Согласно ГОСТ 17070–2014 «Угли. Термины и определения», фракцией угля (density grain) называют «совокупность кусков угля с установленным диапазоном плотности», а фракционный состав углей (density grain distribution) — это «характеристика угля, отражающая массовую долю кусков фракций различной плотности в испытываемой пробе».
Фракционный состав углей определяют с помощью фракционного анализа* (float-and-sink analysis).
Сущность метода фракционного анализа заключается в расслоении пробы топлива на фракции в жидкостях различной плотности, определении выходов и показателей качества полученных фракций.
Метод фракционного анализа был впервые регламентирован в ГОСТ 4790–93 (ИСО 7936–92)** «Топливо твердое. Определение и представление показателей фракционного анализа. Общие требования к аппаратуре и методике».
Масса пробы, отбираемой для фракционного анализа, зависит от максимального размера кусков топлива и должна соответствовать значениям, приведенным в табл. 20.6.
Перед проведением фракционного анализа из объединенной пробы отделяют куски более 100 (150) мм, затем рассевают пробу на классы крупности, подлежащие расслоению, и, при необходимости, сокращают до массы, указанной в табл. 20.6.
Пробу с нижним пределом крупности 1 (0,5) мм, а верхним — более 25 мм предварительно рассеивают на сите с размером отверстий 25 мм. Пробу топлива с размером кусков более 1 (0,5) мм обеспыливают, для чего ее доводят до воздушно-сухого состояния и рассеивают на сите 1 (0,5) мм. Отделение пыли может быть проведено промывкой пробы водой в бачке с сетчатым дном с размером отверстий 1 (0,5) мм (обесшламливание)***.
*** Шлам собирают, сушат до воздушно-сухого состояния и взвешивают для определения выхода фракции. Из шлама также отбирают пробу для определения показателей качества.Для расслоения топлива с размером зерен менее 1 (0,5) мм применяют органические жидкости плотностью от 1300 до 2600 кг/м3, для топлива с размером кусков более 1 (0,5) мм — раствор хлорида цинка плотностью от 1100 до 2000 кг/м3 и органические жидкости плотностью от 2000 до 2600 кг/м3.
Пробы бурого угля расслаивают в тяжелых жидкостях плотностью от 1200 до 2000 кг/м3, каменного угля — от 1300 до 2600 кг/м3, антрацитов — от 1500 до 2600 кг/м3, горючих сланцев — от 1100 до 2100 кг/м3 с интервалом плотности 100 кг/м3. Допускается проводить фракционный анализ не по всем плотностям, а также в жидкостях с интервалом плотности 50 кг/м3.
При расслоении горючих сланцев и антрацитов допускается применять растворы хлорида цинка плотностью не более 2100 кг/м3.
В ГОСТ 4790 приведены составы для расслоения проб углей крупностью более 4 мм: взвеси твердых частиц в водной среде. Для приготовления таких водных суспензий применяют нетоксичные и нелетучие нерастворимые материалы с высокой относительной плотностью и соответствующим гранулометрическим составом. Это могут быть тонкоизмельченные породы (менее 250 мкм), отходы пенной флотации (менее 250 мкм), барит (менее 63 мкм), магнетит (менее 38 мкм) и ферросилиций (менее 38 мкм).
Порядок работы с водными суспензиями аналогичен методу расслоения в неорганических растворах.
Расслоение топлива с размером кусков более 1 (0,5) мм производят в статических условиях, а мелких классов с размером зерен менее 1 (0,5) мм — в центробежном поле, т.е. в центрифугах.
В результате расслоения выделяют фракции плотностью менее 1300, 1300–1400, 1400–1500, 1500–1600, 1600–1800, 1800–2000 и более 2000 кг/м3.
При расслоении топлива с размером кусков более 1 (0,5) мм в лаборатории, как правило, расслоение начинают в жидкости с наименьшей плотностью.
Пробу массой не более 7 кг (для класса 25 мм и более), 5 кг (для класса 3–25 мм) или 2 кг [для класса с нижним пределом крупности 1 (0,5) мм] помещают в бачок с сетчатым дном, который опускают в бак с жидкостью наименьшей плотности.
