1. نظرة عامة على المشروع

1.1 خلفية المشروع

الكاولين من سلسلة الفحم، والمعروف أيضًا باسم كاولين شوائب الفحم، هو معدن مترافق يحتوي على نسبة من الكاولينيت تتجاوز 80%، ويوجد في شوائب الفحم التي يتم التخلص منها أثناء إنتاج الفحم ومعالجته. وهو نوع رئيسي من مخلفات الفحم القائمة على Al₂O₃–SiO₂، ويُعرف علميًا باسم الحجر الطيني الكاوليني، وهو مورد معدني غير معدني مناسب للاستخدام الشامل. تمتلك الصين احتياطيات وفيرة من الكاولين من سلسلة الفحم، موزعة بشكل رئيسي في شانشي ومنغوليا الداخلية ومناطق أخرى.

بعد التحميص عند درجات حرارة مناسبة، يُظهر الكاولين من سلسلة الفحم خصائص فيزيائية وكيميائية مميزة، مثل البياض، والملمس الناعم، وخصائص التشتت والتعليق الجيدة، إلى جانب العزل والالتصاق والمقاومة للحرارة الممتازة. ومع تزايد النقص في منتجات الكاولين عالية الجودة، أصبح تشجيع تطوير واستخدام الكاولين من سلسلة الفحم اتجاهًا مهمًا في صناعة المعادن غير الفلزية.

1.2 أهداف المشروع

تهدف هذه الدراسة إلى إثبات جدوى طحن الكاولين من سلسلة الفحم باستخدام معدات الطحن، بما يشمل الجدوى التقنية والجدوى الاقتصادية والجدوى السوقية، وذلك لتوفير أساس لاتخاذ قرارات الاستثمار في المشروع. ويتألف مسار المعالجة بشكل أساسي من أربع مراحل أساسية هي: التكسير، والطحن، والفرز، والتجميع.

1.3 مبادئ التصميم

1. الاستخدام الشامل للموارد: الاستفادة الكاملة من الكاولين المستخرج من الفحم كمورد من النفايات الصلبة الصناعية، وتحويل النفايات إلى قيمة مضافة.
2. التقدم التقني: اختيار معدات وعمليات طحن عالية الكفاءة وموفرة للطاقة.
3. المنطق الاقتصادي: تحسين تكاليف الاستثمار والتشغيل مع تلبية متطلبات جودة المنتج.
4. الامتثال للمعايير البيئية: ضمان أن تكون انبعاثات الغبار، واستهلاك الطاقة، والمؤشرات الأخرى متوافقة مع المعايير الوطنية ومعايير القطاع.

2. خصائص المواد الخام

2.1 الخصائص الأساسية للكاولين من سلسلة الفحم

2.2 تأثير خصائص المواد الخام على عملية الطحن

الكاولين من سلسلة الفحم هو نوع من الكاولين الصلب يتميز ببنية داخلية متماسكة وتراص كثيف للجسيمات؛ ويتطلب كسر بنيته البلورية طاقة كبيرة. وتستلزم هذه الخاصية أن تتمتع معدات الطحن بقدرة تكسير قوية. وفي الوقت نفسه، يتميز الكاولين من سلسلة الفحم في الصين بمحتوى منخفض من الشوائب، ويمكن لبعض أنواعه أن تفي بمتطلبات جودة طلاء الورق بمجرد التعريض للحرق والطحن فائق الدقة دون الحاجة إلى معالجة إضافية.

2.3 متطلبات توريد المواد الخام

• حجم العلف: يجب أن يتم تكسيرها إلى حجم لا يتجاوز 30 مم (يمكن للمطاحن الرأسية فائقة الدقة استيعاب مواد تغذية لا يتجاوز حجمها 30 مم).
• محتوى الكاولينيت: يُوصى بـ ≥70%؛ فكلما زاد المحتوى، تحسنت جودة المنتج.
• استقرار المصدر: الاعتماد على موارد الحجر الصخري المصاحب للفحم من مناطق التعدين لضمان استمرارية الإمدادات.

3. تصميم مسار العملية

3.1 اختيار مسار العملية

هناك مساران رئيسيان لطحن الكاولين من سلسلة الفحم:

الطريقة الأولى: التكليس أولاً، ثم المعالجة فائقة الدقة

الخام الخام → التكسير → الطحن → الفرز → التعبئة والتغليف

يُعد هذا المسار البسيط نسبيًّا مناسبًا للحالات التي لا تكون فيها متطلبات نقاء المنتج عالية للغاية.

