Kierunki zmian technologii przeróbki wêgla kamiennego w Polsce

GOSPODARKA SUROWCAMI MINERALNYMI Tom 24 2008 Zeszyt 1/2 TADEUSZ TUMIDAJSKI*, TOMASZ GAWENDA**, TOMASZ NIEDOBA**, DANIEL SARAMAK** Kierunki zmian technologii przeróbki wêgla kamiennego w Polsce Wprowadzenie Celowy projekt unijny pt. Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego, typu foresight, mia³ na celu okreœlenie stanu polskiego przemys³u wêglowego oraz jego scenariuszy technologicznego rozwoju i funkcjonowania w perspektywie roku 2020. Poziomem odniesienia dla sformu³owania scenariuszy rozwoju technologii przeróbki jest aktualny poziom technologiczny funkcjonuj¹cych zak³adów przeróbczych. W ramach projektu wyszczególniono, w oparciu o tzw. karty technologiczne, cztery typy zak³adów przeróbki wêgla funkcjonuj¹cych obecnie w Polsce [2, 3, 4, 5, 12]: wzbogacania wêgla energetycznego o uziarnieniu powy ej 20 (10) mm, wzbogacania wêgla energetycznego o uziarnieniu powy ej 0,1 (1) mm, wzbogacania wêgla energetycznego o pe³nym zakresie uziarnienia, wzbogacania wêgla koksowego o pe³nym zakresie uziarnienia. W badaniach prowadzonych w ramach projektu przeprowadzono m.in. analizê innowacyjnoœci wymienionych technologii w oparciu o metodê Analitycznego Procesu Hierarchicznego AHP [19]. Okaza³o siê, e w zakresie kryteriów ogólnych najwa niejszymi okaza³y siê kryteria obecnego poziomu technicznego zak³adów oraz skutecznoœci technologii w odniesieniu do warunków zewnêtrznych, w tym wymagañ odbiorców. Z kryteriów szczegó³owych dla poszczególnych kryteriów g³ównych wskazano: * Prof. dr hab., ** Dr in., Katedra Przeróbki Kopalin i Ochrony Œrodowiska, Wydzia³ Górnictwa i Geoin ynierii AGH, Kraków; e-mail: tadeusz.tumidajski@agh.edu.pl

246 Rys. 1. Typowy schemat wzbogacania wêgla w pe³nym zakresie Fig. 1. Typical scheme of coal beneficiation in full range

247 energoch³onnoœæ procesu wzbogacania wêgla oraz wydajnoœæ, mo liwoœæ otrzymania produktów o oczekiwanych parametrach jakoœciowych oraz koszty procesów wzbogacania wêgla, mo liwoœæ dostosowania technologii do wzbogacania ró nych typów wêgla oraz sterowania parametrami jakoœciowymi produktów, zapewnienie odpowiedniego poziomu bezpieczeñstwa pracy oraz ograniczenie wp³ywu ha³asu i wibracji na otoczenie zewnêtrzne. Najwy sze priorytety uzyska³y wiêc technologie wzbogacania wêgli, zarówno energetycznych, jak i koksuj¹cych, w pe³nym zakresie uziarnienia. Ideowy schemat blokowy tych technologii przedstawia rysunek 1. W tabeli 1 przedstawiono uk³ad procesu charakterystyczny dla pe³nego zakresu wzbogacania. Uk³ad procesów wzbogacania wêgla w pe³nym zakresie uziarnienia The scheme of coal beneficiation in full beneficiation technologies TABELA 1 TABLE 1 ODKAMIENIANIE UROBKU PRZYGOTOWANIE NADAWY 200 20 (10) mm i 20 (10) 0 mm WZBOGACANIE W CIECZY CIÊ KIEJ 200 20 (10) mm WARIANT 1 2-produktowe WARIANT 2 3-produktowe WZBOGACANIE W OŒRODKU WODNYM 20 (10) 0,5 mm lub 20 (10) 6 (3) mm WARIANT 1 2-produktowe WARIANT 2 3-produktowe FLOTACJA <0,5mm OBIEG WODNO-MU OWY ZA ADUNEK Bardziej szczegó³owo, wzbogacanie w pe³nym zakresie uziarnienia przedstawiono w tabeli 2. W kolejnych podrozdzia³ach zostan¹ omówione propozycje lub mo liwoœci zmian podnosz¹cych jakoœæ technologii wzbogacania.

