成 年度国際資源開発

炭技術平成22年度国際資源開発人材育成事業（石炭分野）

石炭基礎講座 選炭技術

平成23年2月25日

久保 泰雄

永田エンジニアリング株式会社

ＣＯＮＴＥＮＴＳＣＯＮＴＥＮＴＳ

■選炭の概念■選炭の概念選炭の有用性とその効果 分離（選別）の定義

選別精度の評価

■選炭プロセスと選別機概要

選別精度の評価

主な選別機とその処理粒度の関係

空気動ジグ 重液選別機

新技術！ 固気流動層を利用した比重分離（選別）機

■新技術紹介ビデオ

■選炭工場の建設

■選炭プロセス自動制御と品質管理

■選炭工場の建設

ＣＯＮＴＥＮＴＳＣＯＮＴＥＮＴＳ

■選炭の概念■選炭の概念選炭の有用性とその効果 分離（選別）の定義

選別精度の評価

■選炭プロセスと選別機概要

選別精度の評価

主な選別機とその処理粒度の関係

空気動ジグ 重液選別機

新技術！ 固気流動層を利用した比重分離（選別）機

■新技術紹介ビデオ

■選炭工場の建設

■選炭プロセス自動制御と品質管理

■選炭工場の建設

■選炭の概念■

坑内採掘

■選炭の概念■

露天採掘

発熱量•発熱量•灰分•硫黄分硫黄分•水分•粒度

選炭

選炭原炭

Coal Preparation

選炭

Coal WashingCoal Beneficiation

精炭 廃石

採掘原炭選炭の有用性とその効果

採掘原炭

鉱物の容易な除去が可能

黄鉄鉱の容易な除去が可能

石炭利用

選炭プラント

精炭廃石

選炭の効果・効率と処理速度の向上 ・設備能力の減少・メインテナンス頻度減少 ・環境汚染防止機器減少輸送コスト減少 発電効率の向上・輸送コスト減少 ・発電効率の向上

・ＣＯ２削減

選炭技術とは？技⇒ その核心は、比重分離技術である！

分離比重

選炭技術は、篩分、破砕、比重分離（選別）、脱水、濃縮・浄化などの多くの単位操作の集合体である。これらの技術の中でとりわけ比重分離（選別）がキー技術である。 浮選と油添造粒をのぞく石炭選別技術は基本的に比重分離に依拠する技術である。通常 採掘された原炭は連続する比重分布と粒度分布を有している通常、採掘された原炭は連続する比重分布と粒度分布を有している。

実際の比重分離（選別）結果例⇒相互産物に迷い込みが生ずる⇒相互産物に迷い込みが生ずる

精炭

原炭 選炭廃石

逆算原炭

部分回収率

分離（選別）精度の定義部分回収率

=廃石/(精炭 + 廃石)×100 (%)精度の定義

配分率曲線（PARTITION CURVE）

Ep=(D75ーD25)/2I=Ep/(D50ー1)

Ep: Probable error 確率誤差

I: Imperfection 不完全分離度

D50: 実際の分離比重（Actual separation density）D50=1.616、D75=1.675, D25=1.530       Ep=(1.675‐1.530)/2=0.073

