鄭 毅

(兗州煤業(yè)股份有限公司 選煤管理中心，山東 兗州 272100)

選煤工藝中的粗煤泥是指2～0.25 mm粒級煤，其特征是煤與矸石已較充分解離，且灰分一般比重選精煤稍高[1-3]。這部分煤泥的主要來源是開采過程中產(chǎn)生的原生煤泥和洗選過程中產(chǎn)生的次生煤泥[4-5]。隨著煤礦開采情況逐漸復(fù)雜，采煤機械化程度不斷提高，開采設(shè)備逐漸大型化，導(dǎo)致末煤在原料煤中所占比例逐漸增大，在選煤生產(chǎn)過程中，煤塊之間的相互碰撞及其與設(shè)備器壁之間的碰撞而產(chǎn)生的次生煤泥難以避免[6]。

近年來我國選煤工藝及設(shè)備逐漸發(fā)展成熟，大部分選煤廠形成了粗粒級煤采用重介分選、細粒級煤采用浮選的聯(lián)合選煤工藝。重介質(zhì)旋流器的有效分選粒度下限在0.25～2 mm粒級之間，隨著重介質(zhì)旋流器向著大型化發(fā)展，其分選粒度下限隨設(shè)備直徑的增大而增大；浮選是實現(xiàn)微細粒煤分選最有效的方法之一，浮選處理的粒度范圍有限，傳統(tǒng)浮選設(shè)備的實際高效分選粒度上限為0.25 mm，隨著浮選向微細粒分選領(lǐng)域的進一步發(fā)展，浮選粒度上限將有所下降；由此可見重介分選及浮選之間存在有效分選粒度缺口，粒度介于0.25～2 mm之間的粗煤泥得不到有效分選?？梢姶置耗嗟姆诌x回收將成為制約選煤廠工藝完善的關(guān)鍵性問題，并已成為選煤廠提高精煤產(chǎn)率的重要挖潛方向[7]。

1 常用粗煤泥分選設(shè)備

1.1 螺旋分選機

螺旋分選機主要由礦漿分配器、中心柱、螺旋溜槽和底流截取器等組成。礦漿經(jīng)分配器給入螺旋溜槽，沿溜槽向下做回轉(zhuǎn)運動。在這個過程中，重顆粒沉降速度快，沉入礦漿下層并逐漸向螺旋槽內(nèi)緣運動，輕礦物浮于礦漿上層，并因離心力向螺旋溜槽外緣轉(zhuǎn)移，最終顆粒由輕至重沿螺旋溜槽橫斷面從外緣至內(nèi)緣實現(xiàn)均勻排列，在排料端部設(shè)置截取器可獲得不同密度的產(chǎn)物，實現(xiàn)分選。螺旋分選機是選礦和粗煤泥分選常用設(shè)備之一，其結(jié)構(gòu)簡單，無運動部件，不需有壓給料，在分選密度較高時，螺旋分選機分選精度高，分選下限低。但是該設(shè)備機身高度大，單臺設(shè)備處理能力小，當分選密度較低時，分選精度和分選效果差[8-9]。

1.2 煤泥重介質(zhì)旋流器

粗煤泥分選旋流器通常采用小直徑重介質(zhì)旋流器。小直徑旋流器可產(chǎn)生較高離心系數(shù)，使物料在遠大于重力場的離心力場下實現(xiàn)分選。值得注意的是小直徑重介質(zhì)旋流器的重介質(zhì)粒度對其分選效果影響極大，當入料粒度遠大于介質(zhì)粒度時，該設(shè)備分選精度較高，分選密度范圍寬，具有良好的分選效果；當入料粒度逐漸接近介質(zhì)粒度時，分選精度顯著下降，為分選細粒級顆粒，需添加更細的重介質(zhì)，導(dǎo)致介質(zhì)回收難度加大，介質(zhì)損耗增加，因此該設(shè)備對預(yù)先脫泥有較高要求。另外，單獨為粗煤泥分選設(shè)置煤泥重介質(zhì)旋流器亦會導(dǎo)致選煤廠系統(tǒng)臃腫、操作難度大，并且生產(chǎn)成本顯著高于其他粗煤泥分選設(shè)備[10-12]。

