Curs 2

TEHNOLOGII DE PREPARARE A CĂRBUNILOR

Prin preparare se urmăreşte obţinerea cărbunelui cu granulaţie dorită şi cu putere calorică mare, factor important pentru consumatorii de combustibil solid şi pentru uzinele de brichetare. Creşterea puterii calorice pe unitate de greutate depinde de însuşirile naturale ale cărbunelui brut. Cererea de cărbune îmbogăţit creşte. Cărbunele brut aşa cum este extras nu răspunde cerinţelor consumatorilor.

Multe impurităţi minerale şi concreşteri dau cenuşă excesivă iar aceasta având punct redus de topire formează zguri nedorite.

Prin preparare de cele mai multe ori se îndepărtează substanţele minerale anorganice care însoţesc cărbunele şi care constituie sterilul format de obicei din şisturi, gresii, carbonaţi şi din compuşi ai sulfului ca pirita, marcasita. Sterilul se găseşte în cărbune sub formă de concreşteri cu acesta sau poate proveni din roca înconjurătoare stratului de cărbune, în urma operaţiilor de exploatare. în acest din urmă caz, sterilul nu este legat de cărbune şi poate fi îndepărtat. Parte din substanţele anorganice legate de cărbune provin din plantele din care s-a format cărbunele şi sunt foarte fin şi uniform re -partizate în masa cărbunelui, astfel inert nu se poate separa prin nici un mijloc de preparare constituind aşa-zisa cenuşă inseparabilă, în general substanţele minerale asociate cu cărbunele pot fi îndepărtate prin operaţii de preparare în măsura în care aceste asociaţii cu cărbunele sunt desfăcute la dimensiunea la care se face operaţia de preparare. Sulful care dăunează mult calităţii cărbunelui poate fi şi de provenienţă organică, în care caz nu se poate separa prin procedee de preparare. In general prepararea cărbunilor se bazează pe aceleaşi principii ca şi prepararea minereurilor. Faţă de instalaţiile de preparare a minereurilor, cele pentru prepararea căr bunilor se deosebesc în primul rând prin capacităţi mai mari şi prin faptul că se urmăreşte evitarea sfărâmării

Referitor la capacităţi, în prepararea cărbunilor cocsificabili se practică capacităţile mari, iar în cazul cărbunilor energetici se practică schemele simple.

In uzine prin clasare volumetrică şi preparare (în principal gravimetrică) se înlătură în întregime ganga, iar concreşterile şi şisturile bituminoase se înlătură într-o proporţie maximă. Limita de preparare este în funcţie de însuşirile fizice şi chimice ale cărbunelui brut, de comportarea lui tehnologică, precum şi de capacitatea de adaptare a utilajului uzinei la materie primă diferită, atunci când din mină se extrag sorturi diferite.

Procedeele gravitaţionale de preparare se pot aplica uşor deoarece diferenţa de greutate specifică este mare. Cărbunele are greu tate specifică 1,2—1,5 kg/dm3, iar impurităţile de care trebuie separat au greutate specifică: ganga 2,5—3; pirita şi marcasita 4,6—5,2 kg/dm3.

Cu cât cărbunele brut este mai greu cu atât el conţine mai multe impurităţi şi are conţinut mai ridicat de cenuşă.

Pentru preparare se foloseşte zeţajul, concentrarea pe jgheaburi, separarea în medii dense, prepararea pneumatică.

Alegerea procedeului este determinată de preparabilitatea cărbunelui. Dificultăţile de preparare sunt determinate de conţinutul de produse intermediare, adică de prezenţa cărbunelui cu greutate specifică intermediară. Cu cât cărbunele este mai greu preparabil cu atât este mai eficientă prepararea mecanică, deoarece pentru căr -bunele brut cu conţinut acceptabil de cenuşă nu se pune problema preparării ci doar a unei clasări.

Aprecierea preparabilităţii cărbunelui frecvent are loc după conţinutul fracţiilor intermediare .

Funcţie de preparabilitatea cărbunilor, a cerinţelor impuse pen tru conţinutul de

1

cenuşă, fracţiile intermediare au următoarea greutate specifică:— cărbuni cu preparabilitate uşoară, 1,5—1,8— cărbuni cu preparabilitate grea, 1,4—1,8— antracit, 1,8—2,1

Scara de clasare se alege în funcţie de procedeul şi schema de preparare, specificul tehnologic al utilajelor, capacitatea lor, granulometria cărbunelui brut, cerinţele pentru cărbunele sortat etc. Sortarea cărbunelui în clase are loc atât după condiţiile tehnologice cât şi ţinând seama de existenţa ciururilor standardizate.

