Ảnh hưởng của độ chính xác phân tuyển than cốc đến tỷ lệ thu hoạch

I. Giới thiệu

Yêu cầu của người sử dụng than cốc chủ yếu là chất lượng than (sản phẩm thương mại) đó là động cơ thúc đẩy trong quá trình sàng tuyển than nguyên khai. Trong điều kiện của đất nước Ba Lan than cục được tuyển trong các máy tuyển huyền phù, than cám được tuyển trong các máy lắng, than cám mịn được tuyển bằng phương pháp tuyển nổi. Than cám cũng có thể được tuyển trong các xoáy lốc huyền phù. Phương pháp tuyển than cám trong xoáy lốc huyền phù là phổ biến nhất trong các giải pháp về dây chuyền công nghệ ở nước ngoài, trước hết là Australia, Cộng hòa Nam Phi và phần lớn các cơ sở sàng - tuyển than ở Mỹ.

Tiến hành sàng - tuyển than cám trong các xoáy lốc huyền phù kém linh hoạt hơn khi sàng - tuyển than trong các máy lắng. Sàng - tuyển than cám bằng các máy lắng sẽ mềm dẻo hơn về thành phần độ hạt, tỷ trọng của than đưa vào tuyển. Các xoáy lốc huyền phù rất nhạy cảm với sự thay đổi trên (về thành phần độ hạt và tỷ trọng than) đưa tuyển. Từ đó mà về mặt sàng - tuyển than nguyên khai cần có giá trị trung bình về tỷ trọng và mức độ nhất định về thành phần độ hạt.

Trong các xoáy lốc huyền phù than nguyên khai đưa tuyển có độ hạt về căn bản từ 0,5 - 1,0 mm. Cũng có xoáy lốc huyền phù cỡ hạt than đưa tuyển trên 10 mm. Báo cáo cũng chỉ ra cỡ hạt lớn nhất cũng không thể vượt quá 1/3 so với lỗ tháo sản phẩm của xoáy lốc.

Trong các máy lắng thì độ hạt đưa vào tuyển rộng. Ở Ba Lan tuyển bằng phương pháp máy lắng hiệu quả đem lại chưa phải là tốt nhất, nhưng tuyển phân cấp (theo thành phần độ hạt) của than đưa tuyển - chỉ loại bỏ các hạt thô. Chính xác thì vật liệu đưa tuyển tốt nhất có giá trị trung bình về thành phần độ hạt và thành phần tỷ trọng nhưng những vấn đề đó không phải là nhất thiết. Quan trọng vẫn là cấp liệu đầu vào của máy lắng.

Các máy lắng hay các xoáy lốc huyền phù được đo chính xác sự khác nhau khi làm việc về chỉ số độ lệch đường cong phân phối hay sai số cơ giới. Trước đây người ta đã áp dụng việc đánh giá độ chính xác phân tuyển bằng phương pháp có tên là "sai số tam giác" (chênh lệch giữa thực tế giá trị độ tro trong các sản phẩm công nghiệp sàng - tuyển với giá trị độ tro trong phòng thí nghiệm), nhưng vì tính toán mất thời gian phương pháp này hiếm khi được áp dụng (đôi khi ở Mỹ).

Nghiên cứu về chỉ số độ lệch đường cong phân phối và chỉ số cơ giới rất hiếm khi được thực hiện trong điều kiện công nghiệp. Trên cơ sở phân tích tài liệu người ta đưa ra được các mức về độ lệch đường cong phân phối Ep như sau:

- Đối với các máy lắng Ep = 0,08 - 0,24, nhưng một số trường hợp Ep của các máy lắng có thể lên đến 0,32.

- Đối với xoáy lốc huyền phù Ep = 0,02 - 0,06 đôi khi lên đến 0,08.

