路文水，曹 闖，何 彬，曹文廷，謝廣元

(1.山東超美清潔能源有限公司，山東 泰安 271000；2.金陽(yáng)礦業(yè)集團(tuán)，山東 泰安 271000；3.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇 徐州 221000)

目前，國(guó)內(nèi)較為常用的煉焦煤分選工藝為不脫泥無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器分選工藝 、有壓三產(chǎn)品重介旋流器分選工藝和有壓兩段兩產(chǎn)品重介分選工藝。其中，不脫泥無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器分選工藝適用于原生煤泥量較小，且煤質(zhì)較硬的煤種，不適合原生煤泥較大的選煤廠；有壓三產(chǎn)品重介旋流器采用泵送混合物料的方式參與分選，矸石經(jīng)過(guò)整個(gè)旋流器內(nèi)壁，對(duì)旋流器的磨損較大，由于旋流器入料泵高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對(duì)浸泡后的煤和矸石有較強(qiáng)的撞擊破碎和泥化作用，因此該工藝適用于煤質(zhì)較硬，矸石不易泥化的煤種；有壓兩段兩產(chǎn)品重介旋流器分選工藝介質(zhì)系統(tǒng)復(fù)雜，一次性基建投資高，但工藝分選靈活性大，可控性強(qiáng)，分選精度高，循環(huán)懸浮液量小，可有效降低主廠房高度[1]。因此，結(jié)合選煤廠的原煤性質(zhì)進(jìn)行選煤廠工藝設(shè)計(jì)顯得尤為重要。金陽(yáng)選煤廠位于泰安市寧陽(yáng)縣葛石鎮(zhèn)境內(nèi)，屬于群礦型煉焦煤選煤廠，設(shè)計(jì)能力為0.6 Mt/a，2017年正式投產(chǎn)，主要入選寧陽(yáng)縣礦區(qū)的氣煤和氣肥煤，分選工藝為預(yù)先脫泥有壓兩段兩產(chǎn)品重介旋流器主再選，煤泥采用機(jī)械攪拌式浮選機(jī)進(jìn)行浮選，浮選精煤壓濾回收[2]。

1 煤質(zhì)分析

金陽(yáng)選煤廠為群礦型選煤廠，入選原煤為金陽(yáng)煤礦及鄰近煤礦原煤，原煤開(kāi)采方式為綜采，設(shè)計(jì)以金陽(yáng)煤礦原煤的生產(chǎn)大樣為主要依據(jù)[3]，煤樣工業(yè)分析和元素分析分別見(jiàn)表1和表2，其中浮煤的浮沉密度為1.4 g/cm3。

表1 煤樣工業(yè)分析

表2 煤樣元素分析

從表1和表2可知：原煤為中高灰，特低硫、低固定碳，中熱值；浮煤為低灰分，特低硫，中等固定碳，特高熱值。根據(jù)<1.4 g/cm3浮煤的揮發(fā)份和粘結(jié)指數(shù)，判斷該煤的煤種為氣煤45號(hào)。

原煤的篩分和浮沉試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3和表4。

表3 自然級(jí)和破碎級(jí)篩分試驗(yàn)綜合表

表4 50～0.5 mm粒級(jí)原煤浮沉試驗(yàn)綜合表

由表3可知：

(1)該煤樣中>50 mm粒度級(jí)含量較少，占全樣的7.75%。

(2)該煤樣各粒級(jí)分布比較均勻，沒(méi)有明顯的主導(dǎo)粒級(jí)。

(3)隨著粒度的減小，各粒級(jí)灰分也不斷降低，說(shuō)明矸石較硬，煤質(zhì)較脆。

(4)<0.5 mm粒級(jí)的灰分與相鄰粒級(jí)灰分接近，說(shuō)明矸石泥化現(xiàn)象不明顯。

由表4可知：

(1) 該煤樣綜合級(jí)的主導(dǎo)密度級(jí)為1.3～1.4 g/cm3，占本級(jí)含量為46.72%，且灰分較低，為6.31%。該煤適宜作為煉焦配煤，灰分應(yīng)作為分選的主要考察指標(biāo)，初步判斷通過(guò)分選，可以得到一定產(chǎn)率的低灰精煤。

