Una planta de preparación de carbón ( CPP ; conocida como planta de preparación y manipulación de carbón ( CHPP ), planta de manipulación de carbón , planta de preparación , planta de lavado o tipple ) es una instalación que lava el carbón del suelo y la roca , lo tritura en trozos de tamaño calibrado (clasificación), lo almacena y lo prepara para el transporte al mercado y, la mayoría de las veces, también carga carbón en vagones de ferrocarril, barcazas o barcos.
Cuanto más de este material de desecho pueda eliminarse del carbón, menor será su contenido total de cenizas , mayor será su valor de mercado y menores serán sus costos de transporte .
El carbón que sale de la mina y se envía a la planta de preparación de carbón se denomina carbón bruto o ROM. Se trata de la materia prima para la CPP y está compuesta por carbón, rocas, granulados, minerales y contaminación. La contaminación suele introducirse durante el proceso de extracción y puede incluir piezas de maquinaria, consumibles usados y piezas de herramientas de corte. El carbón ROM puede tener una gran variabilidad de humedad y tamaño máximo de partícula.
El carbón debe almacenarse en varias etapas del proceso de preparación y transportarse por las instalaciones de la CPP. La manipulación del carbón forma parte del campo más amplio de la manipulación de materiales a granel y es una parte compleja y vital de la CPP.
Las reservas proporcionan capacidad de emergencia a varias partes de la planta de lavado. El carbón ROM se entrega con grandes variaciones en la tasa de producción de toneladas por hora (tph). Una reserva ROM se utiliza para permitir que la planta de lavado se alimente con carbón a una tasa más baja y constante. Una reserva simple se forma mediante maquinaria que vierte carbón en una pila, ya sea desde camiones volcadores , empujados en montones con excavadoras o desde plumas transportadoras . Las reservas más controladas se forman utilizando apiladores para formar pilas a lo largo de la longitud de una cinta transportadora y recuperadores para recuperar el carbón cuando es necesario para la carga del producto, etc. Las reservas más altas y anchas reducen el área de tierra 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 con pluma móvil y abatible que se colocan sobre una cinta transportadora 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 carbón para recuperar el 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 la pila de carbón. Esto tiene un bajo costo de capital inicial, pero costos operativos mucho más altos, medidos en dólares por tonelada manipulada. Las pilas de carbón de alta capacidad se recuperan comúnmente utilizando 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 al azar es una muestra única del carbón en un punto en el flujo de proceso y tiende a no ser muy representativa. Una muestra de rutina se toma con una frecuencia establecida, 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 "cinta 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 sobre la parte superior de la cinta transportadora, el muestreador de flujo descendente se coloca en la sección de cabecera de la cinta. Hay varios puntos en la planta de lavado que muchas operaciones de carbón eligen para muestrear. El carbón crudo, antes de que ingrese a la planta. Los desechos, para ver lo que la planta omitió. Luego, el carbón limpio, para ver exactamente lo que se está enviando. El muestreador se configura de acuerdo con las toneladas por hora, los pies por minuto y el tamaño máximo del producto en la cinta real. Se toma una muestra, luego se tritura, luego se toma una muestra secundaria y se devuelve a la cinta principal. La muestra se envía a un laboratorio independiente para realizar pruebas, donde los resultados se compartirán con el comprador y el proveedor. En muchos casos, el comprador también volverá a tomar muestras del carbón una vez que lo reciba para "verificar" los resultados. Los analizadores elementales de banda cruzada informan sobre mediciones continuas de cenizas, humedad, kcal (BTU), azufre Fe, Ca, Na y otros componentes elementales 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 mediante la obtención de 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 de materiales diferentes. El material de baja densidad es carbón limpio, mientras que el material de alta densidad es el material rechazado (roca). El material de densidad intermedia se denomina material intermedio .
Los datos de liberación se obtienen habitualmente mediante análisis de flotación y hundimiento. Los procedimientos para este análisis se detallan en la Norma australiana AS 4156.1 – 1994 “Preparación del carbón – Carbón de alto rango – Pruebas de flotación y hundimiento”. [ cita requerida ]
La trituración reduce el tamaño total de la parte superior del carbón en bruto para que se pueda manipular y procesar más fácilmente dentro de la CPP. Los requisitos de trituración son una parte importante del diseño de la CPP y existen varios tipos diferentes.