248 Wzbogacanie wêgla w pe³nym zakresie uziarnienia Coal beneficiation in full range of granulation TABELA 2 TABLE 2 1. Przygotowanie wêgla 3.1. Wzbogacalniki z ciecz¹ ciê k¹ 5. Zagêszczanie i filtracja 1.1. Kruszarki szczêkowe 3.2. Osadzarki wodne pulsacyjne 5.1. Zagêszczacze promieniowe 1.2. Przesiewacze wibracyjne 3.3. Flotowniki 5.2. Filtry tarczowe pró niowe 1.3. U³awiacze czêœci metalowych 4. Odwadnianie 5.3. Filtry ciœnieniowe 1.4. Kruszarki bêbnowe 4.1. Przesiewacze wibracyjne 5.4. Prasy filtracyjne 2. Klasyfikacja wstêpna 4.2. Rekuperatory 5.5. Prasy taœmowe 2.1. Przesiewacze wibracyjne 4.3. Wirówki wibracyjne 6. Suszenie koncentratów 3. Wzbogacanie wêgla 4.4. Wirówki sitowo-sedymentacyjne 6.1. Suszarki 1. Przygotowanie urobku do wzbogacania, gospodarka odpadami Analizuj¹c wp³yw wybranych czynników geologiczno-górniczych na kszta³t przeróbki mechanicznej wêgla nie mo na pomin¹æ zawartoœci ska³y p³onnej w nadawie do zak³adu przeróbczego. Jej nieunikniona obecnoœæ w nadawie pogarsza procesy rozdzia³u, zwiêksza awaryjnoœæ maszyn oraz podnosi koszty przeróbki. Wysok¹ zawartoœæ ska³y obserwuje siê w urobku o uziarnieniu powy ej (80)100 mm [10]. Ze wzglêdu na procesy przeróbcze oraz ochronê maszyn i urz¹dzeñ niezbêdne jest ograniczenie jej zawartoœci w urobku ju na dole kopalni, u Ÿród³a, co mo liwe jest miêdzy innymi poprzez: prowadzenie eksploatacji pok³adów przy ograniczeniu do minimum robót kamiennych i udostêpniaj¹cych, eksploatacjê pok³adów z zastosowaniem odpowiedniego sprzêtu technicznego, ograniczenie opadu warstw stropowych, stosowanie urz¹dzeñ do wstêpnego odkamieniania urobku, wykorzystanie ska³y p³onnej do robót technologicznych na dole. Przyk³adowy schemat wstêpnego odkamieniania urobku na dole kopalni przedstawiono na rysunku 2, gdzie surowy urobek trafia do bêbnowej kruszarki selektywnego rozdrabniania (Bradford), a nastêpnie produkt drobny, czyli wêgiel, przerosty i kamieñ jest kierowany na górê do zak³adu wzbogacania. Produkt nierozdrobniony (grube kamienie) mo e byæ zagospodarowany na dole kopalni do podsadzania wyrobisk. Proces wykorzystania odpadów powêglowych na kruszywa mineralne zwi¹zany jest z wyodrêbnieniem kamienia z surowego urobku wêglowego, który jest transportowany

249 Rys. 2. Schemat wstêpnego odkamieniania urobku na dole kopalni Fig. 2. Scheme of initial underground coal separation from gangue z do³u kopalni na powierzchniê i oparty jest na wzbogacaniu, rozdrabnianiu i klasyfikacji nadawy w ró nych instalacjach przeróbczych. Bior¹c pod uwagê udoskonalanie procesów przeróbki wêgla wraz z odzyskiem kamienia nale a³oby przy projektowaniu technologii wykonaæ szereg badañ, których celem by³oby rozpoznanie w³aœciwoœci ska³ p³onnych, a nastêpnie okreœliæ ich przydatnoœæ do realizacji ró nych celów. Takie analizy musz¹ byæ równie oparte na przeróbce mechanicznej, a wiêc wstêpnej suchej selekcji, dynamicznej obróbce wstêpnej, separacji i klasyfikacji poœredniej oraz swobodnym rozdrabnianiu koñcowym, przy u yciu ró nych maszyn rozdrabniaj¹cych (kruszarek szczêkowych, bêbnowych, wirnikowych oraz udarowych) i przesiewaczy. Wyniki takich analiz mog¹ pozwol¹ na rozró nienie rodzajów surowców, zró nicowanie wytrzyma³oœciowe klas ziarnowych i selektywny ich podzia³ wzd³u drogi i czasu rozdrabniania oraz klasyfikacji. Dziêki koñcowej obróbce kruszyw mo na bêdzie poprawiæ kszta³t ziaren i ich wytrzyma³oœæ. Na rysunku 3 zaprezentowano nowoczesny uk³ad odkamieniania sk³adaj¹cy siê z sekcji kruszenia i klasyfikacji wêgla oraz odkamieniania. Warto zwróciæ uwagê, e schemat ten nie obejmuje wzbogacania grubego w p³uczkach ziarnowych (zawiesinowych). Uk³ad ten przedstawia równie drug¹ metodê postêpowania z odpadami przywêglowymi, z mo liwoœci¹ wykorzystania ich jako kruszywa mineralne. Nadawa surowa z kopalni w klasie 0 300 mm trafia do omawianej instalacji przeróbczej na przesiewacz wibracyjny o ruchu ko³owym o oczku sita 30 mm. Produkt nadsitowy trafia na p³ask¹ taœmê przebiercz¹, gdzie usuwa siê drewno i z³om. Nastêpnie materia³ kierowany jest do kruszarki bêbnowej selektywnego kruszenia o parametrach technicznych dobranych do konkretnej nadawy, w której usuwany jest odpad (ska³a p³onna) w klasie powy ej 100 mm. Kamieñ ten przy u yciu kruszarki udarowej listwowej lub m³otkowej oraz przesiewacza jedno lub wielopok³adowego przerabiany jest na kruszywo w okreœlonych klasach ziarnowych. W dalszej czêœci procesu przeróbki wêgla po kruszarce bêbnowej zastosowano kruszarkê udarowo-bijakow¹ do dezintegracji ziaren powy ej 30 mm. Maszyna ta posiada regulowan¹ prêdkoœæ obrotow¹ wirnika oraz kilka komór kruszenia, dziêki czemu mo na w niej rozdrabniaæ ziarna o ró nej twardoœci do po ¹danej granulacji. Za kruszark¹ pracuje prze-

250 Rys. 3. Uk³ad technologiczny odkamieniania surowego wêgla wraz z produkcj¹ kruszyw mineralnych Fig. 3. Technological scheme of coal separation from gangue with the mineral aggregates production siewacz o ruchu eliptycznym pe³ni¹cy funkcjê kontroln¹ oraz umo liwiaj¹cy zawrót materia³u niedokruszonego do kruszarki udarowo-bijakowej. Wêgiel surowy o uziarnieniu 0 30 mm kierowany jest do zbiornika, z którego mo e byæ transportowany do za³adunku na samochody lub do dalszej klasyfikacji na przesiewacz jednopok³adowy o oczku sita 13 mm. Produkt poni ej 13 mm kierowany jest do sekcji wzbogacania mia³ów w osadzarkach wodnych. Rozdzia³ wêgla surowego za zbiornikiem przewidziano po to, aby mieæ kilka mo liwoœci technologicznych przy produkcji paliw dla energetyki o ró nych parametrach [17]. Prezentowany trzeci uk³ad postêpowania z odpadami przywêglowymi obejmuje równie produkcjê kruszyw mineralnych, ale z uwzglêdnieniem tradycyjnych metod przeróbczych.

