Realia górniczego biznesu są takie: nim węgiel trafi na rynek, trzeba go właściwie rozdzielić, przygotować i określić jego parametry, m.in. jakość. Trafiający na powierzchnię materiał, urobek, może być zanieczyszczony skałą nawet w kilkudziesięciu procentach. Dla odbiorców węgla jest zaś najważniejsze, by nabywany przez nich produkt był właściwy pod względem parametrów jakościowych, ponieważ skały znacząco obniżają wartość energetyczną. A nikt nie chce płacić za niskowartościowy produkt czy też po prostu odpady.

Najpierw urobek dzieli się na różne części pod kątem granulacji, czyli wielkości ziaren. I dopiero konkretne frakcje trafiają celem odkamienienia do węzłów technologicznych, różnych w zależności od granulacji. Urobek, w którym ziarna mają średnicę 0,5–20 mm, trafiają na węzeł osadzarkowy.

Sercem węzła jest urządzenie zwane osadzarką pulsacyjną. Przypomina ono wannę wypełnioną wodą, do której z jednej strony przenośnik taśmowy dostarcza urobek – nazywany w tym momencie nadawą – a z drugiej odbierany jest już wzbogacony węgiel. Jeśli mielibyśmy ciągnąć dalej analogię urządzenia z wyposażeniem łazienki, to ważnym elementem osadzarki jest „odpływ” – czyli układ odbioru o regulowanym prześwicie, odprowadzający na bieżąco z urządzenia kamienie. Cały proces odbywa się w sposób ciągły; osadzarki w ciągu godziny przerabiają nawet 700 ton nadawy. To właśnie modyfikacje tego urządzenia zaproponowali inżynierowie z Katowic.

Odkamienianie w środowisku wodnym jest stosowanym od kilkudziesięciu lat i sprawdzonym technologicznie procesem. Najlepszym dowodem są przyjęte zasady oceny pracy osadzarki, zgodnie z którymi zawartość węgla w odpadach skalnych to tylko 0,7 proc. Tylko i aż, bo biorąc pod uwagę przerabiane dziennie ilości nadawy, do odzyskania jest jeszcze spora ilość cennego surowca – mówi dr inż. Marek Kryca z Instytutu Technik Innowacyjnych EMAG w Katowicach. Dlatego na całym świecie instytucje badawcze wspierające górnictwo głowią się nad tym, jak uczynić ten proces jeszcze wydajniejszym. Jedni robią to za pomocą modeli komputerowych całego procesu. Jeszcze inni chcą zbadać dynamikę procesów zachodzących w osadzarce w czystej wodzie za pomocą eksperymentów.

Osadzarka wykorzystuje najbardziej podstawowe prawa fizyki – grawitację i różnice w gęstości. Ponieważ węgiel ma mniejszą gęstość niż skała, będzie się inaczej zachowywał w środowisku wodnym – tzn. będzie wolniej opadał. Aby wymusić proces opadania nadawy w wodzie, jest ona po trafieniu do osadzarki jeszcze kilkakrotnie wzburzana rytmicznymi uderzeniami od spodu wody, której ruch jest wymuszany za pomocą specjalnego dzwonu umieszczonego w dolnej części osadzarki.

Nasz wynalazek dotyczy jednego z kluczowych elementów tego procesu, czyli sterowania wielkością otwarcia szczeliny odbierającej produkt dolny, czyli skałę – mówi dr inż. Artur Kozłowski z instytutu. Normalnie odbywa się to za pomocą stalowego pływaka o wadze około kilku, kilkunastu kilogramów, który unosi się w osadzarce i kontroluje strefę położenia delikatnego punktu równowagi między skałami a węglem, czyli miejsca, gdzie nagle spada gęstość otoczenia, mniej więcej 30 cm nad poziomem podłoża skalnego na dnie osadzarki. To właśnie od wskazań pływaka zależy, jak szybko będzie usuwana skała z podłoża. Problem jednak polega na tym, że pływak znajduje się w samym środku procesu przerabiającego 700 ton materiału na godzinę; materiału, który może z różnych stron uderzać w pływak, wpływając w ten sposób na jego położenie, a więc pośrednio także na regulację rozmiaru „odpływu” i wydajność całego procesu. Tym bardziej że warunki pracy osadzarki sprawiają, iż operatorzy urządzenia nie mają za bardzo innych sposobów sprawdzenia, co dzieje się w urządzeniu. Wokół panuje olbrzymi hałas, dochodzący do 95 decybeli. Nie ma też możliwości spojrzenia, co się dzieje w urządzeniu przez lustro wody, ponieważ ta jest bardzo brudna.

Naukowcy postanowili więc wykorzystać to, że skały w naturalny sposób zawierają pierwiastki promieniotwórcze, takie jak np. uran, tor czy nawet izotopy lżejszych pierwiastków (jak potas), które przy rozpadzie emitują promieniowanie gamma. Oczywiście skały wydobywane w kopalniach nie są promieniotwórcze w tym sensie, że stanowią zagrożenie dla zdrowia człowieka. Ilości produkowanego w ten sposób promieniowania są stanowczo za małe, jednak wystarczająco duże dla czułych urządzeń pomiarowych.

Dlatego rozwiązanie zaproponowane przez inżynierów z Katowic składa się z najbardziej rozpowszechnionego typu czujnika promieniowania gamma, czyli sondy scyntylacyjnej, oraz elektroniki zapewniającej współpracę z systemem sterowania osadzarką. Każdy rozpad promieniotwórczy generuje jeden błysk gamma. Podczas testów naukowcom udało się ustalić, że zanurzona w osadzarce sonda w momencie, kiedy warstwa kamieni na dnie urządzenia ma optymalną wartość, zlicza między 100 a 200 rozpadów na sekundę. Jeśli liczba ta przyjmuje większe lub mniejsze wartości, to znaczy, że delikatna równowaga w osadzarce została zakłócona. Niższa wartość oznacza, że łoże z kamieni na dnie urządzenia opróżniane jest zbyt szybko i trzeba zmniejszyć rozmiar „odpływu”. Wyższa wartość sygnalizuje sytuację odwrotną – że łoże jest zbyt grube i trzeba przyspieszyć jego opróżnianie.

Rozwiązanie trafiło już do zakładu wzbogacania węgla kopalni Murcki – mówi dr Kozłowski. W trakcie testów inżynierowie przekonali się, że dzięki ich rozwiązaniu udaje się zmniejszyć ilość węgla w odpadach o ponad 0,2 proc. To oznacza, że w ciągu godziny do odpadów trafiało ponad 150 kg węgla mniej, co w skali doby – lub miesiąca – daje ilości liczone w tonach. W walce o każdy grosz, jaką powinno prowadzić górnictwo, a jaką codziennie prowadzi każdy inny biznes, to może być cenny wkład.

W trakcie testów inżynierowie przekonali się, że dzięki ich rozwiązaniu udaje się zmniejszyć ilość węgla w odpadach o ponad 0,2 proc. To oznacza, że w ciągu godziny do odpadów trafiało ponad 150 kg węgla mniej, co w skali doby – lub miesiąca – daje ilości liczone w tonach