顧建軍

(中煤天津設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，天津 300120)

我國(guó)西部地區(qū)蘊(yùn)藏大量煤炭資源，這部分煤炭資源以低變質(zhì)程度的動(dòng)力煤居多，大部分灰分較高，發(fā)熱量較低，均需要進(jìn)行洗選加工以提高煤炭質(zhì)量，滿足國(guó)家對(duì)于動(dòng)力用煤灰分和發(fā)熱量的要求。但西部地區(qū)水資源匱乏，且部分低變質(zhì)程度的煤遇水易泥化，因而濕法選煤受到極大限制。針對(duì)此問(wèn)題，干法選煤表現(xiàn)出較高的優(yōu)勢(shì)，更適合此類缺水地區(qū)及易泥化煤質(zhì)的洗選加工。

在多種干法選煤設(shè)備中，復(fù)合式干法分選應(yīng)用較多，且取得較好效果。本文從工程角度針對(duì)復(fù)合式干法分選塊煤和末煤的排矸效率進(jìn)行分析，論述該選煤方法對(duì)塊煤和末煤的分選效果。

1 分選原理

復(fù)合式干法分選機(jī)由分選床、風(fēng)機(jī)、振動(dòng)機(jī)構(gòu)、吊掛裝置等組成，見(jiàn)圖1。物料在復(fù)合式干選機(jī)內(nèi)作螺旋翻轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，利用風(fēng)力和振動(dòng)力使床層松散，在重力作用下使不同質(zhì)量的物料實(shí)現(xiàn)分層，在分選機(jī)不同區(qū)段內(nèi)有煤粉和空氣形成的混合介質(zhì)，對(duì)塊煤起到按密度分選的作用。

圖1 復(fù)合式干法分選機(jī)結(jié)構(gòu)

復(fù)合式干法分選由多種效果共同作用，主要包括振動(dòng)、風(fēng)力、介質(zhì)作用等。

1.1 振動(dòng)和風(fēng)力作用

振動(dòng)和風(fēng)力為分選床層松散提供所需要的能量，使不同質(zhì)量的顆粒發(fā)生位置交換并實(shí)現(xiàn)分層。

根據(jù)熱力學(xué)第二定律：任何體系都傾向于自由能降低。邁耶爾將床層視為一個(gè)整體，提出床層分層前所具有的位能高，高于分層后所具有的位能。因此，只要給床層創(chuàng)造一個(gè)適當(dāng)?shù)乃缮l件，重物料就必然自發(fā)地進(jìn)入床層下部。振動(dòng)和風(fēng)力作用就是提供物料的一種松散條件。

1.2 介質(zhì)作用

介質(zhì)指的是入選物料中的細(xì)粒級(jí)煤粉。入料中的細(xì)粒物料作為介質(zhì)與空氣組成某一密度的懸浮層。粗顆粒物料在該懸浮層內(nèi)其分選效果與濕法選煤類似，密度大的物料下沉，密度小的物料上浮。

由于介質(zhì)的存在使復(fù)合式干法分選的入料級(jí)變寬，等沉比可達(dá)2.5以上。干選機(jī)單獨(dú)分選塊煤，由于塊煤間隙較大，導(dǎo)致在分選過(guò)程中風(fēng)由煤塊間隙吹出，使床層達(dá)不到最佳的分選效果。而添加少量的粉煤后，其與風(fēng)組成某一密度的懸浮層，填充在塊煤間隙中，有助于分選床層的松散和分層，提高分選效果。

上述多種作用共同施加于進(jìn)入干選機(jī)內(nèi)的物料，從而實(shí)現(xiàn)物料的有效分選。根據(jù)上述分析，各種作用綜合作用于塊煤和末煤后，其分選效果應(yīng)是塊煤好于末煤。由于塊煤質(zhì)量大，其振動(dòng)作用和風(fēng)力作用效果更明顯，而介質(zhì)作用主要是靠粉煤作為分選介質(zhì)；由于末煤質(zhì)量較輕，多被風(fēng)力吹起形成分選介質(zhì)而自身難以得到有效分選。因而復(fù)合式干法分選對(duì)于末煤分選效果較差，實(shí)際應(yīng)用中復(fù)合式干選技術(shù)主要用于動(dòng)力煤排矸。

