劉 嘉，崔 婷

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

提高煉焦用煤分選效率方法研究

劉 嘉，崔 婷

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

選取南方某選煤廠作為研究對象，通過縮分、制樣、小浮沉等一系列試驗及對相關(guān)洗選設(shè)備的改造，通過試驗數(shù)據(jù)確定各參數(shù)對該煉焦煤選煤廠分選效率的影響，從而確定該選煤廠提高煉焦用煤分選效率的方法。

煉焦煤；分選效率；浮沉試驗

0 引 言

隨著煤炭資源的日益開采，我國煤炭資源量逐漸降低，而在煤炭資源中，焦煤資源更加稀缺。因此，如何提高焦煤資源入洗分選效率，成為了近年來業(yè)界比較關(guān)注的課題。

1 研究思路與方法

選取南方某選煤廠作為研究對象，該選煤廠采用3GDMC1300/920A無壓三產(chǎn)品重介分選+煤泥重介+浮選回收焦精煤工藝，產(chǎn)品主要有以下幾部分組成：①重選精煤+13 mm塊煤，該部分產(chǎn)品直接經(jīng)脫介篩脫水成為精煤產(chǎn)品；②重選精煤-13 mm末煤，該部分經(jīng)離心機(jī)脫水后成為精煤產(chǎn)品；③精煤泥經(jīng)對斗弧形篩初步脫水后經(jīng)臥式離心脫水機(jī)脫水；④精煤對斗弧形篩篩下經(jīng)沉降過濾式脫水機(jī)脫水產(chǎn)品；⑤二次浮選精煤經(jīng)快開式壓濾機(jī)脫水后成為精煤產(chǎn)品；⑥二次浮精除雜篩篩上產(chǎn)品直接作為精煤產(chǎn)品。

由于三產(chǎn)品重介旋流器直徑較大，有分選粒度下限較低，導(dǎo)致細(xì)顆粒產(chǎn)品選別作用較差，部分細(xì)粒精煤進(jìn)入中煤當(dāng)中，造成精煤損失，同時些許高灰細(xì)泥進(jìn)入精煤當(dāng)中，造成精煤“背灰”，雖然通過煤泥重介旋流器進(jìn)一步脫泥，但具體脫泥效果有待試驗說明。所以如何提高細(xì)粒煤的分選效率成為了提高整體經(jīng)濟(jì)收入的關(guān)鍵點。

1.1 整體思路

研究主要依據(jù)是物質(zhì)數(shù)質(zhì)量守恒，原煤入料組成為xi，經(jīng)旋流器分選后溢流和底流組成分別為yi和zi，溢流產(chǎn)率和底流產(chǎn)率分別為n溢和n底根據(jù)物質(zhì)質(zhì)量守恒可得方程組：

式中：xi為原煤入料組成，%；n溢為溢流產(chǎn)率，%；yi為分選后溢流組成，%；n底為底流產(chǎn)率/%；zi為分選后底流組成，%。

根據(jù)上述方程組，采用Matlab軟件處理，便可以得到溢流和底流的產(chǎn)率，然后可以計算得到設(shè)備的數(shù)量效率等其他指標(biāo)。

1.2 原煤煤樣采制

該選煤廠入洗原煤主要是A礦煤與B礦煤，原煤配比比例為3:1，現(xiàn)按采樣方法從入洗膠帶上采取煤樣，每隔0.5 h使用鏟子從膠帶全斷面鏟取煤樣，每次至少采樣15 kg，連續(xù)采樣5 h；采樣后將煤樣晾干，然后過1 mm篩網(wǎng)，將篩下產(chǎn)品進(jìn)行堆積、縮分、留樣。將所得樣品過0.500、0.250、0.125 mm篩子，將篩上物料分別稱重并進(jìn)行小浮沉試驗。

