnika. Maksymalny wymiar wzbogacanej klasy ziarnowej wynosi 10 do 250 mm. Wydajność wzbogacalnika do 240 T/h brutto.

Wzbogacalniki Disa 2  i  Disa 3 różnią się  zmianami konstrukcyjnymi od swojego pierwowzoru.

Wzbogacalniki zawiesinowe odśrodkowe.  We wzbogacalnikach zawiesinowych statycznych nie można wzbogacać miałów węglowych. Ziarna o małej średnicy i ciężarze właściwym zbliżonym do ciężaru właściwego cieczy opadają zbyt wolno w ośrodku grawitacyjnym. Wykorzystanie siły odśrodkowej w ośrodku cieczy ciężkiej, przyniosło rozwiązanie problemu wzbogacania miału węglowego. Operację tę przeprowadza się we wzbogacalnikach zawiesinowych odśrodkowych, zwanych hydrocyklonami.

Zasadę działania hydrocyklonu przedstawia rysunek 9. Do rozszerzonej części cylindrycznej wzbogacalnika doprowadza się stycznie pod ciśnieniem nadawę wraz z cieczą ciężką. Pod naporem dopływającej mieszaniny ciecz ciężka z miałem przemieszcza się ruchem wirowym w kierunku wylotu dolnego. Na wirujące ziarna zawiesiny oraz nadawy działa siła odśrodkowa, która odrzuca ziarna najcięższe na ścianki hydrocyklonu. W ten sposób powstają dwie wirujące warstwy — zewnętrzna warstwa złożona z ziarn ciężkich i wewnętrzna warstwa ziarn o mniejszym ciężarze właściwym. Przy odpowiednio dobranej średnicy wylotu dolnego wypłynie przez niego tylko warstwa zewnętrzna, a warstwa wewnętrzna, nie mogąc się zmieścić w wylocie dolnym, zmieni kierunek i wypłynie wylotem górnym. W efekcie otrzymuje się wylotem dolnym odpady z zawiesiną cieczy ciężkiej, a wylotem górnym koncentrat wraz z wodą.

Rys. 9. Schemat działania hydrocyklonu

 

e.   Wzbogacanie na stołach koncentracyjnych

W procesie wzbogacania na stołach koncentracyjnych wykorzystywane są dwa zjawiska polegające na tym, że:

   prędkość przepływu wody jest zawsze najmniejsza w dolnej warstwie, a największa w górnej,

   istnieje różnica prędkości opadania w wodzie ziarn o różnych ciężarach właściwych i różnych kształtach.

Stoły koncentracyjne buduje się w kształcie prostokątnej płyty (rys. 10) nachylonej pod kątem około 1° w kierunku przepływu wody. Płyta jest napędzana mechanizmem mimośrodowym, wywołującym ruch posuwisto-zwrotny stołu w kierunku jego dłuższego boku. W górnym rogu stołu podaje się nadawę uziarnioną poniżej 15 mm wraz z wodą, w stosunku 1 : 3. Wzdłuż górnej krawędzi stołu z dziurkowanej rury spływają dodatkowe strumienie wody. Materiał wraz z wodą przepływa w poprzek stołu, a ruch wahadłowy powoduje przesuwanie ziarn w kierunku wzdłużnym stołu. Ziarna najlżejsze spływają po najkrótszej drodze do dolnej krawędzi stołu, ziarna produktu pośredniego mają drogę dłuższą, aż do przekątnej stołu, a ziarna najcięższe niewiele odchylają się od kierunku podłużnego osi stołu. Są stosowane do wzbogacania rudy metali.

 

Rys. 10. Schemat stołu koncentracyjnego.

2.    Wzbogacanie fizykochemiczne - flotacja.

We wzbogacalnikach grawitacyjnych można wzbogacać ziarna do 0,5 mm, natomiast ziarna jeszcze niniejsze (muły węglowe) wzbogaca się metodą flotacyjną. Flotacja jest fizyko—chemiczną metodą wzbogacania, w której wykorzystuje się różnice własności napięcia powierzchniowego ziarn różnych minerałów. Z ziarn nadawy o uziarnieniu poniżej 1 mm oraz wody i olejów pianotwórczych wytwarza się mieszaninę zwaną mętami flotacyjnymi (stężenie około 300 g nadawy na 1 1itr płynu). Następnie męty flotacyjne są mieszane z powietrzem. Na powierzchni płynu powstaje piana złożona z małych pęcherzyków powietrza o błonie zwilżonej olejem. Do pęcherzyków tych przyczepiają się ziarna węgla, a ziarna przerostów i skały opadają na dno zbiornika.

