石炭準備は、未加工の採掘炭を、消費者が指定した一貫したサイズと品質の販売可能なクリーンな石炭製品に変えるプロセスです。 石炭の最終用途は、次の一般的なカテゴリに分類されます。
- 発電： 石炭を燃やして熱を供給し、発電するタービンを駆動します。
- 製鉄： 石炭は、空気がない状態でオーブンで加熱され、ガス (揮発性物質) を追い出してコークスを生成します。 コークスは高炉で鉄鋼を製造するために使用されます。 石炭は、微粉炭注入 (PCI) プロセスのように高炉に直接追加することもできます。
- 産業： 石炭は冶金産業で還元剤として使用され、その炭素含有量は冶金プロセスで酸素を除去 (還元) するために使用されます。
- 暖房： 石炭は、暖房用燃料として家庭用および工業用に使用できます。 また、セメント製造用の乾式キルンの燃料としても使用されます。
粉砕と破壊
ピットからの採掘された石炭は、調合プラントで処理するために、許容できる上部サイズまで破砕する必要があります。 典型的な破砕および破砕装置は次のとおりです。
- フィーダーブレーカー: 石炭を破砕するピックを取り付けた回転ドラム。 石炭はスクレーパーコンベアで運ばれ、ドラムは石炭の流れと同じ方向に回転します。 フィーダーブレーカーは一般的に地下で使用されますが、選炭回路の地表で使用されているものもあります。
- ロータリーブレーカ: 穴あきプレートが取り付けられた内側回転ドラムを備えた外側固定シェルのブレーカー回路。 ドラムの典型的な回転速度は 12 ～ 18 rpm です。 リフター プレートが採掘された石炭を拾い上げ、それがドラムの直径を横切って落下します。 軟らかい石炭は壊れて穿孔を通過し、硬い岩は出口に運ばれます。 ロータリーブレーカは、岩石の除去によるサイズ縮小と選鉱のXNUMXつの機能を実現します。
- ロールクラッシャー: ロールクラッシャーは、単一の回転ロールと固定アンビル (プレート)、または互いに同じ速度で回転する 50 つのロールのいずれかで構成できます。 ロール面は通常、歯付きまたは波型です。 破砕機の一般的な形態は二段または四本ロール破砕機で、最初の双ロール破砕機からの生成物が、より小さな口径に設定された XNUMX 番目の双ロール破砕機に落下し、XNUMX 台の機械で大規模な削減を達成できます。 . 典型的な用途は、採掘された材料を XNUMX mm まで破砕することです。
市場の要求を満たすために大きなサイズの石炭が粉砕される場合、石炭洗浄プロセスに続いて粉砕が使用されることがあります。 通常、ロールクラッシャーまたはハンマーミルが使用されます。 ハンマーミルは、シャフト上で回転する自由にスイングするハンマーのセットで構成され、石炭を叩いて固定プレートに投げつけます。
サイジング
石炭は、選鉱（洗浄）プロセスの前後にサイジングされます。 石炭のサイズごとに異なる洗浄プロセスが使用されるため、選炭プラントに入る原炭は 6 つまたは 0.5 つのサイズにふるいにかけられ、適切な洗浄プロセスに進みます。 スクリーニングプロセスは、通常、メッシュまたはパンチプレートスクリーンデッキを備えた長方形の振動スクリーンによって実行されます。 XNUMX mm 未満のサイズではウェット スクリーニングを使用してサイジング操作の効率を上げ、XNUMX mm 未満のサイズでは効率を向上させるために振動スクリーンの前に静的湾曲スクリーン (ふるいの曲がり) を配置します。
選鉱プロセスに続いて、きれいな石炭は、工業用および国内の石炭市場向けのさまざまな製品にスクリーニングすることによってサイズが調整されることがあります。 精炭のサイジングは、発電用の石炭 (一般炭) や製鋼用の石炭 (原料炭) にはめったに使用されません。
保管と備蓄
