楊 程

(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 太西洗煤廠，寧夏 石嘴山 753000)

寧夏汝箕溝礦區(qū)太西無煙煤資源主要賦存于侏羅紀(jì)延安組煤系地層，可采煤層有6層，煤層總厚度為12.36 m，地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對較為簡單，便于開采。汝箕溝礦區(qū)開采歷史悠久，截止2015年底預(yù)計(jì)剩余可采儲(chǔ)量僅為2.0億t左右。根據(jù)汝箕溝礦區(qū)規(guī)劃、生產(chǎn)能力和煤層賦存條件，神華寧煤集團(tuán)將汝箕溝礦區(qū)逐步改為露天開采。

由于開采方式的轉(zhuǎn)變，并且隨著開采機(jī)械化程度不斷提高，太西洗煤廠入洗原煤中煤泥含量逐漸升高，且不同程度地含有風(fēng)化煤、氧化煤、水銹煤等劣質(zhì)煤。在此種煤質(zhì)條件下，太西洗煤廠應(yīng)用的3GDMC1300/920A型三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器和FCSMC-3000型旋流微泡浮選柱，一定程度上降低了介于重選和浮選粒度交界附近粗煤泥的分選效果。在浮選中具有更高選擇性的旋流微泡浮選柱的應(yīng)用使得浮選分選粒度上限下降，而對該粒度范圍內(nèi)粗煤泥的分選，是現(xiàn)有洗選工藝的薄弱環(huán)節(jié)，嚴(yán)重制約了精煤產(chǎn)率及精煤質(zhì)量的提升。解決好粗煤泥環(huán)節(jié)的有效分選問題，減少精煤污染，對于保證全粒級精煤質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)精煤產(chǎn)率最大化和提高選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

關(guān)于浮選入料跑粗問題，尤其是煤泥中含有風(fēng)化煤、氧化煤、水銹煤的問題一直是浮選作業(yè)面臨的難題。近些年來，選煤行業(yè)普遍認(rèn)為以重選替代浮選是解決問題的有效方法。選煤行業(yè)常用粗煤泥分選的重選設(shè)備有：煤泥跳汰機(jī)、煤泥重介質(zhì)旋流器、螺旋分選機(jī)、干擾床等[1]。經(jīng)過比較，太西洗煤廠決定采用干擾床進(jìn)行粗煤泥的分選。

1 干擾床分選工藝應(yīng)用

1.1 干擾床分選原理

干擾床(以下簡稱TBS)的分選原理是：在頂水的作用下，物料在干擾沉降過程中按密度形成床層，輕產(chǎn)物在床層上方由溢流口排出，重產(chǎn)物在床層下方由底流口排出，從而實(shí)現(xiàn)輕、重產(chǎn)物的分選。TBS的兩個(gè)重要分選參數(shù)是頂水壓力和床層密度。通過設(shè)定床層密度和頂水壓力來調(diào)節(jié)床層、控制給排料量，每次設(shè)定或調(diào)節(jié)參數(shù)后，通過PID參數(shù)調(diào)節(jié)方式控制排料，通常0.5 h即可使床層達(dá)到新的穩(wěn)定平衡狀態(tài)[2-3]。TBS分選原理示意見圖1。

圖1 TBS分選原理示意

1.2 TBS分選工藝流程

太西洗煤廠二分區(qū)采用TBS替代現(xiàn)有螺旋分選機(jī)的粗煤泥分選工藝流程如圖2所示。煤泥水經(jīng)水力旋流器處理后，底流給入TBS，溢流進(jìn)入浮選入料池。TBS分選出的精礦通過弧形篩、煤泥離心機(jī)脫水后摻入末精煤，弧形篩篩下水、離心機(jī)離心液進(jìn)入浮選精礦池，與浮選精礦一起通過加壓過濾機(jī)回收；TBS的尾礦經(jīng)過弧形篩和高頻篩脫水后，篩上物摻入中煤，篩下煤泥水進(jìn)入浮選系統(tǒng)浮選。