Proces wzbogacania najgrubszego materia³u (powy ej 20 mm) prowadzony jest w p³uczcie ziarnowej, drobniejszego (0,1 20 mm) w p³uczce mia³owej, a najdrobniejszego (poni ej 0,1 mm) w maszynach flotacyjnych. Z tych instalacji przeróbczych za wyj¹tkiem flotacji mo na uzyskiwaæ kruszywa mineralne. Przyk³adowa omawiana instalacja p³uczki ziarnowej (wzbogacalnika cieczy ciê kiej typu Drew-Boy) w KWK Bielszowice pozwala na odseparowanie wêgla od ska³y p³onnej dla wielkoœci uziarnienia od 200 20 mm (rys. 4). Kamieñ po procesie wzbogacania, oczyszczeniu z magnetytu i odwodnieniu na przesiewaczach kierowany jest do zbiornika kruszywa. Powsta³e kruszywo ma wielkoœæ 0 200 mm. 251 Rys. 4. Koncepcja rozbudowy instalacji produkcji kruszyw z odpadów grubych po p³uczce ziarnowej wkwkbielszowice Fig. 4. Concept of the development of installation of production of aggregates from grain washery thick wastes in KWK Bielszowice Dalsza czêœæ schematu uwzglêdnia koncepcjê rozbudowy zak³adu w celu udoskonalenia procesu przeróbki kamienia. Zak³ad ma byæ dodatkowo wyposa ony w urz¹dzenia stacjonarne lub mobilne do rozdrabniania i klasyfikacji, co zapewni³oby uzyskanie kruszyw o mniejszych klasach ziarnowych ni dotychczas i pe³nej ci¹g³oœci uziarnienia (rozk³adzie uziarnienia). Nale y pamiêtaæ, e w³aœciwoœci wyprodukowanych kruszyw zale ¹ przede wszystkim od typów litologicznych z³ó i s¹ zró nicowane w kopalniach, ale przy odpowiednio dobrze dobranej technologii ich przeróbki poprzez selektywne rozdrabnianie i przesiewanie mo na uzyskaæ dobre jakoœci kruszyw spe³niaj¹ce wymagania normowe. 2. Wêze³ wzbogacania grawitacyjnego sortymentów grubych i œrednich Podstawowymi urz¹dzeniami do wzbogacania sortymentów grubych i œrednich w p³uczkach zawiesinowych do 1980 r. by³y wzbogacalniki zawiesinowe typu DISA 1S i 2S konstruowane jako dwuproduktowe oraz DISA 3S konstruowane jako trzyproduktowe.