石炭は通常、準備および処理チェーンの XNUMX つのポイントで保管および備蓄されます。
- 鉱山と準備工場の間の原炭の貯蔵と備蓄
- 準備プラントと鉄道または道路の積み込みポイントの間のクリーンな石炭貯蔵および備蓄
- 鉱山によって管理されている場合と管理されていない場合がある港でのクリーンな石炭貯蔵。
通常、原炭の貯蔵は破砕後に行われ、通常はオープン ストックパイル (円錐形、細長い、または円形)、サイロ (円筒形)、またはバンカーの形をとります。 調合工場に均質な製品を供給するために、この段階でシームブレンディングが行われるのが一般的です。 ブレンディングは、さまざまな石炭を円錐形のストックパイルに順次堆積させるだけでなく、スタッカー コンベヤーやバケット ホイール リクレーマーを使用して高度な操作を行うこともできます。
きれいな石炭は、オープン ストックパイルやサイロなど、さまざまな方法で保管できます。 クリーンな石炭貯蔵システムは、鉄道車両や道路トラックへの迅速な積み込みを可能にするように設計されています。 通常、クリーン コール サイロは線路の上に建設され、最大 100 両のユニット トレインをサイロの下にゆっくりと引き込み、既知の重量まで充填できるようにします。 移動中の計量は、通常、連続操作を維持するために使用されます。
備蓄された石炭には固有の危険性があります。 備蓄が不安定な場合があります。 内部の崩壊が発生する可能性があり、開拓が警告なしに開始される可能性があるため、備蓄の上を歩くことは禁止する必要があります。 バンカーやサイロの詰まりやハングアップを物理的に掃除する場合は、一見安定しているように見える石炭が突然滑り落ちてしまう可能性があるため、細心の注意を払って処理する必要があります。
石炭の洗浄（選鉱）
原炭には、「純粋な」石炭から岩石までの物質が含まれており、その間にさまざまな物質があり、相対密度は 1.30 から 2.5 の範囲です。 石炭は、低密度の物質 (販売可能な製品) を高密度の物質 (廃棄物) から分離することによって浄化されます。 分離の正確な密度は、石炭の性質とクリーン コールの品質仕様によって異なります。 微粉炭を密度で分離することは現実的ではないため、石炭と岩石の表面性状の違いを利用したプロセスによって、0.5 mm の原炭が分離されます。 採用される通常の方法は泡浮選です。
密度分離
採用される基本的な方法は XNUMX つあります。XNUMX つは水を使用するシステムで、原炭が水中で移動する結果、軽い石炭は重い岩石よりも大きな加速度を持ちます。 XNUMXつ目は、石炭と岩石の中間の密度の液体に原炭を浸し、石炭を浮かせて岩石を沈める方法です（高密度媒質分離）。
水を使用するシステムは次のとおりです。
- ジグ: この用途では、原炭が脈動する水浴に導入されます。 原炭は、水が脈動する多孔板を横切って移動します。 重い岩石が下部に、軽い石炭が上部にある成層層が確立されます。 排出端では、精炭からゴミが取り除かれます。 治具で処理される典型的なサイズ範囲は 75 mm から 12 mm です。 長石人工岩盤を使用した特殊用途のファインコールジグがあります。
- 集中表: 濃縮テーブルは、さざ波に平行な方向に急速な往復運動を与えるヘッド機構に接続された、支持機構で運ばれるさざ波付きのラバーデッキで構成されています。 テーブルのスライドスロープを調整できます。 水のクロスフローは、デッキの上部に沿って取り付けられた洗濯機によって提供されます。 飼料は給水の直前に入り、差動運動と重力流によってテーブル デッキ上に広げられます。 原炭粒子は、水平ゾーン (または層) に成層化されます。 きれいな石炭はテーブルの下側にあふれ、廃棄物は奥側に取り除かれます。 テーブルは、5 × 0.5 mm のサイズ範囲で動作します。