選別精度の評価

Ep value LSmall

選 精度 評価

Ep value LargeSmall

Separation Accuracy

Good(sharp) No Good

Ep=f(Dp)/f(d)Accuracy

Dp: 分離比重 d: 平均粒子径•ＥＰ値は、分離比重が高くなれば大きくなり（精度は悪くなり）粒子径が大きくなれば小さくなる（精度は良くなる）

例：浮沈重選 重液サイクロン Ep=0 025-0 045例：浮沈重選、重液サイクロン Ep=0.025 0.045空気動ジグ I=0.120-0.250

精度 重液選別機が ジグよりは優れている！精度：重液選別機が、ジグよりは優れている！

ＣＯＮＴＥＮＴＳＣＯＮＴＥＮＴＳ

■選炭の概念■選炭の概念選炭の有用性とその効果 分離（選別）の定義

選別精度の評価

■選炭プロセスと選別機概要

選別精度の評価

主な選別機とその処理粒度の関係

空気動ジグ 重液選別機

新技術！ 固気流動層を利用した比重分離（選別）機

■新技術紹介ビデオ

■選炭工場の建設

■選炭プロセス自動制御と品質管理

■選炭工場の建設

選炭プロセスと選別機概要炭 機原炭

精炭 石炭ユーザー

発電所

選炭プラント

➤発電所

➤セメント

➤鉄鋼

廃石：ズリ、ボタ

スラッジ 微粉炭 ➤その他スラッジ：微粉炭

選別機

ジグ（通称、水選機または水洗機）

重液 イク 重液バ （塊重選）

選別機Small Size to Large Size Coal

選炭プラントの主要プロセス

破砕、ふるい分け

重液サイクロン、重液バス（塊重選）

乾式流動層選別機

砕、 分

比重分離（選別）脱水、濃縮、乾燥、等々 浮選、油添造粒

スパイラル テーブル サイクロン 等々

11

スパイラル、テ ブル、サイクロン、等々Fine Coal

主要な選別機とその処理粒度の関係

浮沈重液選別機

空気動ジグ

代表的な湿式比重選別機

重液サイクロン

テーブル(湿式)

ウォータオンリサイクロン

スパイラル

浮選（浮遊選別）浮選（浮遊選別）

■流動層乾式比重選別機 ■流動層

選別機

エヤテーブル

乾式比重選別機

■開発中：実用化段階、■研究中

■偏析選別機Table

0.001 0.01 0.1 1 10 100処理石炭粒度（ｍｍ）

選炭プ 数種 選別機を組 合わ選炭プロセス＝数種の選別機を組み合わせ

ポイントは、LOW COST, HIGH RECOVERY!

混粒選炭

整粒選炭

細粉 粗粒微粉細粉、粗粒微粉

微粉

空気動ジグ：跳汰機通称 水洗機 水 機通称；水洗機or水選機

水の脈動水の脈動

均質な石炭層

成層された石炭層ジギングによる選別の原理

ジグ選別のメカニズムと調整ポイント

■石炭粒子を如何に効率的に成層させるか！給炭量、給水量、波高、脈動数、波形、等々給炭量、給水量、波高、脈動数、波形、等

■成層した石炭層を如何に正確に分割するか？

サイズと比重の異なる数種のプラスチック粒子を用いて試験実施ク粒子を用いて試験実施

パイロットジグパイロットジグイ ットジグイ ットジグ

波形の影響に着目した試験結果

台形波形（Trapezoidal wave pattern）が、もっとも効率的（選別精度、処理能力ともに）で、ジグにおける成層に最適波形であることが明確になった！

優優

処理能力（大）

様々な波形(最適波形)を作り出せるジグ！様々な波形(最適波形)を作り出せるジグ！

バリウエーブ・ジグ誕生！

可変波形型空気動ジグ⇒通称、バリウェーブジグVariable-wave Air-Pulsated Jig ⇒Vari-wave Jig

Quick-up-slow-down Slow-up-quick-down Trapezoidal6

3

0 360゜ 180゜

3

0180゜360゜ 360゜180゜ 00

どのようにして実現できるのか?

★高圧エアーと低圧エアー★高圧エア と低圧エア

★エアーシリンダと電磁弁によるバルブ操作

★バルブ開閉タイミングのシーケンサー制御

ジグ波形制御システムジグ波形制御システム

EXHAUSTヤフラ トバルブ

Hi-press BLOWER VALVE

EXHAUST

45KPa

エヤフラットバルブ

COMPUTER

JIG

Low-press BLOWER25KPa 俊敏、鋭敏、＆正確なレスポンス！

エアーフラットバルブの動きエアーフラットバルブの動き

高圧 低圧 排気

：石炭：石炭

：硬(廃石)

ジグ側条件ジグ側条件

エヤフラットバルブ制御システム

EXHAUSTLOWHIGH

22

バリウェーブジグのバルブポート線図

バルブ開閉のタイミング調整は、処理原炭の特性に応じて 容易に 素早く し応じて、容易に、素早く、しかも正確に、且つ運転中に変更・修正することが可に変更 修正することが可能である！

可変波形型空気動ジグ納入実績可変波形型空気動ジグ納入実績

Country Location Content ResultJapan (1997) IKESHIMA CPP Remodeling 3-4% of yield up

Japan(2000) KUSHIRO CPP Remodeling 3-4% of yield up

China (2001) Panjian New CPP Yield up &China (2001) Panjian New CPP Yield up & desulfurization

Vietnam(2004) Cua Ong CPP Remodeling Capacity up

Indonesia(2006) Ombilin CPP Remodeling Stable operation with multiple ROM

★India ( 2010) Angul Orissa New CPP Yield up★India ( 2010) Angul, Orissa New CPP Yield up