2 250～6 mm塊煤干法分選排矸效率分析

塊煤干法分選目前工業(yè)應(yīng)用多為大于6 mm塊煤風(fēng)選。采用新疆伊寧地區(qū)某礦原煤的復(fù)合干法分選試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)該煤樣分選結(jié)果進(jìn)行分析。該礦塊原煤灰分25.18%，浮沉組成見(jiàn)表1。

表1 50～6 mm塊煤浮沉組成

采用干選機(jī)對(duì)該煤樣進(jìn)行分選實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2干選試驗(yàn)數(shù)據(jù)，精煤灰分12.87%，較原煤有較大降幅，產(chǎn)品質(zhì)量提高明顯，矸石灰分為80.35%，矸石產(chǎn)率為13.4%，矸石灰分高，達(dá)到矸石排放的要求。對(duì)照表1塊煤浮沉組成，當(dāng)精煤灰分為13.67%時(shí)，精煤濕法分選的產(chǎn)率為82.96%，此時(shí)表2干選精煤產(chǎn)率為80.49%，與濕法產(chǎn)率相差2.47%，差距較小。當(dāng)矸石灰分為72.68%時(shí)，根據(jù)表1，矸石濕法分選產(chǎn)率為24.66%，表2干選矸石產(chǎn)率為19.51%，與濕法產(chǎn)率相差5.15%，排矸率為79.11%。當(dāng)矸石灰分為80.35%時(shí)，表1矸石濕法分選產(chǎn)率為17.52%，表2干選矸石產(chǎn)率為13.4%，與濕法產(chǎn)率相差4.12%，排矸率為76.5%。干法分選的矸石雖有少部分矸石未被排出，但矸石排出絕對(duì)量較多，排矸率較好。對(duì)比干選試驗(yàn)和塊煤浮沉數(shù)據(jù)可見(jiàn)，塊煤干法分選，雖分選精度低于濕法分選，但大部分矸石能夠得到有效分離，矸石排出率大于75%，其綜合分選效果較好，能夠滿足動(dòng)力煤提質(zhì)要求。

表2 塊煤干選試驗(yàn)結(jié)果

復(fù)合式干法分選對(duì)塊煤雖有較好的分選效果，但與水洗仍有較大差距。根據(jù)上述計(jì)算的排矸率，有20%～30%的矸石不能排除，其效率明顯低于水洗。目前，塊煤重介分選設(shè)備Ep值為0.03～0.04 kg/L，而干法分選的Ep值僅能達(dá)到0.2～0.28 kg/L，干法選煤其錯(cuò)配物含量較大。分析干法選煤各密度級(jí)的錯(cuò)配物，精煤中錯(cuò)配的主要為中低密度級(jí)物料，矸石中錯(cuò)配的主要是中高密度級(jí)物料。干法分選為保證精煤質(zhì)量，且同時(shí)又需要防止矸石帶煤，就需要分出一部分中煤。該部分中煤除含有一定量的中間密度物外，又含有較多的錯(cuò)配低密度物和高密度物，如果該部分中煤能夠得到高效分選，將會(huì)大幅提升干選技術(shù)的分選效果。

在復(fù)合干選的實(shí)際生產(chǎn)中，為避免矸石帶煤造成資源浪費(fèi)，干選中煤多混入精煤產(chǎn)品。此做法存在的問(wèn)題是中煤中大量的錯(cuò)配矸石進(jìn)入精煤，而使精煤的降灰程度有限，發(fā)熱量提高有限。

為提高干選效果，解決中煤錯(cuò)配矸石較多的問(wèn)題，復(fù)合干法分選應(yīng)對(duì)中煤進(jìn)行再選。由于低密度的精煤和高密度的矸石排出，中煤多為分選密度較為接近的中密度物料，如果采用復(fù)合干選方法再選，其分選效率不高，仍會(huì)導(dǎo)致大量物料錯(cuò)配。因而國(guó)內(nèi)部分選煤廠中煤再選采用重介分選的方式，且取得了較好的效果，但重介分選需要用水，缺水地區(qū)或低變質(zhì)程度易泥化的煤不合適。射線/光電識(shí)別干選技術(shù)近年在煤礦得到了較多應(yīng)用，且取得良好效果。該選煤方法是對(duì)單個(gè)顆粒進(jìn)行識(shí)別和分選，受鄰近密度物影響較小，分選效率較高，但正是對(duì)單個(gè)顆粒進(jìn)行分選，因而其處理能力低。將該分選方法用于處理風(fēng)選后的中煤，既能對(duì)中煤進(jìn)行有效分選，又能避免分選大量原煤處理能力不足的問(wèn)題。