- らせん: 螺旋による微粉炭の処理は、原微粉炭が水の流れの中の螺旋経路を運ばれ、遠心力が軽い石炭粒子を流れの外側に、重い粒子を内側に導くという原理を利用しています。 排出端のスプリッター装置は、微粉炭を微粉から分離します。 スパイラルは、2mm × 0.1mm サイズの画分の洗浄装置として使用されます。
- 水のみのサイクロン: 水上で運ばれた原炭は加圧下でサイクロンに接線方向に供給され、渦巻き効果が生じ、遠心力により重い物質がサイクロンの壁に移動し、そこから頂点 (またはスピゴット) のアンダーフローに運ばれます。 より軽い粒子 (石炭) は、渦渦の中心に残り、パイプ (渦ファインダー) を介して上方に除去され、オーバーフローに報告されます。 分離の正確な密度は、圧力、ボルテックス ファインダーの長さと直径、頂点の直径を変えることで調整できます。 水のみのサイクロンは通常、0.5 mm × 0.1 mm のサイズ範囲の材料を処理し、分離効率を向上させるために XNUMX 段階で動作します。
密度分離の XNUMX 番目のタイプは、高密度媒体です。 重い液体（高密度媒体）では、液体よりも密度の低い粒子（石炭）が浮き、密度の高い粒子（岩石）が沈みます。 高密度媒体の最も実用的な産業用途は、水中のマグネタイトの細かく粉砕された懸濁液です。 これには多くの利点があります。
- 混合物は、無機または有機流体と比較して良性です。
- マグネタイト/水の比率を変えることで、密度をすばやく調整できます。
- 磁鉄鉱は、磁気分離器で製品の流れから取り除くことで、簡単にリサイクルできます。
75 mm から 12 mm の範囲の粗炭用の槽型または容器型の分離器と、5 mm × 0.5 mm の範囲の石炭を洗浄するサイクロン型の分離器です。
バスタイプのセパレーターは、フロート材料がバスのリップを越えて運ばれ、シンク材料がスクレーパーチェーンまたはパドルホイールによってバスの底から抽出される、深いまたは浅いバスにすることができます。
サイクロンタイプの分離機は、遠心力で重力を増強します。 遠心加速度は、バスセパレーター内の粒子に作用する重力加速度の約 20 倍です (この加速度は、サイクロンの頂点での重力加速度の 200 倍に近づきます)。 これらの大きな力が、サイクロンの高い処理能力と小さな石炭を処理する能力を説明しています。
高密度媒体分離器からの生成物、すなわちきれいな石炭と廃棄物は両方とも、マグネタイト媒体が除去されて分離器に戻される排水スクリーンとすすぎスクリーンを通過します。 すすぎスクリーンからの希釈された磁鉄鉱は、再利用のために磁鉄鉱を回収するために磁選機に通されます。 磁気分離器は、固定ドラム シャフトに取り付けられた固定セラミック磁石を含む回転ステンレス スチール シリンダーで構成されます。 ドラムは、希釈マグネタイト懸濁液を含むステンレス鋼タンクに浸されます。 ドラムが回転すると、固定された内部磁石の近くにマグネタイトが付着します。 マグネタイトは槽から磁場の外に運ばれ、スクレーパーを介してドラム表面からストックタンクに落下します。
核密度ゲージと核オンストリーム分析器の両方が石炭準備プラントで使用されます。 放射線源機器に関する安全上の注意事項を遵守する必要があります。
泡立て
フロス浮選は、石炭粒子表面への気泡の選択的付着とゴミ粒子の非付着に依存する物理化学的プロセスです。 このプロセスでは、適切な試薬を使用して、浮遊する固体に疎水性 (撥水性) の表面を確立します。 タンク（またはセル）内に気泡が発生し、表面に浮上する際に試薬をコーティングした微細な石炭粒子が気泡に付着し、石炭以外のゴミがセルの底に残ります。 石炭を含む泡はパドルによって表面から取り除かれ、ろ過または遠心分離によって脱水されます。 廃棄物 (または尾鉱) は排出ボックスに送られ、通常は尾鉱貯留池にポンプで送られる前に濃縮されます。