Proces wzbogacania flotacyjnego przebiega w maszynach zwanych flotownikami, które składają się z kilkunastu przedziałów. Przedział taki (rys. 11) złożony jest z komór mieszalnikowych 1 i komór roboczych 2. Wewnątrz komory mieszalnikowej znajduje się pionowy wał wirnikowy 3 napędzany silnikiem elektrycznym 10. Na jego dolnym końcu jest osadzony wirnik 4 posiadający dolne i górne łopatki. Dolne łopatki wirnika służą do zasysania mętów flotacyjnych z rury dopływowej 5 i ich przetłaczania do komory mieszalnikowej. Górne łopatki wirnika służą do wytwarzania wtórnego obiegu mętów wewnątrz komory. Jednocześnie górna i dolna część wirnika służą do zasysania powietrza z atmosfery przez rurę 6 otaczającą pionowy wał. Podczas mieszania pęcherzyki powietrza i ziarna węgla powlekają się bardzo cienką warstwą oleju flotacyjnego, a następnie szczelinami 7 męty przepływają do komory roboczej 2.

 Rys. 11. Przedział flotownika mechanicznego.

Pęcherzyki powietrza z przyczepionymi do nich ziarnami węgla wypływają w komorze roboczej ku górze. W ten sposób na powierzchni mętów tworzy się piana flotacyjna, naładowana ziarnami koncentratu. Pianę zgarnia się dwoma obrotowymi zgarniakami łopatkowymi 8 do koryta 9. Ziarna skały i przerostów oraz ziarna węgla, które nie zdążyły przyczepić się do pęcherzyków powietrznych, opadają na dno komory 2. Stąd przepływają rurą do komory mieszalnikowej następnego przedziału flotownika i zostają poddane powtórnej flotacji.

Koncentrat flotacyjny kieruje się do próżniowego rozbijacza piany. W zbiorniku próżniowym pęcherzyki powietrza pękają, a koncentrat w postaci płynnego mułu spływa na dno, skąd jest kierowany do filtru próżniowego gdzie następuje ostateczne usuniecie wody.

 

3.    Chemiczne metody wzbogacania

Wzbogacanie chemiczne polega na zmianie składu cząsteczkowego lub chemicznego składników wzbogacanego materiału surowego. Ogólnie stosowane metody wzbogacania chemicznego podzielić można na:

   wzbogacanie mokre, polegające na ługowaniu odpowiednimi odczynnikami użytecznych składników materiału surowego; do procesów ługowania kieruje się kopaliny solne i niektóre rudy,

   wzbogacanie suche termiczne (ogniowe), w którym pod wpływem wysokich temperatur ulega zmianie struktura chemiczna użytecznych składników surowych kopalin rudnych.

 

a.   Wzbogacanie chemiczne mokre

Wzbogacanie chemiczne mokre przebiega w trzech zasadniczych fazach:

   faza I — rozpuszczanie lub nasycanie wzbogacanego materiału surowego odczynnikiem,

   faza II — usuwanie z nasyconego roztworu części nierozpuszczalnych,

   faza III — wydzielanie koncentratu z nasyconego roztworu w postaci metalu lub związku chemicznego.

Wzbogacanie chemiczne mokre zastosowane do kopalin solnych nazywane jest halurgią, zastosowane natomiast do wzbogacania rud nosi nazwę hydrometalurgii.

Halurgia. Wzbogacaniu podlegają kopaliny solne (np. chlorek sodu (NaCl), chlorek potasu (KCl)).

Materiał surowy kieruje się w pierwszej fazie przeróbki do urządzeń, w których następuje rozpuszczanie kopalin solnych, czyli wyługowanie związków solnych z materiału surowego. W wyniku tej operacji otrzymuje się solankę. Otrzymaną solankę kieruje się do tężenia, a następnie do przeróbki termicznej nazywanej — warzeniem solanki. Warzenie może się odbywać przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze około 1000 C. Obecnie coraz częściej stosuje się wyparkę próżniową solanki w specjalnych aparatach próżniowych, w których temperatura wrzenia solanki znacznie się obniża. Dzięki temu w znacznym stopniu obniża się zużycie energii.