Содержимое бачка перемешивают мешалкой и дают отстояться. Всплывшую часть пробы, которая является готовым продуктом, снимают сетчатым черпаком, дают стечь жидкости, а затем промывают. Потонувшую часть пробы отделяют от жидкости и помещают в жидкость другой плотности, и все операции повторяют.
Если расслаивают пробу, начиная с жидкости наибольшей плотности, то всплывшую фракцию после стока тяжелой жидкости переносят в жидкость меньшей плотности, а потонувшая фракция является готовым продуктом.
При расслоении пробы по частям одинаковые фракции объединяют. Все полученные фракции подсушивают до воздушно-сухого состояния и взвешивают.
При расслоении топлива с размером кусков менее 1 (0,5) мм подготовленную пробу сокращают до массы 80–240 г и распределяют поровну в четыре пробирки центрифуги. В пробирки заливают жидкость наименьшей плотности. Пробирки должны быть заполнены не более чем на 2/3 объема, а их масса должна быть одинаковой. Перемешивают содержимое пробирок и центрифугируют.
Всплывшую фракцию вычерпывают, подсушивают и взвешивают.
Потонувшую фракцию после испарения оставшейся жидкости разрыхляют, добавляют жидкость большей плотности и операцию расслоения повторяют.
Вычисляют выход фракций как отношение массы фракции (кг) к сумме масс фракций пробы (кг), выраженное в процентах.
При необходимости из полученных фракций выделяют пробы для определения показателей качества: влажности, зольности, массовой доли общей серы и теплоты сгорания.
Результаты фракционного анализа и характеристики качества отдельных фракций записывают в акт результатов фракционного анализа по форме, приведенной в ГОСТ 4790. На основании данных этого акта рассчитывают суммарный выход фракций, средневзвешенную зольность исходной пробы и, при необходимости, строят кривые обогатимости.
Обогатимость характеризует способность углей к разделению на фракции, различающиеся по плотности и свойствам. Согласно ГОСТ 17321–2015 «Уголь. Обогащение. Термины и определения», обогатимость угля — «это способность угля разделяться на продукты обогащения по заданным показателям качества». К продуктам обогащения относят концентрат, промежуточный продукт (промпродукт) и отходы обогащения.
Известны три стандартных метода оценки обогатимости углей.
Графический метод оценки обогатимости заключается в проведении фракционного анализа по ГОСТ 4790 и построении кривых обогатимости. Кривые обогатимости показывают зависимость между выходом всплывших (потонувших) фракций и их зольностью, а также распределение зольности по фракциям определенной плотности.
Для легкообогатимого угля кривая обогатимости характеризуется резким переходом вертикальной части в горизонтальную. Для средне- и труднообогатимого угля эти кривые имеют более плавные переходы. Большой выход промежуточного продукта свидетельствует о трудности разделения исходного угля на концентрат и отходы обогащения. Поэтому количество промежуточного продукта в определенной мере указывает на степень обогатимости угля.
Такое представление лежит в основе стандартного метода определения показателя обогатимости (Т), который регламентирован в ГОСТ 10100–84 «Угли каменные и антрацит. Метод определения обогатимости». Показатель обогатимости определяют по результатам фракционного анализа.
В ГОСТ 10100–84 установлено разделение фракций каменного угля и антрацита на концентрат, промежуточный продукт (промпродукт) и отходы обогащения по значениям плотности (табл. 20.7).
В зависимости от значения показателя Т угли по обогатимости делят на следующие категории:
I — легкая, Т менее 5%; II — средняя, Т от 5 до 10% вкл.; III — трудная, Т от 10 до 15% вкл; IV — очень трудная, Т более 15%.Третьим стандартным методом оценки обогатимости каменных углей является петрографический метод определения степени обогатимости по ГОСТ 18384–73.
Этот метод используют для прогнозирования степени обогатимости углей при разведке и эксплуатации угольных месторождений (§ 21.5).