石炭の泡浮選に使用される試薬は、一般に泡立て器とコレクターです。 泡立て器は、安定した泡（すなわち、壊れない泡）の生成を促進するために使用されます。 それらは水の表面張力を低下させる化学物質です。 石炭浮選で最も一般的に使用される泡立て器は、メチル イソブチル カルビノール (MIBC) です。 コレクターの機能は、浮遊する粒子の上に薄いコーティングを形成することにより、粒子を撥水性にすることによって、石炭粒子と気泡との接触を促進することです。 同時に、コレクターは選択的でなければなりません。つまり、浮遊させない粒子 (つまり尾鉱) をコーティングしてはなりません。 石炭浮選で最も一般的に使用されるコレクターは燃料油です。
ブリケット
石炭の練炭には長い歴史があります。 1800 年代後半には、比較的価値のない微粉炭またはスラックが圧縮されて、「特許燃料」または練炭が形成されました。 この製品は、国内市場と産業市場の両方に受け入れられました。 安定したブリケットを形成するために、バインダーが必要でした。 通常、コールタールとピッチが使用されました。 国内市場向けの練炭産業は、ここ数年衰退傾向にあります。 ただし、技術とアプリケーションにはいくつかの進歩がありました。
高水分の低品位炭は、熱乾燥とそれに続く固有の水分または「閉じ込められた」水分の一部の除去によってアップグレードされる場合があります。 ただし、このプロセスからの製品は砕けやすく、水分の再吸収と自然発火を起こしやすいです。 低品位炭をブリケッティングすることで、安定した輸送可能な製品を作ることができます。 ブリケッティングは無煙炭産業でも使用され、大型製品の販売価格は大幅に高くなります。
練炭は新興国でも使用されており、農村地域では練炭が調理用燃料として使用されています。 製造工程には通常、「煙の出ない」家庭用燃料を製造するために、練炭の前に余分なガスや揮発性物質を追い出す揮発分除去工程が含まれます。
したがって、ブリケッティングプロセスには通常、次の手順があります。
- 石炭の乾燥: ブリケットの強度に影響を与えるため、水分含有量は重要です。 使用される方法は、直接乾燥 (高温ガスを使用する気流乾燥機) と間接乾燥 (蒸気熱を使用するディスク乾燥機) です。
- 揮発分除去: これは、低ランクの高揮発性石炭にのみ適用されます。 使用設備はレトルトや蜂の巣型コークス炉です。
- 粉砕： 粒子サイズが小さいほど練炭が強くなるため、石炭はしばしば粉砕されます。
- バインダー: バインダーは、ブリケットが通常の取り扱いに耐える十分な強度を確保するために必要です。 使用されている結合剤の種類は、コークス炉ピッチ、石油アスファルト、リグノ硫酸アンモニウム、デンプンです。 典型的な添加率は5～15重量%です。 微粉炭とバインダーは、パグミルまたはパドルミキサーで高温で混合されます。
- 練炭の製造: 石炭とバインダーの混合物は、表面がへこんでいる二重ロール プレスに供給されます。 ローラーのくぼみの種類により、さまざまなブリケット形状を作ることができます。 練炭の最も一般的な形態は枕型です。 圧力は、石炭バインダー混合物の見かけの密度を 1.5 倍から 3 倍に増加させます。
- コーティングとベーキング: 一部のバインダー (リグノ硫酸アンモニウムと石油アスファルト) では、ブリケットを硬化させるために 300°C の範囲での熱処理が必要です。 熱処理オーブンは密閉されたコンベアであり、高温ガスで加熱されます。