圖2 采用TBS后的粗煤泥回收處理工藝

采用TBS后新工藝的特點(diǎn)：

(1)TBS入料采用水力旋流器預(yù)先分級脫泥處理，確保入料粒度滿足要求，減少了細(xì)泥對分選效果的影響。

(2)精礦采用弧形篩和煤泥離心機(jī)聯(lián)合脫泥脫水的處理方式，工藝簡單、高效，脫水效果好。

(3)入浮煤泥水濃度由原來的120 g/L降低至60～80 g/L，入浮煤泥粒度也基本控制在0.3 mm以下，浮選效果得到了一定改善。

1.3 設(shè)備選型

考慮到脫介篩篩縫磨損、篩板松動(dòng)以及末精煤離心機(jī)篩籃的磨損等原因?qū)е麓诸w粒增多，設(shè)備選型應(yīng)適當(dāng)偏大。綜合以上計(jì)算結(jié)果，水力旋流器組、TBS、清水泵、精礦、尾礦弧形篩、煤泥離心機(jī)及尾煤高頻篩各選擇1臺(tái)。設(shè)備選型見表1；TBS主要參數(shù)見表2。

TBS分選機(jī)選型考慮偏大，是為了滿足選煤廠未來產(chǎn)能提升及煤質(zhì)變化的需要。選用φ500 mm水力旋流器組相比原先使用的φ350水力旋流器，直徑更大，對入料量大小的波動(dòng)適應(yīng)能力強(qiáng)，分級效果更好，底流呈30 °夾角時(shí)濃度剛好滿足TBS入料要求。TBS頂水泵應(yīng)該選擇揚(yáng)程高而流量低的管道泵，以滿足頂水壓力要求，實(shí)現(xiàn)床層的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

表1 設(shè)備選型

1.4 運(yùn)行條件分析

1.4.1 TBS入料粒度范圍

TBS入料一般在0.2～3 mm。入料粒級越窄，粒度影響因素越小，分選效果越好。利用分級旋流器組能夠確保滿足TBS入料粒度要求。

1.4.2 TBS入料濃度

TBS入料濃度要求40.0%～60.0%。隨著入料濃度的上升，TBS分選過程中錯(cuò)配物總量不斷降低，當(dāng)達(dá)到55.0%時(shí)，錯(cuò)配物總量最低，然后隨著入料濃度的增大，錯(cuò)配物總量又逐漸上升。入料濃度過低或過高，都會(huì)對分選效果造成較大影響。

1.4.3 頂水壓力和流量

為使床層保持穩(wěn)定，TBS的頂水壓力和流量必須穩(wěn)定，才能使物料在干擾沉降過程中連續(xù)穩(wěn)定的按密度分選。

表2 TBS分選機(jī)性能參數(shù)

1.4.4 頂水濃度

選煤廠循環(huán)水濃度工藝指標(biāo)控制要求為不大于5 g/L，基本能夠滿足頂水濃度要求。頂水濃度過高，會(huì)影響分選并對精礦質(zhì)量造成污染。

1.4.5 生產(chǎn)過程控制分析

(1)TBS操作參數(shù)控制：控制器SP設(shè)定為1.32～1.36 kg/L，P=0.06～0.07 MPa，Q=20～37 m3/h、入料固體含量控制在40.0%～60.0%。

(2)要嚴(yán)禁粒度超限物料進(jìn)入TBS，防止大塊物料卡在底流重產(chǎn)物出口，影響正常排料。

(3)TBS溢流平緩穩(wěn)定時(shí)，用手指檢測溢流量，約為兩指時(shí)溢流量正好，說明設(shè)備工作正常。當(dāng)出現(xiàn)大幅波動(dòng)或者翻花現(xiàn)象時(shí)，需要調(diào)整頂水壓力或者入料量，以實(shí)現(xiàn)分選過程動(dòng)態(tài)平衡。

