Какое оборудование работает в современных лабораториях качества

Почти на любой современной обогатительной фабрике есть локация, заметно отличающаяся от прочих участков производства. Тут люди не в касках и робах, а в белых халатах, и чаще всего работают здесь женщины.

Речь идёт об аналитической лаборатории, без которой оперативно контролировать качество поступающего сырья и готовой продукции практически нереально.

О том, какое оборудование работает в современных лабораториях, рассказал директор лабораторного комплекса АО «СЖС Восток Лимитед» в г. Новокузнецке Муслим Исмагилов.

— Надо полагать, что собственные аналитические лаборатории сегодня есть на всех современных обогатительных фабриках?

— Да, практически на каждой обогатительной фабрике существует химическая лаборатория, обслуживающая процесс переработки сырья и выпуска готовой продукции.

В функции лаборатории входит не только оценка качества уже готовой продукции, но и очень важный аспект процесса контроля качества — оперативный контроль работы оборудования и аппаратов технологического цикла обогащения с целью обеспечения требуемого качества продукции, недопущения брака, оценки эффективной работы оборудования.

— А есть ли в принципе в структуре современной добывающей отрасли лаборатории, не являющиеся подразделением угледобывающей компании?

— Лаборатории, независимые от производства концентрата, тоже работают. Это могут быть лаборатории, относящиеся к тому же предприятию, но выведенные структурно от производственного блока, например, в службу качества. Или быть абсолютно независимыми по отношению к предприятию — изготовителю обогащённой продукции, когда функции по контролю качества передаются в так называемый аутсорсинг.

В компании SGS такое направление деятельности достаточно широко развито и в России. На протяжении нескольких последних лет такие проекты были успешно реализованы как для угольных предприятий, так и для золотодобывающих.

— Муслим Салимович, опишите процесс работы лаборатории.
В каком виде сюда поступают пробы?

— Обычно в лабораторию поступают пробы после первичного дробления до крупности менее 2,8 (3) мм — лабораторный образец, он должен быть надлежащим образом упакован, снабжён идентифицирующей информацией.

Из такого образца в лаборатории могут быть выделены дубликаты на хранение (резервные или арбитражные) и для проведения анализов общей влажности, пластометрических свойств, т. е. таких, для которых предусмотрена именно такая крупность.

Кроме того, ещё один обязательный дубликат используется для анализа таких характеристик, как зольность, выход летучих веществ, теплота сгорания, элементный анализ и прочее. Для этих параметров образец должен быть в пылевидном состоянии. Поэтому уже в лаборатории такой дубликат лабораторной пробы подвергается дополнительному измельчению на специальном оборудовании до конечной крупности менее 0,2 мм — этот так называемый аналитический образец.

Читайте также: Как оперативно создать лабораторию на месторождении?

— Каким образом удаётся сделать пробу представительной?

— Представительной пробу делает соблюдение требований стандартных процедур при проведении её отбора. ГОСТы или другие стандарты устанавливают минимальные требования по массе точечных проб при их выборке, по их общему количеству, по дальнейшим процедурам измельчения и сокращения массы объединённой пробы до состояния, пригодного для передачи в лабораторию.

Это касается как ручного пробоотбора, так и механизированного. Конечно, использование механизированного отбора проб позволяет обеспечить представительность образца менее трудоёмким способом. Проба, поступившая в лабораторию, также должна обрабатываться с соблюдением требований тех же стандартов по минимально допустимой массе, крупности.

Таким образом, обеспечение представительности образца — это многостадийный процесс от отбора пробы от партии или потока топлива до образца, окончательно подготовленного к анализу.

— С помощью какого оборудования можно определить влажность концентрата?

— Влажность концентрата — это важная характеристика. Влага в любом топливе является нежелательным балластом, так как уменьшает содержание основного угольного вещества. И, к сожалению, свойства самого угля таковы, что влага содержится в нём изначально, с момента залегания в пласте и последующей добычи.

Кроме того, на обогатительной фабрике используются технологии разделения угольного вещества и породы в водных средах. В лабораторных условиях влажность определяют по потере массы образца после его полного высушивания, выражая эту потерю массы в процентном отношении от исходной массы пробы.

Классическим оборудованием могут быть сушильные шкафы и весы — это так называемые стандартные методы анализа. Существует практика применения специальных термовесов, где подсушка образца производится непосредственно при взвешивании (нагрев осуществляется за счёт компактных нагревателей, встроенных в крышку весов).

Влажность концентрата может также оцениваться не в лабораторных условиях, а в потоке, за счёт установки влагоанализаторов непосредственно в зоне конвейерных лент, по которым транспортируется топливо. Это достаточно широко применяется за границей.

