تعليق المواد الثقيلة في عملية تحضير الفحم

طرق قياس الكثافة في محطات تحضير الفحم

التقنيات التقليدية

لطالما شكل أخذ العينات اليدوي والتحليل المختبري الركيزة الأساسية للتحكم في عمليات محطات تحضير الفحم. في هذه الطرق، يقوم عامل بجمع عينة من الوسط أو معلق الفحم على فترات زمنية محددة من نقاط معينة في النظام. تُنقل العينات إلى مختبر في الموقع لتحديد الكثافة، باستخدام إما مقياس الكثافة أو الطرق الوزنية.

تُستخدم طريقة قياس الكثافة على نطاق واسع للتقييم السريع. تُسكب عينة من المعلق في أسطوانة مُعايرة، ثم يُغمر مقياس الكثافة برفق. تُقرأ الكثافة النسبية عند سطح السائل، وغالبًا ما يتطلب ذلك تصحيحًا لدرجة الحرارة لضمان الدقة. هذه الطريقة سريعة، لكنها عُرضة لعدة مشاكل: فقد تُؤثر المواد الصلبة الدقيقة العالقة، أو الفقاعات، أو ضعف الرؤية في العينات العكرة على النتائج. تُعد تقنية المُشغل عاملًا مُهمًا؛ إذ يُمكن أن تتغير القراءات بناءً على مدى سلاسة طفو مقياس الكثافة أو ما إذا كانت الأسطوانة موضوعة على سطح مستوٍ. تُحقق مقاييس الكثافة عمومًا دقة تتراوح بين ±0.005 و ±0.01 وحدة كثافة نسبية، مما يجعلها مُناسبة للفحوصات السريعة، ولكنها غير مُناسبة للتحكم الدقيق، خاصةً في حالات المعلقات عالية اللزوجة أو المُحملة بجزيئات دقيقة. يُمكن أن تُؤثر هذه القيود على تقنيات فصل الفحم وعملية إنتاج الفحم النظيف بشكل عام إذا لم يتم اكتشافها.

تعتمد طريقة الوزن (الوزنية) على استخدام مقياس الكثافة أو وعاء مشابه. يُملأ الوعاء بعناية بالمعلق ويُوزن على ميزان تحليلي. يقوم الباحث بطرح كتلة الوعاء الفارغ وقسمتها على حجم الوعاء لتحديد الكثافة. عند تطبيق هذه الطريقة بدقة متناهية، تُحقق دقة عالية (±0.001 وحدة)، مما يجعلها ذات قيمة في التحقق من العمليات وأبحاث تكنولوجيا الفحم النظيف. مع ذلك، فهي أبطأ بطبيعتها وتُعرّض النتائج للخطأ، حيث يمكن أن تؤثر فقاعات الهواء، وعدم اتساق درجات الحرارة، وعدم اكتمال ملء الوعاء على النتائج. علاوة على ذلك، تتطلب هذه العملية معايرة دقيقة لمعدات الوزن، ويجب الحفاظ على تمثيلية العينة طوال فترة التعامل معها لتجنب استنتاجات خاطئة حول عملية إثراء الفحم.

حلول قياس الكثافة عبر الإنترنت في الوقت الفعلي

تعتمد محطات مناولة الفحم الحديثة وتجهيزه بشكل متزايد على حلول قياس الكثافة عبر الإنترنت لمراقبة عملية تجهيز الفحم. ويقوم مبدأ عمل هذه الأجهزة على القياس المستمر والفوري لكثافة المواد العالقة، باستخدام تقنيات الميكروويف أو الموجات فوق الصوتية أو التقنيات النووية. فعلى سبيل المثال، يستخدم مقياس الكثافة عبر الإنترنت من شركة Lonnmeter مستشعرات إلكترونية مثبتة مباشرة في خط مزج الفحم. تُصدر هذه الأجهزة إشارات عبر المزج وتقيس كيفية تأثرها بوجود المواد الصلبة وتركيزها، مما يوفر قراءات فورية لكثافة المزج.

يُعدّ دمج هذه التقنية في خطوات عملية تحضير الفحم الأوسع نطاقًا أمرًا بسيطًا: إذ تُغذّي أجهزة قياس الكثافة المتصلة بالإنترنت أنظمة التحكم في المصنع ببيانات مستمرة. ويمكن للمشغلين مراقبة كثافة الوسط الثقيل في أوعية الفصل أو التحكم في نسبة الماغنيتيت أو الفيروسليكون في الوقت الفعلي. وبفضل حلقات التغذية الراجعة التلقائية، يستطيع المصنع تعديل إضافة الوسط، أو تخفيف الماء، أو نقاط ضبط الفصل بشكل فوري تقريبًا، مما يقلل من تدخل المشغل ويخفف الاعتماد على أخذ العينات يدويًا.