Pentru îmbogăţirea cărbunilor cocsificabili în medii dense, prin zeţaj ori flotaţie, numărul de clase este de la 1 la 4.

Pentru prepararea mai profundă a cărbunilor energetici ori cocsificabili inclusiv a celor obţinuţi prin hidroextragere, este posibilă practicarea zeţajului cărbunilor neclasaţi. Schema tehnologică a uzinei se alege în funcţie de destinaţia produselor şi a calităţii impuse de consumator. Cărbunii în funcţie de sort, cenuşă şi conţinut de sulf se folosesc pentru tratare chimică, în scopuri tehnologice şi energetice.

Cărbunii destinaţi scopurilor tehnologice se folosesc în diferite tipuri de cuptoare: furnale, cuptoare cu flacără, cuptoare de calci-nare etc. Cărbunii destinaţi scopurilor energetice se ard în strat sau sub formă de pulbere.

Limita de conţinut pentru cenuşă şi sulf în cărbunele brut su pus preparării sau folosit ca atare depinde de resurse, consum, însuşiri de preparare ş.a. Limita medie este 5—11%.

Conţinutul de cenuşă a concentratelor destinate uzinelor cocsochimice se stabileşte în fiecare caz separat în funcţie de preparabilitate, schema adoptată şi raţiune tehnico-econoinică.

Fluxul tehnologic prezentat în figură are în vedere sortarea cărbunelui brut la 80 mm, supragranulaţia fiind concasată sub această dimensiune - după separarea manuală a lemnelor şi sterilului + 80 mm.

Produsul concasat se uneşte cu trecerea ciurului şi constituie alimentarea spălătoriei. Pe banda de alimentare este prevăzut un separator magnetic pentru reţinerea impurităţilor materiale. Preclasarea alimentării se realizează la 14 mm pe ciururi cu rezonanţă tip CDR (7), câte două pentru fiecare linie de spălare. Clasa 14-80 mm alimentează maşina de zeţaj tip OM - 12 (2).

Elevatorul primei celule de zeţaj evacuează sterile 14-80 mm. Produsul intermediar împreună cu cărbunele spălat se clasează pe două circuite tip WP (3) apoi se retratează într-o cuvă cu medii dense ce lucrează cu mediu de magnetită la densitatea 1.35-1,37 kg/dm3 (4). Atât produsul uşor - cărbunele spălat - cât şi mixtele se spală pentru îndepărtarea magnetitei şi se deseacă pe ciururi vibrante bicompartimentate (J). Schema de

2

regenerare a mediului cuprinde o cisternă pentru mediul de lucru, o cisternă pentru mediul concentrat, o instalaţie de pregătire a mediului proaspăt de magnetită, o cisternă de mediu diluat şi câte două separatoare magnetice cu tambur şi magnet permanent înseriate pentru fiecare linie de spălare. Reglarea densităţii mediului la valoarea dorită este comandată automat de la pupitru de comandă. Instalaţia dispune pentru fiecare linie, de densimetre compensatoare comandate pneumatic, amplasate în circuitul mediului de lucru, pe o derivaţie a conductei principale care recircuitează mediul la cisternă.

- Trecerea ciururilor de preclasare (1) se deşlamează pe site curbe (6) la 0,5 mm.

Cărbunele brut 0,5-14 mm se prepară în maşini de zeţaj pentru trei produse tip BATAC (7). De la această maşină se evacuează steril 0,5-14 mm care este dirijat la banda colectoare de steril şi respectiv la silozul staţiei de funicular pentru transportarea la haldă. Cărbunele spălat 0,5-14 mm se deseacă pe un ciur OSO (8) şi centrifuge. Intermediarul se trece printr-un siloz tampon (9) şi alimentează instalaţia de rezeţaj cu o singură celulă (10). Acesta instalaţie realizează o nouă separare a mixtelor finale (energetice) faţă de cărbune spălat. Produsele obţinute se deseacă pe ciururi şi se supun centrifugării

Apele de spălare rezultate din procesele de preparare se dirijează la un clasor piramidal (U) al cărui preaplin se recircuitează ca apă de spălare, îngroşatul se deseacă pe ciururi vibrante (12). Cărbunele desecat se conduce la silozurile de cărbune spălat. Trecerea acestor ciururi constituie sursa principală de şlam brut. Decantoarele de şlam brut (13) mai sunt alimentate şi cu trecerea sitelor curbe care realizează deşlămarea preliminară înaintea maşinilor de zeţaj. îngroşatul decantoarelor de şlam brut se mai controlează odată la 0.5 mm pe ciururi vibrante, apoi se alimentează în conul flotaţiei.

