蔣善勇 裴健宇 蘭鵬兵 張春泉 張海軍

(1.拜城縣眾泰煤焦化有限公司，新疆維吾爾族自治區(qū)阿克蘇地區(qū)，842300；2.中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇省徐州市，221116；3.中國礦業(yè)大學(xué)國家煤加工與潔凈化工程技術(shù)研究中心，江蘇省徐州市，221116)

資源開發(fā)的規(guī)律是先開發(fā)優(yōu)質(zhì)資源，后開發(fā)劣質(zhì)資源，煤炭的一次分選實現(xiàn)了大規(guī)模排矸，但并未做到釋放中煤中的精煤。肥煤和主焦煤是生產(chǎn)冶金焦炭的基礎(chǔ)用煤，對鋼鐵冶金工業(yè)具有重要的戰(zhàn)略地位。目前，我國肥煤和主焦煤的中煤產(chǎn)率平均在30%左右。初步估計，我國每年有近2億t的稀缺煤炭資源被作為動力煤燒掉，從而造成稀缺煤炭資源的極大浪費。

隨著我國稀缺煉焦煤資源的短缺以及對煤炭資源利用率的進一步重視，通過煉焦煤中煤再選來提高煉焦煤精煤的產(chǎn)率已成為近年來國內(nèi)研究的熱點。目前主要集中在以下3個方面：一是基于解離分選的中煤再選試驗研究；二是浮選中煤再磨再選試驗研究；三是基于提高分選精度的跳汰中煤再選試驗研究。

孟麗城等研究人員以汾西礦業(yè)集團柳灣選煤廠重介中煤為對象，通過煤質(zhì)分析、破碎解離和浮選試驗，探討了中煤再選的途徑，中煤不經(jīng)破碎直接再選時，按精煤灰分要求為10.50%時，理論精煤產(chǎn)率只有4.25%，按破碎粒度13 mm、6 mm和3 mm將中煤分別破碎時，對應(yīng)灰分為10.50%的精煤理論產(chǎn)率分別為5.90%、6.80%和13.01%，對-0.5 mm中煤煤泥采用現(xiàn)場操作制度浮選時，精煤灰分高達28.40%；王超等研究人員以屯蘭礦選煤廠3～0.5 mm重介中煤為研究對象，通過煤泥旋流重選柱對中煤進行“拔頭”和“拋尾”，再結(jié)合磨礦-浮選聯(lián)合工藝對其進行分選回收，研究結(jié)果表明，重選“拔頭”可以實現(xiàn)，但精煤產(chǎn)率較低，重選“拋尾”較為適宜，結(jié)合磨礦—浮選，可得到灰分為16.44%和10.38%的合格精煤；沈麗娟等研究人員以某煉焦煤選煤廠重介中煤為研究對象，對其進行不同粒度的破碎解離試驗、TBS分選效果預(yù)測和分步釋放浮選試驗，研究結(jié)果表明，煉焦煤選煤廠根據(jù)自身特點選擇合適的解離粒度和分選工藝進行中煤再選可以增加精煤產(chǎn)率，提高中煤利用率具有較高的社會效益和經(jīng)濟效益。

新疆拜城縣庫拜煤田有著豐富的煤炭資源，高效回收利用煤炭資源是加快疆內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展的重要途徑，同時也是提升企業(yè)競爭力的關(guān)鍵。因此，本文以拜城縣眾泰煤焦化有限公司選煤廠重介煉焦中煤為研究對象，探究了煉焦中煤破碎再選的可行性及其再選后精煤制備冶金焦的可行性，為稀缺煉焦中煤的資源化利用提供指導(dǎo)。

1 試驗研究

1.1 試驗煤樣

試驗所用煤樣取自拜城縣眾泰煤焦化有限公司選煤廠三產(chǎn)品重介旋流器分選出的中煤產(chǎn)品，將所取樣品自然晾干、混勻、避光保存，以待進一步試驗。煤樣篩分試驗結(jié)果和煤樣為50～0.5 mm粒級浮沉試驗結(jié)果見表1和表2。

表1 煤樣篩分試驗結(jié)果

表2 煤樣50～0.5 mm粒級浮沉試驗結(jié)果

由表1和表2可以看出：

(1)中煤煤樣總樣灰分為30.06%，隨著煤樣粒度的減小，灰分總體呈遞增趨勢。粗粒級灰分相對較低，細粒級灰分相對較高，50～25 mm粒級灰分為24.74%，而-1 mm粒級灰分則達到37%左右；