- 冷却/急冷: 冷却オーブンは、ブリケットの温度を周囲条件に下げるために通過する再循環空気を備えた密閉型コンベアです。 オフガスは集められ、洗浄され、大気に放出されます。 練炭を冷却するために、水で急冷することもあります。
含水率が 60 ～ 70% の軟質褐炭のブリケッティングは、上記のプロセスとは多少異なります。 褐炭は、石炭を約 15% の水分に粉砕、ふるい分け、乾燥し、バインダーなしでコンパクトに押し出すことを含むブリケッティングによって頻繁にアップグレードされます。 ドイツ、インド、ポーランド、オーストラリアでは、大量の石炭がこの方法で処理されています。 使用する乾燥機は、蒸気加熱式ロータリーチューブドライヤーです。 押し出しプレスに続いて、圧縮された石炭は切断され、冷却されてから、鉄道車両、道路トラック、または貯蔵庫へのベルトコンベアに移されます。
練炭プラントは、石炭粉塵と空気の爆発性の混合物に関連する大量の可燃性物質を処理します。 粉塵の制御、収集、取り扱い、および適切な清掃はすべて、安全な操作にとって非常に重要です。
ごみと尾鉱の処理
廃棄物処理は、現代の石炭準備プラントの不可欠な部分です。 スラリー状の粗大ごみと微細尾鉱の両方を、環境に配慮した方法で輸送および廃棄する必要があります。
粗大ごみ
粗大ごみは、トラック、ベルトコンベヤ、空中ロープウェイで、通常は尾鉱貯留の壁を形成する固形物処分エリアに運ばれます。 ごみは露天ピットに戻すこともできます。
粗大廃棄物の革新的な費用対効果の高い輸送形態が現在使用されています。つまり、破砕し、スラリーの形でポンプで貯水池に輸送し、空気圧システムで地下貯蔵庫に輸送します。
露出面の量が最小限であると同時に安定性が良好な処分場を選択する必要があります。 すべての面が露出している構造は、より多くの表面排水を可能にし、近くの水路で沈泥が形成される傾向が高くなり、自然発火の可能性も高くなります. これらの両方の影響を最小限に抑えるには、より多くの量のカバー材料、圧縮およびシーリングが必要です。 理想的な処分工事は谷埋め方式です。
準備工場の廃棄物堤防は、いくつかの理由で失敗する可能性があります。
- 弱い基盤
- 過度の高さの過度に急な斜面
- ダンプからの水と細かい材料の浸透の不十分な制御
- 極端な降雨イベント中の不十分な水の制御。
石炭ごみの廃棄に伴う環境への危険を大幅に軽減できる設計および建設技術の主なカテゴリは次のとおりです。
- ゴミの山の中からの排水
- 表面排水の迂回
- 自然発火を最小限に抑えるための廃棄物の圧縮
- 廃棄物のパイルの安定性。
尾鉱
テーリング (水中の細かい固形廃棄物) は通常、パイプラインで貯水池に運ばれます。 しかし、場合によっては、尾鉱の貯留は環境的に受け入れられず、代わりの処理が必要です。つまり、ベルトプレスまたは高速遠心分離機による尾鉱の脱水と、脱水された製品のベルトまたはトラックによる粗ごみエリアへの処分です。
尾鉱貯水池 (池) は、尾鉱が底に沈殿し、その結果浄化された水が再利用のためにプラントに戻されるという原則に基づいて動作します。 池のプールの高さは、嵐の流入が貯留され、ポンプまたは小さなデカントシステムによって引き出されるように維持されます. 貯水池の寿命を延ばすために、定期的に小さな貯水池から堆積物を取り除く必要があるかもしれません。 貯水池の擁壁は通常、粗大ごみで構成されています。 排水不良による擁壁の設計不良や尾鉱の液状化は、危険な状況につながる可能性があります。 通常、カルシウムベースの化学物質である安定剤は、セメンテーション効果を生み出すために使用されてきました。
通常、鉱滓の貯留は、鉱山の寿命の長い期間にわたって発生し、条件は絶えず変化します。 したがって、貯水池構造の安定性は、慎重かつ継続的に監視する必要があります。