Jiexiu Changyu Machinery Manufacturing Co., Ltd.

  L'usine de concentration de charbon de la filiale minière Donghuantuo du groupe Kailuan, dont la capacité de production conçue est de 1,5 Mt/an, est une usine de traitement du charbon à usage énergétique de type mine. Le type de charbon est du charbon gazeux, caractérisé par une dureté relativement faible des gangues, une forte proportion de charbon fin, ainsi qu'un caractère humide et collant rendant le criblage difficile. De plus, le charbon et les gangues ont tendance à former facilement une boue qui ne se dépose pas aisément. Auparavant, le procédé de concentration utilisait une séparation par densité avec un milieu lourd pour les fractions de 50 à 6 mm ; cependant, en raison des changements dans la qualité du charbon extrait sous terre, le taux de récupération est désormais inférieur à 20 %. Après avoir effectué des essais de flottation et de sédimentation par tamisage, il a été constaté que la séparation par densité avec milieu lourd appliquée uniquement aux fractions inférieures à 30-6 mm donnait de bien meilleurs résultats, permettant d'atteindre un taux de récupération supérieur à 40 %. Par ailleurs, compte tenu de la présence importante de gangues dans les fractions supérieures à 30 mm, il a été décidé d'utiliser une méthode de séparation sèche combinée pour retirer préalablement ces gangues, afin d'améliorer le taux de récupération du charbon purifié tout en optimisant les bénéfices économiques.

La machine de séparation sèche combinée FGX-24 est composée de deux machines de séparation sèche combinées FGX-12. Les principaux principes de séparation incluent : le principe de séparation par retournement et pelage, le principe de séparation utilisant un milieu autogénéré, ainsi que l'effet de désagrégation. La machine FGX-24 se compose notamment d'un lit de séparation, d'un vibrateur, d'une chambre à air, d'un châssis avec dispositif de suspension, ainsi que d'une goulotte de réception. Le vibrateur, constitué de 2 moteurs vibrants fixés au châssis du lit de séparation, est suspendu au châssis par 4 câbles en acier équipés de ressorts antivibrations.

Le lit de séparation se compose d'une surface en forme de trapèze rectangle garnie de trous d'aération, d'un fond dorsal, de barreaux, d'une plaque de décharge et d'une porte à gangue. Sous la partie inférieure de la surface sont installées plusieurs chambres à air reliées à un ventilateur centrifuge ; chaque chambre est équipée d'une vanne d'air, et les chambres ainsi que la surface sont fixées de manière à former un ensemble intégré avec le lit de séparation.

Lors de la mise au point de l'installateur de séparation sèche à fonctionnement mixte à l'usine de traitement du charbon de Donghuantuo, les résultats n'ont pas tout à fait atteint les attentes escomptées. Les problèmes rencontrés comprennent principalement les points suivants :

(1) Le phénomène de boueification des stériles est sévère ; la boue de charbon circule dans les conduits d'air, obstruant au cours de ce processus les trous d'aération du lit tamisant, ce qui empêche l'air de répondre aux besoins et affecte ainsi l'efficacité de la séparation.

(2) Sous terre, le charbon brut contient de nombreux déchets tels que des sacs en plastique, des sacs textiles et de petites planches en bois, ce qui provoque le colmatage du lit de tamis et de l'entrée du ventilateur d'extraction.

(3) Après la séparation effectuée par le séparateur sec à fonctionnement mixte, une mauvaise correspondance entre le charbon purifié et les stériles se produit en raison de la plage limitée d'ajustement des quantités respectives de charbon purifié et de stériles.

(4) Parmi le charbon brut de 30 à 80 mm, la quantité de gangue est importante, entraînant une forte présence de charbon mélangé ; en outre, le taux de charbon contenu dans la gangue est élevé.

(5) Lors du fonctionnement de la machine de séparation sèche combinée, comme le charbon est relativement friable, le charbon brut, après avoir été transféré dans la machine de séparation sèche combinée, génère une quantité importante de poussière périphérique sous l'effet du flux d'air circulant.