Độ chính xác phân tuyển trong các máy lắng hay trong các xoáy lốc huyền phù phần lớn phụ thuộc vào các yếu tố (cấu tạo máy, độ rộng của thành phần độ hạt đưa tuyển, phương thức cấp liệu và phương thức phân loại sản phẩm...). Biết rằng độ lệch đường cong phân phối được hiểu là giá trị trung bình của tỷ trọng ranh giới phân tuyển - bằng giá trị trung bình chênh lệch giữa tỷ trọng phân tuyển 25% lũy tích phần nổi với tỷ trọng phân tuyển 75% lũy tích phần nổi. Sai số cơ giới là hệ số của mối quan hệ tuyến tính giữa độ lệch đường cong phân phối với tỷ trọng ranh giới phân tuyển.

Những nhà thiết kế dây chuyền công nghệ sàng - tuyển than cám cho các cơ sở sàng - tuyển than sẽ đưa ra giải pháp là sử dụng các máy lắng hay xoáy lốc huyền phù. Tiêu chí để lựa chọn hoặc là sử dụng các máy lắng thì quá trình phân tuyển đơn giản, hoặc sử dụng xoáy lốc huyền phù thì quá trình phân tuyển có độ chính xác cao hơn.

Trong điều kiện của Ba Lan, những nhà thiết kế chọn máy lắng khi không cần phải thiết kế dây chuyền tuyển than cỡ nhỏ. Nhận thấy, than nguyên khai cấp vào cơ sở sàng - tuyển được lấy từ nhiều nguồn khai thác và từ các vỉa khác nhau, thường thì đã bị trộn lẫn trên đường vận chuyển trong nhiều trường hợp khác nhau. Để giải quyết vấn đề đó những người thiết kế cơ sở sàng - tuyển sử dụng các máy lắng là hợp lý.

Các giải pháp ở nước ngoài, đặc biệt là khai thác than bằng phương pháp lộ thiên hoặc khi cơ sở sàng - tuyển không bao gồm các giếng khai thác hầm lò, việc thiết kế tương đối đơn giản đối với quá trình tuyển than cỡ nhỏ. Vì lý do này, có thể thiết kế dây chuyền công nghệ sàng - tuyển bằng các xoáy lốc huyền phù.

Lợi thế ở đây là độ chính xác phân tuyển trong các xoáy lốc là cao và trong điều kiện công nghiệp đã thể hiện lũy tích phần nổi có được cao hơn với cùng một đơn vị than nguyên khai và cùng thông số chất lượng. Điều này có nghĩa là với cùng số lượng than nguyên khai, nhờ vào việc nâng cao độ chính xác phân tuyển, thì sẽ thu được nhiều sản phẩm thương mại hơn. Điều này được chuyển thành doanh thu cao hơn từ việc bán sản phẩm của mình bằng cách cải thiện hiệu quả kinh tế của các cơ sở sàng - tuyển.

Mục đính của báo cáo này là nghiên cứu sự phụ thuộc của các kết quả kinh tế tuyển than cốc cỡ hạt nhỏ với độ chính xác phân tuyển than thành phẩm với đá thải.

II. Cơ sở để thực hiện báo cáo

II.1. Các tiêu chí về kinh tế

Giả định rằng các tiêu chí để đánh giá sự ảnh hưởng của độ chính xác phân tuyển đến hiệu quả kinh tế sẽ là than thành phẩm cùng với các giá trị về độ tro trong than thành phẩm. Như đã đề cập, thu hồi than thành phẩm càng cao thì số lượng sản phẩm thương mại càng cao (than cốc được bán cho hộ tiêu thụ), được sử dụng cùng một lượng than nguyên khai. Vì thế, để doanh thu tăng không nhất thiết phải tăng số lượng khai thác (than nguyên khai của mỏ). Điều này có tầm quan trọng đáng kể đối với những nơi hạn chế khai thác hầm lò.

Các kết quả tài chính có thể dễ dàng tính bằng cách nhân sản lượng than sạch với  giá than ứng với các đặc tính chất lượng (chủ yếu là giá trị về tro). Giả sử, cơ sở sàng - tuyển đưa 1.000 tấn than cám vào tuyển, so sánh sự khác nhau về độ chính xác phân tuyển với số lượng than thành phẩm thu được rồi đem nhân với giá than (ứng với độ tro) là doanh thu khi bán than thành phẩm.

