Nghiên cứu tuyển than cấp hạt mịn độ tro cao mỏ than Hà Tu bằng thiết bị tuyển than tầng sôi

ThS. Phạm Văn Luận; TS. Nguyễn Hoàng Sơn; TS. Phạm Hữu Giang
Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Trên thế giới hiện nay có rất nhiều loại thiết bị tuyển làm việc theo nguyên lý tầng sôi, nhưng thiết bị tuyển có hiệu quả và được sử dụng phổ biến hơn cả là Reflux classifier (RC). Thiết bị này bao gồm một bộ các tấm nghiêng đặt trên lớp tầng sôi. Lớp tầng sôi được tạo ra ở phần thẳng đứng của thiết bị ngay dưới các tấm nghiêng phía trên. Trạng thái tầng sôi trong thiết bị RC được tạo ra bởi việc cấp dòng nước ngược với tốc độ nhất định dưới đáy của thiết bị. Thiết bị này dùng để phân chia hỗn hợp các hạt khoáng, dựa trên cơ sở của sự khác nhau về cỡ hạt hoặc tỷ trọng. Cấu tạo RC bao gồm tập hợp các tấm nghiêng đặt song song điều này rất cần thiết để tăng năng suất riêng và hiệu quả tuyển cho thiết bị. Năng suất của thiết bị có thể đạt được cao hơn nhiều lần so với hệ thống thông thường.

Theo các kết quả nghiên cứu trên thế giới, hiệu quả tuyển than cấp hạt mịn của thiết bị RC phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố: tốc độ dòng nước tạo tầng sôi; góc nghiêng của kênh (q); tỷ số giữa chiều dài và khoảng cách của các tấm nghiêng (L/z). Báo cáo này nêu các kết quả nghiên cứu khi tuyển than cấp hạt -3mm có độ tro trên 43% của mỏ than Hà Tu trên thiết bị tuyển tầng sôi ở một số chế độ công nghệ. Từ đó đưa ra chế độ công nghệ hợp lý để tuyển đối tượng than này.

1. Mẫu và thiết bị thí nghiệm

Mẫu than Hà Tu cấp hạt -3mm có độ tro trên 43% được dùng làm mẫu thí nghiệm, tính chất của mẫu nghiên cứu được nêu ở Bảng 1.

  Bảng 1. Tính chất của mẫu nghiên cứu

Thiết bị RC thí nghiệm có tiết diện là 150mmx150mm, với tấm nghiêng phía trên có thể thay đổi được góc nghiêng và tỷ số L/z. Sơ đồ cấu tạo của máy thể hiện ở Hình 1.

2. Điều kiện thí nghiệm và cách xử lý số liệu

Các thông số thí nghiệm điều kiện bao gồm: tốc độ dòng nước tạo tầng sôi; góc nghiêng của kênh (q); tỷ số giữa chiều dài và khoảng cách của các tấm nghiêng (L/z). Cỡ hạt đưa thí nghiệm -3mm. Sau khi thí nghiệm điều kiện, đã tìm được chế độ công nghệ tuyển tối ưu. Từ đó tiến hành thí nghiệm tuyển liên tục ở chế độ tối ưu của thiết bị.

Điều kiện thí nghiệm: Khối lượng một mẫu thí nghiệm là 20kg;  thời gian cấp liệu 20s; thời gian chạy thêm sau cấp liệu khoảng 4 phút.

Thí nghịêm lấy ra 3 sản phẩm than sạch, đá thải và trung gian. Các sản phẩm đưa đi sấy khô cân để xác định khối lượng. Các sản phẩm được lấy mẫu phân tích độ tro, phân tích chìm nổi và đưa đi phân tích rây qua rây 1mm.

Để tiến hành thí nghiệm tuyển liên tục đã sử dụng tốc độ cấp liệu 0,5kg/s, cứ sau 40s lấy ra một mẫu than sạch và đá thải. Các sản phẩm này được đưa đi sấy khô, cân xác định khối lượng và phân tích độ tro.

3. Kết quả thí nghiệm

3.1. Thí nghiệm xác định tốc độ dòng nước tạo tầng sôi tối ưu

 Kết quả thí nghiệm xác định tốc độ dòng nước tạo tầng sôi với góc nghiêng của kênh q = 70⁰ và L/z = 24 được cho ở Bảng 2.

