田 亮，楊 碩，胡雅麗，侯增芳

(新汶礦業(yè)集團，山東 新泰 271219)

協(xié)莊選煤廠于1987年1月投產(chǎn)，原設(shè)計為120萬t/a的動力煤選煤廠，采用跳汰選煤工藝。隨著煤質(zhì)及市場的變化，2006年與南非DRA公司合作，對選煤廠進行了重介質(zhì)選煤工藝改造。改造后的設(shè)計入洗能力為150萬t/a，主要工藝流程為：入洗原煤經(jīng)選前脫泥—有壓兩段兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器主再選—粗煤泥螺旋分選—細煤泥浮選—尾煤泥壓濾回收。由于煤質(zhì)變化，2012年又對粗煤泥分選及浮選系統(tǒng)進行了改造，增加一套TBS粗煤泥分選設(shè)備，并將浮選設(shè)備更換為旋流微泡浮選柱。

隨著礦井開采深度的不斷延伸和機械化采煤程度的提高，入洗原煤中煤泥含量越來越多。原有螺旋分選機及TBS分選設(shè)備分選效率低，配套設(shè)備多，工藝復(fù)雜，不能很好的滿足生產(chǎn)需要，因此需對粗煤泥分選系統(tǒng)進行優(yōu)化改造。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

粗煤泥分選流程：原煤經(jīng)2 mm孔徑的脫泥篩脫泥后，篩下物進入脫泥桶，經(jīng)分級旋流器(FX840)分選，溢流進浮選，底流經(jīng)固定篩脫水；固定篩篩上物進螺旋精煤篩，固定篩篩下物進螺旋分選機。螺旋分選機分選產(chǎn)物(螺旋精煤、螺旋中煤、螺旋矸石)經(jīng)各自旋流器濃縮，螺旋中煤及螺旋矸石經(jīng)脫水后進入各自產(chǎn)品，螺旋精煤旋流器溢流和螺旋精煤篩篩下物進入TBS系統(tǒng)分選；螺旋精煤篩篩上物料因灰分較高不符合指標要求，再次進入低密度再選旋流器分選。

1.2 存在的問題

(1)螺旋分選機因使用年限長(10 a)，磨損嚴重，部分螺旋槽已無法正常分選，影響分選效果。

(2)螺旋精煤篩篩上物料灰分較高(28%左右)，需進入低密度再選旋流器進行分選；因細顆粒物料增加，影響了低密度區(qū)脫介篩的透篩效率，導(dǎo)致產(chǎn)品帶介相對增加。

(3)TBS分選機(φ3 000 mm)核定處理能力為120 t/h，目前處理量約為70 t/h。TBS入料泵，TBS分選機及高頻篩已達到滿負荷，若再提高處理量，TBS分選機溢流容易跑粗，影響浮選柱正常分選。

2 改造方案的選擇及煤質(zhì)分析

2.1 改造方案的選擇

目前國內(nèi)常用的粗煤泥分選工藝大體可分為兩類：一類是以重介質(zhì)為分選介質(zhì)的煤泥重介質(zhì)旋流器。一類是以水為介質(zhì)的粗煤泥分選工藝，主要有三錐角水介質(zhì)旋流器、TBS、螺旋分選機等。鑒于三錐角水介質(zhì)旋流器具有工藝簡單、投資小、見效快、生產(chǎn)成本低、設(shè)備磨損小、維修量低等特點，決定選用三錐角水介質(zhì)旋流器進行工藝改造。

2.2 粗煤泥粒度組成分析

為論證改造方案的可行性，采取脫泥篩下煤樣進行篩分試驗分析，結(jié)果見表1。

表1 煤泥小篩分試驗結(jié)果

從表1可以看出，該煤樣中大于20目含量較多，為26.09%，大于80目的累計產(chǎn)率為77.34%，說明適于重力分選的粗顆粒含量相對較多；該煤樣中細顆粒(小于325目)部分占8.22%，小于200目部分占11.38%，有利于旋流器分選密度層的形成。煤泥累計灰分為45.62%，灰分較高，意味著該部分煤泥進入主選系統(tǒng)會影響分選效果；其中大于80目粒級累計灰分為43.35%，說明對大于80目粒級煤泥實施有效分選是非常必要的。

2.3 粗煤泥密度組成分析

為了解粗煤泥密度組成情況，對煤樣中的粗煤泥(大于80目粒級)進行了小浮沉試驗，結(jié)果見表2。根據(jù)表2數(shù)據(jù)繪制的可選性曲線見圖1。

圖1 大于0.2 mm粒級煤泥的可選性曲線

由表2和圖1可以看出，粗煤泥中低密度級含量較多，且灰分較低，其中小于1.4 g/cm3密度級浮物累計產(chǎn)率為37.04%，灰分為7.40%，說明該粗煤泥中精煤含量較多；大于1.8 g/cm3的含量占48.88%，灰分為80.94%，說明矸石含量較大。從曲線上可查得，當(dāng)要求灰分為10.00%時，其精煤理論產(chǎn)率44.00%，占煤泥樣品的34.03%，其鄰近密度物含量(去除高密度物)為21.52%，可選性為較難選。采用水介質(zhì)分選設(shè)備分選該粗煤泥可以達到理想分選效果。