重液＝水＋マグネタイト（Fe3O4）重液選別装置使用する媒体

重液＝水＋マグネタイト（Fe3O4）

重液比重：1.3～1.9

重液選別装置

重液サイクロン選別精度が優れているので非常に選別精度が優れているので非常に多くの工場で採用されている選別機

重液サイクロンの処理能力重液サイクロンの処理能力

最近の傾向最近の傾向Φ1000mm, φ1300mmの大口径サイクロン（～Max.300t/時）や３産物サイクロンの適用例などが報告されている。その評価は、マチマチ？大口径ゆえに細粉 微粉の選別性能が問題！との意見もある大口径ゆえに細粉、微粉の選別性能が問題！との意見もある

浮沈重液選別機浮沈重液選別機重液バスタイプ

DREWBOY TYPE VESSEL

浮沈重液選別機

L Fl H M di W hLo-Flo Heavy Media Washer

●Trough Type●Drum Type●Tank Type

TESKA BATHTDANIELS DMS

新技術！固気流動層を利用した比重分離（選別）機比重分離（選別）機

特徴：●水や重液など液体を全く使用しない●細かい粒度の粉体（300‐50μm）を使用する

流動層の原理流動層の原理

粉体（100μm～300μm）

(固定層⇒流動層；疑似流体)

粉体（ μ μ ）

●By feeding gas such as air to the bottom of the packed bed, the void of the packed bed expands and particle is fluidizedexpands and particle is fluidized.

●The fluidized bed behaves like a liquid.

ブロワ

○:High specific gravity material ●:Low specific gravity material

流動層における浮沈分離の原理

Powder

g p g y p g y

ρbf ＝ wp / Vf

浮沈分離の原理

ρbf wp / Vfρbf : 流動層の見掛比重 (概算値)

Wp : 流動層重量

Vf : 流動層容積

Existence of bubble rising and particle flowing

Influence on float-sink of materialsA t ifi it i l di b i fl

Apparent specific gra it is

Apparent specific gravity including above influence

Apparent specific gravity isestimated by float-sink materials.

資源リサイクル分野での適用例資源リサイクル分野での適用例

1. 廃家電シュレッダーダスト処理1. 廃家電シュレッダ ダスト処理

高塩素濃度プラスチックを除去、低塩素濃度のプラスチックを回収、燃料として利用（分離比重：約1.3）燃

2. 廃自動車シュレッダーダスト処理（１）

高塩素濃度プラスチックを除去、低塩素濃度のプラス高塩素濃度プラスチックを除去、低塩素濃度のプラスチックを回収、燃料として利用（分離比重：約1.3）

3 廃自動車シュレッダーダスト処理（２）3. 廃自動車シュレッダ ダスト処理（２）

非鉄金属（ミックスメタル）からアルミニュームの回収

⇒自動車製造材料へリサイクル（分離比重：約4 4）⇒自動車製造材料へリサイクル（分離比重：約4.4）

開発中！：選炭への適用開発中！：選炭への適用

比重分離技術の適用例

廃家電・廃自動車シュレッダーダスト処理 （１）

Polypropylene

Polystyrene

P l th l

０.９

１.０４

１ １２Polyethylene

Polycarbonate

Polyvinyl chloride

１.１２

１.１８

１.３５～１.４０

Mi d f Al i

廃自動車シュレッダーダスト処理（２）

Mixed nonferrous metal

Aluminum(Float）Aluminum

Zinc

Brass

２.７

７.１

８.４Copper ８.９

Copper, Zinc etc.（Sink）

VIDEO流動層式比重分離（選別）装置

VIDEO流動層式比重分離（選別）装置

■乾式選炭技術■■乾式選炭技術■Dry Coal Preparation Technology

乾式比重分離装置の特徴乾式比重分離装置の特徴

■利点■利点●水や重液（水＋磁鉄鉱）を全く使用しないので、水循環システムが全く不要、分離

産物の乾燥も不要。乾燥地域では新たな水資源確保の必要がない。⇒自然環乾燥 乾燥 環境保護

●分離精度は湿式と大差ない

●流動媒体：市販の入手容易な媒体の適用が可能。複数の媒体を混合することによって、さまざまな比重の流動層を造ることが可能

●流動媒体は、システムの中で循環使用するので消費量はわずかである

■問題点●原料の付着水分値が高いと媒体が付着⇒原料は乾燥着 高 体 着 乾燥

●処理サイズが限定される⇒流動層式＋エヤテーブル、等の組み合わせで対応

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■選炭の概念■選炭の概念選炭の有用性とその効果 分離（選別）の定義