Hydrometalurgia. Procesy hydrometalurgiczne stosuje się w przypadkach, gdy ruda metali występuje w bardzo małych ilościach. Stosuje się ją do wzbogacania rud cennych metali ( złoto, srebro).

Do wzbogacania rud złota i srebra stosuje się trzy procesy technologiczne:

   amalgamację - wykorzystuje się zjawisko rozpuszczalności złota i srebra w rtęci i tak uzyskujemy stop zwany amalgamatem wyciska się w skórach zamszowych, oddzielając część ciekłej rtęci, a pozostałość kieruje się do retort, gdzie odparowuje się rtęć i otrzymuje złoto,

   cyjanizację – do wodnego roztworu cyjanku potasu lub sodu wprowadza się rozdrobnioną rudę, następuje rozpuszczenie złota lub srebra, a następnie z roztworu tego metale odzyskuje sie metodą elektrolityczną,

   chloryzację – działając chlorem na ziarna złota, otrzymuje się trójchlorek złota, z którego w wyniku dalszych reakcji chemicznych uzyskuje sie metaliczne złoto.

b.   Wzbogacanie chemiczne suche

Metody suchego wzbogacania chemicznego dzieli się na:

   prażenie –surową rudę praży się w wysokiej temperaturze, niższej od temperatury topnienia, ale wystarczającej do zmiany składu chemicznego wzbogacanej rudy,

    spiekanie polega na łączeniu drobnych ziarn rudy w większe kawałki pod działaniem wysokiej temperatury, przeprowadza się go w przypadku, gdy ruda zawiera nadmiar ziarn drobnych.

 

V.  Urządzenia pomocnicze w zakładach przeróbczych

1.    Odwadnianie i odmulanie

W mechanicznej przeróbce węgla niektóre produkty wzbogacania muszą być dodatkowo poddane odwadnianiu. Odwadnianie produktów gruboziarnistych jest przeprowadzane w podnośnikach czerpakowych odwadniających, a następnie na przesiewaczach.

Produkty wzbogacania w cieczach ciężkich są odwadniane na wibratorach o dwóch pokładach sit. Na sicie górnym odwadnia się sam produkt, a na sicie dolnym dodatkowymi strugarni wody zmywa się obciążnik cieczy ciężkiej.

Do odwadniania koncentratów miałowych są stosowane sita łukowe, sita odśrodkowe, wibratory bezwładnościowe, wirówki odwadniające oraz zbiorniki obciekowe.

Muły i koncentraty flotacyjne odwadnia się w filtrach próżniowych. Przed odwadnianiem muły zostają zagęszczone w osadnikach promieniowych lub hydrocyklonach.

a.   Sita łukowe i odśrodkowe

Do wstępnego odwodnienia miałów stosuje się nieruchome sita łukowe oraz sita odśrodkowe typu OSO.

Budowa i zasada działania sita łukowego została przedstawiona na rysunku 12.

 

Rys. 12. Sito łukowe. a) budowa samego sita,  b) zasada działania odwadniacza sitowego łukowego.

 

Nadawa jest doprowadzana z góry stycznie do sita. Przez sito przepływa woda lub zawiesinowa ciecz ciężka, zaś z powierzchni górnej sita otrzymuje się wstępnie odwodniony produkt.

Odwadniać wstępnie można także na sitach OSO. Sito OSO jest nieruchomym sitem odśrodkowym wykonanym w kształcie odwróconego stożka ściętego. Nadawa jest podawana dyszą ustawioną w górze, stycznie do stożka sitowego. Mieszanina węgla i wody wiruje spiralnie w dół po pobocznicy sita. Woda przepływa przez sito, a zagęszczony koncentrat, odbiera się przez ścięty wierzchołek stożka sitowego.

 

b.   Wirówki odwadniające

Wirówki odwadniające są przeznaczone głównie do odwadniania miałów węglowych.

Zasada działania takiej wirówki została przedstawiona na rysunku 13. Kosz jest wykonany w kształcie stożka ściętego jako sito. Wewnątrz kosza znajduje się wirnik ze zgarniakami. Mieszanina podawana z góry na obracający się wirnik jest odrzucana silą odśrodkową na ruchomy stożek sitowy. Ziarna zostają przyciśnięte do wewnętrznej powierzchni sita, a zgarniaki spychają go w dół, natomiast woda przepływa przez sito i ścieka do koryta zbiorczego.