(4)與跳汰分選相似，操作工人可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用探桿來判斷床層情況，以適時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

2 應(yīng)用效果評價(jià)

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對TBS入料性質(zhì)、分選效果進(jìn)行了全面評價(jià)，結(jié)果見表3～表8及圖3。

表3 TBS入料及產(chǎn)品小篩分

從表3可以看出，0.125～0.5 mm粒級灰分較低，TBS分選效果較好，隨著粒度的進(jìn)一步減小，分選效果逐漸變差，說明TBS對粗粒煤泥分選較為徹底。

表4 計(jì)算入料粒度組成和分配率

由表4可見，各粒級在重產(chǎn)物中的分配率逐漸增加，其中大于0.5 mm粒級最低為9.57%，小于0.045 mm粒級最高達(dá)到41.76%，這表明粗粒質(zhì)量好于細(xì)粒，同時(shí)粒度對分選過程的影響較大，有大量細(xì)泥混入了精礦。

表5 TBS分選機(jī)入料及產(chǎn)物小浮沉數(shù)據(jù)

從表5可以看出，TBS精礦灰分為10.50%，尾礦灰分為52.09%，精礦和尾礦指標(biāo)都較理想，達(dá)到了工藝指標(biāo)要求。根據(jù)表5可以繪制出TBS分選機(jī)入料的可選性曲線，見圖3。

圖3 TBS分選機(jī)入料可選性曲線

從圖3可以得出，不同質(zhì)量等級情況下，理論精煤產(chǎn)率及可選性等指標(biāo)，可以看出這部分物料采用重選，可選性為易選。TBS入料的可選性分析數(shù)據(jù)見表6。

表6 TBS分選機(jī)入料可選性分析

對TBS產(chǎn)品分配率計(jì)算結(jié)果列于表7。

表7 TBS分選機(jī)產(chǎn)品分配率計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表7繪制出TBS分選機(jī)產(chǎn)品分配率曲線，見圖4。

圖4 TBS分選機(jī)產(chǎn)品分配率曲線

得到分配曲線相關(guān)參數(shù)：δ50≈1.704，δ75≈1.868，δ25≈1.548。根據(jù)分配曲線參數(shù)，計(jì)算TBS工藝效果如下：

TBS分選機(jī)分選工藝效果見表8。

表8 TBS分選機(jī)分選效果

由表8可見，該TBS分選機(jī)的可能偏差為0.16 g/cm3，數(shù)量效率為88.65%，說明TBS的分選精度相對較高。

3 結(jié) 論

TBS分選機(jī)在太西洗煤廠的成功應(yīng)用，使該廠二分區(qū)粗煤泥處理系統(tǒng)更加完善，精煤產(chǎn)率顯著提高。

(1)TBS精礦灰分為10.5%，降灰率達(dá)到了44.12%，比螺旋分選機(jī)高出7.87%；TBS能夠分選出符合指標(biāo)要求的高質(zhì)量精煤，能夠滿足工藝系統(tǒng)需求。

(2)TBS可能偏差為0.16 g/cm3，低于螺旋分選機(jī)0.09%；數(shù)量效率為88.56%，高于螺旋分選機(jī)14.46%。其性能明顯優(yōu)于螺旋分選機(jī)，分選精度相對較高。

(3)工藝改造后，選煤廠增加精煤產(chǎn)量3 t/h，計(jì)算精煤產(chǎn)率增加0.7%，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

(4)采用該工藝后，粗精煤灰分降至合理范圍內(nèi)，可避免主選精末煤“背灰”現(xiàn)象。

(5)大幅度減少了入浮水量，并確保了浮選入料粒度基本在0.35 mm以下，有利于浮選柱分選。

(6)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，處理能力大。由于采用循環(huán)水自壓給水，設(shè)備本身無運(yùn)動(dòng)部件，基本無故障。