Bảng 2. Kết quả thí nghiệm xác định tốc độ cấp dòng nước ngược

Nhận xét

Từ các kết quả thí nghiệm ở trên có một số nhận xét sau:

- Khi tăng tốc độ dòng nước tạo tầng sôi từ 80mm/s đến 106,7mm/s, độ tro, thu hoạch và thực thu phần cháy trong than sạch tăng dần. Thu hoạch của đá thải giảm dần và độ tro đá thải tăng dần;        

- Theo kết quả phân tích rây (sản phẩm than sạch qua rây 1mm), nhận thấy khi tốc độ dòng nước tạo tầng sôi tăng, thu hoạch và độ tro của cấp hạt -1mm trong sản phẩm than sạch tăng nhanh;   

- Như vậy, khi tăng tốc độ dòng nước tạo tầng sôi đã làm cho các hạt nhỏ có tỷ trọng lớn đi vào sản phẩm than sạch làm giảm chất lượng của than sạch. Hay nói một cách khác, sự phân chia của các hạt trong máy tuyển đã chuyển dần từ theo tỷ trọng của hạt sang kích thước hạt.  

3.2. Thí nghiệm xác định góc nghiêng của kênh

Kết quả thí nghiệm thay đổi góc nghiêng của kênh khi cố định tốc độ dòng nước tạo tầng sôi 97,8mm/s  và tỷ số L/z là 24 được cho ở Bảng 3.

  Bảng 3. Kết quả thí nghiệm xác định góc nghiêng của kênh

Nhận xét

- Khi tăng góc nghiêng của kênh từ 60⁰ đến 70⁰, có một số nhận xét sau:

-  Thu hoạch, độ tro và thực thu của than sạch tăng dần. Đồng thời thu hoạch của đá thải  giảm dần và độ tro của đá thải tăng dần;

- Kết quả phân tích rây cho thấy với góc nghiêng thấp, thu hoạch của cấp hạt lớn trong sản phẩm than sạch chiếm một tỷ lệ nhỏ với độ tro thấp;

-  Như vậy, ở góc nghiêng thấp các hạt lớn có tỷ trọng nhỏ dễ phân bố nhầm vào sản phẩm đá thải và làm giảm hiệu quả tuyển của máy. Khi đó máy làm việc chủ yếu theo chế độ phân cấp. Bởi vì, góc nghiêng thấp thời gian rơi của các hạt theo phương pháp tuyến với các tấm nghiêng sẽ giảm làm cho lượng hạt lắng đọng xuống các tấm nghiêng tăng lên. Các hạt sau khi lắng đọng xuống các tấm nghiêng sẽ chuyển động trượt trên bề mặt các tấm nghiêng xuống phía dưới đi vào lớp tầng sôi.

3.3. Kết quả thí nghiệm xác định tỷ số L/z

Để tiến hành thí nghiệm xác định hiệu quả tuyển của máy vào tỷ số L/z, chúng tôi đã làm hai loạt thí nghiệm: loạt thí nghiệm thứ nhất cố định z = 37,5mm; loạt thí nghiệm thứ hai cố định L = 900mm. Các thí nghiệm này đều có tốc độ dòng nước tạo tầng sôi và góc nghiêng của kênh q lần lượt là 97,8mm/s và 70⁰. Kết quả thí nghiệm được cho ở Bảng 4.

  Bảng 4. Kết quả thí nghiệm xác định tỷ số L/z

Nhận xét

Từ các kết quả thí nghiệm trên có một số nhận xét sau:

- Khi chiều dài (L) của kênh nghiêng tăng và khoảng cách (z) giữa các tấm nghiêng cố định, thu hoạch; độ tro và thực thu phần cháy của than sạch giảm dần. Đồng thời thu hoạch của đá thải tăng dần còn độ tro của đá giảm dần. Khi L tăng, thời gian dịch chuyển của các hạt khoáng theo phương tiếp tuyến với các tấm nghiêng tăng làm cho số lượng hạt lắng đọng xuống bề mặt tấm nghiêng rồi chuyển động trượt xuống tăng lên;

- Khi L cố định còn z tăng dần thì thu hoạch, độ tro và thực thu của sản phẩm than sạch giảm dần. Đồng thời thu hoạch của đá thải tăng dần và độ tro giảm dần. Khi khoảng cách giữa các tấm nghiêng tăng, chế độ dòng chảy giữa kênh nghiêng là chế độ chảy tầng. Do đó tốc độ rơi của các hạt theo phương pháp tuyến với các tấm nghiêng tăng.

3.4. Kết quả thí nghiệm tuyển liên tục

Sau các thí nghiệm tuyển gián đoạn đã xác định được chế độ công nghệ tuyển tốt nhất cho loại than đang nghiên cứu là: tốc độ dòng nước ngược = 97,8mm/s; góc nghiêng của kênh q =70⁰ ; và tỷ số L/z = 24. Áp dụng các chế độ công nghệ tuyển này cho thí nghiệm tuyển liên tục, kết quả thí nghiệm cho ở Bảng 5.

