Угольный дробилка — это угольный завод, который дробит уголь на различные полезные размеры. Угольные дробилки также удаляют примеси из угля (обычно сланец ) и помещают их в отвал . Угольный дробилка является предшественником современного углеобогатительного завода . [1]
Угольные дробилки обычно использовались на угольных шахтах, где удаление примесей было важным, а сортировка по размеру была лишь второстепенной, незначительной задачей. [2] [3] Угольные дробилки всегда использовались (с дробилкой или без нее) на антрацитовых шахтах. [3] В то время как дробилки использовались по всему миру, угольные дробилки использовались в основном в Соединенных Штатах в штате Пенсильвания (где между 1800 и серединой 20 века находились многие из известных в мире запасов антрацита). [4] [5] [6] По крайней мере один источник утверждает, что в 1873 году угольные дробильные установки были обнаружены только на антрацитовых шахтах в Пенсильвании. [7]
Первая функция угольного дробителя — дробить уголь на куски и сортировать их по категориям почти одинакового размера, процесс, известный как дробление. [1] [2] Вторая функция угольного дробителя — удалять примеси (такие как сланец или камень), а затем сортировать уголь на основе процента оставшихся примесей. [2] Сортировка по размеру особенно важна для антрацитового угля. Для эффективного сгорания воздух должен равномерно обтекать антрацит. Впоследствии большая часть антрацитового угля продается в одинаковых размерах. В 1910-х годах существовало шесть коммерческих размеров угля (с наименьшим размером, имеющим три подмножества): [2] [3] [4] [8]
Куски угля размером менее 3 ⁄ 32 дюйма (2,4 мм) считались «штыбом», который невозможно было отделить от примесей (и, следовательно, он был бесполезен). [2] Содержание примесей в угле варьировалось от 5 процентов для парового или битого угля до 15 процентов для угля размером с горошину и его подвидов. [2]
Угольные дробилки располагались как можно ближе к входу в антрацитовую шахту, чтобы свести к минимуму расстояние, которое должен был пройти уголь перед обработкой. [2] [4] Перед поступлением в дробилку уголь измельчали и сортировали в угольном отвале [2] [8] и, при необходимости и наличии воды, промывали . [2] [8] Весь уголь просеивался в отвале по мере его выхода из шахты, чтобы куски размером с пар или меньше могли немедленно поступать в угольную промывочную машину и/или угольную дробилку. [2] [8] Куски угля, которые были слишком большими, затем измельчали (иногда несколько раз) в отвале до тех пор, пока они не проходили через сито (например, не достигали приемлемого размера для пара или меньше).
Необработанный уголь часто содержит примеси, такие как сланец, сера , зола (или «кость»), глина или почва, что требует его очистки перед отправкой на рынок. [2] [8] Рабочие шахты брали пробы угля, когда он выходил из шахты, чтобы определить, требует ли уровень примесей промывки (если промывка была доступна). [2] [8] Сланец, сера и зола имеют более высокую относительную плотность, чем уголь, и будут тонуть в перемешиваемой воде. [2] [8] Однако прохождение угля через отвал было важным процессом предварительной обработки для промывки угля, поскольку куски неочищенного угля должны быть одинакового размера для того, чтобы промывка угля работала. [2] [3] Если проводилась промывка угля, уголь мог поступать в дробилку «мокрым». Это означало, что наклон различных лент и конвейеров должен был быть уменьшен, чтобы уголь не скользил по лентам или не двигался слишком быстро по желобам. [2] [8] Там, где использовалась промывка угля, угольная дробилка была расширена для обработки как «сухого», так и «мокрого» угля одновременно. [2] [8]
