Зольность – основной показатель качества угля. Для оперативного контроля процессов добычи, обогащения и переработки угля необходимо определять зольность в аналитической пробе за несколько минут, а предпочтительно, минуя стадию отбора, – непосредственно на ленте конвейера. Стандартные лабораторные методы определения зольности не пригодны для этой цели.
Для экспресс-определения зольности были разработаны приборы типа золомеров. Эти анализаторы основаны на радиационном методе измерения зольности с использованием рентгеновских лучей и радиоактивных источников.
При действии на уголь ионизирующего излучения начальная интенсивность потока ослабляется в результате поглощения и рассеяния. Степень ослабления проникающего или отраженного (рассеянного) излучения определенной длины волны зависит от атомных номеров элементов, входящих в состав угля. Известно, что минеральная масса угля содержит более тяжелые элементы (Fe, Ca, Si, Al, Mg), чем органическая (С, Н, N, О), и средний атомный номер угля растет с увеличением зольности*.
* При использовании ионизирующих излучений измеряется содержание минеральных компонентов в угле. Однако поскольку существует тесная корреляция между этой величиной и зольностью, шкалу прибора градуируют в единицах зольности.В современных анализаторах использована зависимость между зольностью угля и интенсивностью проникающих или отраженных излучений.
Общий принцип действия золомеров состоит в том, что поток лучей направляется на пробу анализируемого материала; рассеянный или ослаб ленный поток воспринимается соответствующим детектором и преобразуется в электрический сигнал, величина которого пропорциональна интенсивности излучения; далее сигнал усиливается и подается на вход измерительного блока.
В золомерах не предусмотрена полная компенсация погрешностей, вызываемых изменениями в химическом составе минеральных компонентов, поэтому их можно применять для анализа углей с относительно устойчивым составом минеральной массы. На интенсивность рассеянного или ослабленного излучения, помимо химического состава угля, влияет содержание влаги, гранулометрический состав и степень уплотнения топлива в измерительной кювете. В соответствии с этим обязательное условие работы золомеров – градуировка прибора для каждого типа испытуемого материала и периодическая проверка градуировки путем сравнения с результатами, полученными с помощью стандартного лабораторного метода с медленным озолением.
Существуют лабораторные золомеры для определения зольности в стационарных условиях, портативные золомеры для измерения зольности непосредственно в больших массах топлива (в штабелях и транспортных средствах) и анализаторы зольности угля в потоке (ГОСТ 11055–78).
К лабораторным приборам относятся золомеры: ЗАР и БРА – для определения зольности в аналитической пробе (измерение интенсивности рассеянного рентгеновского излучения), РКТ-2 – в лабораторной пробе (измерение интенсивности ослабленного гамма-излучения), ЭАЗ – для углей крупностью менее 25 мм (измерение интенсивности рассеянного гамма-излучения) и золомер фирмы SORTEX (Великобритания).
Для непрерывного контроля зольности угля в потоке разработаны золомеры типа РАМ (измерение интенсивности рассеянного рентгеновского излучения) для углей крупностью менее 13 мм и РКТП-6 – для углей крупностью от 0 до 200 мм при высоте слоя угля не менее 120 мм (измерение интенсивности рассеянного гамма-излучения). Золомеры РКТП-6 работают на угольных предприятиях России, осуществляя непрерывный технологический контроль зольности угля и продуктов обогащения.
Подобно влагомерам, золомеры могут быть установлены непосредственно в основном потоке топлива и на байпасных потоках с предварительным измельчением угля перед определением зольности.
Фирма ENELEX (Чехия) поставляет гамма-золомеры модели GE3000.
Эти самостоятельно функционирующие приборы выдают on-line информацию о зольности угля, находящегося в зоне измерения на движущейся ленте конвейера. Прибор состоит из детектора, приемника и блока измерений. Детектор, содержащий ионизирующий источник излучения, монтируют под лентой конвейера, приемник располагают над конвейерной лентой, а измерительный блок может находиться на расстоянии нескольких сотен метров.
В настоящее время в большинстве угледобывающих стран получили широкое распространение ленточные конвейерные анализаторы системы Coalscan (CS) для определения зольности и состава углей, разработанные фирмой SCANTECH (Австралия). Эта фирма изготавливает линейку моделей от Coalscan 1500 до Coalscan 9500Х.
В анализаторах Coalscan используется технология PGNAA (Prompt Gamma Neutron Activation Analysis), основанная на регистрации индуцированного нейтронами гамма-излучения. Источник нейтронов (калифорний 252) размещен в блоке под конвейерной лентой. Индуцированное нейтронами в исследуемом угле гамма-излучение поступает в приемник, расположенный непосредственно над конвейерной лентой.
Модель CS 9500Х оснащена несколькими датчиками, которые работают одновременно, поэтому частота измерений значительно выше, чем в других анализаторах. Компьютерная обработка непрерывно получаемых с этих датчиков результатов измерений позволяет рассчитать стандартные характеристики углей: зольность, влажность, теплоту сгорания, химический состав золы, содержание серы, хлора и элементный состав.
Данные о качестве угля, получаемые on-line с помощью прибора Coalscan 9500Х, позволяют оперативно влиять на технологические процессы отбора, обогащения и сжигания углей, так как прибор может быть подключен к большинству централизованных систем управления.
Аналогичные конвейерные анализаторы зольности и влажности типа AM-EBA1-CE выпускает компания ENCE GmbH (Швейцария). Зольность измеряют в потоке материала на конвейерной ленте и подвергают замеры аналитической обработке. Точность измерения гарантируется при любой изменяющейся загрузке ленты конвейера.
Портативный анализатор зольности Walker (Польша) предназначен для измерения зольности углей на площадках открытого хранения, на складах, в вагонах, бункерах и штабелях. Прибор питается от аккумулятора и работает в автономном режиме. Определение зольности основано на измерении естественного гамма-излучения и автоматизировано.
