Спосіб сухого збагачення вугілля

Спосіб сухого збагачення вугілля, який включає обробку електромагнітним полем вихідної вугільної сировини, що переміщується по конвеєрній стрічці, і містить пусту породу та вуглецевмісний компонент, який відрізняється тим, що вихідну вугільну сировину, попередньо класифікують за 3 техніки, для можливості впливу на сировину різними за видами енергетичними та хімічними засобами, що дає підставу для висновку - його використання є економічно невиправданим. Крім того, до загального недоліку всіх відомих «мокрих» способів слід віднести необхідність подальшого сушіння готової продукції, зокрема, вугілля, та мати потужні відстійники і систему очищення від агентів використаної води для можливості її повторного використання у технологічному процесі збагачення вугілля. Зазначені загальні недоліки «мокрих» способів усунені у, так званих «сухих» способах збагачення вугілля. Так, наприклад, відомий «сухий» спосіб збагачення вугілля, при якому всі технологічні операції по сухому збагаченню здійснюють в процесі транспортування вугілля на єдиному транспортному засобі з попереднім його вибірковим роздрібненням та подальшим розділенням на низькозольні і високозольні класи за зовнішнім виглядом, при цьому низькозольні класи (концентрат) видаляють з транспортного потоку у підрешітний продукт і направляють споживачеві, а високозольні класи ще раз піддають вибірковому дробленню з подальшим виділенням роздробленого вугілля із транспортного потоку у підрешітний продукт, після чого видаляють породу, що залишилася, у вигляді надрешітного продукту з процесу збагачення. Обладнання для реалізації цього способу збагачення містить, щонайменше, дві дробарки, систему решіт різного калібру, низку ємностей для збирання різних продуктів та фракцій збагачення (золи, різного за зольністю вугілля) та довгий транспортний засіб, зокрема конвеєр [див. заявку Росії № 96114936 з класів В07В1/00, В07В13/00, В02С23/00, опубліковану 20.10.1998 р. у Бюл. № 29]. Основним недоліком даного способу є його низька ефективність через людський фактор, який впливає на якість процесу збагачення, і не забезпечує достатньо точного відділення вугільного концентрату від пустої породи, внаслідок чого готовий продукт виходить з домішками породи і глини, а відходи, навпаки, містять значну кількість енергетичного вугілля. До того ж, відомий спосіб досить трудомісткий та небезпечний для здоров'я працівників через безпосередній контакт з вихідною сировиною. Вказаних недоліків позбавлений спосіб відділення дрібних часток вуглецю від зольного пилу, який включає подачу пилоподібних часток вуглецю разом із зольним пилом в трибоелектричний сепаратор, де відбувається заряджання трибоелектричним методом часток вихідної сировини та подальше електростатичне відділяння заряджених часток вуглецю від зарядженого зольного пилу. Устаткування для реалізації цього способу містить трьохступеневу систему обладнання, у першій з яких відбувається роздрібнення вихідної сировини до пилоподібної фракції та її класифікація, у другій - процедура зарядження, та у третій - процедура електростатичного відділяння заряджених часток вуглецю від зарядженого зольного пилу. На другій та третій ступенях лінії використається нестандар 57294 4 тне обладнання - трибоелектричний зарядний пристрій та трибоелектричний сепаратор [див. заявку Японії № 57-171454 з класу В03С7/02, В03С1/24, опублікований 22.10. 1982 р. у Бюл. «Токкє Кохо»]. Основними недоліками цього відомого способу збагачення вугілля є його низька технологічні обмеженість - він передбачає опрацювання лише пилоподібних фракцій сировини, яку попередньо треба підготувати, що потребує певних витрат енергії на подрібнення, а також цей спосіб має певні фізичні обмеження, що пов'язані використанням трибоелектричного ефекту (явища виникнення заряду під час тертя провідника об ізоляцію). Через недостатність сили статичної електрики, для зарядження потрібне попереднє руйнування грудок сировини до пилоподібних фракцій, що марно до вугілля - немає сенсу. До того ж деякі мінеральні компоненти