Automatyzacja procesów technologicznych w zakładach mechanicznej przeróbki przydatne w tym zakresie systemy i urządzenia do monitorowania jakości węgla

The paper presents works carried out at the Institute of Innovative Technology EMAG for the automation of the chosen processes of coal preparation, such as coal preparation in heavy media or in jigs, among others in terms of the process efficiency, minimizing of the loss of carbon in the waste and improvement of the quality of preparation products. The paper describes also systems and devices for coal quality measurement developed at the Institute, both for continuous and laboratory measurement, useful in monitoring of processes and basic quality parameters of coal and enrichment products for example System ALFA-06 for on-line measurement of the ash and moisture content in coal and Laboratory Analyzer GAMMA NATURA.W referacie przedstawiono prace realizowane w Instytucie Technik Innowacyjnych EMAG w zakresie automatyzacji wybranych procesów wzbogacania węgla m.in. wzbogacania w cieczy ciężkiej czy w osadzarkach, w tym, w aspekcie zwiększenia wydajności procesów, zminimalizowania strat węgla w odpadach czy poprawy jakości produktów wzbogacania. Omówiono także opracowane w Instytucie systemy i urządzenia do pomiaru jakości węgla, zarówno do pomiarów ciągłych jak i laboratoryjnych, przydatne w monitorowaniu przebiegu procesów i kontroli podstawowych parametrów jakościowych węgla i produktów jego wzbogacania np. system ALFA-06 do ciągłego pomiaru zawartości popiołu i wilgoci w węglu czy analizator węgla GAMMA NATURA

Application of X-ray fluorescence for fast determination of elemental composition of substances

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z wykorzystaniem fluorescencji rentgenowskiej do analizy jakościowej i ilościowej substancji. Opisano metodę pomiarową opartą na wspomnianym zjawisku oraz jej ograniczenia w stosowaniu, takie jak: efekt matrycy lub nakładanie się linii dyfrakcyjnych. Opisano możliwości zastosowania i wykorzystania fluorescencji rentgenowskiej w przemyśle, m.in. w hutnictwie czy przemyśle spożywczym. W dalszej części zaprezentowano opracowany w Instytucie EMAG analizator składu pierwiastkowego. Opisano jego genezę, budowę oraz możliwości identyfikacji pierwiastków. Zaprezentowano także zagadnienia związane z możliwością analizy składu substancji sypkich z wykorzystaniem opracowanego analizatora, w tym metody eliminacji efektów zakłócających. Przedstawiono również wyniki przeprowadzonych badań i pomiarów dla różnych materiałów, takich jak węgiel kamienny czy rudy metali. Sugerują one możliwość wykonywania szybkich i dość dokładnych oznaczeń parametrów jakościowych, takich jak zawartość popiołu i siarki w węglu, czy składu chemicznego rud metali (np. zawartość miedzi, wapnia, żelaza oraz cynku w rudach miedzi). Opisano perspektywy i możliwości zastosowania analizatora w aplikacjach przemysłowych.The paper presents issues related to the use of X-ray fluorescence for the qualitative and quantitative analysis of substances. It describes a method of measuring based on the mentioned phenomenon and its limitations in the application, such as matrix effects and overlapping of the diffraction lines. It also describes the applicability and use of X-ray fluorescence in the industry, including the metallurgy and food industry. In the subsequent part, it presents an analyzer of elemental composition of solids developed at the Institute EMAG. The paper describes the origin of the analyzer, its construction and the ability to identify elements. It also presents issues related to the ability to analyze the composition of solids using the developed analyzer, including the methods of elimination of distortive effects. It also presents the results of the tests and measurements for different materials, such as coal and metal ores. They suggest the ability to perform rapid and reasonably accurate measurements of quality parameters such as ash and sulfur content in coal or the chemical composition of ore (e.g. the copper, calcium, iron and zinc content in copper ores). The paper describes the prospects and possibilities of use of the analyzer in industrial applications

Selection of the Optimal Gamma Detector for the WALKER 2

W artykule przedstawiono wyniki badań jednego z etapów prac projektowych przenośnego miernika parametrów jakościowych węgla nowej generacji WALKER 2. Przeprowadzone badania obejmowały ocenę właściwości materiałów scyntylacyjnych i geometrii pomiarowej pod względem uzyskania optymalnych warunków pomiaru zawartości popiołu w węglu. Miernik WALKER 2 przeznaczony jest do pomiaru zawartości popiołu, wilgoci i wyznaczania na ich podstawie wartości opałowej węgla na składowiskach, w ciężarówkach, wagonach itp. Zawartość popiołu określa się na podstawie pomiaru natężenia naturalnego promieniowania gamma węgla. W badaniach uwzględniono detektory z różnymi scyntylatorami. Ich wyniki pokazują, że zastosowanie droższych scyntylatorów ma pomijalny wpływ na wynik pomiaru zawartości popiołu wyznaczony na podstawie promieniowania naturalnego węgla. Większe znaczenie ma, aby węgiel, którego parametry są określane, znajdował się możliwie blisko detektora, a materiał osłony detektora nie powinien znacząco osłabiać naturalnego promieniowania węgla. Za optymalny uznano detektor ze scyntylatorem wykonanym z NaI(Tl) w osłonie z poliamidu POM-C, chroniącej też detektor przed uszkodzeniami mechanicznymi. Podczas badań porównawczych uzyskiwano korzystniejsze wartości współczynnika detekcji i niepewności pomiaru niż dla miernika poprzedniej generacji, popiołomierza WALKER, traktowanego jako odniesienie.The paper presents findings of research being one of the element of the designing work of portable coal quality meter WALKER 2. The conducted research included the evaluation of the properties of scintillation materials and measuring geometry in terms of obtaining optimal conditions for measuring the ash content in coal. The WALKER 2 meter is designed to measure the ash content, moisture content and determine the calorific value of coal on stacking yards, in trucks, wagons, etc. The ash content is determined by measuring the intensity of natural gamma-ray radiation. Therefore, it is very important to obtain the highest possible value of the gamma detection factor. The tests included detectors with scintillators made of NaI (Tl), CsI (Tl) and BGO. CsI (Tl) and BGO are characterized by better absorption efficiency than NaI (Tl), especially for higher gamma radiation energy. However, studies show that the use of more expensive scintillators with CsI (Tl) or BGO has a negligible effect on the result of measuring the ash content determined on the basis of natural gamma radiation of coal. It is more important that the coal whose parameters are determined should be as close as possible to the detector, and the detector shield material should not significantly attenuate the natural radiation of coal. The detector with the NaI (Tl) scintillator placed in the POM-C polyamide shell protecting the detector against mechanical damage was considered optimal. In this case, more favorable values of the detection factor and measurement uncertainty were obtained during the comparative tests than for the previous generation meter, the WALKER ash meter, treated as a reference