Pentru fiecare linie de spălare este prevăzută câte o linie de flotaţie (14) compusă din 16 celule de flotare şi 16 celule pentru reflotare. Flotaţia primară se realizează de primele 6-7 celule ale bateriei de flotare. în următoarele celule se realizează flotaţia de curăţire. Concentratul flotaţiei primare se retratează în bateria de reflotare. De la primele 4-5 celule se obţine concentratul cocsificabil care se dirijează la filtrele de concentrat A. Ultimele celule ale bateriei se utilizează pentru reflotarea mixtelor provenite de la prima parte a bateriei şi din şlamul-mixt realizat din operaţiile de filtrare. Concentratul ultimelor celule ale bateriei de flotare şi reflotare este condus la filtrele pentru concentrat B. Filtrele cu vacuum utilizate pentru concentrate au câte 4 discuri, cu o suprafaţă utilă de 20 m2.

Preaplinul decantorului de şlam brut împreună cu sterilul de flotaţie şi apele de mină constituie alimentarea decantoarelor de şlam steril. Distribuţia şlamului steril pe cele patru decantoare destinate limpezirii se realizează de la o staţie centrală cu posibilităţi de întrerupere a alimentării oricărui decantor în caz de avarie. Decantoarele de şlam steril (75) cu diametre de 36 m şi 50 m sunt prevăzute cu alimentarea tulburelii prin tubul central şi cu dispozitive de reglare pentru dirijarea la centru a îngroşatului şi de ridicare a braţului raclor în caz de suprasarcină. Pentru limpezirea apelor în fiecare decantor se dozează reactivi floculanţi: amestec de poliacrilamidă şi amidon caustificat. îngroşatul decantoarelor se tratează cu sulfat de aluminiu pentru înbunătăţirea filtrabilităţii. Omogenizarea îngroşatului cu sulfatul de aluminiu se realizează în agitatoare (16) de 15 m3. Desecarea şlamului steril se face în staţia de filtrare compusă din filtre Progres cu câte 100 camere (17). După filtrare şlamul steril cu putere calorifică de 1200-1800 kcal se valorifică în industria materialelor de construcţii sub denumirea comercială sterile carbonifere. Apa limpezită din preaplinul decantoarelor împreună cu apa din filtratul rezultat la filtrele presă se dirijează în jompul pompelor de recircuitare de unde o parte se reintroduce în procesul de spălare, iar excedentul se deversează în Jiul de Vest.Cărbunele ocupă o pondere importantă în balanţa de resurse energetice pentru producerea energiei electrice, dar extinderea utilizării sale în ultimele decenii a fost limitată de faptul că este o sursă majoră de poluare a atmosferei, dar şi a apei şi solului.

3

Termocentralele care folosesc cărbunele ca agent energetic,în urma arderii emit în atmosferă cantităţi importante de agenţi poluanţi, sub diferite forme.Arderea cărbunelui contribuie la poluarea mediului prin pulberile antrenate din coşurile de fum şi prin haldele de cenuşă; poluarea mecanică este completată de cea chimică, dată de acţiunea compuşilor chimici rezultaţi în gazele de ardere şi care pot fi mai nocivi decât cei solizi, afectând echilibrul ecologic al zonelor limitrofe complexelor energetice.Elementele chimice care contribuie la formarea agenţilor poluanţi sunt: carbonul, hidrogenul, sulful şi azotul care, în urma arderii cărbunelui în prezenţa oxigenului, formează CO2, H2O, SO2 şi oxizi de azot. Oxizii pe bază de azot şi sulf (NOX, SO2, SO3) contribuie şi la acidificarea atmosferei.Oxizii de sulf prezenţi în mediul ambiant ca rezultat al arderii combustibililor schimbă compoziţia apei şi a solului, ceea ce are ca rezultat tulburări în dezvoltarea plantelor, o scădere a producţiei de masă lemnoasă, respectiv a producţiei şi calităţii fructelor, cu întregul cortegiu de consecinţe economice şi ecologice, ultimele manifestate în lanţul trofic plante–animale–om. Reducerea conţinutului de sulf la cărbunii autohtoni nu este posibilă decât prin implementarea unor tehnologii noi depreparare. Evaluarea tehnologiilor care se recomandă pentru valorificarea cărbunelui produs în Valea Jiului se limitează doar la producerea de energie electrică şi termică în capacităţi industriale de dimensiuni mari şi la producerea căldurii în capacităţi industriale mici, în sisteme locale de termoficaresau în sobe de uz casnic.

