鄔金亮，夏云騰，趙林盛，沙 杰

(1.中煤科工集團(tuán) 北京華宇工程有限公司，北京 100067；2.陽煤集團(tuán) 發(fā)展計劃部，山西 陽泉 045000；3.山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030024；4.中國礦業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

近年來，由于煤炭開采程度的不斷加大，夾矸煤和中間密度物料比例越來越高，使選煤廠入選原煤的可選性越來越差[1]。由于煤炭用戶對煉焦精煤質(zhì)量的要求越來越嚴(yán)格，選煤廠在生產(chǎn)過程中，為了保證精煤質(zhì)量合格，一般通過適當(dāng)降低重選精煤段分選密度，而得到灰分更低的合格精煤；同時由于粗精煤和浮選精煤灰分往往高于主選重介精煤灰分，而選煤廠為了使銷售精煤總體灰分合格，通常會更進(jìn)一步降低主選的分選密度而降低主選精煤灰分，這樣就導(dǎo)致部分低灰精煤進(jìn)入中煤段，而有些產(chǎn)地的中煤中含有大量未充分解離的夾矸煤，這部分夾矸煤若經(jīng)過充分破碎解離，會得到合格的低灰精煤和高灰的矸石產(chǎn)物，造成煉焦精煤這種稀缺資源的浪費。同時，由于夾矸煤的存在，使得這部分中煤含有一定量的高灰礦物質(zhì)，在燃燒過程中會產(chǎn)生大量的燃煤污染物，嚴(yán)重影響社會效益[2]。因此，基于精煤回收率最大化的原則，本文嘗試對重介中煤進(jìn)行二次破碎解離，對解離后的產(chǎn)物再次進(jìn)行分選回收，得到合格精煤，更大程度地提高選煤廠總精煤回收率，避免稀缺煉焦精煤的損失，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 中煤的進(jìn)一步解離

中煤的產(chǎn)生主要是由于煤和矸石的混雜，沒有徹底的解離，稱之為夾矸煤，其本身的灰分也介于精煤和矸石之間，在分選過程中無法將其并入兩種主要產(chǎn)品中，但鑒于其特殊的性質(zhì)，將其列成了單獨產(chǎn)品。為了充分回收這部分精煤，就必須將中煤進(jìn)一步解離。所謂解離就是將煤粉碎至一定的粒度，使其中的有用礦物與脈石分離。由礦物學(xué)原理和破碎知識可知，隨著煤樣破碎粒度的減小，低密度物料和高密度物料的含量均增加，而中間密度物料的含量則顯著減少。這說明經(jīng)過破碎，煤樣實現(xiàn)了部分解離[3]，即在相同的精煤灰分要求下，隨著煤樣破碎粒度減小，其產(chǎn)率逐漸提高; 在相同的產(chǎn)率要求下，隨著煤樣破碎粒度的減小，其灰分逐漸降低。因此，要從夾矸煤中選出低灰分精煤，首先必須進(jìn)行破碎，使煤和其他礦物質(zhì)充分解離，然后再利用常規(guī)的重選和浮選回收精煤。

1.1 中煤的煤巖學(xué)特征

中煤是在原煤洗選過程中產(chǎn)生的次產(chǎn)品，煤巖分析表明，中煤的煤巖組成與原煤相比，主要表現(xiàn)在鏡質(zhì)組及殼質(zhì)組含量較少，惰質(zhì)組較多，含有大量的礦物質(zhì)[4,5]。掌握中煤的煤巖類型對于其再次分選有著非常重要的意義，其中微二合煤含量最高，為70.63％；其次是微三合煤，為25.94％，微四合煤為3.425％。在大部分的煤巖組成中都含有礦物質(zhì)，主要為黏土礦物和黃鐵礦，并以細(xì)粒分散狀分布，從中煤的浮沉產(chǎn)品進(jìn)行煤巖分析表明，不同密度段產(chǎn)品的煤巖特征差別很大。中煤特殊的煤巖組成決定了其需要在一定的粒度條件下才能夠有效分選。礦物質(zhì)的賦存形式?jīng)Q定了分選的有效粒度大小。中煤中的礦物質(zhì)與煤大多都緊密連生，因此，為了最大限度地脫除礦物質(zhì)必須對煤進(jìn)行粉碎，解離礦物質(zhì)和其它組分，才能實現(xiàn)煤與礦物的高效分選，增加回收率[6]。