золи, взагалі, не електропровідні, тобто ніяким чином не реагують на електростатичне поле, тому, природно, потраплятимуть, як у золу (що добре), так й у збагачений вуглецевий компонент (що марно). Крім того, відомий спосіб досить коштовний через використання нестандартного коштовного обладнання, зокрема трибоелектричного зарядного пристрою та трибоелектричного сепаратора, що підвищує собівартість готового продукту. Даний спосіб передбачає переробку виключно дрібних фракцій вуглецевмісного матеріалу, зокрема, зольного пилу, що містить частки вуглецю, а тому є непридатним для збагачення викопного (шматкового) вугілля, тобто має певні обмеження щодо його застосування. Найбільш близьким за своєю суттю та ефектом, що досягається, і який приймається за прототип, є спосіб безперервного сухого збагачення вугілля, який включає обробку магнітним (електромагнітним) полем і захист зовнішньої поверхні шматків вугілля, що переміщуються по конвеєрній стрічці, від повторного проникнення в них атмосферної та іншої вологи. Даний спосіб здійснюють таким чином. На навантажувальній дільниці збагачувальної фабрики, над конвеєрною стрічкою, що завантажує вугілля в вагони, розташовують електромагнітний опромінювач і розпилювач водного розчину синтетичного полімеру. Відстань опромінювача та розпилювача до поверхні конвеєрної стрічки вибирають з умовою рівномірного розпилювання розчину та опромінювання всього шару вугілля, що рухається разом зі стрічкою. Шматки вугілля, рухаючись на конвеєрній стрічці, перетинають магнітне поле опромінювача, при цьому зменшуються сили зв'язку молекул води з поверхнями тріщин, пружні сили яких видавлюють воду з простору (об'єму) тріщин і закривають від вологи. Захист від повторного проникнення вологи в мікрочи макротріщини вугілля здійснюють шляхом покриття зовнішньої поверхні шматків полімерною плівкою, яку наносять розпилювачем водного розчину полімерів або методом занурювання вугілля в такий розчин. В обох випадках розчин опромінюють магнітним полем. Для реалізації цього способу використовують два види пристроїв, зокрема, потужній електромагнітний опромінювач, у вигляді 5 електромагнітного генератора, і розпилювач водного розчину синтетичного полімеру [див. пат. України № 46872 з класів C10L5/04, B03D1/10, опублікований 17.06.2002 в Бюл. № 6]. Основним суттєвим недоліком відомого способу збагачення вугілля є те, що він не забезпечує відділення вуглецевмісного компонента вугілля від пустої породи. Сутність даного недоліку пояснюється наступним: збагачення за цим способом полягає виключно у видаленні вологи із тріщин шматкового вугілля, а також у захисті поверхні окремих шматків від її повторного проникнення. Це, скоріше, спосіб захисту вугілля, ніж його збагачення, оскільки таким же ж чином електромагнітний опромінювач впливає й на породу, а розпилювач також покриває породу полімерною плівкою, тобто порода нікуди не дівається з конвеєру. До того ж, полімерна плівка покриває як вугілля, так і породу лише з одного боку, що звернений до розпилювача рідинної полімерної речовини. Якщо вугілля на конвеєрі розташовано у декілька шарів, то нижні з них взагалі не будуть оброблені полімерної речовиною, оскільки ворушіння на конвеєрі непередбачено. Подібний спосіб доцільно застосовувати лише на заключних етапах збагачення, тобто, коли порода та інші мінеральні домішки вже видалені із вугільної маси. Наступним суттєвим недоліком відомого способу збагачення вугілля є нераціональність використання природних властивостей магнітного (електромагнітного) поля, зокрема, його проникнення у електропровідні матеріали, що яких належить вугілля. Даний недолік полягає в тому, що магнітне (електромагнітне) поле застосовується тільки, частково, зокрема, для видалення зайвої вологи і при цьому зовсім не використовується для ідентифікації вуглецевмісного компонента викопного вугілля та наступного його відділення від пустої породи. Це, безумовно, упущені можливості. Також недоліком відомого способу збагачення вугілля є низька продуктивність. Сутність цього недоліку пояснюється наступним. Оскільки