唐于輝，王煥忠，彭 陽，張 鵬，萬光顯

(1.新汶礦業(yè)集團(tuán)內(nèi)蒙古能源有限責(zé)任公司 洗煤分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016214；2.山東新巨龍能源有限責(zé)任公司，山東 菏澤 274918)

新巨龍公司選煤廠(簡稱“新巨龍選煤廠”)是一座設(shè)計(jì)能力為6.00 Mt/a的礦井型煉焦煤選煤廠，系統(tǒng)配置可以滿足10.00 Mt/a的生產(chǎn)需要。選煤工藝為>50 mm粒級采用動(dòng)篩跳汰機(jī)排矸、50～0 mm粒級預(yù)先脫泥、50～0.5 mm粒級采用有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器主再選、<0.5 mm粒級浮選的聯(lián)合工藝。入選原煤以肥煤和1/3焦煤為主，原煤可選性為極難選。主導(dǎo)產(chǎn)品為優(yōu)質(zhì)煉焦煤，灰分小于8.00%(或8.50%)、硫含量小于0.60%，作為六(七)級冶煉精煤；副產(chǎn)品包括發(fā)熱量為22.16 MJ/kg、硫含量小于1.00%的中煤和發(fā)熱量為13.81 MJ/kg、硫含量小于1.50%的干燥煤球，作為發(fā)電和民用燃料。

為了完善粗煤泥分選系統(tǒng)，改善重介分選效果，2016年10月新巨龍選煤廠對粗煤泥分選系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用TCS智能粗煤泥分選機(jī)對0.5～2 mm粒級粗煤泥進(jìn)行分選。2017年7月粗煤泥分選系統(tǒng)改造完成，但浮選系統(tǒng)的煤泥性質(zhì)(主要是數(shù)量和粒度)發(fā)生較大變化，K-FV50NS充氣式浮選機(jī)(舊浮選機(jī))不能適應(yīng)煤泥性質(zhì)的變化，浮選效果變差，生產(chǎn)指標(biāo)波動(dòng)較大，進(jìn)而影響最終精煤指標(biāo)穩(wěn)定。同時(shí)，重介系統(tǒng)產(chǎn)能得到釋放，但由于舊浮選機(jī)性能較差，成為制約生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)能釋放和精煤產(chǎn)率進(jìn)一步提高的瓶頸。為此，2017年11月新巨龍選煤廠采用XJM-KS45型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)(新浮選機(jī))替換舊浮選機(jī)，新浮選機(jī)投入運(yùn)行后，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好。

1 XJM-KS45型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

XJM-KS45型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)主要由槽體、攪拌機(jī)構(gòu)、刮泡機(jī)構(gòu)、放礦機(jī)構(gòu)、假底穩(wěn)流裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、液位調(diào)節(jié)裝置等組成[1]，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 XJM-KS45型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

槽體由頭部槽體、中間槽體和尾部槽體組成，各槽體之間布置有埋沒式中礦箱，用于引導(dǎo)礦漿流動(dòng)，進(jìn)而防止出現(xiàn)“串料”問題。各浮選槽安裝有可調(diào)溢流堰，用于調(diào)節(jié)槽內(nèi)液面，使各槽液面與泡沫層存在一定高差，而整體液面通過尾礦箱閘板統(tǒng)一調(diào)節(jié)。槽體上方兩側(cè)各布置有一組精礦刮板，當(dāng)改變各槽溢流堰高度時(shí)，刮板直徑可在480～600 mm之間調(diào)整，以適應(yīng)浮選槽液面高度和各室泡沫層厚度。此外，假底穩(wěn)流裝置能夠?qū)崿F(xiàn)“假底下吸、周邊串流”式給料，有利于保持浮選機(jī)工況穩(wěn)定，進(jìn)而使其對入料量變化具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力[1-2]。