1.3 3GDMC1300/920A旋流器－1 mm分離效率

保證分選密度不變，采用繩索將鐵桶送入精煤集料箱，每0.5 h取1桶物料，每次取10 L，將所取物料分別過1.000 mm與0.125 mm篩子，將1.000～0.125 mm粒級物料沖洗干凈留下，將所得物料烘干堆積，縮分，留樣，將樣品過 0.500、0.250、0.125 mm篩子，篩上物分別稱重并做小浮塵試驗。

中煤和矸石料筒采用同樣的方法取樣、制樣。

1.4 煤泥重介分選效率

采用同樣的分選密度，用鐵桶從煤泥桶中每隔0.5 h取料，連續(xù)取料5 h，將取得的料液過1.000 mm和0.125 mm篩子，將1.000～0.125 mm所得物料沖洗干凈，然后烘干、縮分、取樣，做小篩分試驗，并將篩上物進(jìn)行小浮沉試驗。

同樣采用鐵桶分別從煤泥旋流器溢流和底流口中取料，取料間隔為30 min，連續(xù)取樣5 h，將所得物料分別過1.000 mm和0.125 mm篩子，將1.000～0.125 mm物料沖洗干凈，烘干縮分取樣，將樣子進(jìn)行小篩分，將篩上物料做小浮沉試驗。

1.5 降低處理量

降低處理量可以減少重選系統(tǒng)中煤泥量的進(jìn)入，降低懸浮液黏度，增加磁性物介質(zhì)的含量，使得細(xì)顆粒受到向心浮力運動過程中所受到的黏滯阻力減少，增加了顆粒的選別作用，可以適當(dāng)提高分選效率，過分降低處理量，原煤系統(tǒng)中煤泥含量過低，造成懸浮液穩(wěn)定性下降，旋流器內(nèi)介質(zhì)分層嚴(yán)重，穩(wěn)定性差，影響精煤產(chǎn)品的分選，降低了精煤產(chǎn)品的分選效率。

1.6 改變溢流管插入深度

改變溢流管插入深度，主要是調(diào)節(jié)二段旋流器溢流管插入深度，二段旋流器溢流管插入深度增加，二段排料壓力提高，中煤灰分提高，一段與二段連接管進(jìn)料壓力提高，相當(dāng)于一段排料壓力提高，迫使部分物料從精煤溢流管排出，從而提高精煤產(chǎn)品回收率，但是灰分也相應(yīng)提高，如果插入深度過大，造成一段排料困難，精煤產(chǎn)品分選效率嚴(yán)重影響，所以改變溢流管插入深度對細(xì)顆粒的分選效率有一定影響，采取上述方法取樣制樣，對結(jié)果進(jìn)行分析。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 原煤資料

通過對 －1 mm入洗原煤樣子進(jìn)行篩分浮沉實驗，得到如下結(jié)果：

表1 入洗原煤1.000～－0.125 mm篩分組成

從表1中可以看出，1.000～0.125mm粒度的物料中0.500～0.125物料的含量約60%，所占比例特別大，該部分灰分較高，保持在35%左右，1.0～0.5 mm粒度精煤灰分較低，說明該部分顆粒中灰分較低的煤含量相對較多。根據(jù)原煤－1 mm篩分表1和浮沉組成表2，對原煤樣進(jìn)行綜合得到表3。

表2 原煤粒度浮沉組成

由表3可以看出，1.000～0.125 mm粒度范圍內(nèi)，各個密度級物料的分配基本相差較小，但灰分相差較大，為了獲得適當(dāng)?shù)木寒a(chǎn)品，分選密度應(yīng)當(dāng)控制在1.40 g/cm3左右，根據(jù)表3計算可得原煤1.000～0.125 mm粒度的累積數(shù)據(jù)，原煤累積計算見表4。

表3 原煤1.000～0.125mm浮沉綜合數(shù)據(jù)