1.2 中煤的破碎組成及其分析

中煤的破碎解離應(yīng)根據(jù)煤質(zhì)情況而定，以實現(xiàn)低灰煤與高灰礦物分離的目的，盡量避免過度解離，既增加了經(jīng)濟(jì)投入，同時也帶來了超細(xì)粒煤回收的問題。有些煤中矸石易泥化，應(yīng)盡量避免過度粉碎；而有的煤種細(xì)粒、超細(xì)粒高灰物夾帶嚴(yán)重，需要破碎到較小的粒度才能實現(xiàn)解離。因此，解離需要選擇合適的粒度[7]。

2 中煤再選方案的提出

針對中煤的特殊性質(zhì)，中煤破碎再選也具有靈活的回收方式。

2.1 中煤破碎后重選

對于較難選煤，中間密度物含量較高，主選機(jī)中煤變得更為難選，一般采取主再選工藝。如果矸石易泥化，要盡量避免過度破碎，對于一般中煤，應(yīng)采用破碎再選工藝[8]。

1) 破碎有壓返回重介系統(tǒng)。

結(jié)合選煤廠的實際工藝特征，可以將中煤進(jìn)行適當(dāng)破碎，進(jìn)行一定程度地解離，并將其混入到有壓給料的混料桶或是無壓給料的介質(zhì)桶中，隨介質(zhì)一起進(jìn)入重介系統(tǒng)中，進(jìn)行再次分選，提高分選效果。

2) 破碎后直接返回到原煤中。

中煤主要是由于煤與脈石沒有徹底解離而產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，不可能直接將原煤破碎到充分解離。在主選中產(chǎn)生的中煤量相對較少，將其解離后符合重選的入料要求，因此，可以將其直接返回到原煤中，通過主選來回收精煤，既可以使精煤得到有效回收，也可獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 破碎、超細(xì)磨后使用絮凝劑-浮選

通常使用破碎機(jī)破碎后，再使用球磨機(jī)進(jìn)行超細(xì)磨，在磨碎后的礦漿中加入少量絮凝劑，使精煤結(jié)成一定的絮團(tuán)，再放入浮選槽中攪拌均勻，通過浮選方法進(jìn)行分離，而親水的礦物則留在礦漿中。該方案比較適用于夾雜較細(xì)的物料。

2.3 破碎后利用粗煤泥分選與浮選聯(lián)合的方法

由于受重介旋流器與跳汰機(jī)分選下限的影響以及中煤解離粒度的約束，同時隨著粗煤泥分選工藝的成熟，可以采取粗煤泥工藝與浮選工藝聯(lián)合的方法來回收精煤。比如，將煤破碎至1 mm以下，先通過0.25 mm分級；將0.25～1 mm粒級選取粗煤泥分選工藝，如TBS、螺旋分選機(jī)或煤泥重介質(zhì)旋流器；-0.25 mm粒級選取浮選機(jī)或者浮選柱分選，從而得到較高的精煤回收率。

3 中煤再選可行性研究

3.1 原煤的可浮性研究

試驗選用山東濟(jì)寧礦區(qū)的中煤，先對原煤進(jìn)行浮沉試驗，結(jié)果見表1。由表1繪制的中煤浮沉可選性曲線見圖1。

表1 中煤浮沉試驗結(jié)果表

從表1可以看出：該中煤-1.4 kg/L低密度級含量占20.21％，灰分為9.64％，存在跑煤問題。而1.0～1.8 kg/L中間密度級含量較大，占76.66％，灰分為22.49％。

從圖1中可以得到：當(dāng)精煤灰分要求為9.00％時，精煤產(chǎn)率為17.05％；當(dāng)精煤灰分要求為10.00％時，精煤產(chǎn)率為22.36％。

圖1 中煤浮沉可選性曲線圖

由于1.4～1.8 kg/L中間密度級含量較大，考慮通過中煤破碎可回收一部分低密度級的產(chǎn)物，故將中煤破碎至1 mm以下。

3.2 粗煤泥的可選性研究

將破碎后的中煤進(jìn)行0.25 mm分級，1～0.25 mm煤泥占66％，-0.25 mm煤泥占34％。對1～0.25 mm粒級的中煤進(jìn)行了浮沉實驗，結(jié)果見表2。由表2繪制的中煤浮沉可選性曲線見圖2。

