姚明剛

（晉神能源有限公司 沙坪洗煤廠，山西 沂州 036500）

0 引 言

我國煤炭?jī)?chǔ)量豐富，煤炭種類多種多樣，特殊行業(yè)對(duì)煤炭品質(zhì)的要求各有不同。如冶金行業(yè)對(duì)焦炭的品質(zhì)要求甚高，且僅有精煤才能夠用于煉制焦煤。一般的精煤常通過洗選工藝從原煤中與中煤和矸石分離出來。在實(shí)際洗選過程中，由于洗選工藝的不合理導(dǎo)致精煤混入中煤中，進(jìn)而造成精煤資源以中煤的價(jià)格被銷售，導(dǎo)致稀缺資源的大量流失[1]。因此，需對(duì)洗選工藝進(jìn)行優(yōu)化，提升精煤的回收率。本文著重對(duì)粗煤泥深度洗選的回收工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 洗煤廠洗選現(xiàn)狀分析

洗煤廠的生產(chǎn)任務(wù)是將原煤通過脫泥篩進(jìn)行脫泥操作后，進(jìn)入重介質(zhì)旋流器中對(duì)原煤中的精煤、中煤以及矸石等產(chǎn)品進(jìn)行分選。其中，精煤經(jīng)脫介處理后基于精煤離心機(jī)對(duì)其中的水分進(jìn)行脫水處理后得到精煤產(chǎn)品，對(duì)應(yīng)的中煤所涉及的核心設(shè)備為中煤離心脫水機(jī)，對(duì)應(yīng)的矸石所涉及的核心設(shè)備為矸石離心脫水機(jī)。目前，沙坪洗煤廠在實(shí)際生產(chǎn)中主要系統(tǒng)包括重介質(zhì)系統(tǒng)和浮選系統(tǒng)均能夠正常運(yùn)行，但由于部分原煤中的煤泥含量由設(shè)計(jì)之初的10%增加至平均22%，最高時(shí)甚至可達(dá)30%。因此，完成沙坪洗煤廠粗煤泥的深度洗選工作極為重要。

目前，該廠針對(duì)粗煤泥分選工藝的流程設(shè)計(jì)如圖1所示。原煤在水沖溜槽的作用下被充分潤(rùn)濕后進(jìn)入脫泥篩中，其中，進(jìn)入脫泥篩中1 mm以下的煤泥進(jìn)入粗煤泥分選系統(tǒng)中，1 mm以上的煤泥進(jìn)入重介質(zhì)分選系統(tǒng)中[2]。

圖1 粗煤泥TBS分選工藝流程示意Fig.1 TBS separation process of coarse slime

由圖1可知，進(jìn)入粗煤泥分選系統(tǒng)中的原煤在水力分級(jí)旋流器的作用下，0.2 mm以下的煤泥進(jìn)入浮選機(jī)中，0.2～1 mm的煤泥進(jìn)入TBS干擾床分選機(jī)中。進(jìn)入TBS干擾床分選機(jī)的煤泥在精礦振動(dòng)弧形篩和尾礦振動(dòng)弧形篩的共同作用下實(shí)現(xiàn)精煤與TBS尾礦的分離。

經(jīng)對(duì)TBS尾礦的成分進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其中含有大量的可燃體未被完全回收，即TBS尾礦中混有一定量的精煤，導(dǎo)致精煤的回收率下降[3]。導(dǎo)致上述問題的主要原因在于TBS入料粒度的范圍較大，進(jìn)而對(duì)粗煤泥的分選效果造成影響。此外，原選煤工藝還存在以下問題：①重介質(zhì)精煤磁尾進(jìn)入TBS分選機(jī)中造成了對(duì)精煤的重復(fù)分選，增加了分選的生產(chǎn)成本；②粗煤泥采用兩產(chǎn)品TBS分選工藝，此種分選工藝對(duì)精煤回收率較低，造成了煉焦資源的浪費(fèi)；③進(jìn)入浮選系統(tǒng)中產(chǎn)品的濃度值較低，從而降低了浮選系統(tǒng)的處理能力，無形中造成了電能的浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)成本；④原回收工藝中壓濾系統(tǒng)處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，且所得產(chǎn)品中的水分較大，壓濾機(jī)的工作效率低[4]。