(2)煤樣中50～0.5 mm 粒級主導(dǎo)密度級為1.5～1.6 kg/L，產(chǎn)率達到47.39%，低密度級和高密度級產(chǎn)物產(chǎn)率均較少，說明煤樣以煤和礦物質(zhì)的連生體為主。

根據(jù)表2繪得50～0.5 mm粒級煤樣可選性曲線如圖1所示。

由圖1可以看出，當精煤灰分要求為12.00%時，理論精煤產(chǎn)率約為4.31%，理論分選密度為1.38 kg/L。理論精煤產(chǎn)率極低，要想從中煤中解離出精煤，首先要對中煤進行破碎解離，再進行分選，以有效提高精煤產(chǎn)率。

1.2 破碎解離試驗

為了避免破碎后煤樣過于粉碎，利用兩段式對輥破碎機(4GJXP-0506，上對輥為鋸齒型結(jié)構(gòu)，下對輥為堆焊輥面結(jié)構(gòu)，上對輥間隙為12 mm，下對輥間隙為1～3 mm)進行全粒級中煤破碎解離試驗，分別進行了下對輥間隙為3 mm和1 mm的破碎解離試驗。

圖1 50～0.5 mm粒級煤樣可選性曲線

1.3 重選分選試驗

利用3NMW1000/700圓筒圓錐型三產(chǎn)品重介旋流器對破碎解離后的中煤進行重介分選試驗，旋流器給料方式為混料桶有壓給料，試驗結(jié)束后對分選出的精煤產(chǎn)品、中煤產(chǎn)品和矸石產(chǎn)品分別進行0.5 mm篩孔人工脫介，并對脫介后的產(chǎn)品進行烘干、稱重和化驗灰分。

1.4 冶金焦制備試驗

利用MHJ-40-III型實驗焦爐進行重介分選后精煤單獨制備冶金焦試驗，單次試驗用煤量為40 kg。

2 結(jié)果分析

2.1 破碎解離試驗結(jié)果與分析

將兩段式對輥破碎機下對輥間隙分別調(diào)至3 mm和1 mm，分別進行全粒級中煤破碎解離試驗。破碎后煤樣篩分試驗結(jié)果和破碎后煤樣50～0.5 mm粒級浮沉試驗結(jié)果見表3和表4。

表3 破碎后煤樣篩分試驗結(jié)果

表4 破碎后煤樣50～0.5 mm粒級浮沉試驗結(jié)果

由表3和表4可以看出：

(1)當破碎機下對輥間隙為3 mm時，破碎后物料中+0.5 mm含量達到64.51%，-0.5 mm含量為35.49%，與破碎前相比，-0.5 mm含量增加了15.43個百分點，隨著煤樣粒度的減小，灰分總體呈遞增趨勢；破碎后煤樣中50～0.5 mm 粒級主導(dǎo)密度級仍然為1.5～1.6 kg/L，產(chǎn)率為33.20%，與破碎前相比，該密度級含量降低了14.19個百分點，低密度級含量呈增加趨勢，這說明煤樣中煤和礦物質(zhì)連生體得到了一定程度的解離；

(2)當破碎機下對輥間隙為1 mm時，破碎后物料中+0.5 mm含量為53.46%，-0.5 mm含量為46.54%，與前者相比，-0.5 mm含量得到了進一步增加，與破碎前相比則增加了26.48個百分點；碎后煤樣中50～0.5 mm粒級主導(dǎo)密度級同樣為1.5～1.6 kg/L，產(chǎn)率為25.38%，與前者相比，中間密度級含量得到了進一步降低，低密度級含量得到了進一步增加，說明破碎機下對輥間隙由3 mm降低至1 mm時，煤與矸石的解離程度得到了進一步提升。