(2)原煤綜合級(jí)中>2.0 g/cm3密度級(jí)的產(chǎn)率為29.81%，灰分為86.19%，因此，通過(guò)分選可得到高灰的矸石。

煤泥的小篩分和小浮沉試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表5和表6。

表5 煤泥小篩分試驗(yàn)結(jié)果表

從表5可知：(1)煤泥的主導(dǎo)粒級(jí)是0.5～0.25 mm和<0.045 mm，分別占煤泥的30.80%和27.56%，其灰分分別為14.79%和31.34%。

(2)該煤泥各粒級(jí)的灰分特征：<0.045 mm粒級(jí)灰分較高為31.34%，其他各級(jí)除0.125～0.074 mm外，灰分隨著粒度的減小而增大。

表6 煤泥小浮沉試驗(yàn)結(jié)果表

由表6可知：該煤泥低密度級(jí)含量大，主導(dǎo)密度級(jí)是1.3～1.4 g/cm3，產(chǎn)率占本級(jí)產(chǎn)率的44.36%，灰分為6.67%。由于一般低密度的物料疏水性和可浮性好，因此可以預(yù)測(cè)該煤泥的可浮性較好[4-5]，可得到較低灰分的浮選精煤。

2 產(chǎn)品定位

金陽(yáng)煤礦選煤廠煤種為氣煤和肥煤，精煤產(chǎn)品為煉焦配煤，混煤產(chǎn)品為動(dòng)力用煤，針對(duì)選煤廠分選原煤煤質(zhì)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)推薦采用以下產(chǎn)品結(jié)構(gòu)[6]：精煤作為煉焦配煤、中煤作為電煤、煤泥作為電煤或民用煤、矸石制磚或由汽車(chē)外運(yùn)回填至塌陷區(qū)。

3 工藝流程方案的選擇

3.1 選前脫泥與不脫泥工藝

本廠原煤煤泥含量大，若不采用預(yù)先脫泥，其缺點(diǎn)非常明顯[7]：大量的煤泥進(jìn)入重介分選系統(tǒng)，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能從系統(tǒng)中排出，導(dǎo)致煤泥的進(jìn)一步細(xì)化，對(duì)后續(xù)循環(huán)水處理極為不利，系統(tǒng)循環(huán)懸浮液和循環(huán)水都將大量增加，合格介質(zhì)分流量也必將加大，導(dǎo)致介耗增加，重介旋流器入料中大量煤泥的存在會(huì)降低其處理能力。而采用預(yù)先脫泥的方法具有以下優(yōu)勢(shì)：為主選環(huán)節(jié)提供穩(wěn)定的入料條件；減小煤泥對(duì)合格介質(zhì)密度的干擾；提高旋流器分選下限,改善分選效果,增加精煤回收率；降低介耗,降低生產(chǎn)成本；可減少脫介和介質(zhì)回收系統(tǒng)的設(shè)備,提高介質(zhì)回收設(shè)備的效率；可減少煤泥在介質(zhì)中的浸泡時(shí)間,減少煤泥表面氧化時(shí)間,有利于后期煤泥水的處理；可降低懸浮液的粘度適合較細(xì)粒級(jí)物料的分選，因此，選用預(yù)先脫泥的方法[8]。