3.1 Qualité du charbon brut

Les charbons extraits des mines de Donghuantuo présentent une teneur élevée en eau externe, ce qui les classe parmi les charbons humides et collants. En particulier, la forte présence de boue de charbon brut entraîne, lors du processus de séparation par voie aérienne, que, sous l'effet du flux d'air circulant dans les conduits, ces particules finissent par se coller aux parois après un certain temps, obstruant ainsi les conduits et réduisant, dans une certaine mesure, le débit d'air. Or, comme le procédé de séparation par voie sèche à double action exige une précision accrue en matière de force du vent, la présence de charbon collant perturbe considérablement l'efficacité de la séparation par voie aérienne.

3.2 Granulométrie d'alimentation

L'usine de concentration de charbon Donghuantuo utilise principalement une machine de séparation sèche à double fonction dont la taille des particules d'alimentation varie majoritairement entre 30 et 80 mm ; la fraction fine présente dans l'alimentation est peu abondante, ce qui empêche la formation d'un milieu mixte gaz-solide constitué par le charbon pulvérulent et le flux ascendant d'air sur le lit. Par ailleurs, la granulométrie de 30 à 80 mm contient une grande quantité de gangue, ce qui impose aux équipements une capacité élevée en matière de rejet de cette gangue durant le processus de séparation.

3.3 Teneur en gangue du charbon brut

Le charbon brut de la mine de Donghuantuo, dont la granulométrie varie entre 30 et 80 mm, présente un taux élevé de gangue. Lorsque la qualité du charbon en souterrain est médiocre, la teneur en gangue dépasse 60 %. Pendant le fonctionnement de la machine de séparation sèche à double usage, en raison de la forte teneur en gangue, le débit de sortie de gangue par l'orifice réservé à cet effet est limité, ce qui entraîne une importante contamination des produits de charbon purifié et affecte gravement tant la qualité du charbon purifié que celle de la gangue.

3.4 Autres raisons

En raison des déchets générés par la production et la vie en sous-sol, qui se mélangent au charbon brut via les bandes transporteuses, les sacs en plastique pénètrent ensuite dans l'équipement de séparation par air, puis sont entraînés par le flux d'air circulant jusqu'au dépoussiéreur à manches et au dépoussiéreur cyclonique, avant de suivre les tuyaux jusqu'à la partie inférieure du lit de séparation. Cela provoque un obstru­ment grave des trous du tamis du lit de séparation, ce qui empêche le débit d'air de répondre aux exigences nécessaires et nuit ainsi à l'efficacité de la séparation.

4.1 Optimisation des procédés

(1) Pré-broyage du charbon brut d'alimentation de 30 à 80 mm

Lors du processus de conception initial, le charbon brut de granulométrie 30-80 mm était directement introduit dans l'unité de séparation sèche à fonctionnement mixte pour la séparation. Toutefois, lors des essais de production, cette méthode n'a pas permis d'obtenir un bon résultat. Après avoir étudié et mis en pratique les principes de fonctionnement de l'unité de séparation sèche à fonctionnement mixte, nous avons optimisé le processus en ajoutant une machine de concassage à percussion, permettant ainsi de pré-broyer à 40 mm les matériaux de granulométrie 30-80 mm. Cette étape supplémentaire a augmenté la teneur en charbon pulvérulent, ce qui, grâce à l'utilisation d'un milieu naturel auto-généré, a amélioré significativement l'efficacité de la séparation.

(2) Conception et installation de la bande transporteuse de réacheminement 540

Le processus de conception initial prévoyait, après le dépoussiérage par voie aérienne de 30 à 80 mm, de commercialiser la houille concentrée comme charbon à usage énergétique. Toutefois, en raison des variations continues de la qualité du charbon extrait sous terre, lorsque celle-ci est médiocre, le pouvoir calorifique du charbon commercial devient faible. Afin d'améliorer la qualité du charbon commercial, nous avons conçu une bande transporteuse de transfert 540 permettant de mélanger la houille concentrée issue du dépoussiérage avec le charbon commercial. De plus, après un simple retrait des stériles, la houille concentrée ainsi traitée peut également être réintroduite via la bande transporteuse 540 dans le système à séparation gravimétrique par denseur, ce qui contribue à augmenter le taux de récupération de la houille concentrée lors du lavage par densimétrie.