الطريقة 2: الطحن فائق الدقة أولاً، ثم التحميص (أو الطحن فائق الدقة + التحميص + تفكيك التكتلات)

تكسير الخام → التكسير الخشن → الطحن → الطحن فائق الدقة → التحميص → تفكيك التكتلات والتصنيف → التعبئة والتغليف

يمكن أن ينتج عن هذه الطريقة منتجات كاولين مكلس فائق النعومة وعالية الجودة، حيث تصل درجة النعومة إلى >90% من الجسيمات الأصغر من 2 ميكرومتر، وتصل درجة البياض إلى 95%.

3.2 مسار العملية الموصى به (عملية المسحوق الجاف)

بناءً على الوضع الحالي ومتطلبات أنظمة الطحن الجاف للكاولين من سلسلة الفحم، يُوصى باتباع مسار العملية الجافة التالي:

الكاولين الخام من سلسلة الفحم → الكسارة الفكية (التكسير الخشن) → الكسارة المطرقة (التكسير المتوسط)
    → صومعة التخزين → مغذي اهتزازي كهرومغناطيسي → معدات الطحن (مطحنة عمودية/مطحنة ريموند)
    → مصنف توربيني (التصنيف) → مجمع الغبار النبضي (الجمع) → صومعة المنتج النهائي → التعبئة والتغليف الآلي
 ↑ (إعادة المسحوق غير المؤهل)

3.3 وصف تفصيلي للعملية

المرحلة الأولى: التكسير

يتم أولاً تكسير الكاولين الخام من سلسلة الفحم بشكل خشن بواسطة كسارة فكية، ثم يتم تكسيره بشكل متوسط بواسطة كسارة مطرقية حتى يصل حجم المادة المُغذية إلى ≤30 مم. وبعد التكسير بالفك والمطرقة، يمكن تغذية المادة مباشرةً إلى مطحنة عمودية فائقة الدقة، مما يقلل من استهلاك الطاقة في عملية التكسير.

المرحلة الثانية: الطحن

يتم تغذية المادة المسحوقة بشكل متجانس وكمي إلى معدات الطحن عبر صومعة التخزين والمغذي الاهتزازي الكهرومغناطيسي. ويتم تفتيت المادة بفعل قوى البثق والتآكل والقص أثناء مرورها عبر الفجوة الموجودة بين أسطوانات الطحن والحلقة (أو بين منضدة الطحن والأسطوانات).

تُعد المطاحن الرأسية فائقة الدقة الخيار المفضل لإنتاج الكاولين المكلس من سلسلة الفحم، حيث توفر كفاءة عالية، واستهلاكًا منخفضًا للطاقة، وحجمًا موحدًا للجسيمات، وأبعادًا دقيقة للجسيمات. وعلى الرغم من أن المطاحن النفاثة يمكنها طحن الكاولين إلى أحجام أدق، إلا أنه تم التخلي عنها تدريجيًا بسبب ارتفاع استهلاكها للطاقة وتكاليف الإنتاج المفرطة.

المرحلة الثالثة: التصنيف

يتم نقل المادة المطحونة بواسطة تيار الهواء إلى جهاز التصنيف. ويوفر نظام التصنيف التوربيني القسري كفاءة عالية في التصنيف ودرجة نعومة موحدة ودقيقة. ويمر المسحوق الناعم المؤهل عبر عجلة التصنيف إلى نظام التجميع، بينما تعود المادة غير المؤهلة إلى منضدة الطحن لمزيد من الطحن.

المرحلة الرابعة: التحصيل

يتم جمع المسحوق الذي يستوفي متطلبات الدقة بواسطة مجمعات الغبار النبضية وغيرها من معدات استرداد الغبار كمنتج نهائي. ويعمل النظام بأكمله تحت ضغط سلبي، مما يضمن التحكم الفعال في انبعاثات الغبار.

3.4 المعلمات الرئيسية للعملية

4. اختيار المعدات

4.1 تكوين المعدات الرئيسية

يتضمن خط الإنتاج الكامل لطحن الكاولين من سلسلة الفحم ما يلي:

4.2 توصيات بشأن اختيار معدات الطحن

الخيار 1: مطحنة أسطوانية عمودية فائقة الدقة (موصى بها)

يُعد الطاحن الرأسي فائق الدقة آلة مثالية للمعالجة فائقة الدقة للكاولين من سلسلة الفحم. وقد أثبت الطاحن الأسطواني الرأسي من سلسلة LM كفاءته في معالجة مسحوق الكاولين من سلسلة الفحم بالطريقة الجافة، وهو قادر على تلبية متطلبات الإنتاج على نطاق واسع.