252 W 1980 roku powsta³ wzbogacalnik DISA K, który sk³ada³ siê w wiêkszoœci z zespo³ów poprzedniej konstrukcji. W 1983 r. opracowano ca³kowicie now¹ konstrukcjê DISA KU, którego poszczególne wersje powstawa³y do 1989 r. Najnowsza konstrukcja DISA KR powsta³a w 1995 r. W tym czasie konstrukcja wzbogacalników DISA przesz³a ca³kowite przeobra enie. Zmieniono geometriê kadzi oraz zastosowano uk³ad zasilania wzbogacalnika ciecz¹ ciê k¹ tylko dwoma wlotami w dolnej czêœci kadzi, co pozwoli³o zmniejszyæ jej pojemnoœæ. Zespó³ konstrukcji noœnej jest zbudowany z mniejszych modu³ów, jednoczeœnie jego konstrukcja pozwala na wymianê ko³a wynosz¹cego bez potrzeby ciêcia taœmy napêdowej. Ko³o wynosz¹ce jest prowadzone przez nowy typ prowadników bocznych i uchylnych, pozwalaj¹cych na p³ynn¹ regulacjê jego po³o enia w czasie pracy wzbogacalnika. Uk³ad odbioru frakcji ton¹cej pozwala na podawanie nadawy wêgla surowego na ca³ej szerokoœci koryta roboczego. Wzbogacalniki DISA KR mog¹ pracowaæ jako dwuproduktowe (2KR) i trzyproduktowe (3KR). Ze wzglêdu na sw¹ uniwersaln¹ konstrukcjê s¹ urz¹dzeniami w pe³ni innowacyjnymi, umo liwiaj¹cymi ich dostosowanie do pracy w ró - nych uk³adach technologicznych. Przyk³adem mog¹ tu byæ najnowsze zastosowania wzbogacalnika DISA 3/2KR jako urz¹dzenia dwufunkcyjnego do bezpoœredniego wzbogacania trzyproduktowego lub dwuproduktowego. Konstrukcja tego wzbogacalnika jest modularna, stwarzaj¹ca szerokie mo liwoœci kojarzenia jego poszczególnych elementów i zespo³ów dostosowanych do konkretnych parametrów technologicznych i eksploatacyjnych [1, 8, 18, 20]. 3. Wêze³ wzbogacania grawitacyjnego sortymentów drobnych W Polsce osadzarki konstruowane w latach sz œædziesi¹tych posiada³y komory powietrzne umieszczone wzd³u osi osadzarki obok koryta roboczego. Wad¹ tych osadzarek by³y ich znaczne wymiary, du a masa oraz niekorzystne poziome oddzia³ywanie dynamiczne na budynek. Dzisiejsze konstrukcje osadzarek posiadaj¹ komory powietrzne zlokalizowane pod pok³adem sitowym, zabudowane w skrzyniach dolnych poprzecznie do osi wzd³u nej osadzarki. Rozwi¹zanie takie cechuje mniejsze poziome oddzia³ywanie dynamiczne na budynek oraz mniejsze wymiary i masa skrzyñ dolnych. Pracuj¹ce obecnie konstrukcje osadzarek oznaczanych symbolami OM osadzarka mia³owa, OS osadzarka œrednioziarnowa, OZ osadzarka ziarnowa i KOD osadzarka do odkamieniania urobku wêgla surowego bazuj¹ na powy szych rozwi¹zaniach, jednak s¹ stale modernizowane pod wzglêdem geometrii skrzyñ dolnych, mocowania pok³adów sitowych, usprawnienia urz¹dzeñ automatycznej regulacji odbioru produktów ciê kich, zaworów pulsacyjnych oraz kolektorów powietrza roboczego. Rozwój techniki i technologii wzbogacania surowców mineralnych w osadzarkach pulsacyjnych opiera siê na d¹ eniu do uzyskania optymalnego cyklu osadzania, daj¹cego mo liwoœæ dostosowania parametrów pracy maszyny do parametrów technologicznych nadawy oraz oczekiwanych parametrów jakoœciowych produktów wzbogacania. W zwi¹zku z tym w ostatnich latach wprowadzono zmiany w zakresie systemu elektronicznego sterowania, zespo³ów automatycznej regulacji

253 z przepustami produktów, zaworów pulsacyjnych z przepustnicami powietrza, pok³adów sitowych oraz budowy komór roboczych, które mia³y na celu dostosowanie tych maszyn do wymogów rynku przy sta³ym zwiêkszaniu zapotrzebowania na nowe, lepsze rozwi¹zania u³atwiaj¹ce obs³ugê, daj¹ce gwarancje uzyskiwania zak³adanych parametrów jakoœciowych produktów, zwiêkszaj¹ce poziom niezawodnoœci przy minimalnych kosztach eksploatacji. Konstrukcja osadzarek KOMAG jest w pe³ni rozwi¹zaniem o charakterze innowacyjnym, a ich zasada dzia³ania opiera siê na typowym procesie wzbogacania grawitacyjnego minera³ów i polega na rozwarstwieniu w pulsacyjnym oœrodku wodnym odpowiednio przygotowanej nadawy wwd³ug jej sk³adu ziarnowego oraz gêstoœci sk³adników. Pulsacja wywo³ywana jest cyklicznym dozowaniem sprê onego powietrza roboczego z kolektora do komór pulsacyjnych osadzarki przez nowego typu zawór pulsacyjny, wywo³uj¹cy ruch wznoszenia i opadania materia³u wzbogacanego na rusztach sitowych koryta. Wlot powietrza roboczego do komór pulsacyjnych nastêpuje dwoma sekcjami talerzowymi, a wylot do atmosfery jedn¹. Cyklem pracy si³owników, zamykaj¹cych odpowiednie gniazda zaworowe, steruj¹ elektropneumatyczne zawory zasilane z systemu elektronicznego sterowania. Konstrukcja zaworu umo liwia