(3) Ajuster l'intervalle de temps de nettoyage des dépoussiéreurs à manches

En raison de la nature relativement friable du charbon brut extrait de la mine de Donghuantuo, une importante quantité de poussière se forme à l'extérieur, entraînant d'une part une perte de charbon purifié et, d'autre part, affectant l'environnement de travail des ouvriers. Ainsi, en optimisant le programme PLC de nettoyage des dépôts, nous avons réduit le temps automatique de nettoyage initial de deux heures à seulement une demi-heure. De plus, pendant le processus de nettoyage, un séparateur de charbon est utilisé pour réaliser un transfert individuel, évitant ainsi que plusieurs bandes transporteuses ne provoquent une nouvelle émission de poussière secondaire. Après cette mise en œuvre, la quantité de poussière à l'extérieur a considérablement diminué.

(4) Processus technologique optimisé

4.2 Réfection de la machine de séparation sèche à fonctionnement mixte

(1) Ajouter une ouverture d'inspection et de nettoyage pour le conduit d'aération

Les conduits d'air existants n'avaient pas pris en compte l'obstruction des conduits due à la qualité du charbon visqueux, et aucun orifice de maintenance et de nettoyage n'avait été installé sur ces conduits. Cette obstruction sévère a gravement affecté le débit d'air, ce qui a ensuite eu un impact sur l'efficacité et le rendement de la séparation, rendant ainsi impossible d'assurer la qualité du produit final de charbon enrichi par écoulement d'air. Après avoir ajouté des orifices de maintenance et de nettoyage aux conduits, il est désormais beaucoup plus facile pour le personnel d'entretien de procéder au nettoyage et d'effectuer des observations régulières, garantissant ainsi la fluidité des conduits et améliorant ainsi les résultats de la séparation.

(2) Ajout d'un volet à la soufflante

Les anciens ventilateurs d'extraction ne prenaient en compte que la récupération idéale de la poussière de charbon, sans tenir compte des conditions particulièrement humides et chargées de fines particules de charbon ainsi que de nombreux déchets tels que des sacs en plastique présents sous terre, ce qui entraînait fréquemment des obstructions dans les conduits d'aération et sur les plaques filtrantes. L'ajout de déflecteurs permet désormais aux déchets ménagers comme les sacs en plastique de ne pas être directement aspirés par le ventilateur d'extraction, jouant ainsi un rôle de dérivation qui garantit indirectement la bonne circulation de l'air dans les conduits.

(3) Allonger la longueur des volets entre les goulotte de chaque produit

Les deux volets situés entre le charbon pur, le charbon moyen et la gangue étaient initialement assez courts, ce qui limitait les possibilités de réglage lorsque des matériaux mal classés apparaissaient parmi la gangue et le charbon pur. Lorsque le pouvoir calorifique du charbon pur dépassait les besoins de production, les opérateurs devaient ajuster le volet du charbon pur pour augmenter la proportion de charbon moyen mélangé ; cependant, en raison de la longueur insuffisante des volets, même en atteignant leur limite extrême, le charbon pur conservait encore un pouvoir calorifique élevé, entraînant ainsi une réduction relative de sa production. Il en allait de même lorsqu'il s'agissait d'ajuster la quantité de gangue. En rallongeant les volets, on élargit ainsi les marges de réglage pour le charbon pur et la gangue, permettant aux opérateurs d'effectuer des ajustements plus flexibles et plus aisés. Grâce à cela, le contrôle précis de la qualité du charbon pur et de la gangue devient possible, rendant les produits plus compétitifs sur le marché.

(4) Ajout d'une ouverture dans la plaque arrière du tronçon de gangue

Les équipements de tri d'origine, bien que conçus pour prendre en compte les importantes quantités de gangue et dotés d'une ouverture latérale supplémentaire permettant l'évacuation de la gangue, rencontrent des difficultés lorsque le contenu en gangue du charbon brut de taille 30-80 mm du puits de Donghuantuo est particulièrement élevé – notamment lorsque la qualité du charbon est médiocre, au point que la teneur en gangue dépasse alors 60 %. En effet, la quantité de gangue entrante excède largement la capacité d'évacuation de l'équipement, ce qui entraîne une proportion élevée de matériaux mal triés dans le charbon purifié. L'ajout d'une ouverture d'évacuation de la gangue située à l'arrière a permis d'accroître significativement le débit de sortie de la gangue, garantissant ainsi la stabilité du produit final de charbon purifié.

