張玉磊，王佳音，徐英芳，苑金朝，葉樹強，王鑫才

(1.北京國華科技集團有限公司，北京 101300；2.唐山國華科技國際工程有限公司，河北 唐山 063020)

1 概 述

21世紀以來，我國絕大多數(shù)煉焦煤選煤廠普遍推廣采用了全重介旋流器分選工藝，其中精煤磁選機尾礦處理方法日漸成熟，一些選煤廠采取技術(shù)措施，降低了重力選煤設(shè)備的分選下限，成功地回收了質(zhì)量良好的粗精煤泥，有效地將浮選入料上限控制在0.25 mm以下，取得了可觀的經(jīng)濟效益。

由于目前中煤磁選機尾礦(以下簡稱“中煤磁尾”)處理工藝還不完善，有的選煤廠因煤質(zhì)變化或生產(chǎn)波動等因素導(dǎo)致中煤磁尾中含有相當(dāng)數(shù)量的低灰分精煤，單純依靠現(xiàn)有的粒度分級措施，粗粒部分進入中煤產(chǎn)品會造成煤炭資源損失，進入精煤因灰分太高影響產(chǎn)品質(zhì)量，細粒部分進入煤泥，造成尾煤泥整體灰分偏低，所以中煤磁尾的處理工藝研究是非常必要的。

受開灤礦業(yè)集團委托，北京國華科技集團有限公司(以下簡稱“國華科技”)針對開灤集團所屬具有代表性的范各莊礦選煤廠中煤磁尾特性，通過超級煤泥重介質(zhì)旋流器試驗平臺，研究并優(yōu)化其精細化分級分選工藝，以期進一步提高選煤廠經(jīng)濟效益。

2 中煤磁尾特性

2.1 采樣條件

于2019年6月在范各莊選煤廠生產(chǎn)穩(wěn)定的狀態(tài)下進行采樣，相關(guān)生產(chǎn)條件列于表1，各試樣的物料性質(zhì)列于表2。

表1 采樣時生產(chǎn)條件

表2 各試樣物料性質(zhì)

2.2 粒度組成

參照GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗方法》標準，對中煤磁尾礦試樣采用預(yù)先濕法脫泥—干法篩分的試驗步驟進行粒度組成分析(表3)。為獲得更為精確數(shù)據(jù)，在試驗套篩中特別增加了孔徑為0.15 mm和0.10 mm 2個篩序。

表3 中煤磁尾粒度組成分析

由表3可知，中煤磁尾中1.0～0.5 mm粒級是主導(dǎo)粒級，產(chǎn)率為46.70%，而小于0.10 mm粒級產(chǎn)率僅有9.07%，這是因為該廠采用原料煤預(yù)先脫泥的重選工藝。從總體上看中煤磁尾中大于0.10 mm的煤泥產(chǎn)率高達90.93%，且灰分偏低，僅為31.85%。

2.3 密度組成

參照GB/T 478—2008《煤炭浮沉試驗方法》標準，對中煤磁尾各粒度級(>0.5 mm、0.5～0.25 mm、0.25～0.1 mm)進行密度組成分析，結(jié)果列于表4和表5。

表4 中煤磁尾各粒級密度組成分析

表5 中煤磁尾(大于0.1 mm綜合級)密度組成分析

由表4可看出：

(1)這3個粒級隨粒徑變細綜合灰分隨之提高，由30.81%提高到37.87%。

(2)隨粒徑變小，小于1.5 kg/L密度級累計產(chǎn)率隨之增加，由24.06%增至43.76%，累計灰分卻隨之降低，由13.30%降至8.11%。

表5中大于0.1 mm粒級的密度組成數(shù)據(jù)表明，其主導(dǎo)密度級1.5～1.6 kg/L，產(chǎn)率為20.84%。從β曲線(見圖1)可查得：當(dāng)精煤灰分10.50%時，理論產(chǎn)率27.30%，理論分選密度1.482 kg/L；密度小于1.4 kg/L的物料灰分6.82%，產(chǎn)率17.43%。說明中煤磁選機尾礦煤泥中存在數(shù)量可觀的低灰精煤產(chǎn)品，有繼續(xù)分選的意義。

圖1 大于0.1 mm粒級可選性曲線

3 研究方法及技術(shù)方案

采用理論與實踐相結(jié)合的方法，根據(jù)范各莊礦選煤廠生產(chǎn)情況制定采樣計劃，通過篩分試驗、浮沉試驗來研究中煤磁尾的特性。為盡可能地接近實際，在國華科技實驗室的試驗平臺采用工業(yè)使用的S-FHMC280型超級煤泥重介質(zhì)旋流器，模擬生產(chǎn)條件，進行精細分選，并制定了2種以超級煤泥重介質(zhì)旋流器為核心的分級分選工藝方案。