الخيار 2: مطحنة ريموند / مطحنة الأسطوانات الحلقية

لإنتاج مسحوق متوسط النعومة بحجم حوالي 325 ميش، تُعد مطاحن رايموند ومطاحن الأسطوانات الحلقية فائقة النعومة خيارات مجدية أيضًا. يمكن استخدام مطحنة HCH الحلقية الكبيرة فائقة الدقة لطحن مسحوق الكاولين الدقيق من سلسلة الفحم. وباستخدام عملية تجفيف كامل، يمكن لمطاحن رايموند فائقة الدقة إنتاج مسحوق فائق الدقة بدرجة ناعمة تبلغ 1250 ميش وما فوق.

الخيار 3: نظام طحن فائق الدقة على نطاق واسع (الإنتاج الضخم)

بالنسبة لخطوط الإنتاج الكبيرة التي يبلغ إنتاجها السنوي 100,000 طن، يمكن اعتماد نظام متكامل من العمليات والمعدات الخاصة بالطحن فائق الدقة. يمكن طحن الملاط من 325 ميش (−45 ميكرومتر) إلى ما يزيد عن 6000 ميش (>92% <2 ميكرومتر) في عملية واحدة.

4.3 توصيات الاختيار حسب الحجم

4.4 تقدير الاستثمار في المعدات (خط إنتاج مطحنة عمودية فائقة الدقة متوسطة الحجم)

5. خطة المنتج وتحليل السوق

5.1 مجموعة المنتجات

يمكن تعديل درجة نعومة منتجات الكاولين من سلسلة الفحم وطرق استخدامها بمرونة وفقًا لمتطلبات السوق:

5.2 التطبيقات السوقية

يُستخدم مسحوق الكاولين من سلسلة «كول» بشكل أساسي في المجالات التالية:

1. المواد المقاومة للحرارة: كمواد خام للألياف المقاومة للحرارة، والطوب الخفيف المصنوع من الموليت، ومواد الموليت المستخدمة في الصب الدقيق.
2. صناعة الورق: الكاولين فائق النعومة المُكلس هو مادة حشو عالية الجودة تُستخدم في أنواع طلاء الورق.
3. الطلاءات والمطاط والبلاستيك: كمواد مالئة وظيفية لتحسين أداء المنتج.
4. الصب الدقيق: إنتاج مسحوق رمل الموليت المستخدم في صناعة المسابك.
5. السيراميك ومواد البناء: تُستخدم في صناعة السيراميك عالي الجودة والزجاج المتخصص، وما إلى ذلك.
6. الفضاء والدفاع: تطبيقات في مواد الموليت المتطورة.

5.3 توقعات السوق

شهد سوق منتجات الكاولين الصينية عالية المعالجة نمواً مطرداً، حيث ارتفع حجمه من 7.749 مليار يوان صيني في عام 2019 إلى 9.877 مليار يوان صيني في عام 2023، ومن المتوقع أن تصل إلى 14.480 مليار يوان صيني بحلول عام 2028، وهو ما يمثل معدل نمو سنوي مركب يبلغ 8.4%.

بلغ حجم سوق الكاولين المُحَمَّص من سلسلة الفحم على الصعيد العالمي حوالي US$723 مليون في عام 2024، ومن المتوقع أن يصل إلى US$1.146 مليار بحلول عام 2031، بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 6.8% خلال الفترة من 2025 إلى 2031.

من حيث حجم الإنتاج، ارتفع إنتاج الصين من الكاولين المستخرج من الفحم عاماً بعد عام، من حوالي 2.2 مليون طن في عام 2019 إلى ما يقدر بأكثر من 3 ملايين طن في عام 2025. وفي عام 2023، شكل الكاولين من سلسلة الفحم 35.52% من إجمالي إنتاج الكاولين على الصعيد الوطني.