1.2 工作原理

在浮選機(jī)工作過程中，礦漿和藥劑充分混合后進(jìn)入第一槽假底下，葉輪旋轉(zhuǎn)在輪腔內(nèi)形成負(fù)壓，使混合物分別由葉輪下吸口、上吸口進(jìn)入混合區(qū)；同時(shí)，空氣沿導(dǎo)氣套筒進(jìn)入混合區(qū)，礦漿、藥劑與空氣在此混合。在葉輪離心力的作用下，混合物進(jìn)入礦化區(qū)，空氣被粉碎成氣泡，并與煤粒充分接觸，進(jìn)而形成礦化氣泡。在定子和紊流板的作用下，礦化氣泡均勻地分布在槽體截面，并向上升浮進(jìn)入分離區(qū)，富集后形成泡沫層(精礦泡沫)，由刮泡機(jī)構(gòu)刮出。假底上部未被礦化的顆粒通過循環(huán)孔和上吸口進(jìn)入葉輪，再次混合、礦化、分離。槽內(nèi)未被礦化的礦漿，通過中礦箱進(jìn)入第二槽假底下，并完成與第一槽相同的全部過程。如此循環(huán)后，礦漿進(jìn)入最后一槽，其經(jīng)分選后進(jìn)入尾礦箱，被排出成為最終尾礦[3-5]。

1.3 技術(shù)參數(shù)

XJM-KS45型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下：

參數(shù)

數(shù)值

單槽容積/m3

45

入料壓力/MPa

0.06～0.12

礦漿處理量/(m3·h-1)

1 200

干煤泥處理能力/(t·h-1·m-3)

0.6～1.0

單槽攪拌電機(jī)功率/kW

90

單臺刮板電機(jī)功率/kW

3

外形尺寸/(mm×mm×mm)

21 805×4 870×4 780

1.4 技術(shù)特點(diǎn)

XJM-KS45型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)具有以下技術(shù)特點(diǎn)[6-8]：

(1)入料端設(shè)置有管式微泡礦化器，用于替代礦漿預(yù)處理器，礦漿的礦化效率提高，且有利于簡化浮選工藝，強(qiáng)化浮選效果。

(2)“假底下吸、周邊串流”式給料集直流式、自吸式給料優(yōu)點(diǎn)于一體，既能克服直流式給料礦漿易“短路”的缺陷，又能解決自吸式給料礦漿通過量小的問題。

(3)針對煤種、粒度、濃度等特點(diǎn)，可以優(yōu)化流體動(dòng)力學(xué)參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高均勻度充氣和快速浮選，能夠提高浮選機(jī)的適應(yīng)性，進(jìn)而保證其對不同粒級煤泥的浮選效果。

(4)最佳入料濃度在90～105 g/L之間，在礦漿通過量相同的情況下，煤泥處理能力是K-FV50NS充氣式浮選機(jī)的1.50～2.00倍[9]。

(5)設(shè)備可靠性高，操作維護(hù)方便，礦漿液位單點(diǎn)既可自動(dòng)調(diào)節(jié)也可手動(dòng)調(diào)節(jié)；在同類產(chǎn)品中，能耗和藥耗均處于較低水平。

2 浮選系統(tǒng)改造

采用新浮選機(jī)替換舊浮選機(jī)后，浮選系統(tǒng)生產(chǎn)模式由“粗選+掃選”變?yōu)椤按诌x+精選”。目前，新巨龍選煤廠共有5條浮選生產(chǎn)線，對應(yīng)5臺浮選機(jī)，采用“4+1”布置方案[10-12]。在浮選系統(tǒng)生產(chǎn)正常后，將第2至第5條生產(chǎn)線的浮選機(jī)作為粗選浮選機(jī)，將第1條生產(chǎn)線的浮選機(jī)作為精選浮選機(jī)。粗選浮選機(jī)的尾礦進(jìn)入濃縮池，各槽精礦中的第1槽精礦進(jìn)入精礦池，第2至第4槽的精礦進(jìn)入精選系統(tǒng)。經(jīng)過再次分選后，精選作業(yè)的各槽精礦進(jìn)入精礦池，尾礦進(jìn)入分級旋流器。物料經(jīng)過分級處理后，溢流進(jìn)入濃縮池，底流采用高頻篩脫水后摻入中煤。浮選系統(tǒng)改造前后的設(shè)備流程如圖2所示。

圖2 浮選系統(tǒng)改造前后的設(shè)備流程圖

3 應(yīng)用效果

3.1 浮選入料性質(zhì)