над конвеєром розташований лише один електромагнітний опромінювач, то для забезпечення ефективного впливу магнітного поля на всі частки вугільного потоку необхідно, щоб конвеєрна стрічка рухалася дуже повільно, оскільки перед покриттям шматків вугілля водним розчином полімерного матеріалу потрібний ще деякий час для відбування процесів виділення з щілин вологи (навіщо вологу взагалі видаляти, якщо вона знов потрапляє у щілини разом з полімерним матеріалом?). Це негативно позначається на ефективності і продуктивності відомого способу у цілому. Ще одним недоліком відомого способу збагачення викопного вугілля є застосування технології розпилювання розчину синтетичних полімерів. Цей недолік полягає в тому, що ця технологія, поперше, є недешевою, по-друге, вимагає використання додаткових синтетичних речовин, по-третє, є незручною при її застосуванні на завершальному етапі збагачення (згідно із заявленим способом безпосередньо перед завантаженням вугілля у вагони), та ще й становить небезпеку екологічного забруднення довкілля полімерними матеріалами і, 57294 6 по-четверте, є економічно виправданою лише для окремих видів (марок) вугілля, зокрема, для антрациту. Враховуючи, що антрацит найчастіше використається у металургійно-ливарному виробництві, згоряння полімерних матеріалів при виплавці металу забруднюватиме довкілля продуктами згоряння та газами нервово-паралітичної дії, тобто токсичними для людини, флори та фауни. Отже, низка зазначених недоліків, притаманних відомому способі збагачення вугілля, загалом, заважають його розповсюдженню та практичному застосуванню. В основу корисної моделі поставлена задача створення високоефективного та безпечного способу сухого збагачення вугілля без використання додаткових природних чи синтетичних матеріалів, який би забезпечував якісне відділення вуглецевмісного компоненту від пустої породи незалежно від фракційності та вологості вуглецевої сировини за рахунок використання вихротокового ефекту, що виникає у електропровідних матеріалах при потраплянні їх у електромагнітне поле, яке змінюється під впливом вихрових токів, що виникають у таких матеріалах, шляхом здійснення контролю зміни електричного сигналу у електричній схемі для подальшого його використання для розділення вугільної сировини за різницею електропровідності вуглецевмісного і мінерального її компонентів. Рішення поставленої задачі досягається тим, що у відомому способі безперервного сухого збагачення вугілля, який включає обробку електромагнітним полем вихідної вугільної сировини, що переміщується по конвеєрній стрічці, і містить пусту породу та вуглецевмісний компонент, згідно пропозиції, вихідну вугільну сировину, попередньо класифікують за розмірами для коректування сили електромагнітного поля, наприклад, зважуванням, та в один рядок пропускають крізь поздовжній прохідний вихроструменевий датчик, виконаний у вигляді котушки індуктивності з первинною та вторинною обмотками, перша з яких генерує електромагнітне поле всередині вказаної соленоїдної котушки, а друга - формує електричний сигнал при диференційній зміні електромагнітного поля під час потрапляння у нього електропровідного матеріалу, для подальшої його обробки, та за рівнем якого здійснюють відокремлення механічною заслінкою вуглецевмісного компонента сировини від пустої породи. В основу запропонованого способу збагачення вугілля покладена така властивість вугільної компоненти сировини, як її електропровідність, яка повністю відсутня, або занадто низька у зольній компоненті сировини. Загально відомо, що у будьякому електричному середовищі, зокрема, й у електромагнітному полі, відбуваються зміни, якщо в неї розмістити електропровідний матеріал. Такі зміни у електромагнітному полі відбуваються завдяки виникненню у електропровідному матеріалі вихрових токів через його магнітну проникливість, яка сягає майже одиниці (  1 для всіх вуглеців незалежно від вологості та типу вугілля). Отже, зміни електромагнітного поля всередині соленоїдної котушки, неминуче призводять до зміни елект 7 ричних параметрів у вторинній