表4 原煤累積計算

根據(jù)表4可以繪制原煤1.000～0.125 mm粒度的可選性曲線如圖1。

圖1 原煤1.000～0.125 mm粒度可選性曲線

從圖1中可以看出，洗選出灰分為11級精煤的產(chǎn)品理論產(chǎn)率為30%左右，可選性為難選，整體分選較難，分選密度在1.40 g/cm3左右。

2.2 3GDMC1300/920A分選效率

選用密度為1 470 g/cm3，入洗煤量為320 t/h左右，通過采樣制樣，分別得到精煤、中煤和矸石的篩分浮沉組成具體數(shù)據(jù)見表5—表8。

表5 精煤篩分組成

從表中可以看出，精煤1.000～0.500 mm粒度灰分較低，0.250～0.125 mm粒度的灰分偏高，導(dǎo)致精煤整體灰分提高，超出質(zhì)量要求，矸石當(dāng)中0.250～0.125 mm粒度灰分偏低，說明該粒度的選別性較差，部分高灰進(jìn)入精煤當(dāng)中，污染精煤，一些低灰精煤進(jìn)入到了矸石當(dāng)中。

根據(jù)質(zhì)量守恒原則，采用Matlab軟件中矩陣運算，可以得到精煤產(chǎn)率n精，中煤產(chǎn)率n中和矸石產(chǎn)率n矸，分別如下：n精=51.13%，n中=21.7%，n矸=27.17%。

表6 中煤篩分組成

表7 矸石篩分組成

表8 產(chǎn)品浮沉數(shù)據(jù)表

從原煤可選性曲線上可以查得精煤實際產(chǎn)率為N精；N精=58.3%

由此可得旋流器的數(shù)量效率為：

式中：n精為精煤產(chǎn)率，%；N精為精煤實際產(chǎn)率，%。

2.3 煤泥旋流器分選效率

根據(jù)對煤泥旋流器入料的采制樣，得到煤泥旋流器入料的篩分與浮沉資料，繪制煤泥旋流器入料的可選性曲線，如圖2。

圖2 煤泥旋流器入料可選性曲線

從其可選性曲線上可以看出，為了洗出11%左右的精煤產(chǎn)品，分選密度應(yīng)當(dāng)在1.410 g/cm3左右，煤泥旋流器中入料基本上都是－0.5 mm，且灰分基本在25%左右，中間密度1.4～1.5 g/cm3密度含量較多，如何提高該部分煤炭的分選效率成為了提高精煤產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。

對煤泥旋流器精煤和中煤產(chǎn)品分別采樣，分別得到各自的產(chǎn)品浮沉組成見表9。

根據(jù)表9，利用物質(zhì)量守恒，計算得到煤泥重介旋流器旋流器產(chǎn)品分部情況，煤泥旋流器產(chǎn)品質(zhì)量分布見表10。

由旋流器入料煤炭可選性曲線可以查得精煤理論產(chǎn)率為33.4%，則煤泥重介的數(shù)量效率為：

根據(jù)產(chǎn)品的浮沉組成以及產(chǎn)品質(zhì)量分布，可以綜合得到煤泥重介旋流器計算表見表11及煤泥重介旋流器的分配曲線如圖3。

根據(jù)圖3，可以得到煤泥重介旋流器Ep值為：

3 提高分選效率措施

3.1 降低處理量

將原煤入洗煤量從320 t/h降低至300 t/h，原煤配比A礦：B礦=3:1不變，分選密度保持在1 470 g/cm3，降低處理量后，通過取樣制樣，得到各產(chǎn)品的浮沉組成見表12。

表9 煤泥旋流器產(chǎn)品浮沉組成

表10 煤泥旋流器產(chǎn)品質(zhì)量分布

表11 煤泥重介旋流器計算表

圖3 煤泥重介旋流器分配率曲線

依據(jù)質(zhì)量守恒，利用Matlab矩陣運算，可以得到降低處理量之后的精煤、中煤和矸石產(chǎn)率，三產(chǎn)品旋流器產(chǎn)品組成見表13。

從原煤可選性曲線上可查得，精煤灰分16.35%時，精煤理論產(chǎn)率為44.7%，則降低處理量之后精煤 的質(zhì)量效率為：

表12 降低處理量后產(chǎn)品浮沉組成

表13 三產(chǎn)品旋流器產(chǎn)品組成%

分選效率較煤泥量大時候提高了2個百分點，由此可以說明降低處理量可以提高精煤的分選效率，使得－1 mm粒度顆粒分選效率提高，降低了－1 mm部分精煤的灰分，減少產(chǎn)品“背會”，提高產(chǎn)品質(zhì)量，為實現(xiàn)高精度分選提供可能。