方案一：中煤磁尾+中煤脫介弧形篩篩下物，中煤磁尾為分選物料，中煤脫介弧形篩篩下物用于調(diào)配分選懸浮液。

方案二：中煤磁尾+精煤磁選機精礦(含粒度足夠細的磁性物)，中煤磁尾為分選物料，精煤磁選機精礦用于調(diào)配成分選懸浮液。

通過試驗平臺進行2種工藝的生產(chǎn)對比試驗，進而優(yōu)化工藝指標，最大限度回收范各莊礦選煤廠中煤磁尾中的低灰精煤。

4 平臺試驗

4.1 方案一(中煤磁尾+中煤脫介弧形篩篩下物)

4.1.1 試驗條件

試驗條件見表6。

表6 方案一的試驗條件

4.1.2 工藝效果

大于0.10 mm粒級分選情況見表7。根據(jù)該表數(shù)據(jù)繪制的計算入料可選性曲線見圖2，分配曲線見圖3。

表7 采用方案一時大于0.10 mm粒級分選情況

圖2 采用方案一時計算入料可選性曲線

圖3 采用方案一時分配曲線

(1)數(shù)量效率。數(shù)量效率是表征重力選煤工藝效果的一項重要指標，其定義是實際精煤產(chǎn)率與相同精煤灰分的理論精煤產(chǎn)率的百分比值。

查可選性曲線可得：當(dāng)精煤灰分為9.89%時，大于0.10 mm粒級的理論分選密度為1.510 kg/L，理論精煤產(chǎn)率為36.40%，δ±0.1含量(扣除沉矸)26.3%，屬較難選煤。根據(jù)入料及產(chǎn)物的密度組成，按相關(guān)操作計算步驟，可得實際輕產(chǎn)物(精煤)產(chǎn)率為31.66%，則數(shù)量效率為86.98%。

(2)可能偏差?？赡芷钍窃u價重力工藝效果的另一項重要指標。分配曲線越是趨向垂線，就表征其分選精確度越高，分配曲線的垂直程度可用可能偏差Ep值來量化表征。其值越小，就表示分配曲線中段越陡直，分選精度越高。

(3)錯配物含量(見表8和圖4)。分選密度δp=1.458 kg/L時，輕產(chǎn)物中的錯配量mh=3.70%，重產(chǎn)物中錯配量m1=3.30%，錯配物總量m0=7.00%。

表8 方案一錯配物分配

圖4 方案一的錯配物曲線

4.2 方案二(中煤磁尾+精煤磁選機精礦)

4.2.1 試驗條件

試驗條件見表9。

表9 方案二的試驗條件

4.2.2 工藝效果

大于0.10 mm粒級分選情況見表10。根據(jù)該表數(shù)據(jù)繪制的計算入料可選性曲線見圖5，分配曲線見圖6。

表10 大于0.10 mm粒級分選情況

圖5 方案二的計算入料可選性曲線

圖6 方案二的分配曲線

(1)數(shù)量效率。根據(jù)可選性曲線(圖5)查得：當(dāng)精煤灰分為10.15%時，大于0.10 mm粒級的理論分選密度為1.505 kg/L，理論精煤產(chǎn)率為30.83%，δ±0.1含量(扣除沉矸)28.1%，屬較難選煤。根據(jù)入料及產(chǎn)物的密度組成，按相關(guān)操作計算步驟，可得實際輕產(chǎn)物(精煤)產(chǎn)率為27.07%，則數(shù)量效率為87.80%。

(3)錯配物含量(見表11和圖7)。分選密度δp=1.455 kg/L時，輕產(chǎn)物中的錯配量mh=3.20%，重產(chǎn)物中錯配量m1=2.35%，錯配物總量m0=5.55%。

表11 方案二的錯配物分配

圖7 錯配物曲線

4.3 2個分選方案的平臺試驗工藝效果對比

2個分選方案平臺試驗的工藝指標見表12。

表12 工藝效果對比

從表12可知，用同一臺煤泥超級重介質(zhì)旋流器，在基本相近的入料壓力、入料濃度、入料密度和磁性物含量的工作參數(shù)下(表6、表9)，方案二的計算入料灰分和δ±0.1含量(扣除沉矸)分別比方案一的高2.04個百分點和1.80個百分點。也就是說在入料性質(zhì)相對稍差的條件下，方案二的數(shù)量效率要高0.82個百分點，可能偏差要低0.004 kg/L，錯配物含量要少1.45個百分點。Ep工藝指標要好一些，分選精度要高一些。

