Una planta de preparación de carbón ( CPP ; también conocida como planta de manipulación y preparación de carbón ( CHPP ), planta de manipulación de carbón , planta de preparación , planta de lavado o volcado ) es una instalación que lava el carbón del suelo y la roca y lo tritura en trozos de tamaño clasificado ( clasificación), almacena calidades preparándolas para su transporte al mercado y, en la mayoría de los casos, también carga carbón en vagones, barcazas o barcos.
Cuanto más de este material de desecho se pueda eliminar del carbón, menor será su contenido total de cenizas , mayor será su valor de mercado y menores sus costos de transporte .
El carbón entregado desde la mina que informa a la planta de preparación de carbón se llama carbón en bruto o ROM. Esta es la materia prima del CPP, y está compuesta por carbón, rocas, harinilla, minerales y contaminación. La contaminación suele ser introducida por el proceso minero y puede incluir piezas de máquinas, consumibles usados y piezas de herramientas de excavación. El carbón ROM puede tener una gran variabilidad de humedad y tamaño máximo de partículas.
El carbón debe almacenarse en varias etapas del proceso de preparación y transportarse por las instalaciones de CPP. El manejo del carbón es parte del campo más amplio del manejo de materiales a granel y es una parte compleja y vital del CPP.
Las existencias proporcionan capacidad de respuesta a varias partes del CPP. El carbón ROM se entrega con grandes variaciones en la tasa de producción de toneladas por hora (tph). Se utiliza una reserva de ROM para permitir que la planta de lavado reciba carbón a una velocidad más baja y constante. Una reserva simple se forma mediante maquinaria que arroja carbón en una pila, ya sea desde camiones volquete , empujados a montones con topadoras o desde plataformas transportadoras . Se forman acopios más controlados utilizando apiladores para formar pilas a lo largo de un transportador y recuperadores para recuperar el carbón cuando sea necesario para la carga del producto, etc. Los acopios más altos y anchos reducen el área de terreno necesaria para almacenar un tonelaje determinado de carbón. Las reservas de carbón más grandes tienen una tasa reducida de pérdida de calor, lo que genera un mayor riesgo de combustión espontánea.
Los apiladores de pluma móvil y abatibles que se montan a horcajadas sobre un transportador de alimentación se utilizan comúnmente para crear reservas de carbón.
Los transportadores de túnel pueden ser alimentados por una tolva de ranura continua o un búnker debajo de la pila de almacenamiento para recuperar material. Se pueden utilizar cargadores frontales y topadoras para empujar el carbón hacia los alimentadores. A veces, los cargadores frontales son el único medio para recuperar carbón de las reservas. Esto tiene un costo de capital inicial bajo, pero costos operativos mucho más altos, medidos en dólares por tonelada manipulada. Las reservas de alta capacidad se recuperan habitualmente mediante recuperadores de rueda de cangilones . Estos pueden alcanzar tasas muy altas.
El muestreo de carbón es una parte importante del control de procesos en la producción y comercialización de carbón. Una muestra aleatoria es una muestra única del carbón en un punto de la corriente del proceso y tiende a no ser muy representativa. Se toma una muestra de rutina con una frecuencia determinada, ya sea durante un período de tiempo o por envío. El muestreo de carbón consta de varios tipos de dispositivos de muestreo. Un muestreador de "corte transversal" imita el método de muestreo de "cinturón de parada" especificado por una norma publicada originalmente por la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales ( ASTM ). Un muestreador de corte transversal se monta directamente encima de la cinta transportadora, el muestreador de corriente descendente se coloca en la sección superior de la cinta. Hay varios puntos en la planta de lavado que muchas operaciones de carbón eligen tomar muestras. El carbón crudo, antes de su entrada a la planta. La basura, para ver lo que le faltaba a la planta. Luego el carbón limpio, para ver exactamente qué se envía. El muestreador se configura según toneladas por hora, pies por minuto y el tamaño superior del producto en la cinta real. Se toma una muestra, luego se tritura, luego se toma una submuestra y se devuelve a la cinta principal. La muestra se envía a un laboratorio independiente para su análisis, donde los resultados se compartirán tanto con el comprador como con el proveedor. En muchos casos, el comprador también volverá a probar el carbón una vez que lo reciba para "verificar dos veces" los resultados. Los analizadores elementales de cinta cruzada informan sobre la medición continua de cenizas, humedad, kCal (BTU), azufre, Fe, Ca, Na y otros elementos constituyentes del carbón. Esta información se puede calibrar periódicamente con los datos de laboratorio según los métodos.