Điều đó chứng tỏ độ chính xác phân tuyển càng lớn thì lợi ích về kinh tế của mỏ càng lớn. Mục đích của báo cáo này cũng chỉ ra sự thay đổi về kích cỡ hạt than thu hoạch đồng thời với sự thay đổi về độ chính xác phân tuyển để mang lại sự chú ý của người ra quyết định về vai trò của các cơ sở sàng - tuyển có thể ảnh hưởng đến lợi nhuận của các mỏ.

II.2. Mẫu nghiên cứu

Phân tích sự ảnh hưởng của độ chính xác phân tuyển đến thu hoạch các sản phẩm thương mại (than thành phẩm) tiến hành thực hiện cho các mỏ than: Borynia, Budryk, Jas-Mos, Krupiński, Pniówek, Zofiówka. Công ty than Jastrzębie đã tiến hành thực hiện nghiên cứu than nguyên khai từ các mỏ nói trên. Các mẫu được đưa phân tích tỷ trọng (tỷ trọng kế) phân chia chúng trong phòng thí nghiệm lần lượt với từng cấp tỷ trọng của dung dịch nặng trong khoảng từ 1,3 g/cm³ đến 1,8 g/cm³. Khoảng cách giữa các cấp tỷ trọng là 0,05 g/cm³ hoặc 0,1 g/cm³. Trong mỗi cấp người ta xác định được giá trị độ tro và cũng tính được thu hoạch của từng cấp đó so với khối lượng chung của than đưa phân tích. Kết quả phân tích than nguyên khai được tập hợp vào bảng và sau đó người ta dựng được các đường cong khả tuyển.

Do báo cáo có giới hạn nên các bảng và hình vẽ không được trình bày ở đây. Đồng thời ở phần sau tên các mỏ than cũng sẽ được mã hóa. Nguồn gốc than không phải là quan trọng với mục đích của báo cáo. Điều quan trọng là nguồn dữ liệu thực tế về than. Với lại các vấn đề tương tự được phân tích trong các tài liệu [1,2,3] trên cơ sở dữ liệu lý thuyết không liên kết với bất kỳ mỏ than cụ thể nào. Do đó, các kết luận rút ra trong các tài liệu đó mang tính chất lý thuyết nên rất hạn chế. Trong bài này đã cố gắng phân tích dữ liệu thực tế.

II.3. Các điều kiện cần thiết để đưa vào báo cáo

Các dữ liệu trong phòng thí nghiệm cho các đường cong thu hoạch phần nổi (đường υ), đó là sự phụ thuộc của thu hoạch than sạch với giá trị độ tro tương ứng của nó, từ các phòng thí nghiệm mà người ta chuyển đổi thành các đường cong khả tuyển. Các đường cong khả tuyển đó trong nghiên cứu này sẽ dự báo về sự phụ thuộc của các đường thu hoạch phần nổi với giá trị độ tro của chúng dự kiến là trong điều kiện công nghiệp đối với các thiết bị có độ chính xác phân tuyển khác nhau.

Trong tính toán đường cong phân phối có giá trị Ep = 0,04; 0,08; 0,12; 0,16; 0,2; và 0,24. Như đặc tính đường cong phân phối của các máy lắng và xoáy lốc huyền phù (tất nhiên đã đề cập đến trong phần giới thiệu).

Việc tính toán hệ đường cong khả tuyển chỉ thực hiện đối với than sạch. Các tính toán khác không được thực hiện trong báo cáo này. Các tính toán đã được thực hiện tại Ban Kinh tế và Nghiên cứu Thị trường Nhiên liệu Chất đốt - Năng lượng (Viện Nghiên cứu Kinh tế Khoáng sản và Năng lượng của Học viện Khoa học Ba Lan). Được thực hiện bằng phần mềm máy tính do Tiến sỹ Zbigniew Grudziński biên soạn.