обмотці, зокрема, напруги. Такі зміни у вторинній обмотці виникають лише при потраплянні у соленоїд вугілля, а при потраплянні породи змін не відбувається. Це дозволяє з вторинної обмотки отримувати диференційний сигнал для подальшої його обробки. Рівень вказаного вугілля дозволяє визначати марку вугілля за електропровідністю, а також, після обробки, цей сигнал подають на виконавчий механізм, наприклад, на механічну заслінку, за допомогою якої здійснюється процедура відокремлення вуглецевмісного компонента сировини від пустої породи. Отже, здійснення електромагнітного контролю вугільної маси за допомогою наскрізного соленоїду (поздовжній прохідний вихроструменевий датчик) дозволяє чітко визначити який шматочок сировини (вугілля чи порода) потрапив у електромагнітне поле. При збагаченні вугілля за його електропровідністю, з'являється можливість з високою точністю сортувати вугілля в потоці, відділяючи з нього фрагменти з мінімальним вмістом вуглецю, а також пусту породу, глину та інші неорганічні домішки. Попереднє зважування вугільної сировини та її рядкове подавання у електромагнітне поле дозволяє попередньо коректувати потужність електромагнітного поля, що забезпечує більш високу точність формування диференційного сигналу, тобто чутливість запропонованого способу можна регулювати у залежності від загального рівня електропровідності окремої порції вугільної маси. За рахунок магнітної проникності вугілля (вугільна речовина є не феромагнітною) запропонованим способом можна з успіхом збагачувати, як крупні фракції викопного вугілля, так і дрібні. Отже, використання запропонованого принципу збагачення викопного вугілля, заснованого на властивостях електропровідності вугілля та виникненню в ньому вихрових токів, що змінюють напруженість електромагнітного поля, забезпечує якісне відділення вуглецевмісного компоненту від пустої породи та суттєво, майже повністю, знижує зольність готового продукту. Таким чином, уся сукупність суттєвих ознак запропонованого технічного рішення забезпечує досягнення технічного результату, сформульованого у постановці задачі. Подальша сутність запропонованого технічного рішення пояснюється спільно з ілюстративним матеріалом, на якому зображена схема реалізації запропонованого способу сухого збагачення вугілля. Вихідну вугільну сировину 1, що підлягає збагаченню, попередньо класифікують будь-яким відомим способом, наприклад, на ситах чи за допомогою грохотів за розмірами шматочків та зважують на ваговому конвеєрі 2. Цей конвеєр еклектично пов'язаний з регулятором потужності електромагнітного поля у соленоїдній котушці 3 для налагодження чутливості соленоїдної котушки 3 у відповідності до розмірів шматочків вихідної вугільної сировини (визначається через загальну вагу). Електричний струм подається на первинну обмотку 4 соленоїдної котушки 3 від джерела постачання електроструму 5. Далі вихідна вугільна 57294 8 сировина 1 потрапляє рядком на транспортний конвеєр 6, який проходить крізь соленоїдну котушку 3. Всередині соленоїдної котушки 3 первинна обмотка 4 генерує електромагнітне поле, завдяки якому у вторинній обмотці 7 виникає електричний потенціал, який фіксується потенціометром 8, що електрично пов'язаний з електроконтактором 9, який, у свою чергу, пов'язаний з механічною рухомою заслінкою 10 (виконавчий механізм може бути будь-який з відомих). Під впливом електромагнітного поля у шматочках вугілля 11 виникають вихрові токи, які змінюють параметри електромагнітного поля всередині соленоїдної котушки 3. Ця зміна автоматично викликає зміну потенціалу у вторинній обмотці 7. Зміна потенціалу у вторинній обмотці 7, фіксується потенціометром 8 та подається на виконавчий орган - електроконтактор 9, який пересуває механічну заслінку 10 у відповідне положення. По обидва боки від заслінки 10 розташовані, наприклад, ємності 12 для збирання вугілля та пустої породи 13 чи конвеєри (не має значення). Якщо у соленоїдну котушку 3 по конвеєру 6 потрапила пуста порода 13, зміна електромагнітного поля не відбувається, у вторинній обмотці 7 зміна сигналу не відбувається та заслінка 