До 1830 года битуминозный и антрацитовый уголь подвергались незначительной обработке. Отдельный шахтер использовал кувалду, чтобы разбить большие куски угля, затем использовал грабли, зубья которых были расположены на расстоянии двух дюймов друг от друга, чтобы собрать более крупные куски угля для транспортировки на поверхность. [9] Более мелкие куски угля считались неликвидными и оставлялись в шахте. [9] Начиная примерно с 1830 года началась поверхностная обработка угля. Куски угля помещались на пластины из перфорированного чугуна, и люди, известные как «дробильщики», били молотами по углю, пока он не превращался в куски достаточно маленькие, чтобы провалиться через отверстия. [9] Уголь попадал во второй грохот, где его встряхивали (вручную, животным, паром или силой воды), и более мелкие куски сортировались. [9] Этот «разбитый и просеянный» уголь стоил намного дороже, чем кусковой уголь. [9]
Хотя битуминозный уголь широко сжигался в качестве топлива с древних времен, антрацитовый уголь не получил широкого распространения до 1820-х годов. [10] Вскоре после начала 19-го века эксперименты в Соединенных Штатах показали, что если бы куски антрацитового угля были более однородными по размеру, а воздух циркулировал более равномерно вокруг топлива, антрацит бы горел жарче, чище и в течение более длительного периода времени, чем битуминозный уголь. [11] Джесси Фелл был первым, кто успешно сжигал антрацитовый уголь на открытой воздушной решетке. Его метод и «открытие» в Уилкс-Барре, штат Пенсильвания, в 1808 году привели к широкому использованию угля в качестве источника топлива, что помогло ускорить промышленную революцию в Америке. [12] Антрацитовый уголь начал широко использоваться в Уэльсе в 1813 году, во Франции — к 1814 году, а к 1828 году — по всей восточной части Соединенных Штатов. [11] [13] Вскоре были предприняты попытки найти способы обработки антрацитового угля для достижения желаемой однородности.
Современная угольная дробилка появилась в 1844 году. [4] Джозеф Баттин, руководитель завода по производству угольного газа в Филадельфии , штат Пенсильвания , изобрел первую угольную дробилку — два чугунных ролика (один с зубцами, другой с отверстиями для зубцов), через которые уголь измельчался, прежде чем он скатывался по желобу, а затем через наклонный цилиндрический экран. [9] Экран имел сетку, которая была мелкой к передней части и становилась все более мелкой к концу. [4] Более крупные куски угля, попадая внутрь цилиндра по мере его вращения, разбивались и в конечном итоге проходили через экран. [4] [9] Примеси, которые были тяжелее, имели тенденцию выходить из дробилки в конце экрана. [4] Затем отсортированный уголь собирался в бункерах под экраном и транспортировался на рынок. [9] Другой пенсильванец, Гидеон Баст, получил лицензию на технологию у Баттина и построил первую коммерческую угольную дробилку в округе Скулкилл, штат Пенсильвания , 28 февраля 1844 года. [4] [9] В Европе был разработан ряд машин для переработки угля, таких как ролики, дробилки, промыватели и грохоты, которые позже стали использоваться в Соединенных Штатах. [1] К 1866 году угольная дробилка в Соединенных Штатах приобрела наиболее узнаваемую сегодня форму с несколькими этажами и многочисленными процессами просеивания и механическими сортировочными устройствами. [14] Первые паровые вибрационные грохоты использовались в США в 1890 году, а первые паровые угольные промыватели были установлены в 1892 году. [1]
Примерно до 1900 года почти все добытчики антрацитового угля были трудоемкими. Удаление примесей производилось вручную, обычно мальчиками в возрасте от 8 до 12 лет, известными как мальчики-добытчики . [15] [16] [17] [ 18] Использование мальчиков-добытчиков началось в США около 1866 года. [3] [19] Мальчики-добытчики сидели на деревянных сиденьях, возвышаясь над желобами и конвейерными лентами, выбирая сланец и другие примеси из угля. [15] [16] [17] [19] [20] [21] Мальчики-добытчики работали по 10 часов в день шесть дней в неделю. [22] Работа была опасной. Мальчиков-добытчиков заставляли работать без перчаток, чтобы