Technological measurement of ash content in raw coal – ash monitor RODOS-EX

Z wydobyciem, przeróbką i spalaniem węgla wiąże się powstawanie dużych ilości odpadów stałych, które można zagospodarować na wiele różnych sposobów, pod warunkiem, że spełniają stosowne normy. Rozwój czystych technologii węglowych, poza spektakularnymi działaniami w zakresie CCS (sekwestracja CO2) związany jest również z podejmowaniem działań na etapie przeróbki i wzbogacania węgla. W procesach tych bieżąca kontrola zawartości popiołu w węglu jest działaniem koniecznym, wspomagającym proces produkcji węgla o wysokiej jakości oraz pozwala na skuteczne planowanie gospodarki odpadami. Klasyczne laboratoryjne badania zawartości popiołu są czasochłonne i pracochłonne. Ponadto mają charakter losowy wynikający z konieczności pobrania próbki do badań. Chociaż dokładność analizy próbki jest wyższa od dokładności urządzeń technologicznych, metody klasyczne powinny być wspomagane metodami technologicznymi. Informacja o zawartości popiołu, uzyskana na wczesnym etapie procesu wydobycia, może być wykorzystana jako sygnał sprzężenia zwrotnego dla kombajnisty lub umożliwić wstępną segregację urobku, minimalizując koszty transportu kamienia na powierzchnię. Przedstawione w artykule urządzenie – popiołomierz RODOS-EX – umożliwia ciągły pomiar zawartości popiołu w węglu surowym, jeszcze przed przetransportowaniem go na powierzchnię. Urządzenie dostarcza informacji pozwalających na odpowiednie zorganizowanie procesu wzbogacania. Autorzy omówili różnice w budowie popiołomierza przeznaczonego do zabudowy w podziemiach kopalń względem typowych rozwiązań stosowanych w zakładach przeróbczych. Różnice wynikające z konieczności uwzględnienia znacznie trudniejszych wymagań środowiskowych, takich jak duża wilgotność, wysoka temperatura otoczenia, zagrożenie wybuchem metanu i pyłu węglowego czy zagrożenia mechaniczne, znalazły swoje odzwierciedlenie w budowie i parametrach funkcjonalnych urządzenia. Jednym z istotnych problemów związanych z pomiarami zawartości popiołu w węglu surowym jest wpływ zmian składu chemicznego na niepewność wskazań popiołomierza. Zastosowana w urządzeniu metoda pomiarowa bazująca na pomiarze naturalnego promieniowania gamma jest stosunkowo mało wrażliwa na zmiany składu chemicznego urobku.Mining, coal processing and coal combustion entail production of large quantities of solid waste that can be used in a number of different ways, provided that they meet the relevant standards. The development of clean coal technologies, apart from spectacular actions in the field of CCS (Carbon Capture and Storage), is also related to taking actions connected with coal processing and enrichment. In these processes the on-line control of ash content is a necessary action, that supports the process of production of high quality coal and allows for effective planning of waste management. Classical laboratory test of ash content is time consuming and laborious. Furthermore, that method has a random character due to the necessity of sampling. Although accuracy is much higher than the accuracy of any other technological devices, classical method should be supported by technological methods. Information on ash content acquired at the early stage of the extraction process can be used as a feedback signal for the cutting loaderman operator or may allow for the initial segregation of the output reducing the cost of its transport to the surface. In this paper the presented device – RODOS-EX ash-meter – allows for on-line measurement of ash-content in raw coal, before transporting it to the surface. The device provides information which allows to properly organize the coal enrichment process. The authors discussed differences between the construction of the ash meter intended for the use in underground coal mines and the ash meter designed to be used in coal processing plants. Strict environmental requirements, such as high humidity, high ambient temperature, methane and coal dust explosion hazard or mechanical threats were considered in the construction and functional parameters of the device. One of the significant problems, related to the measurement of ash content of raw coal, is the impact of changes in the chemical composition on the uncertainty in ash meter indications. The measurement method used in the device is based on the measurement of natural gamma radiation, and is relatively insensitive to changes in the chemical composition of the output