O caracteristică a huilei de Valea Jiului este conţinutul total de sulf care depăşeşte limitele cerute de normativele de mediu. Cărbunele brut are un conţinut total de sulf între 1,5 şi 2,5%, în timp ce la cărbunele preparat această pondere creşte, în funcţie de conţinutul de cenuşă până la valori de 2,0-3,0%.Aceste valori pot sugera că prepararea cărbunelui prin procedee de separare mecanică nu are eficienţă, întrucât piritele sunt prezente în granule fin disseminate în masa combustibilă solidă, practic aparţin cenuşii inseparabile. Huila din Valea Jiului este greu de desulfurat prin curăţare mecanică, din cauza gradului ridicatde asociere a sulfului anorganic, precum şi a conţinutului ridicat de sulf organic.Conţinutul de sulf al cărbunilor analizaţi este mare iar distribuţia acestuia în masa combustibilă face dificilă îndepărtarea lui prin metode clasice (curăţare mecanică – impusă pentru reducerea cenuşii).Utilizarea acestor cărbuni drept combustibili trebuie să cuprindă procese de îndepărtare a sulfului sau de desulfurizare a gazelor de ardere, chiar dacă se preconizează arderea în sistemele de încălzire locale.O valorificare superioară poate să constea în producerea de combustibili ecologici pentru sistemele de termoficare orăşăneşti sau consumul casnic, sub formă de cocs sau semicocs brichetat cu liant bituminos sau ecologic. O variantă posibilă este brichetarea la cald, precedată de eliminarea volatilelor fumigene şi utilizarea ca liant a unui cărbune cu bune proprietăţi de aglomerare.Curăţarea mecanică de cenuşă, până la conţinuturi sub 10%, şi îndepărtarea chimică a sulfului cu ajutorul hidroxidului de sodiu topit la cca 400°C, reprezintă o tehnologie depoluantă, care poate aduce conţinutul de sulf al combustibilului obţinut sub 0,5%. O ultimă variantă pe care o menţionăm şi care poate face obiectul adâncirii cercetărilor şi perfectării unei tehnologii fiabile se referă la cogazeificarea huilelor sub presiunecu deşeuri combustibile solide urbane, proces care poate asigura gazeificarea completă a materiilor organice din deşeuri şi cărbune şi vitrifierea într-o formă nepoluantă a cenuşii formate.Dintre tehnologiile de preparare mecanică pentru reducerea degajării de SO2 în atmosferă pot fi luate imediat în studiu următoarele:– de amestecuri de cărbune, astfel încât concentraţia poluantului să nu depăşească valorile acceptate;– separarea selectivă a claselor densimetrice de cărbune care au conţinuturi mai scăzute de sulf şi dozarea în sorturile comercializabile, pentru a obţine un combustibil mai puţin poluant;