2 粗煤泥洗選回收工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

為提升粗煤泥中精煤的回收率，采用將兩產(chǎn)品TBS替換為三產(chǎn)品TBS的優(yōu)化改造措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)粗煤泥的深度分選，優(yōu)化后深度分選的工藝流程如圖2所示。

采用三產(chǎn)品TBS優(yōu)化分選方案后，工藝流程為1～0.2 mm的粗煤泥在三產(chǎn)品TBS排矸的作用下深度排矸—TBS分選出的中煤磨礦—煤泥直接浮選—尾煤濃縮壓濾。

根據(jù)沙坪洗煤廠日常生產(chǎn)的篩分、浮沉以及浮選的運(yùn)行狀態(tài)，針對(duì)圖2中的粗煤泥深度分選工藝流程圖設(shè)計(jì)質(zhì)量流程如圖3所示。

粗煤泥分選操作中采用水力旋流器將粗煤泥中的細(xì)泥脫除。實(shí)踐表明，水力旋流器的脫泥效率可達(dá)70%。圖3中精煤產(chǎn)率按照浮選操作精煤的產(chǎn)率計(jì)算，設(shè)煤泥的運(yùn)送速度為68.56 t/h，基于上述粗煤泥分選工藝流程后，進(jìn)入浮選機(jī)中煤量為原煤總量的50.73%，根據(jù)日常浮選機(jī)精煤產(chǎn)率為58.94%。可以得出粗煤泥經(jīng)磨礦浮沉操作+浮選操作后所得精煤的產(chǎn)量為：

圖3 粗煤泥分選質(zhì)量流程示意Fig.3 Quality process of coarse slime separation

按照沙坪洗煤廠最初設(shè)計(jì)的入洗能力為4 Mt/a，得出與當(dāng)前沙坪洗煤廠的精煤回收率相比較，采用圖2粗煤泥分選工藝流程后沙坪洗煤廠的精煤回收率可最少提高2.5%。

圖2 粗煤泥深度分選工藝流程示意Fig.2 Indication of deep separation process for coarse slime

2.2 工藝方案優(yōu)化

優(yōu)化后的工藝流程為，原煤進(jìn)入脫泥篩完成脫泥操作后基于重介質(zhì)旋流器分選得出對(duì)應(yīng)精煤、中煤以及煤矸石3種產(chǎn)品。其中，精煤由1 mm脫介處理后進(jìn)入精煤脫水機(jī)經(jīng)脫水處理后獲得；中煤由1 mm脫介處理后進(jìn)入中煤脫水機(jī)經(jīng)脫水處理后獲得；煤矸石由1 mm脫介處理后進(jìn)入煤矸石脫水機(jī)脫水處理后獲得。進(jìn)入合介桶的合格介質(zhì)主要包括有精煤脫介處理后除精煤外的合格介質(zhì)、中煤脫介處理后除中煤外的合格介質(zhì)、煤矸石脫介處理后除煤矸石外的合格介質(zhì)；進(jìn)入精煤磁選機(jī)的物質(zhì)包括有精煤脫介處理后除精煤外的合格介質(zhì)、精煤脫介處理后除精煤外的稀介以及精煤離心機(jī)中的離心液等，經(jīng)磁選機(jī)所獲得的精煤在此進(jìn)入合格介質(zhì)桶內(nèi)；進(jìn)入中煤磁選機(jī)的物質(zhì)包括有中煤脫介處理后除精煤外的稀介以及中煤離心機(jī)中的離心液等，經(jīng)磁選機(jī)所獲得的精煤在此進(jìn)入合格介質(zhì)桶內(nèi)；進(jìn)入煤矸石磁選機(jī)的物質(zhì)包括有煤矸石經(jīng)脫介處理后除煤矸石外的稀介，經(jīng)磁選機(jī)所得的精礦進(jìn)入合格介質(zhì)桶內(nèi)。