1.3 干擾床分選機

1.3.1 傳統(tǒng)TBS

傳統(tǒng)TBS利用上升水流在槽體內(nèi)形成干擾床層，按密度對物料實現(xiàn)分選。物料經(jīng)入料管由上至下進入分選槽，與上升水流混合，形成“干擾床層”，入料中小于床層密度的顆粒將隨水流上升，從溢流口排出成為精礦，入料中密度較大的顆粒將克服上升水流的作用，在分選機內(nèi)做“干擾沉降”穿透床層向下運動，成為底流排出。TBS分選精度及分選效率高，對入料的變化適應(yīng)性強且運行成本低，但是傳統(tǒng)TBS利用鐘形或錐形排料閥進行間歇性排料，下部脫水區(qū)極易板結(jié)導(dǎo)致排料不暢甚至導(dǎo)致排料口堵塞，導(dǎo)致TBS分選機內(nèi)床層擾動，影響分選效果[13-15]。

1.3.2 TCS

TCS是新型干擾床分選設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 TCS結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可知，TCS主要由筒體、智能干擾器、頂水系統(tǒng)和尾礦排料裝置組成。TCS與TBS的分選過程及分選原理相似，均利用不同物料在上升水流作用下的干擾沉降速度差異實現(xiàn)物料分選，與TBS相比，TCS利用底流排料裝置實現(xiàn)了尾礦的均勻穩(wěn)定排放，避免了間歇排料導(dǎo)致的分選床層不穩(wěn)定和梭閥排料時尾礦排放口易堵塞的弊端，并利用智能干擾器強化顆粒的干擾沉降運動，減少粒級錯配，提高了分選精度，實現(xiàn)了低密度分選和高密度排矸功能[16-18]，因而具有更大的處理能力和更好的分選效果。TBS與TCS性能比較見表1。

表1 TBS與TCS性能對比

2 粗煤泥處理工藝改造

2.1 改造前粗煤泥回收工藝

鮑店選煤廠50～0 mm粒級原煤采用不脫泥無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，1.0～0.25 mm粒級粗煤泥采用濃縮旋流器分級后經(jīng)煤泥離心機脫水回收，0.25～0 mm粒級細煤泥進行浮選。改造前鮑店選煤廠粗煤泥回收設(shè)備流程如圖2所示。由圖2可知：粗煤泥未經(jīng)有效分選，僅利用疊層高頻振動細篩脫除高灰細泥，以達到降灰目的。近年來該選煤廠煤炭入選量和原煤中煤泥含量逐漸增加，疊層高頻振動細篩的降灰效果越來越差，即使進一步增大篩子的振幅與頻率，也難以達到預(yù)期降灰效果，可見僅靠篩分脫泥工藝已無法滿足選煤廠對粗煤泥回收的要求。

圖2 改造前粗煤泥回收系統(tǒng)設(shè)備流程圖

2.2 改造后鮑店選煤廠粗煤泥分選工藝

為完善分選工藝，鮑店選煤廠采用TCS對精煤磁尾進行分選。改造后粗煤泥回收設(shè)備流程如圖3所示。1.0～0.25 mm粒級粗煤泥經(jīng)過旋流器分級后的底流利用TCS進行分選，TCS的溢流經(jīng)過弧形篩、高頻篩及煤泥離心機脫除高灰細粒組分后摻入重介精煤，TCS的底流進入中煤磁尾桶。

圖3 改造后的粗煤泥回收系統(tǒng)設(shè)備流程圖

一般而言，TCS分選的Ep值在0.060～0.090 g/cm3范圍內(nèi)，TBS分選的Ep值在0.120～0.150 g/cm3范圍內(nèi)，因此TCS具有更高的分選精度。以6.0 Mt/a的選煤廠為例，當TBS分選Ep值為0.120 g/cm3，TCS分選Ep值為0.090 g/cm3時，選煤廠精煤可增產(chǎn)2.986萬t/a，可見TCS能夠較大幅度增加精煤產(chǎn)量。

表2 分選精度對選煤廠精煤產(chǎn)量的影響

3 TCS操作參數(shù)調(diào)整及其分選效果

3.1 頂水量對分選效果的影響

TCS頂水提供物料分選向上的浮力，對TCS分選效果有較大影響。為考察頂水量對TCS分選效果的影響，控制干擾器頻率為16 Hz，設(shè)定分選密度為1.165 g/cm3，在90～110 m3/h范圍內(nèi)調(diào)節(jié)頂水量，TCS分選指標如圖2所示。由圖2可知：精煤產(chǎn)率隨著頂水量的增大而逐步增大，同時精煤灰分也由7.02%上升至15.33%。綜合來看，當頂水量在98 m3/h時，精煤產(chǎn)率為41.17%，精煤灰分為9.65%，對應(yīng)尾煤灰分為25.39%，分選效果最好。