3.2 主選方法的確定

目前由于重介工藝技術(shù)的迅速發(fā)展，重介分選工藝已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中證明了它的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于煉焦煤選煤廠，生產(chǎn)低灰的煉焦精煤時(shí)，勢(shì)必要產(chǎn)出部分中間產(chǎn)物,所以適合本廠的重介分選工藝有以下兩種。有壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器采用泵送混合物料的方式參與分選，由于離心泵高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對(duì)浸泡后的煤和矸石有較強(qiáng)的撞擊破碎和泥化作用，且矸石經(jīng)過(guò)整個(gè)旋流器內(nèi)壁，對(duì)旋流器內(nèi)壁的破壞極大，因此該工藝適用于煤質(zhì)較硬，矸石不易泥化的煤種[9]；有壓兩段兩產(chǎn)品重介旋流器分選工藝雖然介質(zhì)系統(tǒng)復(fù)雜，一次性基建投資高，但工藝分選靈活性大，可控性強(qiáng)，分選精度高，循環(huán)懸浮液量小，可有效降低主廠房高度[10]。因此，結(jié)合選煤廠的原煤性質(zhì)綜合考慮，設(shè)計(jì)推薦兩段兩產(chǎn)品重介旋流器主再選工藝。

基于煤質(zhì)分析和產(chǎn)品定位，并結(jié)合周邊選煤廠的分選工藝，確定了選煤廠的工藝為：預(yù)先脫泥有壓兩段兩產(chǎn)品重介旋流器主選，<0.5 mm煤泥采用機(jī)械攪拌浮選機(jī)分選，浮選精煤采用壓濾回收[11]。

3.3 煤泥分選工藝的選擇

3.3.1 是否增加粗煤泥分選設(shè)備

目前國(guó)內(nèi)大型煉焦煤選煤廠多采用將煤泥中的粗顆粒分離出來(lái),設(shè)置單獨(dú)的粗煤泥分選系統(tǒng)[12]。一方面因大直徑重介質(zhì)旋流器分選系統(tǒng)對(duì)<1 mm粒級(jí)部分分選效果較差，可利用較高效率的分選工藝單獨(dú)回收粗煤泥,減少煤泥在系統(tǒng)中的循環(huán)量,提高重介系統(tǒng)的脫泥、脫介效率和系統(tǒng)的處理能力；另一方面可有效減小細(xì)煤泥處理系統(tǒng)的規(guī)模,降低生產(chǎn)成本[13]。但結(jié)合本廠實(shí)際情況考慮,由于廠型較小,選用重介旋流器的直徑比大型煉焦煤選煤廠小,其分選下限可以達(dá)到0.5 mm,對(duì)于1～0.5 mm粗煤泥也有較好的分選效果[14]，因此設(shè)計(jì)推薦不增設(shè)粗煤泥處理系統(tǒng)。

3.3.2 細(xì)煤泥分選工藝

由于細(xì)煤泥中含有一定量的精煤,根據(jù)煉焦煤選煤廠最大限度回收精煤的原則,可以從煤泥中進(jìn)一步回收精煤,其經(jīng)濟(jì)效益可觀；同時(shí)也可減少煤泥的落地,減低對(duì)環(huán)境的污染。從小浮沉試驗(yàn)表中可知,本礦原煤煤泥的可浮性好,故設(shè)計(jì)推薦煤泥采用浮選工藝[15]。

4 應(yīng)用效果

金陽(yáng)選煤廠自2017年投產(chǎn)以來(lái)，各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，實(shí)際生產(chǎn)精煤分選密度在1.4 g/cm3，分選效果見(jiàn)表7。

表7 金陽(yáng)選煤廠分選效果

由表7可知，在穩(wěn)定的分選密度下，重介精煤平均灰分在7.48%，浮選精煤平均灰分在11.53%，綜合精煤灰分滿(mǎn)足≤8.50%的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，為兼顧資源和環(huán)境因素，金陽(yáng)礦業(yè)集團(tuán)響應(yīng)國(guó)家高效潔凈的利用煤炭資源的要求，通過(guò)對(duì)金陽(yáng)礦原煤煤質(zhì)資料進(jìn)行分析，并參照周邊選煤廠的選煤工藝，設(shè)計(jì)并建造了金陽(yáng)選煤廠，有效調(diào)整了金陽(yáng)礦的煤炭產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，并達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，給地區(qū)和企業(yè)帶來(lái)了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。