本研究的對象是中煤磁選尾礦中大于0.1 mm粒級的煤粒，為能獲得良好的分選指標，工作介質(zhì)(磁性物)的平均粒徑一定要遠小于分選顆粒。方案二采用的工作介質(zhì)來自于原料煤三產(chǎn)品重介質(zhì)一段精煤的溢流，由于在離心力場中磁性物也按其質(zhì)量大小進行分層的。因此在精煤溢流中富含了粒度細的磁性物。正是由于這些細介質(zhì)的參與，就成為方案二的工藝指標優(yōu)于方案一的一個重要原因。

5 實施前后工藝對比

范各莊礦選煤廠處理中煤磁尾現(xiàn)有工藝流程為：中煤磁尾由泵打至濃縮分級旋流器，旋流器溢流進入尾煤濃縮機，旋流器底流自流到煤泥弧形篩，弧形篩篩上物料作為粗中煤泥進入末煤離心機脫水，弧形篩篩下水進入尾煤濃縮機，末煤離心機離心液返回中煤磁選機。

本研究制定的分級分選新工藝流程(見圖8)為：中煤脫介篩稀介段篩下水進入新設(shè)的帶有擊打器的弧形篩(篩縫間隙為0.2 mm)，該弧形篩篩上物與原有精煤磁選機精礦分流進入新設(shè)超級煤泥重介質(zhì)旋流器分選，旋流器溢流進入精煤磁選機；新設(shè)弧形篩篩下物與超級煤泥重介質(zhì)旋流器底流進入原有中煤磁選機，中煤磁選機尾礦進入新設(shè)中煤濃縮機進行水力分級；中煤濃縮機溢流進入原有濃縮機，中煤濃縮機底流經(jīng)泵打至沉降過濾式離心脫水機脫水回收后摻入中煤，離心液進入原有濃縮機。

圖8 中煤稀介分級分選工藝流程

中煤稀介分級分選工藝對現(xiàn)有工藝系統(tǒng)主要有以下影響：

(1)現(xiàn)有工藝系統(tǒng)中煤磁尾中大于0.1 mm粒級的低灰粗精煤泥得到有效分選回收，該部分粗精煤泥返回現(xiàn)有工藝系統(tǒng)精煤泥脫水回收系統(tǒng)，會增加精煤泥脫水回收系統(tǒng)負荷。

(2)該工藝系統(tǒng)中煤磁尾中大于0.045 mm粒級經(jīng)濃縮分級、脫水回收后摻入中煤而非直接排放至尾煤泥，多回收中煤，減少了尾煤泥量，減小了尾煤濃縮以及尾煤壓濾系統(tǒng)負荷。

(3)按范各莊礦選煤廠年入選480萬t原料煤計算，新工藝每年可多回收精煤6 480 t，年銷售收入增加791.2萬元。

6 結(jié) 語

通過對范各莊礦選煤廠的中煤磁尾粒度組成和密度組成分析，反觀在其大于0.1 mm粒級中含有30%左右的低密度精煤，通過采用工業(yè)生產(chǎn)的S-FNMC280型煤泥重介質(zhì)旋流器的試驗平臺試驗表明，可以分選出灰分約為10%的精煤。2種分選方案對比試驗表明，用精煤磁選精礦作為煤泥重介質(zhì)旋流器分選介質(zhì)的方案，工藝指標更為優(yōu)越，可能偏差可為0.035 kg/L。在此研究的基礎(chǔ)上，制定了該廠的中煤磁尾精細分級分選的工藝流程。

本研究成果也可以在開灤礦業(yè)集團公司所屬其他選煤廠推廣使用，提高粗精煤泥的產(chǎn)率，減少尾煤泥量，降低煤泥水系統(tǒng)負荷，提高選煤廠整體經(jīng)濟效益。

我國有很多采用重介質(zhì)旋流器作為分選工藝的煉焦煤選煤廠，正如范各莊選煤廠的中煤磁尾那樣，含有相當(dāng)數(shù)量的低灰、低密度精煤。為了將選煤廠粗放型經(jīng)營，轉(zhuǎn)變?yōu)榫毣夹g(shù)管理，也可以將本研究作為技術(shù)借鑒。