они могли лучше обращаться со скользким углем. [16] [17] [20] Однако сланец был острым, и мальчики уходили с работы с порезанными и кровоточащими пальцами. [16] [17] [20] Многие рабочие дробилки лишились пальцев на быстро движущихся конвейерных лентах, в то время как другие, перемещаясь по заводу, лишились ступней, кистей, рук и ног, когда они перемещались среди машин и случайно проскользнули под ремни или в шестерни. [9] [15] [16] [21] Многие погибли, упав в шестерни машин, их тела были извлечены только в конце рабочего дня. [9] [15] [16] [21] Другие были захвачены потоком угля и раздавлены насмерть или задохнулись. [9] [15] [16] [21] «Сухой» уголь поднимал так много пыли, что рабочие дробилки иногда носили на головах лампы, чтобы видеть, и астма и черная болезнь легких были обычным явлением. [9] [15] [16] [19] [20]
Общественное возмущение против использования мальчиков-вахтеров было настолько распространено, что в 1885 году в Пенсильвании был принят закон, запрещающий нанимать на угольные работы лиц моложе 12 лет. [19] [20] Однако этот закон плохо соблюдался, и многие работодатели и семьи подделывали свидетельства о рождении или другие документы, чтобы дети могли работать. [19] [20] Оценки числа мальчиков-вахтеров, работающих на антрацитовых угольных месторождениях Пенсильвании, сильно разнятся, и историки считают, что официальная статистика значительно занижает эти цифры. [19] По оценкам, в 1880 году в штате работало 20 000 мальчиков-вахтеров, [19] в 1900 году — 18 000, [18] в 1902 году — 13 133, [19] и в 1907 году — 24 000. [23] Технологические инновации 1890-х и 1900-х годов, такие как механические и водные сепараторы, предназначенные для удаления примесей из угля, значительно сократили потребность в мальчиках-вахтерах, [23] [24] но внедрение новой технологии шло медленно. [19] К 1910-м годам использование мальчиков-вахтеров, наконец, сократилось из-за усовершенствований в технологиях, более строгих законов о детском труде и законов об обязательном школьном образовании. [16] [25] Практика использования детского труда на угольных работах в основном прекратилась к 1920 году благодаря усилиям Национального комитета по детскому труду , социолога и фотографа Льюиса Хайна и Национальной лиги потребителей , которые информировали общественность об этой практике и добились принятия законов о детском труде . [15] [25] [26]
Регулирование угольных дробилок в Соединенных Штатах происходило медленно. В Соединенном Королевстве правительство приняло закон в середине 19 века, требующий, чтобы угольные дробилки строились вдали от входов в шахты. [27] Но в США ни федеральное правительство, ни штаты не принимали регулирование угольных дробилок до тех пор, пока не погибло много людей. Две катастрофы побудили принять законодательство. Первая произошла 6 сентября 1869 года, когда небольшой взрыв на шахте Эйвондейл в Плимуте, штат Пенсильвания , вызвал возгорание в шахтном стволе. [27] Деревянный дробилка, построенный над выработкой шахты, загорелся и рухнул, в результате чего 110 рабочих в шахте внизу оказались в ловушке и погибли. [27] [28] [29] [30] [31] В то время никаких законодательных или нормативных мер принято не было. Но в 1871 году пожар уничтожил деревянный дробилку, построенную над выработкой шахты в Уэст-Питтстоне, штат Пенсильвания , в результате чего 24 шахтера оказались в ловушке и погибли. [31] [32] Несмотря на отход от деревянной конструкции угольных дробилок и противодействие со стороны угольной промышленности, в 1885 году в штате Пенсильвания был принят закон, требующий, чтобы угольные дробилки располагались на расстоянии не менее 200 футов от входа в любую шахту. [4] [31]
Ряд изобретений конца 19-го и начала 20-го века привели к использованию механических устройств для отделения примесей от угля в угольных дробилках. [19]
Для сухого угля использовались грохоты и сортировщики. Вот несколько примеров начала 20-го века:
Для обработки влажного угля использовались угольные отсадочные машины. Угольные отсадочные машины отделяли уголь от примесей с помощью гравитации. Поскольку относительная плотность однородных по размеру кусков угля, сланца, золы, грязи и серы различается, куски каждого элемента будут опускаться в воду с разной скоростью, что позволяет их разделять. [3] Вот некоторые примеры угольных отсадочных машин начала 20-го века:
С 1936 по 1964 год объёмы переработки угля в отсадочных машинах мокрого типа в США выросли с 27 миллионов тонн в год до 146 миллионов тонн в год. [1]
Технология разделения, сортировки и отсадки продолжала развиваться в 20 веке. Первый сортировщик сжатого воздуха для мелкого угля (горох и мельче) был установлен в США в 1916 году. [1] Основные инновации в пневматической очистке угля были сделаны в 1924, 1932 и 1941 годах. [1] В 1935 году был представлен первый сепаратор с плотной средой. [1] В этих мокрых сепараторах очень плотная среда (например, магнетит ) вводится в перемешиваемую смесь угля и воды. [34] Плотная среда падает на дно резервуара, отправляя воду и более легкий материал (например, уголь) наверх для сбора и сушки. [34] Первый завод по переработке угля, широко использующий разделение с плотной средой, был создан Dutch State Mines в 1945 году, и к 1950 году эта технология широко использовалась в США [1]
Методы сушки угля с использованием сушилок с принудительной подачей воздуха, тепла и центрифуг были приняты американскими угольными компаниями на протяжении всего 20-го века. [35] Поскольку многие угольные дробилки обрабатывали более тяжелые партии угля, деревянные здания были заброшены в пользу конструкций, полностью изготовленных из стали или железобетона . [1] В середине 20-го века «столы Дистера» — качающиеся шлюзы размером с стол — были широко приняты американской угольной промышленностью, что позволило обрабатывать и улавливать даже более мелкие сорта угля. [35] Также использовались другие устройства для обработки, такие как отсадочные машины для пенной флотации и дисковые фильтры [36] . [35]
Однако изменение спроса на уголь в эпоху после Второй мировой войны привело к закрытию и консолидации многих угольных заводов. [35] Угольные заводы, углепромывочные заводы и угольные дробилки часто объединялись в один большой завод для достижения экономии масштаба. [35] Автоматизация привела к очень значительному сокращению числа людей, необходимых для работы заводов, при этом для небольших модульных объектов иногда требовался только один оператор. [1] Эти углеобогатительные заводы часто принимали уголь из нескольких шахт, и многие из них были построены далеко от действующих шахт. [35] К 1970-м годам многие угольные дробилки по всему миру были закрыты в пользу новых, более крупных углеобогатительных заводов. [1]
В идеале угольные дробилки размещались так, чтобы верхняя часть дробильной установки была равна или немного ниже устья шахты, чтобы сила тяжести перемещала уголь к дробильной установке. [3] [4] Там, где это было невозможно, уголь поднимался на верхнюю часть угледробильной установки. [3] [4] Рядом располагались котел и котельная, обеспечивающие питание подъемника, подвижных сит, отсадочных машин и дробилок (хотя в более современные времена это обеспечивалось электричеством), [ 8 ] а также машинное отделение (для размещения двигателя подъемника), насосы и насосная станция (для снабжения водой угольных промывочных машин) и копр (для подъемника). [3] [4] Типичная угольная дробильная установка часто была высотой в восемь или девять этажей, [2] иногда достигая высоты 150 футов и более. [3] [4]