10 спрямовує породу у відповідну ємність 12 для збирання породи 13. Суттєва відмінність запропонованого технічного рішення, від раніше відомих, полягає у застосуванні вихротокового принципу розділення вуглецевмісного та мінераловмісного компонентів вугільної сировини у електромагнітному полі з урахуванням їхньої різної властивості щодо електропровідності. Вказана відмінність забезпечує отримання точного та високоякісного безконтактного процесу збагачення вугілля без використання додаткових речовин, не враховує стан сировини, незалежна від маси сировини, тобто незалежна від будь-яких зовнішніх факторів. Жоден із відомих способів не може одночасно володіти всіма перерахованими властивостями разом, оскільки взагалі не передбачає отримання даних щодо кількісного співвідношення органічної і мінеральної складових викопного вугілля шляхом аналізу вихрових токів, що виникають в них під дією електромагнітного поля. До технічних переваг запропонованого технічного рішення, у порівнянні з прототипом, можна віднести: - забезпечення більш точного, якісного і повноцінного збагачення викопного вугілля за рахунок можливості відділяти вуглецевмісний компонент вугілля від пустої породи, мінеральних домішок; - можливість використання на всіх етапах збагачення (попередньому, основному і заключному) з цієї ж причини; - розширення області використання властивостей електромагнітного поля за рахунок застосування вихротокового принципу розділяння органічних і неорганічних складових викопного вугілля; - можливість переробки будь-яких фракцій вугілля з цієї ж причини; - незалежність відсортів вугілля - всі вони електропровідні - треба лише встановити відповідну чутливість соленоїдної котушки; 9 57294 - висока продуктивність процесу збагачення за рахунок незалежності від швидкості переміщення конвеєру; - легкість реалізації з використанням простого, доступного та розповсюдженого технологічного обладнання, а також екологічну безпечність. Соціальний ефект від впровадження запропонованого технічного рішення, у порівнянні з використанням прототипу, отримують за рахунок відсутності будь-якого забруднення довкілля невідновними відходами процесу збагачення. Економічний ефект від впровадження запропонованого технічного рішення, у порівнянні з використанням прототипу, отримують за рахунок зниження вартості процесу збагачення вугілля, відсутності допоміжних речовин, відходів, що потребують утилізації, застосування звичайного не коштовного обладнання. Після опису запропонованого технічного рішення фахівцям у даній галузі знань повинно бути наочним, що все вищеописане є лише ілюстративним, а не обмежувальним, будучи представленим даним прикладом. Численні можливі модифікації етапів здійснення способу, зокрема режимів вихротокового контролю, варіантів механічного розділяння вугільної маси, або їх послідовності, мо Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 10 жуть змінюватися залежно від вихідного матеріалу, рівня технічного оснащення та, зрозуміло, знаходяться в межах об'єму одного із звичайних і природних підходів в даній області знань і розглядаються такими, що знаходяться в межах об'єму запропонованого технічного рішення. Квінтесенцією запропонованого технічного рішення є використання вихротокового принципу розділення вуглецевмісного та мінераловмісного компонентів вугілля у електромагнітному полі з урахуванням різниці їх електропровідності, і саме ця обставина дозволила надбати запропонованому способу вищеперераховані й інші переваги. Зміна окремих положень запропонованого принципу розділення вуглецевмісного та мінераловмісного компонентів вугілля на інші, природно, обмежує спектр переваг, перерахованих вище, і не може вважатися новими технічними рішеннями в даній області знань, оскільки інше, подібне описаному способу, вже не вимагатиме будь-якого творчого підходу від конструкторів і інженерів, і не може вважатися результатами їх творчої діяльності або новими об'єктами інтелектуальної власності, відповідними до захисту охоронними документами. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601