تُعدّ مزايا أجهزة قياس الكثافة الآلية المتصلة بالإنترنت كبيرة. فالمراقبة الآنية تضمن تحكمًا دقيقًا في فصل المواد ذات الكثافة العالية، وهي مرحلة حاسمة في عمليات معالجة الفحم. كما يُساعد الكشف الفوري عن تقلبات الكثافة على منع فقدان المنتج القيّم أو زيادة النفايات، مما يحافظ على جودة المنتج وإنتاجيته. وبفضل البيانات المستمرة، تُصبح عمليات محطات تحضير الفحم أكثر كفاءة، مما يدعم أهداف تكنولوجيا الفحم النظيف ويُحسّن موثوقية العملية.

معدات مثل مقياس اللونمقياس الكثافة عبر الإنترنتأثبتت هذه التقنية فعاليتها في الحفاظ على كثافة تعليق مستقرة وموثوقية عالية للعملية، وهما سمتان أساسيتان لتحسين عملية غسل الفحم وإزالة الشوائب في معالجة الفحم. وعلى عكس الطرق التقليدية، تُزيل الأنظمة المتصلة بالإنترنت تأخير أخذ العينات، وتقلل من الأخطاء البشرية، وتوفر بيانات عالية التردد. كما يسمح قياس الكثافة الآلي بالاستجابة الفورية لأي خلل، مما يدعم تحكمًا أدق في عملية محطة تحضير الفحم، ويُحسّن كفاءة الطاقة والمواد الكيميائية في تصميم محطة غسل الفحم.

في حين أن أخذ العينات اليدوي والتحليل المختبري لا يزالان مهمين للمعايرة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها، فإن الانتقال إلى مقياس الكثافة عبر الإنترنت لتطبيقات ملاط ​​الفحم يمثل تقدماً كبيراً في معدات مصانع معالجة الفحم وعمليات مصانع تحضير الفحم الحديثة.

المعدات والتقنيات الرئيسية في مناولة الفحم وإعداده

تعتمد محطات معالجة الفحم الحديثة على مجموعة من المعدات المتخصصة والتقنيات المتكاملة لتحقيق معالجة فعّالة للفحم. وتُعدّ عمليات التكسير والغربلة والغسل والتحكم في الكثافة الفعّالة أساس عملية معالجة الفحم، وتؤثر بشكل مباشر على تبني تقنيات الفحم النظيف وإزالة الشوائب بفعالية في عملية معالجة الفحم.

الكسارات، والغربال، ودوائر الغسيل

تُعدّ الكسارات ضرورية لتقليل حجم حبيبات الفحم في مراحل تحضيره. تقوم الكسارات المتطورة، مثل كسارات الفرز، بتقسيم الفحم الخام إلى أحجام دقيقة قبل غسله. تستخدم كسارات الفرز بكرات مسننة متقابلة، حيث تتم مواءمة سرعة البكرات مع تدفق الفحم للحد من التكسير غير الضروري. تُقلل هذه التقنية من تكوّن الجزيئات الدقيقة، التي قد تُعيق عملية الفصل اللاحقة وتُقلل من معدلات الاستخلاص. على سبيل المثال، تُقلل تقنية الفرز الحديثة من إعادة التدوير داخل مرحلة التكسير، مما يُنتج حجمًا أكثر تجانسًا للجسيمات، وهو الأنسب للفصل بواسطة دوائر غسل الفحم وأنظمة الوسائط الكثيفة.

تأتي عملية الفرز بعد مرحلة التكسير، حيث يتم فرز الفحم إلى أحجام مناسبة لدوائر الغسيل. يضمن الفرز الفعال حصول دوائر الغسيل، مثل أسطوانات الفرز الثقيل وأعاصير التصنيف، على تغذية ذات حجم مثالي. تعتمد هذه الدوائر على التوزيع الدقيق لحجم الجسيمات الناتج في المراحل السابقة. يدعم الفرز السليم تقنيات فصل الفحم الفعالة واستخلاص منتج أنظف.

تُعدّ دوائر الغسيل، بما في ذلك أحواض الوسائط الكثيفة والفواصل الإعصارية، أساسية في عملية غسل الفحم. تستغل هذه الأنظمة اختلافات الكثافة بين الفحم والشوائب، مما يُتيح فصلًا دقيقًا. وتعتمد فعالية طرق معالجة الفحم هذه على اتساق حجم المواد الخام واستقرار كثافة الوسائط، وكلاهما يتحقق من خلال اختيار الكسارة والمنخل المناسبين وتشغيلهما بكفاءة.