realizacjê z³o onego cyklu pulsacji wody, jak równie regulacjê iloœciow¹ przep³ywaj¹cego powietrza roboczego za pomoc¹ przepustnic rêcznych. Powietrze sprê one tzw. robocze, dostarczane jest do kolektora o odpowiedniej pojemnoœci z dmuchawy o dobranych do danych warunków technologicznych parametrach technicznych iloœci i ciœnienia. Powietrze steruj¹ce, s³u ¹ce do uruchamiania zaworu pulsacyjnego wlotowo-wylotowego za pomoc¹ si³owników pneumatycznych, dostarczane jest przez sprê arkê zabudowan¹ na zbiorniku wyrównawczym. Zastosowanie w osadzarkach KOMAG innowacyjnego rozwi¹zania systemu elektronicznego sterowania i zaworu pulsacyjnego nowej generacji umo liwia dobór parametrów cyklu pulsacji wody do zmiennych parametrów technologicznych nadawy wêglowej, automatyczne sterowanie i kontrolê procesu technologicznego oraz bezobs³ugow¹ eksploatacjê. Dziêki temu uzyskuje siê wysok¹ skutecznoœæ rozdzia³u produktów. Niew¹tpliw¹ zalet¹ osadzarek KOMAG jest mo liwoœæ dostosowania konstrukcji do wymagañ konkretnego odbiorcy, pod wzglêdem warunków przestrzennych miejsca zabudowy oraz oczekiwanej wydajnoœci i jakoœci produktów handlowych, co daje gwarancjê wysokiej funkcjonalnoœci [16]. W projektowanych, nowych zak³adach przeróbczych nale y uwzglêdniæ zastosowanie efektywnych i najtañszych technologii i technik wzbogacania wêgla drobnego (do 0,5 (0,2) mm). Zasadniczymi elementami takich technologii s¹: wzbogacanie wêgla 20(30) 2(1,5) mm w hydrocyklonach z ciecz¹ ciê k¹ (DMC) z zastosowaniem hydrocyklonów c.c. firm takich jak Multotec i innych oraz wzbogacalników Larcodems, wzbogacanie wêgla 2(1,5) 0,5(0,2) mm we wzbogacalnikach spiralnych przy zastosowaniu wzbogacania jedno- lub dwustopniowego mo na tu stosowaæ spirale firm Reichert, Multotec, Krebs i in.,

254 wzbogacanie wêgla 3,0 0,1 mm w koncentratorach spiralnych oraz teeter-bed separators (hydrosizers) dla wêgli stosowane w Wielkiej Brytanii, USA, Rosji oraz Europie Wschodniej. Preferuje siê jednak koncentratory spiralne przewa nie jednak dwustopniowe (ze wzglêdu na ograniczone mo liwoœci selekcji), wzbogacanie wêgla do 0,15 mm w ma³ych cyklonach z ciecz¹ ciê k¹, stosowanych np. w Australii. Warto podkreœliæ, e wzbogacalniki Larcodems mo na stosowaæ do wêgla o uziarnieniu 0 (0,5) do 100 (200) mm. Nowoczesne zak³ady przeróbcze wg takich technologii buduje siê obecnie w Australii, RPA, USA i w innych krajach. Mieszcz¹ siê one w niewielkich obiektach typu halowego, wiêkszoœæ ruroci¹gów zastêpuje siê zbrojonymi wê ami gumowymi, znaczna iloœæ materia³ów i czêœci zamiennych wykonana jest z tworzyw sztucznych, a g³ówne maszyny do wzbogacania wêgla wy³o one s¹ trudnoœcieralnymi masami ceramicznymi. Zak³ady pracuj¹ w pe³nej automatyce, a zatrudnienie wynosi kilka osób na zmianê. Wyposa a siê je w system kontroli i sterowania jakoœci¹ produkcji [1, 7, 9, 11, 13, 14, 20]. Œwiatowe standardy kosztów budowy zak³adów przeróbczych z podobn¹ technologi¹ dla zak³adów o wydajnoœci 1000 ton/godz. brutto (roczny przerób oko³o 3 milionów ton/rok wêgla brutto) wynosi oko³o 30 milionów USD. Koszty eksploatacyjne zak³adu przeliczone na jedn¹ tonê przerobu wynosz¹ oko³o 2 USD/Mg. Wed³ug danych publikowanych przez niektóre firmy, budowa zak³adów w opisanej wy ej technologii jest tañsza o oko³o 20%, w podobnej skali ni sze s¹ te koszty eksploatacyjne. Trudniejszy problem, g³ównie natury finansowej wystêpuje w przypadku modernizacji istniej¹cych zak³adów przeróbczych, w których sekcja wzbogacania mia³ów jest wkomponowana w ca³oœæ zak³adu. Mog¹ tu wyst¹piæ dwie mo liwoœci, tj. wybudowanie obok istniej¹cego zak³adu przeróbczego nowoczesnego zak³adu wzbogacania mia³ów (likwidacja sekcji w starym budynku) i zintegrowanie go z zak³adem g³ównym albo wymiana lub dobudowa poszczególnych maszyn w istniej¹cym uk³adzie technologiczno-maszynowym z niewielk¹ rozbudow¹ obiektów budowlanych zak³adu. Mo e tak e zachodziæ koniecznoœæ wykonania wiêkszego remontu budynków starego zak³adu. Nie ma uzasadnienia dla eliminowania z zak³adów przeróbczych krajowych maszyn, gdy one nie ustêpuj¹ maszynom zagranicznym, s¹ znacznie tañsze, tañsze jest równie ich utrzymanie. Warto zwróciæ uwagê, e dzia³ania modernizacyjne w starych zak³adach przeróbczych przynosz¹ poprawê jakoœci wzbogacanego wêgla, jednak w wiêkszoœci przypadków nie daj¹ obni ki kosztów wzbogacania. Radykalne obni enie kosztów wzbogacania wêgla wymaga budowy nowych, tañszych zak³adów przeróbczych. Niezbêdne s¹ znaczne œrodki finansowe, których górnictwo wêgla kamiennego nie posiada [13, 15, 18, 21]. Waga poruszanych problemów, a tak e wa ny w d³u szej perspektywie cel, jakim jest bezpieczeñstwo energetyczne kraju upowa niaj¹ do zaproponowania uruchomienia naro-