同樣降低處理量之后，煤泥旋流器入料中煤泥量降低，煤泥旋流器內(nèi)泥量相對減少，磁性物含量相對增多，料液黏度降低，有利于分選。

根據(jù)質(zhì)量守恒，采用Matlab軟件利用矩陣運算，得到精煤產(chǎn)率N和中煤產(chǎn)率M。

從煤泥可選性曲線上查得，灰分12.07時，精煤理論產(chǎn)率約為30.5%，則降低處理量之后精煤產(chǎn)品數(shù)量效率為：

降低處理量后，對煤泥旋流器產(chǎn)品進(jìn)行浮沉分析，得到浮沉計算表14。

表14 降低處理量后煤泥旋流器產(chǎn)品浮沉計算

根據(jù)表14可以繪制出降低處理量之后的煤泥重介旋流器分配率曲線如圖4。

圖4 降低處理量后分配率曲線

從圖4中可以計算得到改變后的Ep值為：

通過對比降低處理量前后發(fā)現(xiàn)，煤泥旋流器Ep值從0.080降低至0.045，數(shù)量效率從85.2%提升至89.3%，分選精煤灰分從13.39降低至12.07，從各項指標(biāo)來看降低處理量有利于精煤質(zhì)量的提高，而且效果比較明顯。從原煤可選性曲線來看，想得到精煤灰分為10%～11%的產(chǎn)品，煤泥重介密度應(yīng)當(dāng)控制在1.410～1.430 g/cm3,分選產(chǎn)品的回收率大致在25%左右。

3.2 改變?nèi)a(chǎn)品重介旋流器二段插入深度

3GDMC1300/920A三產(chǎn)品重介旋流器的分選效率與自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)都有很大關(guān)系，現(xiàn)階段重控崗位司機(jī)可通過調(diào)節(jié)二段旋流器溢流管路插入深度來提高中煤產(chǎn)品灰分，防止矸石帶煤發(fā)生，同樣，改變二段旋流器溢流管插入深度，可以提高二段旋流器的分選密度，二段底流濃縮作用加強(qiáng)，底流濃度提高，旋流器排料壓力提高，進(jìn)而影響二段入料壓力，相對提高，導(dǎo)致一段排料壓力提高，迫使一段入料分選密度層改變，分選密度場等都有所變化，進(jìn)而改變細(xì)顆粒的分選效率，由于該方法嚴(yán)重影響正常的崗位生產(chǎn)，現(xiàn)只做定性分析，具體的影響結(jié)果需要進(jìn)一步實驗驗證。

3.3 提高旋流器入料壓力

旋流器入料壓力適當(dāng)提高可以提高細(xì)顆粒物料的分選效率，現(xiàn)在我該選煤廠煤泥旋流器入料泵和三產(chǎn)品重介入料泵應(yīng)采用變頻技術(shù)，如果煤泥旋流器增加變頻功能，選用大一點的煤泥重介泵，通過改變煤泥重介泵頻率，從而改變?nèi)肓狭髁亢蛪毫?，通過控制適當(dāng)?shù)拿耗嗔?，保證系統(tǒng)煤泥量的穩(wěn)定性，同時控制煤泥旋流器的分選密度，保證煤泥旋流器的分選密度穩(wěn)定性，這樣可以更好的控制粗煤泥產(chǎn)品的質(zhì)量，同時更好的適應(yīng)易碎煤與易泥化煤導(dǎo)致系統(tǒng)洗選惡化情況的發(fā)生。如若更換煤泥泵大小，煤泥旋流器的大小適當(dāng)?shù)囊矐?yīng)增加，現(xiàn)在該廠采用的350 mm煤泥旋流器，處理量有限，難以適應(yīng)現(xiàn)在日益惡化的煤炭，如果提高旋流器的直徑，旋流器的分選下線也有適當(dāng)?shù)奶岣?，這樣該部分粗煤泥的分選效率就難以提高，所以需要新型粗煤泥設(shè)備進(jìn)行再次分選回收精煤，才能更好的保證精煤產(chǎn)品的回收率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，防止資源浪費。