أجهزة التحكم في الدوائر المتوسطة والكثافة

يُعدّ الحفاظ على كثافة الوسط بدقة في دائرة الغسيل أمرًا بالغ الأهمية لفصل الفحم على النحو الأمثل. تقوم أجهزة التحكم بالكثافة، مثل مناضد الكثافة ومقاييس الكثافة وأجهزة قياس الكثافة المتصلة بالإنترنت لملاط الفحم، بمراقبة كثافة الوسط وتعديلها باستمرار في الوقت الفعلي. يُجسّد جهاز Lonnmeter، وهو جهاز قياس كثافة متصل بالإنترنت لملاط الفحم، هذا الاستخدام، إذ يُوفّر تغذية راجعة فورية للحفاظ على كثافة الوسط المستهدفة ضمن نطاقات دقيقة. يؤثر هذا المستوى من التحكم بشكل كبير على جودة المنتج وكفاءة الفصل، مما يُزوّد ​​المشغلين ببيانات قابلة للتنفيذ للحفاظ على استقرار التشغيل ضمن عملية محطة معالجة الفحم.

تُنسق صمامات العزل وصمامات تحويل التدفق تدفقات النظام، مما يسمح بإدارة دقيقة لإضافة الوسائط واستعادتها وتوزيعها. تضمن عناصر التحكم هذه ثبات عمليات الفصل، مما يقلل من فقدان المنتج ويدعم عملية إنتاج الفحم النظيف.

أجهزة الاستشعار والصمامات وأنظمة التحكم الآلي

تُعدّ أجهزة الاستشعار بالغة الأهمية في عمليات محطات معالجة الفحم الحديثة. فهي تراقب متغيرات رئيسية مثل كثافة الملاط، ومعدلات التدفق، والضغط، وتوزيع حجم الجسيمات خلال عملية معالجة الفحم. وتوفر هذه البيانات معلومات عملية لإجراء تعديلات يدوية وآلية للحفاظ على استقرار العملية.

تدمج أنظمة التحكم الآلي بيانات المستشعرات، وتحديد مواقع الصمامات، وبيانات المعدات لتحسين ظروف الفصل. تعمل الأنظمة الحديثة على ضبط كثافة الوسط، وإدارة استخدام المياه الفاصلة، وموازنة إعادة التدوير بكفاءة، مما يقلل من التدخلات اليدوية. يعزز التحكم الآلي إنتاجية المصنع، وعائد المنتج، واتساق العمليات، مع تقليل وقت التوقف عن العمل من خلال مراقبة الحالة التنبؤية وتنبيهات الصيانة.

تُحافظ الصمامات، التي تُنسقها أنظمة آلية، على تحكم موثوق وقابل للتكيف في جميع التدفقات - من توصيل الفحم الخام إلى تدوير السوائل وإضافة الماء. يضمن هذا النهج الشامل أن تعمل كل وحدة تشغيلية - من التكسير والغربلة والغسل - كوحدة متكاملة، مما يدعم تصميم محطات غسل الفحم المتقدمة وتكوينات معدات محطات معالجة الفحم الفعالة.

يعزز تصميم المصانع الحديثة كلاً من فصل الفحم وتقليل الغبار، مما يضمن إنتاجية أعلى ومعايير سلامة محسنة في جميع أنحاء مصنع مناولة الفحم وإعداده.

العوامل المؤثرة على كثافة معلقات الأوساط الثقيلة

تُستخدم معلقات الوسط الكثيف في محطات تحضير الفحم لفصل الفحم عن الشوائب، مما يُسهم في التحكم بجودة المنتج ومعدلات الاستخلاص. وتتأثر كثافة هذه المعلقات بعدة عوامل رئيسية:

توزيع حجم الجسيمات للفحم والشوائب

يؤثر توزيع حجم الجسيمات (PSD) للمغنيتيت أو الفيروسليكون بشكل مباشر على استقرار وكثافة المعلق. فالجسيمات الدقيقة، وخاصة تلك التي يقل حجمها عن 10 ميكرون، تزيد من استقرار المعلق عن طريق تقليل معدلات الترسيب وتعزيز التفاعلات الغروية. وهذا يضمن الحفاظ على كثافة موحدة للوسط خلال مراحل الفصل في عملية تحضير الفحم. مع ذلك، قد تصبح المعلقات التي تهيمن عليها الجسيمات الدقيقة لزجة، مما يُصعّب عملية الضخ والتدوير. في المقابل، تترسب المواد الخشنة الزائدة بسرعة، مما يُسبب تدرجًا في الكثافة وانخفاضًا في كفاءة فصل الفحم. يتطلب التوزيع الأمثل لحجم الجسيمات مزيجًا دقيقًا، غالبًا ما تتم مراقبته وتعديله في الوقت الفعلي باستخدام معدات متخصصة مثل مقاييس الكثافة المتصلة بالإنترنت لملاط الفحم، مثل مقياس لونيمتر، والتي تدعم عمليات محطة تحضير الفحم وتزيد من كفاءة العملية إلى أقصى حد.