復(fù)合式干選與射線/光電識(shí)別干選技術(shù)配合使用，風(fēng)選起到對(duì)中煤的富集作用，射線干選起到對(duì)中煤精選的作用，二者聯(lián)合的洗選工藝，將會(huì)有效提升我國(guó)動(dòng)力煤干選技術(shù)，提高干法分選效果，使動(dòng)力煤質(zhì)量得到大幅提升。

3 6～0.5 mm末煤干法分選排矸率分析

末煤干法分選效果采用內(nèi)蒙高頭窯礦區(qū)某礦煤樣干選實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。該礦末原煤灰分23.01%，末煤浮沉組成見(jiàn)表3。

采用復(fù)合式干選機(jī)對(duì)該煤樣的6～0.5 mm末煤進(jìn)行干法分選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

由表3可見(jiàn)，大于2.0 kg/L密度級(jí)產(chǎn)率為16.32% ，灰分為81.79%。表4中，干選機(jī)分選后當(dāng)矸石灰分為86.39%時(shí)，矸石產(chǎn)率為1.72%，遠(yuǎn)低于大于2.0 kg/L密度級(jí)產(chǎn)率，說(shuō)明矸石排除效果差，大量矸石滯留在原煤中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效分選。

對(duì)照表3末煤浮沉組成可見(jiàn)，當(dāng)精煤灰分為20.98%時(shí)，精煤濕法分選的產(chǎn)率為96.59%，此時(shí)表4干選精煤產(chǎn)率為88.33%，與濕法產(chǎn)率相差8.26%，精煤差距較小。當(dāng)矸石灰分大于80%時(shí)，根據(jù)表3，矸石濕法分選產(chǎn)率為8.16%，表4干選矸石產(chǎn)率為1.72%，排矸率約為20%。當(dāng)矸石灰分為52.40%時(shí)，根據(jù)表3，矸石濕法分選產(chǎn)率為33.62%，表4干選矸石產(chǎn)率為5.58%，排矸率為16.60%，大部分矸石未被排出。上述結(jié)果表明，末煤干選，精煤灰分降幅較小，矸石產(chǎn)率遠(yuǎn)低于理論產(chǎn)率，大量矸石不能從原煤中分離出去，矸石排出率不足20%，導(dǎo)致精煤降灰程度小，產(chǎn)品質(zhì)量差。對(duì)比干選試驗(yàn)和末煤浮沉數(shù)據(jù)可見(jiàn)，末煤干法分選排矸率低，分選效果差。

表3 6～0.5 mm末煤浮沉組成

表4 6～0.5 mm末煤干選試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，復(fù)合式干法分選技術(shù)對(duì)于小于6 mm末煤分選效果差，未能實(shí)現(xiàn)有效分選，當(dāng)前技術(shù)條件下不適合用復(fù)合式干選機(jī)分選末煤。

4 結(jié) 語(yǔ)

總結(jié)上述塊煤及末煤干法分選的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，結(jié)合目前我國(guó)已運(yùn)行的干法分選設(shè)備的分選效果，復(fù)合式干法分選對(duì)于大于6 mm塊煤具有較高的分選能力，能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)塊煤的排矸提質(zhì)要求；對(duì)于小于6 mm末煤的分選效果不佳，現(xiàn)有的復(fù)合式干法分選技術(shù)不能滿足末煤的分選要求，開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新小于6 mm末煤的干法分選技術(shù)，提高劣質(zhì)末煤的分選能力和分選效果，是我國(guó)動(dòng)力煤干法分選技術(shù)未來(lái)發(fā)展的重要方向。

利用復(fù)合式干選技術(shù)富集中煤，射線/光電識(shí)別干選技術(shù)實(shí)現(xiàn)中煤精選，將會(huì)有效提升我國(guó)動(dòng)力煤干選技術(shù)，提高干法分選效果，從而大幅提升動(dòng)力煤質(zhì)量。