2.4 粗煤泥分選設(shè)備探索試驗研究

設(shè)計采用直徑100 mm的實驗室用三錐角水介質(zhì)旋流器對該粗煤泥進行分選試驗。將粗煤泥煤樣配制成160 g/L濃度，設(shè)定好初始結(jié)構(gòu)參數(shù)，開動礦漿泵，調(diào)整旋流器入料壓力，物料循環(huán)5 min后，對溢流、底流、入料分別采樣；改變旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)及操作參數(shù)，即錐體型號、溢流管直徑、溢流管插入深度、壓力等，重復(fù)上述試驗；考慮到目前選煤廠設(shè)備對細粒煤的分級狀況，將獲得的樣品進行濕式篩分，分出大于80目和小于80目粒級，分別測定兩個粒級的灰分和質(zhì)量，利用灰分平衡法計算精煤產(chǎn)率及綜合產(chǎn)率，結(jié)果見表3。

表3 煤泥分選試驗結(jié)果

2.5 浮沉試驗結(jié)果分析

為進一步考察三錐角水介質(zhì)旋流器分選精度，對溢流中大于80目部分和底流中大于80目部分進行了小浮沉試驗，結(jié)果如表4和表5所示。根據(jù)小浮沉試驗結(jié)果計算的分配率見表6。

表4 溢流中大于80目粒級小浮沉實驗結(jié)果

表5 底流中大于80目粒級小浮沉試驗結(jié)果

表6 三錐角水介質(zhì)旋流器產(chǎn)品分配率計算結(jié)果

由表4可以看出，精煤中以小于1.4 g/cm3密度級為主，其累計產(chǎn)率高達90.91%，灰分僅為6.36%，且精煤中大于1.5 g/cm3密度級含量非常少，由此可見，原始粗煤泥中含有大量精煤，而該設(shè)備能夠?qū)@部分粗煤泥進行有效分選。

由表5可以看出，底流中大于1.8 g/cm3密度級含量為57.42%，灰分高達84.03%，說明底流粗煤泥大部分為矸石。此外，底流中小于1.3 g/cm3密度級含量達13.01%，說明尚需進一步分選回收精煤。

從表6數(shù)據(jù)可以看出，旋流器底流(重產(chǎn)物)在低密度里分配較少，大多分配到高密度中，說明旋流器分選效果較好。

利用表6數(shù)據(jù)繪制的重產(chǎn)物分配曲線見圖2。從圖2可以查得分配率為75%時，分選密度為1.52 g/cm3；分配率為25%時，分選密度為1.32 g/cm3，實際分選密度為1.40 g/cm3。計算得三錐角水介質(zhì)旋流器對該粗煤泥大于80目部分進行分選時，可能性偏差Ep為0.10 g/cm3，不完善度I為0.250，說明該分選設(shè)備分選精度較好。

圖2 重產(chǎn)物分配率曲線

2.6 綜合試驗結(jié)論

通過一系列試驗分析研究，得到如下結(jié)論：

(1)煤泥中20～80目粒級含量相對較多，其中含有部分精煤；粗煤泥可選性為較難選，適于三錐角水介質(zhì)旋流器分選。

(2)粗精煤實驗室灰分為7.58%，此時粗煤泥精煤產(chǎn)率(占入料煤泥)為24.91%，數(shù)量效率為84.76%。

(3)分選精度Ep值為0.10 g/cm3，相對較低，可滿足生產(chǎn)要求。

(4)該部分煤泥用三錐角水介質(zhì)旋流器分選，工藝簡單，易于實現(xiàn)技術(shù)改造。

3 改造方案實施

為解決粗煤泥分選工藝不完善的問題，協(xié)莊選煤廠對系統(tǒng)實施了相關(guān)改造，新增一套三錐角水介質(zhì)旋流器粗煤泥分選系統(tǒng)，同時充分利用部分現(xiàn)有煤泥脫水設(shè)備，以盡量減少項目投資費用。改造后的工藝流程見圖3。

圖3 改造后的粗煤泥分選工藝流程示意

4 應(yīng)用效果

粗煤泥分選工藝改造完成后，系統(tǒng)運行效果良好，粗精煤泥灰分在10%左右，符合指標要求；三錐角旋流器底流灰分在45%左右，進入低密度區(qū)進一步分選后，中煤灰分在55%左右，對整個系統(tǒng)的優(yōu)化和經(jīng)濟效益的提高起到了積極作用。

(1)改造后浮選入料性質(zhì)得到改善，浮選入料量減少10%～15%，且能有效減少浮選跑粗現(xiàn)象。

(2)由于采用了三錐角旋流器分選，減少了精煤脫介篩上細粒精煤含量，有效改善了脫介效果，減少了產(chǎn)品帶介量。

(3)三錐角旋流器替代了原來的螺旋分選機及TBS，并停用了一系列配套設(shè)備，簡化了工藝，降低了電耗。

(4)改造后精煤產(chǎn)率提高約0.5個百分點，年可產(chǎn)生經(jīng)濟效益1 000萬元左右。粗煤泥由三錐角旋流器直接分選，停用原螺旋分選機及TBS部分設(shè)備，可減少電耗，年節(jié)約用電費用24.95萬元，合計年創(chuàng)經(jīng)濟效益1 024.95萬元。

5 結(jié) 語

此項改造項目利用三錐角水介質(zhì)旋流器有效替代原用的螺旋分選機及TBS設(shè)備，改善了分選效率低、配套設(shè)備多等問題。改造后精煤產(chǎn)率得以提高，生產(chǎn)成本降低，取得了良好的經(jīng)濟效益。另外，這一舉措還改善了浮選入料性質(zhì)，有效減少了浮選跑粗現(xiàn)象，減少了精煤脫介篩細粒精煤含量，改善了脫介效果，減少了產(chǎn)品帶介量。此項改造，對國內(nèi)同類選煤廠具有一定的借鑒意義。