表2 中煤1～0.25 mm小浮沉試驗結(jié)果表

圖2 中煤1～0.25 mm小浮沉可選性曲線圖

由圖2可以得到：當(dāng)精煤灰分要求為9.00％時，精煤產(chǎn)率為38.00％。當(dāng)精煤灰分要求為10.00％時，精煤產(chǎn)率為46.00％。

3.3 煤泥的可浮性研究

中煤破碎后-0.25 mm的煤泥采用浮選工藝，通過浮選機(jī)浮選得出最佳試驗條件后，進(jìn)行煤泥分步釋放試驗研究，結(jié)果見表3。根據(jù)表3的分步釋放浮選試驗結(jié)果，繪制出分步釋放浮選試驗曲線圖，見圖3。

表3 煤泥分步釋放浮選試驗結(jié)果表

圖3 煤泥灰分-產(chǎn)率曲線圖

煤泥浮選理論指標(biāo)可通過煤泥分步釋放試驗確定，即理想條件下煤泥浮選可得到的灰分和產(chǎn)率。由圖3可得：當(dāng)浮選精煤灰分要求為9.00％時，理論精煤產(chǎn)率為12.00％。當(dāng)浮選精煤灰分要求為10.00％時，理論精煤產(chǎn)率為23.51％。

3.4 中煤破碎后再選效果分析

將中煤破碎后的煤泥進(jìn)行粗煤泥分選與浮選試驗后，按照等灰分分選，可以得到：當(dāng)精煤灰分要求為9.00％時，理論精煤產(chǎn)率為29.16％。當(dāng)精煤灰分要求為10.00％時，理論精煤產(chǎn)率為38.35％。

可以看出，精煤產(chǎn)率有了較大的提高，效果良好。通過破碎后分選，可以從目前已分選的精煤中回收大量的低灰合格精煤，不僅避免了跑煤的問題，還提高了總精煤的回收率。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

綜上所述，對中煤產(chǎn)品進(jìn)一步解離或破碎到適當(dāng)?shù)牧６?，再選用適當(dāng)?shù)姆诌x方法進(jìn)行分選，從而回收其中的精煤產(chǎn)品，不僅具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)保效益，而且具有一定的科研價值。

1) 對中煤進(jìn)行簡單處理與分選后，可以從中煤中回收30％～40％的合格低灰精煤，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

2) 由于煤質(zhì)的不同，對于較難選煤會產(chǎn)生大量的中煤，這些中煤中含有豐富的精煤，對中煤的進(jìn)一步回收利用可以節(jié)約煤炭資源，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，改善生態(tài)環(huán)境。

3) 中煤的再選工藝目前研究較少，因此具有較大的研究價值與空間。煉焦中煤高性能破碎、超細(xì)磨礦技術(shù)、粗煤泥高精度分選技術(shù)以及高灰細(xì)泥的深度降灰、細(xì)粒物料的高性能脫水等問題的研究，對于研究中煤的再選利用和精煤的加工回收具有非常重要的意義。

5 結(jié) 論

中煤的性質(zhì)特殊，利用價值大，而目前優(yōu)質(zhì)煤在中煤中損失現(xiàn)象嚴(yán)重，對中煤充分解離，分離煤與脈石礦物后，再使用循環(huán)重介分選或粗煤泥分選與浮選相結(jié)合的分選，對中煤中的精煤進(jìn)行回收，提高其利用價值。通過對濟(jì)寧礦區(qū)煉焦中煤進(jìn)行深度破碎解離，并分別對粗煤泥的可選性和細(xì)煤泥的可浮性進(jìn)行試驗研究，發(fā)現(xiàn)在要求9％的精煤灰分下，可以得到29.16％的精煤產(chǎn)率；在要求10％的精煤灰分下，可以得到38.35％的精煤產(chǎn)率。通過分析，可以再次解離分選，從中煤中得到大量的低灰合格精煤，為企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

參 考 文 獻(xiàn)

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