選別精度の評価

■選炭プロセスと選別機概要

選別精度の評価

主な選別機とその処理粒度の関係

空気動ジグ 重液選別機

新技術！ 固気流動層を利用した比重分離（選別）機

■新技術紹介ビデオ

■選炭工場の建設

■選炭プロセス自動制御と品質管理

■選炭工場の建設

選炭のプロセスフローシート

採掘原炭原炭貯蔵 採掘原炭

前処理:

原炭貯蔵

前処理:破砕、篩分、ピッキング、廃石処理 循環水

選炭(BENEFICIATION)

比重選別、分級、脱水比重選別、分級、脱水

不純物、木片、金属、岩石、等

選炭水処理、廃水処理

産物貯蔵

積出石炭ユーザー

選炭プラントにおける品質管理の概念

フィードバックコントロール！

原炭ブレンディ

分離（選別）基準の設定

原炭ブレンディングの最適化

要点2の設定

要点1

産物の品質管理の効果産物の品質管理の効果

制御、非制御における廃石の灰分値の比較

非制御の場合 制御した場合

選炭:自動制御選炭:自動制御

IEA (International Energy Agency) Coal Research

自動廃石排出制御の効果

中国と日本との共同GAP事業からのデータ事業からのデータ

■改造前 □ 改造後

ジグ廃石の灰分値ジグ第 槽廃(ジグ第１槽廃石)

ジグ精炭の灰分値(ジグ第２槽溢流物)(ジグ第２槽溢流物)

品質管理の指標 ⇒ 通常は、灰分Ash Content

灰分値と発熱量の関係の統計分析（例）/k

g)(k

cal/

発熱

量(

発

灰分値 (%)

三菱高島選炭工場選炭工場における自動制御例

年間精炭生産量: 750,000 ton （原炭ベース：1,200,000 ton）

処理能力:360t/h ■主要産物:コ クス用炭

工場の概要

処理能力:360t/h ■主要産物:コークス用炭

選別プロセス: ジグ及びフロス浮選

三菱高島選炭工場 プロセス概念図

プラントの自動制御及び運転制御

原炭の供給量制御原炭の供給量制御

ジグの供給量制御

ジグの廃石制御ジグの廃石制御

ジグの脈動数制御

ジグバケットエレベータの速度制御

浮選設備の供給量制御

遠心分離機の安定運転制御

浮選機のレベル制御浮選機のレベル制御

三菱高島選炭工場 フローシート三菱高島選炭工場 フロ シ ト

三菱高島選炭工場 プラント制御システム

空気動ジクの選別メカニズム

自動ズリ（ボタ）抜装置

制御ポイント:1.石炭粒子の成層:

原炭供給量、給水量、波高、脈動数、波形

2.成層されたベットの分離:自動廃石システム自動廃石システム

選炭工場における選炭銘柄混合システム選炭工場における選炭銘柄混合システム

サンプリング及び予備処理システム

灰分及び硫黄分灰分及び硫黄分

計測器

三井三池選炭工場

オンライン灰分計オンライン灰分計

（Continuous Monitoring with γ-Ray）

COAL SCAN Model 2500ベルトコンベヤルトコン ヤ

重液サイクロン選炭工場のフローシート

重液比重自動調整装置および重液循環システム

密度計

循環重液密度計循環重液密度計

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主な選別機とその処理粒度の関係

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■新技術紹介ビデオ

■選炭工場の建設

■選炭プロセス自動制御と品質管理

■選炭工場の建設

選炭工場の建設選炭工場の建設

設計諸言：処理原炭特性値および生産銘柄規格

選炭プロセス計画：選別結果のシミュレーションに基づくプロセス経済性評価

プロセスフローシート

マテリアルバランスシート（石炭、選炭水）

機械仕様（能力、サイズ、性能）

配置計画図

組立図 部分組立図 詳細設計

単体機械（スクリーン、クラッシャー、ポンプ、等々）仕様

組立図、部分組立図、詳細設計

単体機械購入、機器製作、

現地工事：基礎工事、機器据付工事、電気配線工事、試運転調整電気配線工事、試運転調整

選炭工場フローシート（選別系統図）例 釧路 釧路

25 4

CAPACITY:900T/H at Raw Coal Basis

RAW COAL BC

LUMP COAL CRUSHERAW COAL SCREEN

PRI. DREWBOYDE- PULPING& RINSING SCREEN

例：釧路コールマイン（日本 釧路市）

浮沈重液選別機

1500t

25mm ×4

25mm

6200Kcal/kg

RAW COAL

DESLIMING SCREEN

WOODS REMOVER

CLEAN COAL0.6mm ×8

木片

70mm

RAW COAL BC

POOCKET

TRIPPER ROOM

SMALL COAL POCKET

LUMP SIZE REFUSE

WOOD CRUSHER

SEC. DREWBOY

1300t

0.8mm

25mm

5000Kcal/kg

25mm

+25mm

SIEVE BEND MIDDLINGS

MAIN BAUM JIG

70mm

EMERGENCY YARD

SMALL COAL POCKET

LUMP SIZE :+25mm

180t/h ×3

6200Kcal/kg

240t/h ×1

25mm500t

60m3

25mm -25mmDECANTER CENTRIFUGERE- WASHING BAUM JIG

0.4mm

CLEAN COAL SCREEN

×8REFUSE

CLEAN COAL

4500Kcal/kg

1 5-25mm

CENTRIFUG

THICKENER

COAL YARD

MIDDLINGS

THICKENER

空気動ジグ

1.5mm

1.5t/h×48

25mm

EFFULUENT TO RIVER

REFUSE PILE

SETTLING

SPIRALCONCETRATOR

THICKENER

POND

THICKENER

into MINE

CIRCULATING WATER

選炭工場全景

セブク選炭工場；インドネシア 原炭処理能力：2,000,000 t/年

選炭工場プロセスフローシート（例）

主選炭機建屋配置計画図

石炭の流れは重力に沿って！

平面配置計画図

原炭ヤード

精炭ヤード

廃水処理

選炭機建屋選炭機建屋

現在進行中のプロジェクト！

高効率選炭技術プロジェクトの概要

This project entrusted by NEDO has a purpose to demonstrate the performance of VARI‐WAVE Jig for Talcher Coal having poor washability characteristics.

ジグ処理能力: 400t/h

プラント最大処理量: 400 x 6,000hr=2.4 Mt/yearラ 最 処 , y

精炭規格: 電力用炭、灰分： 34%以下

精炭回収率： 71.4% （原炭灰分43 ％基準）精炭回収率： 71.4% （原炭灰分43 ％基準）

不完全分離度: I = - 0.0839 x Dp + 0.2773Dp: 分離比重

採掘原炭: MONNET ISPAT & ENERGY Ltd所有のUTKAL B2 鉱区

精炭仕向先: 525MW×２ 石炭火力発電所（ MONNET ISPAT & ENERGY Ltd.）

インド：モデルプロジェクトサイト

Monnet Ispat & Energy Ltdカウンターパートナー

UTKAL B2 Coal Mine

Coal Washery

Delhi

Monnet Ispat & Energy Ltd.

5km1000MW Power Plant

Steel Plant

Monnet Ispat& Energy Ltd

Delhi

Kolkata

Talcher Coalfield

6km

Mumbai

Talcher Coalfield

オリッサ州

Angul

6km

Chennai

AngulOrissa 選炭工場

60

：Coalfield

新選炭工場配置計画図新選炭工場配置計画図

Raw Coal Yard原炭ヤ ド原炭ヤード

R f Y d

Power PlantGreen Belt

Clean Coal YardRefuse Yard

精炭ヤード廃石ヤード

パワープラント

61100 m

モデルプロジェクト機器フロー図モデルプロジェクト機器フロー図

可変波形型空気動ジグ

新選炭工場：バリウェーブジグ配置計画図

2011年秋竣工予定

■■ High Pressure Air Blower: 90 m3/min (at 45 kPa)High Pressure Air Blower: 90 m3/min (at 45 kPa)■■ Low Pressure Air Blower: 65 m3/min (at 25 kPa)Low Pressure Air Blower: 65 m3/min (at 25 kPa)

●●Jig Feed Capacity: 400 ton per hourJig Feed Capacity: 400 ton per hour ●● Jigging Area: 18 sq. mJigging Area: 18 sq. m

63

●●Jig Feed Capacity: 400 ton per hour Jig Feed Capacity: 400 ton per hour ●● Jigging Area: 18 sq. mJigging Area: 18 sq. m●●Feed Coal Property: Ash Content is 40Feed Coal Property: Ash Content is 40--50 % and the size is 50 % and the size is --50 mm 50 mm

Product: clean coal ash should be below 34 %Product: clean coal ash should be below 34 %

御静聴、有り難うございました！御静聴、有り難うございました！

永田エンジニアリング株式会社