5.4 دعم السياسات

يحظى الاستخدام الشامل لخليط الفحم (الكاولين من سلسلة الفحم) بدعم قوي من السياسات الوطنية:

• يُعتبر الكاولين المُحروق أحد المجالات ذات الأولوية للاستفادة الشاملة من النفايات الصلبة الناتجة عن استخراج الفحم.
• تتمتع الشركات التي تنتج منتجات معتمدة من النفايات الصلبة الصناعية بخصومات على ضريبة القيمة المضافة (معدل الخصم 30%–100%) وتخفيضات في ضريبة الدخل.
• تغطي أموال الميزانية المركزية ما يصل إلى 15% من إجمالي استثمارات المشروع.
• أصدرت مقاطعات مثل شانشي سياسات خاصة لدعم التنمية عالية الجودة لصناعة مواد الكاولين المستمدة من الفحم.

6. تحليل الفوائد الاقتصادية

6.1 تحليل التكاليف (خط إنتاج متوسط الحجم، إنتاج سنوي يبلغ 50,000 طن)

تفصيل تكاليف الإنتاج:

6.2 تحليل الإيرادات

يتميز الكاولين الخام من سلسلة الفحم (شوائب الفحم) بتكلفة منخفضة جدًّا، بل إنه يمكن الحصول عليه مجانًا في بعض مناطق التعدين (لا تتكبد سوى تكاليف النقل والفرز)، مما يوفر هوامش ربح كبيرة.

6.3 فترة الاسترداد

• إجمالي الاستثمار في المعدات: حوالي 2.6–4.8 مليون يوان صيني (خط طحن عمودي متوسط الحجم)
• صافي الربح السنوي: يُقدَّر بشكل متحفظ بما يتراوح بين 8 و20 مليون يوان صيني
• فترة الاسترداد: ما بين 3 و8 أشهر تقريبًا

ويحقق الإنتاج على نطاق واسع فوائد أكبر بكثير. فعلى سبيل المثال، يمكن لمشروع إنتاج 100,000 طن سنويًا من الكاولين المكلس فائق النعومة أن يحقق تكاليف إنتاج تقل عن 1,000 يوان صيني للطن الواحد، مع استثمار يقل عن 15 مليون يوان صيني لكل 10,000 طن من الطاقة الإنتاجية.

6.4 تحليل الحساسية

7. تقييم الجدوى الفنية

7.1 ملاءمة المعدات

الكاولين من سلسلة الفحم هو نوع من الكاولين الصلب ذو بنية متماسكة، ويتطلب طاقة كبيرة لكسر شبكته البلورية. ويمكن للمطاحن الرأسية فائقة الدقة، استنادًا إلى مبدأ الطحن بالضغط الأسطواني، أن تسحق الكاولين من سلسلة الفحم بفعالية، وهو ما تم إثباته في العديد من المشاريع الفعلية. تشير الدراسات إلى أن المطاحن الرأسية قادرة على تلبية متطلبات الإنتاج على نطاق واسع في معالجة مسحوق الكاولين من سلسلة الفحم، كما أنها مناسبة تمامًا للترويج.

7.2 جودة المنتج

بفضل نظام التصنيف القسري باستخدام التوربو، تتميز عملية التصنيف بكفاءة عالية، كما أن حجم الجسيمات يكون متجانسًا ودقيقًا. ويمكن لمنتجات الكاولين المكلس فائق النعومة أن تحقق درجة نعومة تزيد عن 90% للجسيمات الأصغر من 2 ميكرومتر، ودرجة بياض تصل إلى 95%، وتشتتًا أقل من 45 ميكرومتر.

7.3 موثوقية النظام

يتألف نظام معالجة الكاولين من سلسلة الفحم الكاملة بشكل أساسي من الوحدة الرئيسية، ووحدة التغذية، وجهاز الفرز، والمروحة، وأنابيب التوصيل، وقادوس التخزين، ونظام التحكم الكهربائي، ونظام التجميع. ويتيح نظام التحكم المركزي عبر وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) الإنتاج المستمر الآلي.

7.4 الامتثال للمعايير البيئية

• يعمل النظام تحت ضغط سلبي باستخدام مجمعات غبار نبضية عالية الكفاءة، مما يتيح التحكم في انبعاثات الغبار بما يتوافق مع المعايير الوطنية.
• لا تتطلب العملية الجافة أي مياه ولا تنتج أي تصريف لمياه الصرف.
• يتماشى استخدام النفايات الصلبة الناتجة عن الفحم مع التوجه الوطني لسياسة الاقتصاد الدائري.

8. تحليل المخاطر وتدابير التخفيف من آثارها

8.1 المخاطر الفنية

8.2 مخاطر السوق

8.3 المخاطر المتعلقة بالسياسات والمخاطر التشغيلية