تركيب الوسط وخواصه الريولوجية

يُحدد التركيب المعدني للوسط - عادةً ما يكون من الماغنيتيت أو الفيروسليكون - الكثافة والسلوك الريولوجي المُمكن تحقيقهما. يؤدي وجود الجزيئات الدقيقة إلى زيادة اللزوجة وإجهاد الخضوع، مما قد يُعيق عمليات المناولة والتدوير. في حال وجود كمية قليلة جدًا من الجزيئات الدقيقة، تنخفض الكثافة، مما يستدعي إضافة المزيد من الوسط، الأمر الذي يؤثر على تكاليف التشغيل. تُشير الاختبارات الريولوجية التي أُجريت في السنوات الأخيرة إلى أن التوزيع الأمثل لحجم الجسيمات (مع نسبة معتدلة من الجزيئات الدقيقة التي يقل حجمها عن 10 ميكرون) يُحقق توازنًا بين الكثافة واللزوجة المُمكنة، مما يضمن أداءً ثابتًا لعملية غسل الفحم، ويدعم في الوقت نفسه عمليات إنتاج الفحم النظيف. تُعدّل المصانع تركيب الوسط بشكل ديناميكي لتحقيق الكثافات المستهدفة، والتي تتراوح عادةً بين 1.3 و1.5 غ/سم³ لمعظم إعدادات عمليات مناولة الفحم وتحضيره.

معايير تشغيل المصنع

تؤثر العمليات اليومية أيضًا على كثافة معلقات الوسط الثقيل. يتحكم معدل التغذية في حجم وتوزيع الأطوار الصلبة والسائلة الداخلة إلى دوائر الفصل. قد تؤدي معدلات التغذية المرتفعة إلى تخفيف تركيز الوسط، مما يؤدي إلى تقلبات في الكثافة إذا لم يتم تعويضها. يُعد التحريك ضروريًا للحفاظ على تعليق الجزيئات ومنع ترسبها، ولكن التحريك المفرط قد يُنتج كميات كبيرة من المواد الناعمة، مما يزيد من اللزوجة ويُعقّد تقنيات فصل الفحم. تؤثر درجة الحرارة على كل من اللزوجة واستقرار المعلق؛ فدرجات الحرارة المرتفعة عادةً ما تُقلل اللزوجة، ولكن إذا تجاوزت درجات الحرارة النطاقات المثلى، فقد تُسرّع من تدهور الوسط أو تطايره، مما يُعطّل عملية إثراء الفحم. يُدمج مديرو المصانع هذه المعايير في وصفات التشغيل، ويُعدّلونها للحفاظ على الكثافة المثلى للوسط لإزالة الشوائب في معالجة الفحم.

آثار انتشار الغبار على صحة العمال

يؤدي تداول وتدوير معلقات المواد الثقيلة إلى انتشار الغبار، خاصةً عند استخدام الماغنيتيت الناعم أو الفيروسليكون. وتزداد تركيزات الغبار مع زيادة التحريك، أو عدم توازن توزيع حجم الجسيمات، أو الإفراط في المعالجة الجافة. وتشكل هذه الجسيمات المحمولة جوًا مخاطر تنفسية للعاملين في مناطق معدات محطات معالجة الفحم. وتستخدم تصاميم المحطات الحالية أنظمة تهوية وجمع غبار محسّنة لتقليل التعرض للغبار أثناء مراحل معالجة الفحم. ويمكن لأدوات المراقبة المباشرة، مثل جهاز Lonnmeter، أن تساعد في الحد من تسرب الغبار من خلال أتمتة التحكم في الكثافة وتقليل التدخل اليدوي. وتُعد الإدارة السليمة لمخاطر الغبار أمرًا بالغ الأهمية لتطبيقات تكنولوجيا الفحم النظيف الحديثة.

تؤثر ظروف تشغيل المصنع بشكل مباشر على كثافة الوسط ومستويات الغبار، مما يؤكد الحاجة إلى تحكم دقيق في جميع الجوانب المؤثرة على خصائص تعليق الوسط الثقيل. وتعتمد طرق معالجة الفحم الفعالة على نهج متكامل، يوازن بين توزيع حجم الجسيمات، وتركيب الوسط، وإعدادات التشغيل، من أجل استخلاص فحم نظيف وموثوق، وبيئات عمل آمنة.