— Расскажите, как можно определить количество примесей в концентрате. Какое оборудование здесь задействовано и на основании каких физических или химических процессов оно работает?

— Если в данном случае речь идёт о зольности, то можно сказать, что это именно тот параметр, который является основным для концентрата.

Уголь, поступающий на переработку на обогатительную фабрику, содержит внешние минеральные примеси — куски породы, глины, которые принципиально можно отделить от кусков угля за счёт технологических приёмов.

В основном это гравитационные принципы разделения, когда порода имеет более высокую плотность, чем угольное вещество, и можно создать условия, когда смесь угля и кусков породы разделятся на два потока — концентрат и отходы, например, как в тяжелосредном обогащении, тяжёлая порода тонет в аппарате, и угольные куски всплывают и выносятся из аппарата.

Другая часть минералов распределена внутри угольного вещества и не может быть отделена при традиционном обогащении. Поэтому концентрат после обогащения всегда содержит минеральную часть и имеет такой показатель, как зольность.

Основная цель обогащения заключается в максимально более эффективном отделении внешних примесей, с тем чтобы остаточная зольность концентрата не превышала определённых норм.

Сам параметр зольности определяют в лаборатории в аналитическом образце. Методология анализа очень проста и не требует существенной автоматизации или модернизации. Предварительно взвешенную пробу в керамическом тигле или лодочке помещают в муфельную печь и сжигают при высокой температуре.

Остаток после полного удаления паров воды и газообразных продуктов горения угля и последующего охлаждения лодочки снова взвешивают, и масса остатка, выраженная в процентном отношении от исходной массы навески, представляет собой зольность.

Потоковые, конвейерные анализаторы зольности также разрабатываются и могут использоваться в современных фабриках.

Методы измерения в этих приборах косвенные, зачастую радиоизотопные, требуют тщательной настройки и калибровки на основе классического анализа и пока не могут приблизиться к лабораторным тестам по точности и надёжности, но могут служить источником оперативной оценочной информации о процессах технологического цикла обогатительной фабрики.

— Эволюционирует ли оборудование, работающее в современных лабораториях? Меняется ли принцип его работы? Аппараты Сапожникова, например, по-прежнему находят применение.

— Безусловно, прогресс в области развития приборов и лабораторного оборудования не стоит на месте. И несмотря на то что основные параметры качества анализируются достаточно простым и надёжным гравиметрическим методом, где основной инструмент — стандартные аналитические весы, существуют и применяются автоматические гравиметрические анализаторы, где анализ, например, влажности и зольности можно провести в автоматическом режиме одновременно в большом количестве образцов.

Другой пример — анализ содержания серы в топливе. Классический стандартный метод требует длительного времени, использования кислот и соответствующего исполнения вытяжных шкафов и вентиляции.

Современные автоматические анализаторы серы используют альтернативный метод измерения — спектроскопический, и время на проведение теста снижается до 2–2,5 минуты.

Что касается аппарата Сапожникова, то это классический и основной метод оценки коксующихся свойств угля, и его чертёж не изменятся уже длительное время и даже переносится в стандарты других стран.

Известны зарубежные модели пластометров, которые способны проводить анализ пластических свойств в автоматическом режиме, но они пока не находят широкого применения в России.

— Актуальна ли для отрасли кадровая проблема? Достаточно ли профессиональных лаборантов? Или уровень современных приборов таков, что процесс автоматизирован и от таланта лаборанта результат не зависит?

— Ситуация на рынке труда специалистов в современных реалиях не является уникальной. Технически подготовленных и грамотных специалистов не хватает во многих сферах промышленного производства. Безусловно, существует недостаточность именно опытных и квалифицированных кадров и в области выполнения химического анализа.

Квалификация лаборанта химического анализа должна быть выведена в более востребованную, достойно оплачиваемую профессию.

Угольная отрасль развивается не только за счёт новых предприятий добычи, но и за счёт увеличения перерабатывающих производств. Современный рынок требует более качественной и более конкурентоспособной продукции.

Несмотря на появление более автоматизированного и надёжного в работе лабораторного оборудования, уровень квалификации лаборанта не должен снижаться, а скорее наоборот.

Современная техника может улучшить условия работы в лаборатории, но она при этом и более сложна, компьютеризирована, а стандартные процедуры в лаборатории всё так же составляют значительную часть, где требуют аккуратности, навыка и знаний.

В итоге, какой бы ни был умный прибор, решения о правильности полученного результата испытаний принимает специалист.

Беседовала Кира Истратова