對(duì)優(yōu)化工藝后的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)率指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)，粗煤泥深度洗選回收工藝經(jīng)優(yōu)化后對(duì)應(yīng)TBS機(jī)分選后所得精煤的灰分小于10.5%；經(jīng)浮選機(jī)浮現(xiàn)后所得精煤的灰分小于11.5%。數(shù)量和質(zhì)量對(duì)比見表1。

表1 粗煤泥深度洗選回收工藝優(yōu)化前后產(chǎn)品對(duì)比Table 1 Comparison of products before and after optimization of deep washing and recovery process of coarse slime

由表1可知，粗煤泥深度洗選回收工藝優(yōu)化后精煤數(shù)量較優(yōu)化前增加了0.12 Mt/a，精煤質(zhì)量由優(yōu)化前的13.11%增大到14.12%，增量為1.01%。中煤數(shù)量工藝優(yōu)化后數(shù)量明顯降低，降低量約為0.51 Mt/a，中煤質(zhì)量也較優(yōu)化前明顯降低，降低量約為4.91%；煤矸石的數(shù)量?jī)?yōu)化后比優(yōu)化前增加約0.26 Mt/a。

2.3 優(yōu)化后洗選回收工藝的設(shè)備選型

工藝設(shè)備選型依據(jù)，煤泥入料速度為2 000 m3/h，煤泥水系統(tǒng)中水量系數(shù)為1；煤量系數(shù)為1.15；矸石系數(shù)為1.5。結(jié)合上述設(shè)計(jì)依據(jù)對(duì)洗選回收工藝中浮現(xiàn)系統(tǒng)的浮選能力、浮選精煤的脫水能力、浮選尾煤的脫水能力、煤泥水濃縮設(shè)備能力以及TBS精煤振動(dòng)弧形篩的處理能力進(jìn)行校核[5]。

2.3.1 浮選機(jī)的選型

浮選機(jī)的選型原則應(yīng)以對(duì)煤泥的處理能力進(jìn)行。沙坪洗煤廠煤泥水濃度為74.14 g/L，當(dāng)煤泥水濃度低于80 g/L時(shí)，應(yīng)以礦漿處理能力為選型浮選機(jī)的指標(biāo)。沙坪洗煤廠礦漿的流量為7～12 m3/h。目前，沙坪洗煤廠所采用的浮選機(jī)的型號(hào)為XJM-S16，4臺(tái)。每臺(tái)浮選機(jī)的處理能力為64×（7～12）=448～748 m3/h，取其平均值640 m3/h。則當(dāng)前洗煤廠浮選機(jī)的處理能力為：4×640 m3/h=2 560 m3/h。

經(jīng)對(duì)粗煤泥深度洗選工藝優(yōu)化后，進(jìn)入浮選機(jī)的煤泥量的流量為170.6 t/h，所選型浮選機(jī)處理礦漿的流量為0.6～1 t/h，對(duì)應(yīng)單臺(tái)浮選機(jī)的處理能力為64×（0.6～1）t/h=38.4～64 t/h，平均值為51.2 t/h，4臺(tái)浮選機(jī)的處理能力為4×51.2 t/h=204.8 t/h。

經(jīng)換算可知，目前4臺(tái)XJM-S16浮選機(jī)已具備足夠的處理能力，無需增加浮選機(jī)數(shù)量。

2.3.2 精煤脫水設(shè)備的選型

經(jīng)對(duì)粗煤泥深度洗選工藝優(yōu)化后，浮選精煤的量可達(dá)93.83 t/h。

目前，沙坪洗煤廠配置的過濾機(jī)型號(hào)為GPJ-120，2臺(tái)。該型過濾機(jī)的處理能力為60～96 t/h，精煤加壓過濾機(jī)的生產(chǎn)靈力為120～192 t/h，因此，現(xiàn)有2臺(tái)加壓過濾機(jī)可滿足優(yōu)化回收工藝的浮選精煤產(chǎn)量，無需增加壓濾機(jī)數(shù)量。

2.3.3 浮選尾煤脫水設(shè)備的選型

經(jīng)對(duì)粗煤泥深度洗選工藝優(yōu)化后，浮選尾煤的量可達(dá)76.77 t/h，對(duì)應(yīng)所需壓濾面積約為2 207.25 m2。