3.4 將精煤脫介篩1段合介篩孔增加到0.75 mm

精煤脫介篩1段合介篩孔增加，提高了高灰細(xì)泥的脫除，進(jìn)入煤泥旋流器當(dāng)中，而且，從對三產(chǎn)品旋流器分選效果來看，1 300 mm直徑對1 mm以下的分選效率欠佳，煤泥旋流器的分選效率有一定提高，將脫除的部分物料給入煤泥旋流器當(dāng)中，可以通過煤泥重介的再次分選作用，將0.75 mm以下的高灰物料進(jìn)一步脫除，保證精煤溢流產(chǎn)品灰分，減少三產(chǎn)品旋流器精煤產(chǎn)品背灰，但增加篩孔尺寸，增加了煤泥旋流器入料量，對于該廠現(xiàn)階段的設(shè)備情況來說，該方法可能會到時煤泥重介桶經(jīng)常漫料，煤泥旋流器底流濃度大，泵上料不穩(wěn)等生產(chǎn)事故產(chǎn)生，如果提高泵的功率和處理能力，該方法個人認(rèn)為應(yīng)當(dāng)有一定的可行性。

4 結(jié)論

1）采用A礦：B礦=3:1原煤煤量配比，原煤-1 mm粒度的可選性為難選，洗選出灰分為11級精煤的產(chǎn)品理論產(chǎn)率為30%左右，可選性為難選，整體分選較難，分選密度在1.40 g/cm3左右；

2）煤量控制在320 t/h左右，懸浮液密度控制在1 470 g/cm3，3GDMC1300/920A旋流器數(shù)量效率在87.7%左右；

3）煤量控制在320 t/h左右，懸浮液密度控制在1 470 g/cm3，煤泥重介旋流器數(shù)量效率在85.2%左右，Ep值為 0.08；

4）降低處理量可以提高-1 mm粒度物料的分選效率；

5）理論分析改變二段溢流口插入深度、脫介篩1段篩孔尺寸與煤泥重介泵變頻調(diào)速3種方法對提高1 mm物料的分選效率利弊，并提供改造建議。

參考資料：

［1］謝廣元.選礦學(xué)［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2001.

［2］李瓊.水力旋流器流場規(guī)律研究［D］.四川：成都科技大學(xué)，1991.

［3］褚良銀，陳文梅.水力旋流器［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

［4］褚良銀，陳文梅.水力旋流器分離理論［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.

［5］趙慶國，張明賢.水力旋流器分離技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［6］匡亞麗.選煤工藝設(shè)計與管理［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006.

［7］戴少康.選煤工藝設(shè)計實用技術(shù)手冊［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

［8］劉炯天，樊民強(qiáng).試驗研究方法［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006.

Research on improving the coal separation efficiency of coking coal

LIU Jia,CUI Ting

(China Coal Technology&Engineering Group Shenyang Design&Research Institute Co.,Ltd,Shenyang 110015,China)

This article selects a southern coal preparation plant as the research object,through dividing,sample preparation,small and a series of tests and the transformation of the relevant washing equipment,the effects of various parameters on the separation efficiency of coking coal preparation plant is determined by test data,so as to determine that the coal preparation plant can improve the separation efficiency of coking coal.

coking coal;separation efficiency;float test

TD921+.1

B

1671－9816（2017）11－0036－07

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.11.011

劉嘉，崔婷.提高煉焦用煤分選效率方法研究［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（11）：36-42.

2017-06-09

劉 嘉（1986—），男，河北秦皇島人，學(xué)士，2010年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)礦物加工工程專業(yè)，現(xiàn)就職于中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計研究院有限公司選煤工程所。

【責(zé)任編輯：陳 毓】