  Bảng 5. Kết quả thí nghiệm tuyển liên tục  

Nhận xét        

Từ kết quả thí nghiệm trên có một số nhận xét sau:

- Thời gian đầu của thí nghiệm do lượng cấp liệu vào máy còn thiếu, hàm lượng pha rắn trong máy tuyển thấp dẫn đến thu hoạch và độ tro của than sạch thấp;

- Khi lượng cấp liệu vào máy đủ lớn đồng thời lớp tầng sôi và lớp huyền phù giữa các kênh nghiêng ổn định thì thu hoạch và độ tro của sản phẩm than sạch hầu như không thay đổi;

- Thu hoạch và độ tro của sản phẩm than sạch ở thí nghiệm tuyển liên tục cao hơn so với các thí nghiệm tuyển gián đoạn. Điều này là do ở thí nghiệm tuyển liên tục không tháo sản phẩm trung gian, hàm lượng pha rắn trong máy tuyển hầu như không thay đổi, làm cho lớp tầng sôi và lớp huyền phù giữa các kênh nghiêng ổn định hơn trong quá trình tuyển. 

4. Kết luận và kiến nghị

Từ các kết quả nghiên cứu tuyển than cấp hạt -3mm độ tro trên 43% của mỏ than Hà Tu bằng máy tuyển tầng sôi, có một số kết luận và kiến nghị sau:

- Mẫu than Hà Tu đưa tuyển trên thiết bị tuyển tầng sôi cho kết quả tuyển khá cao với độ tro than sạch từ 21 – 28%, thu hoạch than sạch từ 52 – 62% và độ tro đá thải lớn hơn 75%;  

- Đã đánh giá được sự phụ thuộc của các chỉ tiêu công nghệ tuyển vào các yếu tố: tốc độ dòng nước tạo tầng sôi; góc nghiêng của kênh; tỷ số L/z;

- Đã xác định được chế độ công nghệ tuyển tốt nhất cho loại than nghiên cứu là: tốc độ dòng nước ngược = 97,8mm/s; góc nghiêng của kênh q =70⁰ và tỷ số L/z = 24. Tại giá trị này, thu hoạch và độ tro than sạch; độ tro đá thải lần lượt là: 57,93%; 24,09% và 82,6%;

- Thí nghiệm tuyển liên tục cho thấy máy tuyển tầng sôi làm việc ổn định đồng thời năng suất rất cao (khoảng 80t/m².h); 

- Từ kết quả nghiên cứu ở trên nhận thấy có thể áp dụng máy tuyển RC để tuyển loại than cám -3 mm trong thực tế sản xuất ở mỏ.

Tài liệu tham khảo:

1. Nguyễn Hoàng Sơn. Nghiên cứu chế tạo thiết bị tuyển tầng sôi để tuyển than hạt mịn cấp 0,1-1,0mm trong phòng thí nghiệm; Tóm tắt kết quả nghiên cứu đề tài khoa học và công nghệ cấp Bộ, 12-2008.

2. R.Kalou. Teetered bed separator and its effects on the Navigation plant fines  qualities; The South African Institute of Mining and Metallurgy, 2006.

3. J. de Korte, J. Bosman. Optimal coal processing route for the 3x0,5mm size fraction?  The South African Institute of Mining and Metallurgy, 2006.

4. K.P. Galvin, A.M. Callen, S. Spear. Gravity separation of coarse particles using the Reflux Classifier; Minerals Engineering 23; 2010

5. K.P.Galvin, E. Dorochi, A.Callen, N.Lambert, S.J.Pratten. “Pilot plant trial of the reflux classifier” ; Minerals Engineering 15; 2002

6.         K.P.Galvin, A.Callen, J.Zhou, E. Dorochi. “Performance of the reflux classifier for the gravity separation at full scale”; Minerals Engineering 18; 2005

7. E. Doroodchi a, J. Zhou a, D.F. Fletcher b, K.P. Galvin, 2006 “Particle size classification in a fluidized bed containing parallel inclined plates” Minerals Engineering, Vol 19, trang 162–171

8. G. Nguyentranlam, K. P. Galvin, 2001 “Particle classification in the reflux classifier” Minerals Engineering, Vol 14, Số 9 , trang 1081-1091

(Nguồn: Hội Khoa học & Công nghệ mỏ Việt Nam)