Rys. 13. Schemat wirówki sitowej z wirnikiem zgarniającym

c.   Zbiorniki obciekowe

Przy tej metodzie do szeregowo ustawionych zbiorników doprowadza się produkty miałowe wraz z wodą. W zbiornikach znajdują się rury obciekowe, przez które woda spływa do osadników mułowych. Miał pozostaje w zbiornikach przez okres około 24 godzin. Wydajność zbiorników jest mała dlatego są stosowane rzadko.

d.   Filtry próżniowe odwadniające

Oddzielenie wody od węgla w filtrach próżniowych uzyskuje się to przez wytworzenie różnicy ciśnień za pomocą pompy próżniowej po obu stronach przegrody utworzonej z siatki filtracyjnej. Po odciągnięciu wody na siatce pozostaje muł węglowy. W przeróbce mechanicznej metodę ta stosuje się do odwadniania mułów surowych i koncentratów flotacyjnych.

e.   Zagęszczanie mułów

Woda odprowadzona ze wzbogacalników i flotowników zawiera zawsze pewną ilość zawiesiny mułowej. W celu odzysku mułu zawartego w wodach płuczkowych stosuje się zagęszczacze mułu, z których najbardziej rozpowszechnione są odmulniki promieniowe typu Dorra ( rys. 14) i hydrocyklony (zasada działania taka sama jak hydrocyklonów zawiesinowych).

 

Rys. 14. Odmulnik Dorra

Odmulnik Dorra jest cylindrycznym zbiornikiem żelbetowym o średnicy od 6 do 100m z dnem stożkowym. Woda płuczkowa doprowadzona korytem 1 do środka odmulnika, płynie z malejącą prędkością w kierunku obrzeża zbiornika i przelewa się do bocznych koryt 2. Drobne ziarna mułu opadają powoli na dno zbiornika, a wolno obracającym się ramieniem 3 zgarniają je do otworu wylewowego 4. Silnik elektryczny za pośrednictwem przekładni 5 obraca ramiona 3. Muł z otworu wylewowego jest zasysany pompami przeponowymi 6.

2.    Suszenie

W celu ograniczenia zawartości wody w koncentracie węgla skierowuje się go do suszarni, gdzie przeprowadza się termiczny proces suszenia w urządzeniach zwanymi suszarkami.

Suszarki pod względem działania dzielą się na:

   suszarki, w których materiał pozostaje w bezpośrednim kontakcie z czynnikiem suszącym,

   suszarki, w których materiał od czynnika suszącego jest oddzielony przeponą.

Zasada pracy suszarki z bezpośrednim kontakcie z koncentratem polega na tym, że do obracającego się bębna, do którego wsypuje się odwodniony koncentrat wprowadza się gorące spaliny. Osuszony materiał wysypuje się z bębna na urządzenia transportowe.

Suszarki przeponowe są wykonywane w kształcie długiego nachylonego bębna z zamocowanymi wewnątrz rurami stalowymi. Materiał przeznaczony do osuszenia wsypuje się do  rur, przez które przesypuje się on dzięki nachyleniu i obrotom bębna. Wprowadzone do bębna gorące spaliny lub para wodna rozgrzewają rurki i osuszają materiał.

3.    Odpylanie

Ziarna o wymiarach poniżej 0,75 mm mogą utrudniać procesy przeróbcze i dlatego wytrąca się je z nadawy w urządzeniach zwanych odpylaczami.

Stosowane są odpylacze rotacyjne lub cyklony, których zasada działania jest podobna do zasady działania hydrocyklonów.

Nowoczesne zakłady przeróbcze do wytrącania pyłu powietrza stosują elektrofiltry. Pył unoszony powietrzem przepływającym przez elektrofiltr zostaje naładowany nabojami ujemnymi, a następnie wytrąca się na dodatnich elektrodach elektrofiltru. Sprawność takich filtrów dochodzi do 99,9%.

 

Zebrał i opracował: Czesław Zając

 

 

VI. Bibliografia

- S. Blaschke, Przeróbka mechaniczna kopalin, Katowice 1986 r

- A. Janion, Maszyny i urządzenia górnicze Część II  Katowice 1971 r