Việc thực hiện tính toán cho các mỏ than có nguồn gốc từ các Công ty than Jastrębie đã được đề cập ở trên, đồng thời đưa ra giá trị về chỉ số độ lệch đường cong phân phối, được trình bày trong các bảng nhưng không đưa vào báo cáo vì bài có giới hạn. Trên cơ sở dữ liệu được giữ lại đó ta dựng được đường cong thu  hoạch phần nổi.

Theo như lý thuyết giả sử là các sản phẩm than được phân tích của các mỏ sẽ lựa chọn một trong hai khả năng có thể của than sạch: một là, với hàm lượng độ tro 7,5%, hai là, với hàm lượng độ tro 9%. Mức hàm lượng độ tro đầu tiên là gần với hàm lượng độ tro của các sản phẩm thương mại được sản xuất tại các mỏ than được khảo sát. Hàm lượng độ tro thứ hai là giới hạn hàm lượng độ tro mà hộ tiêu thụ than cốc có thể chấp nhận được.

III.  Kết quả khảo sát và nghiên cứu

Cũng nhu đã nói ở trên, kết quả phân tích dựa trên tỷ trọng của than nguyên khai từ các mỏ than của Công ty than Jastrzębie ta dựng được đường cong thu hoạch than sạch. Các đường cong đó được tính toán chuyển đổi từ đường cong thu hoạch than sạch dự kiến sang quá trình chính xác khi phân tuyển (độ lệch đường cong phân phối). Từ các đường cong thu hồi than sạch ta đọc được thu hoạch than sạch bằng cách giả sử than có hàm lượng độ tro là 7,5% và 9%. Giá trị đọc được thể hiện trong Bảng 1 (đối với hàm lượng độ tro 7,5%) trong bảng 2 (đối với hàm lượng độ tro 9%).

Các kết quả phân tích trong Bảng 1 đối với than sạch có hàm lượng độ tro là 7,5% có thể có những nhận xét sau:

Sự khác biệt giữa thu hoạch than sạch trong điều kiện thí nghiệm với độ chính xác phân tuyển cao trong các xoáy lốc huyền phù dao động trong khoảng từ 1-2%, trong khi đó đối với các máy lắng làm việc hiệu quả thì sự khác biệt đó lớn hơn có thể đạt từ 3-8%.

Các máy lắng với độ lệch đường cong phân phối Ep = 0,12 nhận thấy thu hồi than sạch một cách chính xác, trong khi đó sự khác biệt giữa thu hoạch với phòng thí nghiệm có thể lên đến 20%.

Khi giá trị độ lệch đường cong phân phối Ep = 0,16 thu hoạch than sạch (trừ trường hợp đặc biệt) thường là thấp, lúc đó vấn đề là quá trình tuyển (nói chung là hai trường hợp đó không thể cho ra sản phẩm thương phẩm).

Đối với giá trị độ lệch đường cong phân phối Ep = 0,20 và 0,24 (và cao hơn) quá trình tuyển là không có ý nghĩa vì không thể thu được một sản phẩm than sạch nào.

Các kết quả phân tích trong Bảng 2 đối với than sạch có hàm lượng độ tro là 9% có thể có những nhận xét sau:

Bảng 1. Giả thiết thu hoạch than sạch theo lý thuyết
có giá trị độ tro là 7,5%

Ep = 0,00 có nghĩa là các dữ liệu được thí nghiệm trong phòng thí nghiệm (các đường cong khả tuyển)

Tất nhiên là thu hoạch than sạch sẽ cao hơn trường hợp trên, nhưng kết quả khi độ lệch đường cong phân phối Ep = 0,16 vẫn thu được than sạch, mặc dù trong một số trường hợp thì thu hoạch than sạch sẽ thấp.

Đối với giá trị độ lệch đường cong phân phối Ep = 0,20 chỉ có một trường hợp là thu được than sạch, trong khi đó giá trị độ lệch đường cong phân phối Ep = 0,24 không có một trường hợp nào thu được than sạch.