Las características de lavabilidad de una reserva de carbón se obtienen obteniendo datos de liberación en la muestra de carbón crudo. La liberación se refiere a la cantidad de rotura física necesaria para liberar el carbón de otras densidades materiales diferentes. El material de baja densidad es carbón limpio, mientras que el material de alta densidad es rechazo (roca). El material de densidad intermedia se llama harinillas .
Los datos de liberación se obtienen comúnmente mediante análisis de flotación y sumidero. Los procedimientos para este análisis se detallan en la norma australiana AS 4156.1 – 1994 "Preparación de carbón - Carbón de rango superior - Pruebas de flotación y hundimiento". [ cita necesaria ]
La trituración reduce el tamaño superior general del carbón ROM para que pueda manipularse y procesarse más fácilmente dentro del CPP. Los requisitos de trituración son una parte importante del diseño de la CPP y existen varios tipos diferentes.
Las cribas en las plantas de cribado se utilizan para agrupar las partículas de proceso en rangos según su tamaño. Las rejillas de deshidratación se utilizan para eliminar el agua superficial del producto. Las cribas pueden ser estáticas, vibradas mecánicamente o vibradas electromecánicamente. Las plataformas de cribado pueden estar hechas de diferentes materiales, como acero para resortes, acero inoxidable, acero dulce o poliuretano (PU).
Los métodos de separación por gravedad utilizan las diferentes densidades relativas de diferentes grados de carbón y el material rechazado.
Las plantillas son un método de separación por gravedad para carbón grueso. Los diferentes tipos de plantilla húmeda incluyen:
Los métodos de separación por gravedad media densa utilizan un material como la magnetita para formar un medio más denso que el agua para ayudar en la separación.
Los diferentes tipos de DMB incluyen:
Un ciclón es un recipiente cónico en el que el carbón junto con magnetita (medio) finamente molida se bombea tangencialmente a una entrada cónica y una sección cilíndrica corta a un caudal y presión predeterminados, seguido de una sección cónica donde tiene lugar la separación. Las fracciones de mayor gravedad específica, que están sujetas a mayores fuerzas centrífugas, se alejan del núcleo central y descienden hacia el vértice a lo largo de la pared del cuerpo del ciclón y salen como rechazos o harinillas a través del orificio de descarga inferior, también conocido como grifo. Las partículas más ligeras quedan atrapadas en una corriente ascendente y salen como carbón limpio a través de la salida de desbordamiento del ciclón a través del buscador de vórtices. Desde el orificio de desbordamiento, el carbón pasa a la cámara de desbordamiento y se descarga a la siguiente etapa del proceso.
El fluido de entrada comienza en las regiones exteriores del cuerpo del ciclón. Esto, combinado con el movimiento de rotación al que está limitado, crea una espiral exterior. La existencia de una salida central superior y la imposibilidad de que todo el fluido salga por la salida del ápice del cono ayudan a la migración hacia adentro de parte del fluido desde la masa externa en movimiento. La cantidad de migración hacia adentro aumenta a medida que se acerca el vértice, es decir, el radio disminuye y el fluido que fluye en esta corriente migratoria finalmente invierte su dirección de velocidad vertical y fluye hacia arriba hasta la salida de flujo del ciclón, es decir, el buscador de vórtices. Como al mismo tiempo gira, se forma una espiral interior.