Las pantallas de las plantas de cribado se utilizan para agrupar las partículas del proceso en rangos según su tamaño. Las pantallas de deshidratación se utilizan para eliminar el agua superficial del producto. Las pantallas pueden ser estáticas, vibradas mecánicamente o vibradas electromecánicamente. Las plataformas de las pantallas pueden estar hechas de diferentes materiales, como acero para muelles, acero inoxidable, acero dulce o poliuretano (PU).
Los métodos de separación por gravedad aprovechan las diferentes densidades relativas de los distintos grados de carbón y del material de rechazo.
Los jigs son un método de separación por gravedad para carbón grueso. Los diferentes tipos de jig húmedo incluyen:
Los métodos de separación por gravedad en medio denso 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 finamente molida (medio) se bombea tangencialmente a una entrada cónica y una sección cilíndrica corta a un caudal y presión predeterminados, seguido de una sección cónica donde se lleva a cabo la separación. Las fracciones de mayor gravedad específica , sujetas a mayores fuerzas centrífugas, se separan del núcleo central y descienden hacia el vértice a lo largo de la pared del cuerpo del ciclón y salen como desechos/partículas intermedias a través del orificio de descarga de desbordamiento, también conocido como espiga. Las partículas más ligeras quedan atrapadas en una corriente ascendente y salen como carbón limpio a través de la salida de desbordamiento del ciclón mediante el detector 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 que entra comienza en las regiones externas 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 incapacidad de que todo el fluido salga por la salida del vértice del cono, favorecen la migración hacia adentro de parte del fluido desde la masa móvil externa. La cantidad de migración hacia adentro aumenta a medida que se acerca al 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 desbordamiento del ciclón, es decir, el buscador de vórtices. Dado que al mismo tiempo está rotando, el resultado es una espiral interior.
El ciclón de medios pesados puede estar revestido con baldosas cerámicas de muy alta calidad o fabricado 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 parte inmóvil y, por lo 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 tener en cuenta 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 se reportará a los descartes/partículas intermedias, lo que perjudica 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 la alimentación inmediatamente y se deben revisar adecuadamente las tuberías, el tanque y la bomba para detectar posibles atascos y cualquier atasco se debe limpiar adecuadamente antes de iniciar el circuito o la alimentación.
El carbón fino se limpia mediante métodos de flotación por espuma. Las celdas Denver y 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, en función de la densidad y el tamaño de las partículas.
Se elimina el agua del producto para reducir la masa y el escurrimiento en la pila de almacenamiento. Existen diferentes métodos de deshidratación, entre ellos:
Deshidratación de carbón grueso:
Deshidratación de carbón fino:
El agua se extrae 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 producen como subproducto y normalmente se colocan en un embalse de lodos de carbón, que puede ser fuente de desastres ambientales.
Los espesadores se utilizan para deshidratar lodos de relaves o de producto. Un espesador es un tanque circular grande que se utiliza para sedimentar el material sólido del agua en el lodo de alimentación. El agua separada se clarifica y se reutiliza como agua de proceso en la planta de procesamiento de residuos.
Los espesadores se dimensionan según el volumen de pulpa de alimentación que se va a procesar. Los tamaños típicos varían de 13 a 40 m de diámetro y de 3 a 4 m de altura. [1] El piso 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 desplaza hacia el centro inferior del espesador mediante rastrillos grandes que giran alrededor del tanque. La velocidad de rotación es muy lenta y los pares de torsión de accionamiento pueden ser altos, especialmente en el caso de espesadores de mayor diámetro. El par de torsión de accionamiento suele controlarse de forma continua, ya que las densidades altas pueden provocar fallos en los rastrillos y en el equipo de accionamiento. Los rastrillos pueden tener la capacidad de elevarse para reducir el par de torsión de accionamiento.
La pulpa espesada, también llamada lodo de desbordamiento del espesador, se bombea desde el fondo del espesador. En el caso del carbón producto, generalmente se requiere una deshidratación adicional antes del envío. Los relaves espesados se pueden bombear a una presa de relaves, combinar con desechos de mayor tamaño para su eliminación (co-eliminación) o deshidratarlos aún más antes de su eliminación.
El control y la instrumentación son una parte muy importante de una planta de tratamiento de agua. La medición del caudal, la densidad, los niveles, las cenizas y la humedad son datos de entrada del sistema de control. Los PLC se utilizan ampliamente en el diseño de plantas. Los sistemas SCADA se utilizan normalmente para controlar el proceso. Otra instrumentación que se encuentra en las plantas incluye 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.