255 dowego programu zagospodarowania wêgla kamiennego w perspektywie do 2030 roku. Bêdzie to program nawi¹zuj¹cy do realizowanych ju wielkich i kompleksowych programów wêglowych w USA i Australii. 4. Flotacja wêgli W œwiatowej produkcji wêgla panuje tendencja odzyskiwania jak najwiêkszej iloœci wêgla z mia³ów. Stosuje siê, dla wêgli poni ej 0,6 mm, flotacjê pianow¹ (gdzie nast¹pi³o zwiêkszanie wydajnoœci i objêtoœci komór flotacyjnych do 120 m 3 na komorê dla mia³ów i dla wêgli grubszych do 40 m 3 na komorê) oraz flotacjê selektywn¹ tzw. flotacjê kolumnow¹ (wzbogacanie klasy 0,5(0,2) 0 mm). Przyk³adowo w kopalni Gascoigne Wood (Wielka Brytania) znajduj¹ siê trzy 14-metrowe kolumny o œrednicy 3,6 m. W u yciu znajduj¹ siê równie kolumny Jamesona oraz maszyny firm Multotec, Microcell, Allmineral i inne [1, 7, 9, 18, 20, 21]. W Polsce w ostatnich latach zmian¹ maszyn flotacyjnych do wzbogacania wêgli koksuj¹cych zainteresowa³ siê Instytut Metali Nie elaznych. Dwa lata temu w Jastrzêbskiej Spó³ce Wêglowej, zosta³a wprowadzona 30-metrowa maszyna typu IF, która zast¹pi³a korytowe maszyny flotacyjne typu I. W najbli szym roku planuje siê wprowadzenie wielkogabarytowej 100-metrowej maszyny flotacyjnej serii IF. Podsumowanie Analizuj¹c problemy przeróbki surowego urobku wêglowego mo na stwierdziæ, e: w powszechnie znanych i stosowanych technologiach przygotowania nadawy do wzbogacania brakuje wêz³a odkamieniania na dole kopalni, który zmniejszy³by iloœci transportowanych odpadów na górê, przewiduje siê do roku 2020 zainstalowanie takich stanowisk w 20 kopalniach; w technologiach wzbogacania wêgli surowych brakuje instalacji do produkcji kruszyw budowlanych ze ska³y p³onnej, ale zaznaczyæ trzeba, e znaczna czêœæ zak³adów wdra a tego typu rozwi¹zania. Przeprowadzona analiza innowacyjnoœci technologii wykaza³a, e za innowacyjne uznaæ mo na technologie wzbogacania w pe³nym zakresie uziarnienia wêgli energetycznych i koksowych. Przewiduje siê, e do 2020 roku wszystkie zak³ady przeróbki bêd¹ wzbogaca³y wêgiel energetyczny w pe³nym zakresie, przy czym do 2012 roku bêd¹ to 24 zak³ady. Prace badawczo-rozwojowe, gwarantuj¹ce rozwój technologii powinny iœæ w kierunkach opracowania metod wzbogacania wêgli ultradrobnych, analiz mo liwoœci zastosowania wzbogacalników Larcodems dla polskich wêgli, odsiarczania wêgli i usuwania niepo- ¹danych komponentów z popio³ów przy wykorzystaniu konwencjonalnych metod separacji oraz niekonwencjonalnych (np. ³ugowanie bakteryjne) oraz poszukiwania odczynników

256 pozwalaj¹cych obni yæ koszty i efektywnoœæ flotacji oraz odwadniania produktów wzbogacania wêgli drobnych. W tym zakresie powinno zwróciæ siê uwagê na opracowanie efektywnej technologii klarowania z flokulacj¹ i odwadniania mechanicznego z pominiêciem osadników zewnêtrznych oraz regeneracji ca³oœci wód technologicznych (z ponownym ich u yciem do procesów przeróbczych) oraz poszukiwanie nowych metod, procesów i œrodków chemicznych dla intensyfikacji odwadniania wêgli drobnych i najdrobniejszych, jak równie odczynników dla g³êbokiej flotacji mu³ów celem uzyskania koncentratów flotacyjnych o wysokiej koncentracji czêœci sta³ych. Publikacja zosta³a opracowana w ramach projektu nr WKP_1/1.4.5/2/2006/9/12/590/2006/U pt.: Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego, wspó³finansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. LITERATURA [1] Advances in Coal Preparation. Coal International/Mining & Quarry World, March-April 2003. [2] Aleksa H., Tumidajski T., Saramak D., Gawenda T., Osoba M., Lenartowicz M., B l a s c h k e W., L u t y ñ s k i A., S i k o r a T., 2007a Karta scenariuszy rozwoju technologicznego. Przeróbka wêgli energetycznych (PME3). Opracowanie etapu 4.4. Foresight Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego (niepublikowane). [3] Aleksa H., Tumidajski T., Saramak D., Gawenda T., Osoba M., Lenartowicz M., B l a s c h k e W., L u t y ñ s k i A., 2007b Scenariusz rozwoju technologii przeróbki mechanicznej wêgla kamiennego energetycznego w pe³nym zakresie uziarnienia PME3. Opracowanie etapu 