4

– mărunţirea mixtelor, concentrarea în instalaţii specifice a materialului mărunt şi fin şi amestecul produselor rezultate cu acceptori anorganici de sulf;Analizele mineralogice au confirmat că masa minerală piritică este asociată cu masa combustibilă şi, în consecinţă, cu cât se reuşeşte o degradare granulometrică mai avansată, premergătoare operaţiilor de concentrare, cu atât devine mai posibilă evacuarea mecanică a unei părţi inseminate a sulfului din cărbunele supus preparării prin metode mecanice.Deşi se solicită un aport energetic suplimentar în uzinelede preparare, acesta va fi diminuat corespunzător la utilizatorii cărbunelui, care au prevăzute operaţii de măcinare pentru pregătirea combustibilului pentru ardere în suspensie. Operaţiile de brichetare ecologică sau gazeificarea cărbunelui sunt de asemenea tehnologii care, de regulă, procesează material mărunt şi fin, obţinând produse combustibile „curate“, ca impact asupra mediului.Eliminarea, chiar parţială, a sulfului prin procesarea claselor mărunte prin flotaţie conduce şi la scăderea remarcabilă a conţinutului de cenuşă şi deci la posibilitatea îmbunătăţirii substanţiale a puterii calorifice a produselor preparării, cu efecte benefice la consumatori, atât din punct de vedere termic cât şi ecologic.Pe piaţa mondială a consumatorilor de combustibil, pentru producerea energiei electrice există o creştere constantă a cererii pentru cărbune de înaltă calitate. Sunt ţări în care se utilizează numai cărbune preparat:SUA – c = 5,5-15%; Germania – c = 6,8-16%; Anglia –c = 16-18,2%; Australia – c = 14-17%. Este tot mai mult acceptată ideea că impactul asupra mediului al agenţilor poluanţi este mai scăzut dacă se supune cărbunele preparării mecanice înaintea valorificării în energetică;Pot fi puse în evidenţă câteva direcţii posibile de retehnologizare:– desulfurarea mecanică a claselor granulometrice mărunte şi fine, pentru livrarea de huilă cu un conţinut mairedus de sulf;– introducerea în unele sorturi tehnologice de acceptori anorganici de sulf şi apoi omogenizarea în produsele comercializabile;– producerea de brichete ecologice;

– gazeificarea cărbunelui;Apele de circulaţie din procesarea cărbunelui sunt purtătoare de importante cantităţi de masă combustibilă, subformă de şlam brut, ceea ce şi justifică preocupările de recuperare a acestuia şi de valorificare energetică în amestec cu celelalte sorturi tehnologice. Staţiile de epurare pot să fie alimentate cu şlam brut sau cu şlam steril, rezultând caracteristici diferite ale alimentării filtrelor presă şi ale turtelor. Turtele de şlam brut au o putere calorifică ce permite valorificarea lor în amestec cu mixte energetice sau cu cenuşă de termocentrală pot constitui materie primă pentru materiale de construcţii.

Rocile care se depozitează în haldă sunt formate dintr-un material neomogen atât din punct de vedere petrografic cât şi granulometric. Macroscopic, amestecul de roci haldate se prezintă ca un amestec de pietriş şi bolovăniş prins într-o masă argilo-nisipoasă de culoare cenuşie şi uneori, după ardere, cenuşie-roşcată. Sterilul rezultat de la preparaţii este reprezentat printr-un amestec de argile, argile şistoase, argile grezoase, şisturi cărbunoase, fragmente de cărbune.

Prezenţa masei combustibile între ceilalţi componenţi minerali are importanţă sub aspectul modului de repartiţie pe fracţii granulometrice, întrucât o parte este asociată sub formă de mixte, care trebuie supuse mărunţirii pentru eliberarea şi apoi recuperarea cărbunelui. Prezenţa unui însemnat potenţial combustibil în masa sterilă depozitată justifică cercetarea posibilităţilor de recuperare, cel puţin parţială, a acestuia şi valorificarea în energetică alături de producţia curentă. În unele zone ale depozitelor sterile puterea calorifică depăşeşte 1500 kcal/kg. Toate aceste componente prezente în sterilul de preparare se constituie

5

ca resurse secundare rezultate din procesul tehnologic primar, de exploatare şi preparare a cărbunelui.

Este posibilă recuperarea unui combustibil energetic a cărui putere calorifică o estimăm în jurul a 2500-3600 kcal/kg, ţinând seama şi de conţinutul de umiditate al unui produs cu o granulometrie scăzută şi cu un procent ridicat de materiale de natură argiloasă, fin dispersate pe suprafaţa cărbunelui şi în masa concentratului obţinut.Plecând de la considerentul că veniturile estimate a se obţine din valorificarea masei combustibile din halde sunt considerate acceptabile pentru o investiţie în domeniu şi că prin procesarea sterilului se pot face şi lucrări de reabilitare ecologică a zonei, care pot fi susţinute cu fonduri din protecţia mediului, voi prezenta în continuare o variantă aplicabilă în actuala conjunctură.Reprocesarea sterilelor pentru extragerea unor substanţe utile rămâne un domeniu puţin explorat şi care poate transfera haldele sterile miniere din Valea Jiului în Resurse Secundare Refolosibile.

6