На типичном угледробильном заводе начала 20-го века уголь поступал на завод на верхнем этаже и скатывался по слегка наклонному «подборочному столу», где рабочие-дробилки удаляли очевидные примеси, такие как камни и большие куски сланца, и сбрасывали их по желобам в кучу штыба. [2] [3] [8] Дробилки также удаляли явно чистые куски угля и отправляли их по отдельному желобу для «чистого угля» для дробления. [2] [3] [8] Куски, смешанные с примесями, отправлялись по третьему желобу для дробления и дальнейшей очистки. [2] [3] [8]
На втором уровне типичной дробилки уголь грубо сортировался. Топливо перемещалось по сортировочным решеткам, а уголь разных размеров спускался по разным желобам. [2] [3] [4] [8] Каждый тип грубо отсортированного угля затем проходил через «сланцевый грохот» (иногда называемый «грязевым грохотом»), при этом круглый уголь падал через грохот, а плоский сланец проходил над грохотом и падал по желобу в кучу штыба. [2] [3] [4] [8] Уголь, проходящий через сланцевый грохот, затем сортировался дополнительными грохотами. Некоторые из этих вторых грохотов состояли из плоского железа, пробитого отверстиями большего размера в задней части (куда поступал уголь) и меньшими отверстиями в передней части. Эти плоские грохоты иногда встряхивались вперед и назад (отсюда и название «трясущиеся грохоты»), что не только удаляло грязь и серу из угля, но и разбивало большие куски угля на более мелкие и сортировало его для дальнейшей очистки и обработки. [2] [3] [4] [8] Другие экраны были цилиндрическими, совершали 10 оборотов в минуту и выполняли ту же функцию, что и вибрационный экран. [2] [3] [4] [8] Плоские и цилиндрические экраны могли быть с одной рубашкой (один экран) или с двумя рубашками (два экрана, первый или внутренний экран имел большие отверстия, а второй экран имел меньшие). [2] [3] [4] [8]
Третий уровень сверху был уровнем дробления. Большая часть угля на этом этапе все еще была кусковым углем, и его нужно было дробить, чтобы создать более мелкий, более продаваемый продукт. Здесь ряд взаимосвязанных зубчатых дробилок или роликов дробил кусковой уголь на все более мелкие размеры. [3] [4] [8]
На четвертом уровне ниже уголь дополнительно очищался от примесей. [4] Первоначально это делалось в основном вручную, но после 1910 года ручная уборка была постепенно вытеснена усовершенствованными ситами и отсадочными машинами. [3] Хотя мальчики-дробильщики работали на всех уровнях угольной дробилки, большая часть удаления примесей вручную происходила на этом уровне. [4] (Некоторая уборка происходила на уровне земли угольной дробилки, где мальчики находили хорошие куски угля в штыбе и возвращали их в «чистый» угольный поток.) [4] Часть угля могла попадать на этот уровень напрямую со второго уровня, если она была достаточно маленькой, так как на этом уровне сита и отсадочные машины были способны обрабатывать только уголь яичного сорта и мельче. [2] В этой области угольной дробилки также работало большинство сухих сит и мокрых отсадочных машин. [2] На этом уровне использование конвейерных лент (с лопастями или совками или без них) было необходимо для перемещения мелких сортов угля, при этом большинство лент двигались со скоростью около 33 футов в минуту для горошка угля и 50 футов в минуту для более крупных сортов. [2] В одной угольной дробилке могло существовать несколько уровней сортировки и подбора в зависимости от количества обрабатываемого угля.
Уголь и штыб принимались на уровне земли. Сухой штыб забирался из угольного дробилки конвейерной лентой или железнодорожным вагоном и сбрасывался поблизости. [3] [4] Очень мелкий сухой штыб иногда отделялся от более тяжелого штыба с помощью принудительной подачи воздуха и продувался через трубы в отдельную кучу. [3] Мокрый штыб содержался в отстойниках или за плотиной для угольного шлама, чтобы позволить частицам осесть из воды. [3] [8] «Чистый» уголь, выходящий из угольного дробилки уже отсортированным по соответствующим размерам, собирался в основном железнодорожными вагонами, а затем доставлялся на рынок. [4]
Медиа, связанные с Угольные дробилки на Wikimedia Commons