Chênh lệch giữa thu hoạch than sạch trong phòng thí nghiệm và xoáy lốc huyền phù là rất nhỏ, và chênh lệch đó cũng nhỏ khi sử dụng các máy lắng.

Bảng  2. Giả thiết thu hoạch than sạch theo lý thuyết
có giá trị độ tro là 9,0%

Ep = 0,00 có nghĩa là các dữ liệu được thí nghiệm trong phòng thí nghiệm (các đường cong khả tuyển)

IV. Kết luận

1. Nghiên cứu đã chỉ ra mối quan hệ chặt chẽ giữa thu hoạch than sạch với độ chính xác phân tuyển. Điều này phản ánh đến hiệu quả kinh tế của mỏ, khi giá trị độ lệch đường cong phân phối giảm thì thu hoạch than sạch giảm nghiêm trọng, đồng thời giảm đáng kể đến số lượng sản phẩm thương phẩm với cùng một lượng than nguyên khai.

2. Sản lượng than sạch và sự thay đổi về sản lượng thu hoạch than sạch cùng với giá trị độ lệch đường cong phân phối có sự khác nhau về nguồn gốc than của các mỏ than khác nhau. Kết quả từ sự khác nhau về các đặc tính kỹ thuật của than (các đường cong khả tuyển). Điều này có nghĩa là các phân tích về sự thay đổi của độ chính xác phân tuyển có ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của các mỏ than vì vậy cần phải nghiên cứu riêng cho từng mỏ.

3. Khi sản lượng thu hoạch than sạch giảm đi đối với máy lắng cho thấy sự cần thiết phải tiến hành nghiên cứu về giá trị độ lệch đường cong phân phối của các máy lắng đang làm việc tại các cơ sở sàng - tuyển than. Điều này cho phép đánh giá hiệu quả làm việc của máy lắng về các giá trị độ lệch đường cong phân phối không có lợi, từ đó mà tìm cách cải thiện chúng.

4. Việc tiến hành phân tích đã chỉ ra rằng, giá trị độ tro càng thấp trong than sạch (than thương phẩm) thì yêu cầu càng phải chính xác về độ chính xác phân tuyển của các thiết bị trong công nghiệp.

Tài liệu tham khảo

1. Blaschke W., Tarnawska K., 2007 - Impact of accuracy of coal beneficiation in preparation plants on coal mines’ economic results (in Polish). Polityka Energetyczna, v. 10, special issue, pp. 623-732.

2. Blaschke W., Blaschke S., Aleksa H., Wierzchowski K., 2008 - Analysis of influence of cleaning accuracy (imperfection) on value of power coal production (in Polish), v. 101 issue 1, pp. 89-99.

3. Blaschke W., Thi Thuy Linh N., Czarny G., 2009 - Economic criterion of choosing the way of coking coal fines beneficiation (in Polish). Polityka Energetyczna, v. 12, issue 2/2, pp. 29-42.

4. Blaschke W., 2009 - Przeróbka węgla kamiennego - Wzbogacanie grawitacyjne. Published by Mineral and Energy Economy Research Institute, Krakow

5. Nawrocki J., 1976 - Analityczno-graficzne metody i ceny pracy wzbogacalników grawitacyjnych. Śląsk Publishers.

6. Stępiński W., 1964 - Wzbogacanie grawitacyjne. PWN Łódź - Warszawa - Kraków.

7. Blaschke W., et al., 2009 - Ocena efektywności wzbogacania węgla w zależności od dokładności wzbogacania grawitacyjnego.  The study was conducted in the Department of Fossil Fuels and Energy Market Research, Mineral and Energy Economy Research Institute, Krakow.

GS. Wiesław Blaschke
Trường Đại học Bách khoa Slaska - Gliwice (Ba Lan)
ThS. Nguyễn Thị Thùy Linh
Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - TKV
(Nguồn: Hội Khoa học & Công nghệ mỏ Việt Nam)