3.2 智能干擾器頻率對分選效果的影響

干擾器為TCS提供二次分選，能夠提高物料分選效率，提高精煤產(chǎn)率。智能干擾器頻率對TCS分選效果有一定程度的影響，設(shè)定頂水量為98 m3/h，分選密度為1.160 g/cm3，在15～30 Hz之間調(diào)節(jié)干擾器頻率，考察其對分選指標的影響，智能干擾器頻率對TCS分選效果的影響如圖5所示。由圖5可知：提高干擾器頻率能夠增大精煤產(chǎn)率，當干擾器頻率由15 Hz提高至30 Hz時，精煤產(chǎn)率由20.67%上升至86.63%，但是精煤灰分也隨之由7.88%上升至14.26%。當干擾器頻率設(shè)定為16 Hz時，精煤產(chǎn)率為42.83%，精煤灰分為9.75%，對應(yīng)尾煤灰分為23.69%，分選效果最佳。

圖4 頂水量對TCS分選效果的影響

圖5 智能干擾器頻率對TCS分選效果的影響

3.3 分選密度對分選效果的影響

分選密度是指TCS中自生床層的密度，是影響TCS分選效果的直接因素。設(shè)定頂水量、干擾器頻率分別為98 m3/h、16 Hz，在不同密度條件下對比分選指標，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知：當設(shè)定密度由1.160 g/cm3增至1.175 g/cm3，精煤產(chǎn)率由3.46%迅速上升至83.71%，精煤灰分由6.73%增至16.87%。當密度為1.165 g/cm3時，精煤產(chǎn)率為39.13%，精煤灰分為9.47%，尾煤灰分為25.06%，分選效果最佳。

圖6 分選密度對TCS分選效果的影響Fig.6 Effect of separating density on separation efficiency of TCS

3.4 最優(yōu)條件下的分選效果

TCS可分選粒度范圍為1.5～0.2 mm粒級，最佳分選粒度范圍為1.0～0.25 mm粒級[19-20]。鮑店選煤廠TCS入料粒度組成見表3。由表3 可知：入料中<0.25 mm粒級部分產(chǎn)率較大，且灰分高達42.52%，該部分物料很難通過TCS實現(xiàn)有效分選。

表3 TCS入料粒度組成Table 3 Size analysis of feed to TCS %

綜合前述各種不同參數(shù)條件下的分選指標，確定最佳運行參數(shù)為：頂水量為98 m3/h，干擾器頻率為16 Hz，設(shè)定密度為1.165 g/cm3。在最佳運行參數(shù)條件下，精煤、尾煤小篩分試驗結(jié)果分別見表4和表5。

表4 TCS精煤粒度組成Table 4 Size analysis of clean product of TCS %

表5 TCS尾煤粒度組成Table 5 Size analysis of tailings product of TCS %

由表3、表4 和表5可知：粗精煤產(chǎn)率為36.63%，灰分為9.39%，略高于重介精煤執(zhí)行灰分(9%)，但因為粗精煤泥量相對較少，對最終精煤灰分影響較小。尾煤中>0.5 mm粒級含量在50%左右，灰分為12.64%，>0.25 mm粒級含量為76.68%，灰分為14.73%，說明TCS分選系統(tǒng)沒有對粗煤泥完全“吃干榨凈”，尾礦整體灰分偏低，僅為25%左右，系統(tǒng)粒度控制和TCS操控仍有繼續(xù)優(yōu)化的潛力。

4 結(jié)語

鮑店選煤廠進行粗煤泥處理系統(tǒng)改造，通過采用TCS更換原有的高頻振動疊層細篩，對粗煤泥實現(xiàn)了有效分選，完善了洗選工藝，可有效解決鮑店選煤廠原粗煤泥直接摻入主選精煤而“背灰”問題，提高了粗精煤的質(zhì)量。通過試驗，確定了TCS最佳分選條件為：頂水量為98 m3/h，干擾器頻率為16 Hz，設(shè)定密度為1.165 g/cm3。在最佳分選條件下，粗精煤產(chǎn)率36.63%，灰分控制在9.39%，略高于重介精煤執(zhí)行灰分(9%)，由于粗精煤產(chǎn)量相對較小，可直接摻入主精煤，不影響主精煤灰分。但 TCS尾煤灰分整體偏低，系統(tǒng)粒度控制和TCS操控有深度優(yōu)化潛力。