受井下煤炭性質(zhì)變化和粗煤泥分選工藝的影響，入浮煤泥性質(zhì)發(fā)生了較大變化，具體見表1。由表1可知：在粗煤泥分選系統(tǒng)改造后，入浮煤泥中<0.075 mm粒級產(chǎn)率為58.27%，比改造前高5.28個(gè)百分點(diǎn)；入浮煤泥灰分為22.64%，比改造前高3.33個(gè)百分點(diǎn)。入浮煤泥中的高灰細(xì)泥含量增多，這是煤泥性質(zhì)發(fā)生較大變化的主要表現(xiàn)。

表1 改造前后的入浮煤泥性質(zhì)

注：增量以改造前數(shù)據(jù)為計(jì)算基準(zhǔn)。

3.2 浮選效果

在浮選系統(tǒng)改造期間，分別對新浮選機(jī)和舊浮選機(jī)的精礦、尾礦采樣和化驗(yàn)，兩種浮選機(jī)的精礦、尾礦粒度組成見表2。在入浮煤泥濃度為77.80 g/L的情況下，根據(jù)表2數(shù)據(jù)計(jì)算新舊浮選機(jī)的工藝性能指標(biāo)，結(jié)果見表3。

由表2、表3可知：

(1)新浮選機(jī)的浮選完善指標(biāo)為53.24%，比舊浮選機(jī)高4.44個(gè)百分點(diǎn)，說明其對當(dāng)前煤質(zhì)適應(yīng)能力更強(qiáng)。

(2)新浮選機(jī)的精煤中>0.075 mm粒級產(chǎn)率為42.02%，比舊浮選機(jī)高2.12個(gè)百分點(diǎn)，說明其對粗顆?；厥招Ч茫恍赂∵x機(jī)的精煤產(chǎn)率為66.34%，比舊浮選機(jī)高1.52個(gè)百分點(diǎn)，在相同煤質(zhì)條件下，精煤產(chǎn)率更高，且更易得到低灰精煤。

(3)新浮選機(jī)的精煤灰分為8.58%，比舊浮選機(jī)低0.87個(gè)百分點(diǎn)，且各粒級灰分均降低，重介精煤“背灰”現(xiàn)象大幅減輕，重介精煤灰分控制區(qū)間可以進(jìn)一步提高，有利于提高精煤產(chǎn)率。

(4)新浮選機(jī)的精礦濃度為243 g/L，比舊浮選機(jī)高43 g/L，采用加壓過濾機(jī)脫水時(shí)排料周期縮短，系統(tǒng)處理量顯著提高。此外，浮選精煤脫水工藝得以簡化，生產(chǎn)成本降低。

在保證浮選效果時(shí)，新浮選機(jī)的最佳入料濃度在90 g/L以上，在礦漿通過量相同的情況下，其處理能力更大。重介系統(tǒng)處理能力由1 600 t/h提高到1 750 t/h以上，生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)能得到釋放。

表2 新舊浮選機(jī)的精礦和尾礦粒度組成

表3 新舊浮選機(jī)的工藝性能指標(biāo)

注：增量以改造前數(shù)據(jù)為計(jì)算基準(zhǔn)。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

新浮選機(jī)投入應(yīng)用后，浮選精煤灰分降低，重介精煤無需為其“背灰”，使最終精煤產(chǎn)率隨之升高。據(jù)計(jì)算，在不考慮煤質(zhì)變化因素的前提下，新浮選機(jī)運(yùn)行后，精煤產(chǎn)率升高3.02個(gè)百分點(diǎn)。按照該選煤廠洗選能力7.50 Mt/a，精煤與中煤銷售差價(jià)1 000元/t計(jì)算，預(yù)計(jì)每年的銷售收入增加2.27億元，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

4 結(jié)語

XJM-KS45型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)運(yùn)行后，重介精煤“背灰”問題得到解決，精煤產(chǎn)率有所提升，說明其對新巨龍選煤廠當(dāng)前煤泥的適應(yīng)能力更強(qiáng)，分選效果更好。此外，由于該浮選機(jī)處理能力強(qiáng)、精礦濃度高，有助于提高脫水設(shè)備的處理能力，使浮選系統(tǒng)不再是整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的瓶頸，生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)能得到釋放。