根據(jù)表4繪得下對輥間隙為3 mm和1 mm時50～0.5 mm粒級可選性曲線如圖2和圖3所示。

由圖2和圖3可以看出，對于破碎機下對輥間隙為3 mm而言，當精煤灰分要求為12.00%時，占本級理論精煤產(chǎn)率約為23.52%，占全樣理論精煤產(chǎn)率約為15.17%，理論分選密度為1.42 kg/L；對于破碎機下對輥間隙為1 mm而言，當精煤灰分要求為12.00%時，占本級理論精煤產(chǎn)率約為28.02%，占全樣理論精煤產(chǎn)率約為14.98%，理論分選密度為1.42 kg/L，占本級理論精煤產(chǎn)率與前者相比增加了4.5個百分點，但占全樣理論精煤產(chǎn)率卻低于前者，這主要是由于雖然破碎粒度降低有利于提高煤矸解離度，但+0.5 mm以上物料含量也隨之減少。

圖2 下對輥間隙為3 mm時50～0.5 mm粒級可選性曲線

圖3 下對輥間隙為1 mm時50～0.5 mm粒級可選性曲線

綜合分析試驗所用中煤的破碎解離試驗結(jié)果，采用對輥破碎機對試驗中煤進行破碎，可在相對較粗粒條件下實現(xiàn)中煤連生體的有效解離。破碎機下對輥間隙由3 mm減小至1 mm，可提高碎后中煤的解離度，但增幅不明顯，而-0.5 mm物料含量則增加了11.05個百分點，考慮到破碎后細物料含量的增加，會進一步增加中煤破碎解離再選所造成的煤泥浮選及煤泥水處理的難度及生產(chǎn)成本，故綜合判斷下對輥間隙為3 mm的破碎解離效果相對較好。因此，后續(xù)重介旋流器分選試驗也以破碎機下對輥間隙為3 mm時破碎后物料為試驗對象。

2.2 重介旋流器分選試驗結(jié)果與分析

將物料在破碎機下對輥間隙為3 mm的條件下破碎后，物料分別進行不脫泥和0.5 mm脫泥重介旋流器分選試驗，分選密度為1.38 kg/L，給料壓力對不脫泥和0.5 mm脫泥重介旋流器分選精煤指標的影響試驗結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4 給料壓力對不脫泥重介旋流器分選精煤指標的影響

圖5 給料壓力對0.5 mm脫泥重介旋流器分選精煤指標的影響

由圖4和圖5可以看出，旋流器給料壓力對分選指標有較大影響，壓力過低或過高均不利于重介旋流器分選，當給料壓力為0.050 MPa時，無論是不脫泥分選還是脫泥分選，均能獲得產(chǎn)率為20%左右、灰分接近12%的精煤產(chǎn)品，與理論精煤產(chǎn)率相比有所降低。綜合比較不脫泥和脫泥重介分選試驗結(jié)果，對于試驗所用破碎后中煤而言，通過重介分選可回收出中煤破碎解離所釋放出的精煤，不脫泥和脫泥重介分選效果基本相當。因此，為了簡化重介分選工藝，后續(xù)冶金焦制備試驗所用煤樣均為不脫泥重介旋流器分選脫介后的精煤產(chǎn)品。

2.3 冶金焦制備試驗結(jié)果與分析

為了進一步考察中煤再選后精煤的煉焦性能，將中煤破碎解離再選后精煤與原煤重介旋流器分選后精煤分別單獨進行了冶金焦制備對比試驗。原煤重介分選精煤和中煤破碎再選后精煤工業(yè)分析對比和精煤制備冶金焦指標對比見表5和表6。

表5 原煤重介分選精煤和中煤破碎再選后精煤工業(yè)分析對比

由表5和表6可以看出，中煤破碎分選后精煤與原煤重介分選精煤相比，在煤質(zhì)特性和成焦特性等方面無明顯差異，利用中煤破碎分選后精煤可單獨制備出抗碎強度M25為87.8、成焦率為83.3%、反應(yīng)后強度為40.97 %的冶金焦。

3 結(jié)論

煉焦中煤再選是提高煤炭利用率的有效途徑，是緩解我國煉焦煤資源短缺的潛在資源。眾泰重介煉焦中煤破碎再選及冶金焦制備試驗研究結(jié)果表明，當擠壓破碎機下對輥出料間隙為3 mm時，可獲得灰分12.00%，理論產(chǎn)率為23%的大浮沉精煤；對破碎解離后的中煤進行不脫泥或脫泥重介旋流器分選，均可獲得灰分12%，產(chǎn)率為22%的精煤，將不脫泥重介分選后精煤單獨制備冶金焦，可制備出抗碎強度M25為87.8、成焦率為83.3%、反應(yīng)后強度為40.97 %的冶金焦。