El Heavy Media Cyclone puede revestirse con baldosas cerámicas de muy alta calidad o fabricarse con Ni-hard (una aleación muy dura de hierro fundido que contiene níquel) con un perfil helicoidal especialmente diseñado. Un ciclón es el corazón de la unidad de lavado en una lavadora de medios pesados. Es una pieza inmóvil y, por tanto, requiere muy poco mantenimiento. Sin embargo, la presión en la entrada del ciclón es un factor muy importante y se sugiere mantener una presión mínima de alrededor de D x 9 x 9,81 x densidad/100 (en bares), donde D = el diámetro interior del ciclón en mm. Es importante señalar que la presión a la que se introduce la pulpa (mezcla de carbón y magnetita) en el ciclón es el principal medio para controlar las fuerzas dentro del ciclón. Con la disminución de la presión, más carbón pasará al descarte o harinillas, lo que perjudicará la eficiencia de la separación.
Si por alguna razón la bomba de alimentación del ciclón no puede entregar la presión requerida en la entrada del ciclón, se debe detener inmediatamente la alimentación y se deben revisar adecuadamente las tuberías, el tanque y la bomba para detectar cualquier atasco, y cualquier atasco debe repararse adecuadamente. limpiar antes de iniciar el circuito o la alimentación.
El carbón fino se limpia mediante métodos de flotación por espuma. Las celdas de Denver y las celdas Jameson son dos métodos de flotación utilizados. Las espirales realizan una separación simple, de bajo costo y razonablemente eficiente de material de tamaño más fino, según la densidad y el tamaño de las partículas.
Se elimina el agua del producto para reducir la masa y se escurre sobre la pila de almacenamiento. Existen diferentes métodos de deshidratación, que incluyen:
Deshidratación de carbón grueso:
Deshidratación de carbón fino:
Se extrae agua de los relaves para reciclarla. En esta parte del proceso se utilizan filtros, centrífugas y espesadores. Las aguas negras son una forma de relaves . Se produce como subproducto y normalmente se coloca en un embalse de lodo de carbón, lo que puede ser fuente de desastres ambientales.
Los espesadores se utilizan para deshidratar lodos de relaves o de productos. Un espesador es un tanque circular grande que se utiliza para sedimentar el material sólido del agua en la lechada de alimentación. El agua separada se clarifica y se reutiliza como agua de proceso en la CPP.
Los espesadores se dimensionan según el volumen de lodo a procesar. Los rangos de tamaño típicos son de 13 a 40 m de diámetro y de 3 a 4 m de altura. [1] El fondo del espesador es cónico y desciende suavemente hacia el centro.
El alimento se bombea al pozo de alimentación, en el centro del espesador, cerca de la parte superior. Normalmente, el alimento se dosifica con floculante antes de su entrega al espesador.
La masa espesada se mueve hacia el centro inferior del espesador mediante grandes rastrillos que giran alrededor del tanque. La velocidad de rotación es muy lenta y los pares de accionamiento pueden ser altos, especialmente para espesadores de mayor diámetro. El par de accionamiento suele controlarse continuamente, ya que las altas densidades podrían provocar fallos en los rastrillos y en el equipo de accionamiento. Los rastrillos pueden tener la capacidad de elevarse para reducir el par motor.
La suspensión espesa, también llamada flujo inferior del espesador, se bombea desde el fondo del espesador. En el caso del carbón producido, generalmente se requiere una mayor deshidratación antes del envío. Los relaves espesados pueden bombearse a una presa de relaves, combinarse con desechos de mayor tamaño para su eliminación (co-disposición), o deshidratarse más antes de su eliminación.
El control y la instrumentación son una parte muy importante de un CPP. La medición de flujo, densidad, niveles, cenizas y humedad son entradas al sistema de control. Los PLC se utilizan ampliamente en el diseño de plantas. Los sistemas SCADA se suelen utilizar para controlar el proceso. Otros instrumentos que se encuentran en las plantas incluyen medidores de densidad y analizadores de carbón elemental en línea .
En 1810, el alemán Ernst Friedrich Wilhelm Lindig, pionero de la minería del carbón, inventó la planta de preparación de carbón.