4.4. Foresight Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego (niepublikowana). [4] Aleksa H., Tumidajski T., Saramak D., Gawenda T., Osoba M., Lenartowicz M., B l a s c h k e W., L u t y ñ s k i A., S i k o r a T., 2007c Karta scenariuszy rozwoju technologicznego. Przeróbka wêgli koksowych (PMK1). Opracowanie etapu 4.4. Foresight Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego (niepublikowane). [5] Aleksa H., Tumidajski T., Saramak D., Gawenda T., Osoba M., Lenartowicz M., B l a s c h k e W., L u t y ñ s k i A., 2007d Scenariusz rozwoju technologii przeróbki mechanicznej wêgla kamiennego koksowego w pe³nym zakresie uziarnienia PMK1. Opracowanie etapu 4.4. Foresight Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego (niepublikowane). [6] Bêdkowski Z.,2005 Zagadnienieautomatyzacji procesu wzbogacania wêgla w wodnych osadzarkach doœwiadczenia, wnioski i opinie z aplikacji systemów sterowania Centrum EMAG, Mechanizacja i Automatyzacja, Górnictwo nr 6(413). [7] B i l l W., 1997 Fine Coal Beneficiation: Spiral Separators In The Australian Industry. The Australian Coal Review. [8] B o r e k S., 2004 Dwufunkcyjny wzbogacalnik zawiesinowy DISA 3/2 KR-2600/2000 jako urz¹dzenie do bezpoœredniego wzbogacania trójproduktowego lub dwuproduktowego, Maszyny Górnicze nr 2(98). [9] B u r t R., 1999 The Role of Gravity Concentration In Modern Processing Plants. Minerals Engineering vol. 12, no. 11, pp 1291 1300. [10] D u b i ñ s k i J., Turek M., Aleksa H., 2006 Postêp w technologii i przeróbce mechanicznej wêgla w polskich kopalniach. Innowacyjne systemy przeróbcze surowców mineralnych. Wyd. CMG Komag, Gliwice. [11] F r a n z i d i s J.P., 1992 Developments in Fine Coal Beneficiation in South Africa. Coal Preparation vol. 11, pp. 103 114.

257 [12] L u t y ñ s k i A., O s o b a M., 2007 Problemy mechanicznej przeróbki wêgla kamiennego w perspektywie roku 2020. Materia³y konferencji KOMTECH 2007, KOMAG, Gliwice. [13] N y c z R., M a j k a -M y r c h a B., 2003 Stan i perspektywy wzbogacania wêgla kamiennego w Polsce. In ynieria Mineralna, Czasopismo Polskiego Towarzystwa Przeróbki Kopalin, Wyd. ZP Roma-Pol, Zeszyt specjalny, Nr S.3(10), Kraków. [14] N y c z R., 2000 Aktualny stan przeróbki wêgla w Polsce. In ynieria Mineralna r. 1, nr 2, pp. 3 27. [15] Osborne D.G., Graham J.M., Elliott L.K., 1996 New Coal Utilisation Technologies. Minerals Engineering vol. 9, no. 2, pp. 215 233. [16] O s o b a M., 2005 Osadzarki wodne pulsacyjne typu KOMAG, maszyny sprawdzone w przeróbce surowców mineralnych, Maszyny Górnicze nr 4(104). [17] P³onka A., Œmiejek Z., 2007 Niekonwencjonalne rozwi¹zania w procesach przeróbki wêgli kamiennych. Górnictwo i Geoin ynieria. [18] Richards R.G., Palmer M.K., 1997 High Capacity Gravity Separators a Review Of Current Status. Minerals Engineering vol. 10, no. 9, pp. 973 982. [19] S a a t y T.L., 1982 Decision Making for Leaders, vol. I & II, RWS Publications, Pittsburgh, Pennsylvania, USA. [20] Technology Status Report. Coal Preparation. Departament of Trade and Industry, January 2001. [21] The USA Coal Mining Industry. Coal International-Mining & Quarry World, September/October 2000. KIERUNKI ZMIAN TECHNOLOGII PRZERÓBKI WÊGLA KAMIENNEGO W POLSCE S³owa kluczowe Wêgiel kamienny, wzbogacanie, odkamienianie, foresight wêglowy Streszczenie Zadaniem celowego projektu unijnego pt. Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego by³o okreœlenie kierunków zmian i rozwoju do 2020 roku. W oparciu o tzw. karty technologiczne, zosta³y wyszczególnione cztery typy zak³adów przeróbki wêgla w Polsce [2, 3, 4, 5, 12]: wzbogacania wêgla energetycznego o uziarnieniu powy ej 20 (10) mm, wzbogacania wêgla energetycznego o uziarnieniu powy ej 0,1 (1) mm, wzbogacania wêgla energetycznego o pe³nym zakresie uziarnienia, wzbogacania wêgla koksowego o pe³nym zakresie uziarnienia. Ze wzglêdu na jakoœæ wêgla wymagane s¹ ró norakie techniki wzbogacania, które powoduj¹ tworzenie odrêbnych uk³adów technologicznych. W wyniku analiz (metod¹ AHP Analitycznego Procesu Hierarchicznego) przyjêto jako rozwojowe technologie pe³nego wzbogacania wêgli energetycznych i koksuj¹cych, których schematy i dane technologiczne zosta³y zawarte na rysunku 1, tabelach 1 i 2. Zgodnie z rysunkiem 1 pokazano trzy metody zagospodarowania produktów nie wêglowych, tzn. odkamienianie na dole kopalni (rys. 2), odkamienianie grubego urobku w zak³adzie przeróbczym, w³¹cznie z produkcj¹ kruszyw mineralnych, zastêpuj¹ce proces wzbogacania w cieczach ciê kich (rys. 3) oraz tradycyjne wzbogacanie wêgla surowego z nowoczesn¹ instalacj¹ do produkcji kruszyw mineralnych (rys. 4). Na tle œwiatowych osi¹gniêæ i stosowanych technologii wzbogacania przedstawiono stan obecny i zalecane zmiany dla polskiego górnictwa wêgla kamiennego w zakresie: wzbogacania grawitacyjnego sortymentów grubych i œrednich (rozdz. 