L'unité de séparation sèche mixte FGX-24, utilisée depuis plus d'un an à l'usine de traitement du charbon de Donghuantuo, a connu un fonctionnement optimal grâce à l'amélioration continue des procédés et à la rénovation du matériel. Grâce à son application pratique dans cette usine, ses avantages principaux, comparés aux autres équipements de séparation, incluent notamment :

(1) Équipement simple

L'équipement de la machine de séparation sèche combinée présente une structure simple, occupe peu d'espace, nécessite peu de travaux de génie civil et bénéficie d'un délai de construction et d'installation réduit. La centrale de traitement du charbon de Donghuantuo, qui a acheté la machine de séparation sèche combinée FGX-24, a pu passer de l'appel d'offres pour l'équipement à la mise en service de production en un peu plus d'un mois seulement, assurant ainsi la continuité de la production tout en améliorant les performances économiques.

(2) Faibles coûts de tri

La houille brute du puits de Donghuantuo est facilement friable, avec une teneur élevée en gangue dans la taille granulaire de 30 à 80 mm. Selon le processus initial de conception, lorsque la houille brute entre dans le système principal de lavage, le taux de récupération du charbon purifié de taille 30-80 mm est relativement faible ; de plus, en raison de la quantité importante de gangue, les canalisations subissent une usure sévère. En utilisant la machine de séparation sèche composite FGX-24, la houille brute de taille 30-80 mm, après élimination de la gangue, atteint un pouvoir calorifique supérieur à 3900 Kcal/kg, avec un taux élevé d'élimination de la gangue et une teneur en charbon inférieure à 5 % dans cette dernière. Après analyse approfondie, on constate que le coût par tonne de charbon traité par méthode à lourdeur spécifique avoisine 18 yuans/t, tandis que celui obtenu par séparation pneumatique est d'environ 4 yuans/t. Ainsi, le coût global est réduit de 14 yuans/t, ce qui se traduit clairement par des avantages économiques significatifs.

(3) Fonctionnement simple

L'ensemble de séparation à sec combiné, par rapport à la séparation par métaux lourds, ne nécessite pas de contrôle rigoureux de la densité ; il suffit d'ajuster légèrement les volets entre les rampes de chaque produit, ainsi que le panneau avant du tamis ou l'angle du tamiseur. De plus, lorsque la qualité du charbon est médiocre et que la quantité de gangue est importante, il faut ouvrir sur place la trappe arrière destinée à la gangue afin d'accroître le débit de rejet de celle-ci. Pendant le fonctionnement de l'équipement, les opérations requises auprès du personnel sur place sont moins nombreuses qu'avec la séparation par métaux lourds, ce qui permet également de ne pas exiger un niveau de compétence trop élevé de la part des employés, ceux-ci pouvant être formés en peu de temps pour prendre en charge l'appareil.

(4) L'équipement de la machine de séparation sèche composite, nécessitant peu d'entretien et de maintenance, est simple, requiert peu d'équipements auxiliaires, fonctionne de manière stable, occupe peu d'espace et est compact, ce qui réduit ainsi les besoins en réparations et en entretien.

Après l'installation de la machine de séparation sèche mixte FGX-24 à l'usine de concentration de charbon de Donghuantuo, les coûts de lavage et de sélection ont considérablement diminué par rapport à la séparation par densité moyenne, offrant ainsi des avantages économiques notables. Le processus de séparation par air utilisé à l'usine de Donghuantuo consiste à trier du charbon brut ayant une granulométrie comprise entre 30 et 80 mm ; il se caractérise par une importante quantité de gangue et par une teneur élevée en eau extérieure du charbon. Grâce à l'optimisation et à la rénovation du processus et du matériel d'origine, l'équipement fonctionne désormais de manière stable, les accidents de production ont nettement diminué, et l'efficacité de la production a sensiblement augmenté. Cette expérience fournit un exemple utile aux autres usines de concentration de charbon souhaitant utiliser des équipements de séparation par air pour traiter des charbons de qualité similaire.