|
Effective and Economic Cleaning of High Ash Indian Coal for Cement and Sponge Iron Industries |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Kalyan Sen, S.K.Mitra, N.S.Das, C.K.Das & T.Gouri Charan |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Introduction | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| India is endowed with vast reserves of coal1, nearly 241Bt, the non-coking counterpart of which is about 85%. About 31Mt of coking and 283Mt of non-coking coals were produced in India during the period 2000-20012. The greatest demand for coal is by electricity generating plants that burn mostly non-coking coals to produce electricity. The next important consumers are the metallurgical industries that consume primarily the coking coals. Some industries that find utilisation of non-coking coals include cement, smelting-reduction processes of steel making, sponge iron3, chemicals, paper, etc.
The cement industry is the third largest consumers of coal after power and metallurgy, requiring about 15 to 20 Mt of coal per annum. According to the report of CMIE, coal off-take by cement industry accounted to 15.6Mt during the period 1999-20002. After independence in 1947, the cement production in India took a turn from 1.5Mt per annum from 18 cement plants to about 135Mt of total installed capacity from 54 large capacity plants in private sector. India now becomes the second largest producer of cement in the world, crossing the production target of 100 Mt during fiscal 2001-20024 , and with coal as the primary source of fuel modern clean coal technologies like Sponge iron, Corex, Gasification, Liquefaction, etc.envisage better quality coal of specific characteristics. Non-coking coal (grade B/C) is the prime material required for these upcoming processes. Coal plays a dual role in the sponge iron process by acting as reductant as well as a fuel for providing heat to maintain the requisite temperature inside the kiln at 950 -10500C. Consumption of non-coking coal in sponge iron industries alone is around 5Mt/annum. Apart from BSIL, the first commercial coal-based sponge iron plant, there are about 17 other large capacity sponge iron plants in India5. The small entrepreneurs in sponge iron manufacturing are mostly coal based. In Orissa, sponge iron industries are coming up in a big way5. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Coal quality requirement for cement and sponge iron industries | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| The coal used for cement industry deserves satisfaction of some specific characteristics. The Indian Standard (IS-12770 -1989) for quality of coal is given in the table 1. For sponge iron industries, where the quality of coal varies widely depending on the variation in the technological propriety and process parameters, no stringent specification has been made till to date. As these industries are getting more and more emphasis compared to the high stake BF technology in India, it is high time that the consumers of this industry make conscientious efforts for preparing a national standard, so that the suppliers are encouraged to adhere to the desired quality of coal. This will lead to improvement in the production pattern. Table 2 represents an average quality specification as customized in sponge iron making. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Cost of coals - present status for cement & sponge iron industries | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Alike power and metallurgy, the cement and sponge iron industries are suffering from price hike in coal cost and railway freight, heterogeneity of multiple coal sources and ceaseless deterioration in quality of coal actually supplied to them.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Source: India Infoline estimates |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| According to Cement Manufacturers' Association (CMA)4, a 3.7% reduction in freight rates on cement & clinker and the proposition to offer station to station volume discounts may bring down the freight rates by at least Rs. 1 per bag of cement.. As already mentioned, the deteriorating trend in the coal quality is also a matter of grave concern to the industries. The main cause for deterioration in heat value is gradual depletion of quality coal from the upper horizons and also due to the ingress of extraneous mineral matter in the coal mined from open cast mines. Therefore, judicious beneficiation of available resources like inferior non-coking coal becomes a necessity, if not mandatory for large industries like, cement and smaller entrepreneurs like, sponge iron, etc. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Technological barriers for beneficiation of high ash coal | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| More than 80 percent of Indian coals are of high ash and the quality of coal received by the consumers deteriorates continuously. The proposal by coal producers for setting up washeries under BOO format has not received sufficient response from the investors resulting to very little progress in setting up of coal beneficiation facilities till date. The existing conventional technologies based on which non-coking coal washeries are being installed in India are gradually failing to attract the end-users. After all, there can not be any single washing scheme that can be evaluated economically to beneficiate coals of varying washability characteristics to different quality the levels desired by the consumers.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Crushing coal before or after washing - a predicament! | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Natural breakage at the coal mineral interface in the course of mining and handling liberates a certain amount of obvious dirt. In case of superior coking coals, further liberation could be achieved through progressive levels of crushing leading to increase in yield of clean coal at desired ash level. In case of non-coking coals of Indian origin, our previous studies showed that size reduction below a certain limit does not facilitate significant liberation9. As cement and sponge iron industries may use coals of different size consists, it is imperative to resolve at the first hand, at what nominal top size the coal should be crushed prior to its further processing. Is it at 100/250mm as tolerated by the cement making processes or 25 mm as required by the sponge iron industry? Figure 1 showing the results of liberation study compares the theoretical recovery of cleans at different ash levels obtained from the coal crushed to 100 and 25mm respectively. The curves indicate no liberation up to an ash level of 24-25 percent. At higher ash levels, overall recovery is affected by progressive crushing due to increasing fine (<3mm) generation. For obvious reasons, crushing raw coal to finer size before washing leads to more energy requirement, products de-watering and water effluent clarification problems than crushing the washed coal to the size as per the requirement of the consumers. Also, as discussed later, practically achievable yield from coal crushed to lower size is observed to be sometimes lesser at the lower ash content. Hence, washing the coal, preferably at larger size i.e. at 100mm top size seems to be beneficial while considering the poor liberation characteristics of Indian non-coking coals. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Choice of washers | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Once the top size of crushing is selected, the choice of washer predominantly depends on the quality requirement of the consumers and the washability characteristics of the feed coal. Cement or sponge iron making warrants deep beneficiation of coal to an ash range 24-27%. Obviously, practical yield of clean coal obtained from a coal of definite size consist in dynamic conditions differs from the theoretical yield. The magnitude of difference depends upon the efficiency of separation of the washing unit.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Economical Aspect of washing process | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| The existing policy of coal producers for settings up washeries under BOO format has not received sufficient response from the investors, primarily due to uncertainty in return. As a matter of fact, there has been little progress in setting of non-coking coal beneficiation strategy till to date. The existing conventional technologies based on which most of the coal washeries are being installed in India are gradually failing to attract the end-users. After all, there can not be any single washing scheme that may be evaluated economically to beneficiate Indian coals of varying washability characteristics to the distinct levels desired by the consumers. However, the issue of beneficiating coal is largely dependent on other financial viability (like annual capacity, ownership of mines and minimum mineable reserve). Moreover, it requires study through trial runs on existing pilot plants and data-based modelling to evaluate the incremental impact on the cost component of every sub-process concerning the reduced ash content of coal.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Conclusion | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| The economic as well environmental benefits of using beneficiated coal in cement and sponge iron industries have been established but the need of more and more washeries is yet to be met. Washability characteristics of the raw coal should be prime criteria in selecting the washing circuit. Considering the poor liberation characteristics, Indian non-coking coals should be washed, preferably, at larger size and after washing cleans should be crushed as per the requirement of consumers. Heavy medium baths/cyclones are the most efficient separator for deep washing of high ash Indian coals having high near-gravity material at separation point and can be operated at wide range of gravity from 1.30 to 1.80 with minimum cleans misplacement. Hence requirements of low ash coal (around 25 percent) for Cement and Sponge Iron Industry can be met by Heavy medium separators. Indigenous washed coal may supplement the imported coal, if desired.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Reference | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||