3), wzbogacania grawitacyjnego sortymentów drobnych (rozdz. 4), wzbogacania flotacyjnego (rozdz. 5). W ramach wzbogacania grawitacyjnego sortymentów grubych i œrednich wziêto g³ównie pod uwagê wzbogacalniki typu DISA (zarówno dwu-, jak i trzyproduktowe) wraz z omówieniem ich kierunków rozwoju i potencjalnym zastosowaniem. Dla wzbogacania grawitacyjnego sortymentów drobnych omówiono osadzarki mia³owe, œrednioziarnowe, ziarnowe i osadzarki do odkamieniania urobku wêgla surowego. Ponadto omówiono typy urz¹dzeñ stosowanych w œwiecie, tj. hydrocyklony z ciecz¹ ciê k¹ (np. Larcodems), koncentratory spiralne,

258 teeter-bed separators. Odnoœnie wzbogacania flotacyjnego przedstawiono flotacjê pianow¹ oraz flotacjê selektywn¹ wraz z omówieniem stosowanych urz¹dzeñ tego typu w najnowoczeœniejszych kopalniach œwiata. Prace badawcze w zakresie wzbogacania grawitacyjnego wêgla powinny iœæ w kierunku opracowania metod wzbogacania wêgli ultradrobnych, odsiarczania wêgli, usuwania niepo ¹danych sk³adników z popio³u, stosowania nowoczesnych hydrocyklonów z ciecz¹ ciê k¹, poszukiwania odczynników pozwalaj¹cych obni yæ koszty i efektywnoœæ flotacji oraz odwadniania produktów wzbogacania wêgli drobnych. DIRECTIONS OF HARD COAL PROCESSING TECHNOLOGICAL CHANGES IN POLAND Key words Hard coal, beneficiation, de-stoning, coal foresight Abstract The purpose of the union program Scenarios of hard coal extractive industry technological development was to determine the directions of changes and development till 2020. On the basis of so-called technological cards, 4 types of coal processing plants in Poland were selected [2, 3, 4, 5, 12]: energetic coal beneficiation of granulation above 20 (10) mm, energetic coal beneficiation of granulation above 0,1 (1) mm, energetic coal beneficiation of full range of granulation, coking coal beneficiation of full range of granulation. Because of the coal quality, many different beneficiation techniques are required, which cause creation of separate technological systems. As the result of analyses (by AHP method) the development technologies of full beneficiation of energetic and coking coals were accepted, which technological schemes and data were presented on Fig. 1 and in Table 1, 2. According to the Fig. 1, three methods of coal wastes application were shown, i.e. de-stoning at the bottom of the mine (Fig. 2), de-stoning of thick output in processing plant, including mineral aggregates production, replacing beneficiation in heavy liquids (Fig. 3) and traditional raw coal beneficiation with modern mineral aggregates production installation (Fig. 4). With the world achievements and technologies being applied as the background, the present state and recommended changes for polish hard coal mining were shown, including: gravitational beneficiation of thick and medium fractions (chapter 3), gravitational beneficiation of fine fractions (chapter 4), flotation (chapter 5). For gravitational beneficiation of thick and medium fractions, mainly the devices of DISA type (both 2 and 3 product) with their discussion of potential development and application. For gravitational beneficiation of fine fractions, the culm, medium grained, grained and raw coal de-stoning jigs were presented. Furthermore, the types of devices being applied in the whole world, as hydrocyclones with heavy liquids (ie. Larcodems), spiral concentrators, teeter-bed separators were discussed. Concerning the flotation, the froth flotation and selective flotation were presented with discussion of applied devices of this type in the modern mines in the whole world. The researching works in the context of coal gravitational beneficiation should lead to elaborate methods of ultrafine coal beneficiation, coal desulfurization, removing undesirable components from ashes, applying modern hydrocyclones with heavy liquids, searching for agents allowing reducing costs and dewatering products of fine coal beneficiation.