目前，沙坪洗煤廠配置的過濾機(jī)為開式隔膜壓濾機(jī)，3臺(tái)，每臺(tái)壓濾機(jī)可提供的壓濾面積為450 m2，洗煤廠所配置壓濾機(jī)可提供的壓濾面積為3×450 m2=1 350 m2。因此，需增加壓濾機(jī)的臺(tái)數(shù)或?yàn)閱闻_(tái)壓濾機(jī)更換較大的壓濾面積。

2.3.4 煤泥水濃縮設(shè)備的選型

經(jīng)對(duì)粗煤泥深度洗選工藝優(yōu)化后，要求濃縮機(jī)處理煤泥水的流量為2 488.01 m3/h，且工藝優(yōu)化后要求濃縮機(jī)提供的沉降面積為1 244 m2。

目前，洗煤廠共配置了2臺(tái)高效濃縮機(jī)，每臺(tái)濃縮機(jī)的沉降面積可達(dá)961.63 m2，2臺(tái)濃縮機(jī)可提供的沉降面積為2×961.63 m2=1 923.26 m2。根據(jù)煤泥水量，需配置2臺(tái)直徑為35 mm的高效濃縮機(jī)，且在應(yīng)用過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)濃縮機(jī)的管理，避免在生產(chǎn)中故障的頻繁出現(xiàn)。

2.3.5 弧形篩的選型

經(jīng)對(duì)粗煤泥深度洗選工藝優(yōu)化后，精煤磁尾水的總量為955.94 m3/h。

目前，洗煤廠配置的弧形篩的型號(hào)為BOSB242060，2臺(tái)，每臺(tái)弧形篩的脫水面積為5.02 m2，對(duì)應(yīng)每臺(tái)弧形篩的脫水能力為276.1 m3/h，洗煤廠的脫水能力為2×276.2 m3/h=552.2 m3/h，遠(yuǎn)小于其所需的955.94 m3/h。因此，洗選回收工藝經(jīng)優(yōu)化后續(xù)為根據(jù)TBS精煤及精煤磁尾水量配置對(duì)應(yīng)弧形振篩能力的濃縮設(shè)備。

綜上所述，粗煤泥分選工藝優(yōu)化后對(duì)應(yīng)主要工藝設(shè)備的選型結(jié)果見表2。

表2 優(yōu)化洗選回收工藝的設(shè)備選型Table 2 Equipment selection for optimizing washing and recycling process

2.4 洗選回收工藝優(yōu)化效果

經(jīng)對(duì)粗煤泥洗選回收工藝進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)關(guān)鍵工藝設(shè)備和輔助設(shè)備進(jìn)行重新核算選型后，不僅達(dá)到了提升精煤回收率，且解決了原洗煤廠針對(duì)粗煤泥洗選工藝中各分系統(tǒng)中的實(shí)際問題。經(jīng)實(shí)踐表明，洗選工藝優(yōu)化后的效果見表3。

表3 洗選工藝優(yōu)化前后對(duì)比Table 3 Comparison of washing process before and after optimization

按照精煤的銷售價(jià)格為794元/t，中煤的銷售價(jià)格為180元/t，煤泥的銷售價(jià)格為80元/t計(jì)算，洗選工藝優(yōu)化前每年的產(chǎn)值為1.17 Mt/a×794元/t+1.17 Mt/a×180元/t×0.22 Mt/a×80元/t=115 715萬元，優(yōu)化后每年的產(chǎn)值為，1.29 Mt/a×794元/t+0.66 Mt/a×180元/t×0.36 Mt/a×80元/t=117 186萬元，每年可增產(chǎn)1 471萬元。

3 結(jié) 論

（1）將原洗選工藝中的兩產(chǎn)品TBS分選改進(jìn)為三產(chǎn)品TBS分選，并針對(duì)性將洗選工藝中關(guān)鍵工藝設(shè)備和輔助設(shè)備進(jìn)行重新核算選型。

（2）經(jīng)對(duì)洗選工藝優(yōu)化后，不僅提高了原煤中精煤的回收量，而且洗煤廠每年可增產(chǎn)1 471萬元。