文/郭清杰（淮北礦業(yè)股份有限公司煤炭運(yùn)銷分公司）

中國(guó)是煤炭生產(chǎn)大國(guó)，已探明煤炭資源總量超過5.9 萬億噸，為了保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，國(guó)家提出發(fā)展清潔能源、節(jié)能減排的目標(biāo)[1]，大力推進(jìn)“碳中和”“碳達(dá)峰”，而選煤廠智能化建設(shè)是“碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要一環(huán)。浮選是0.5 mm 以下粒級(jí)煤泥分選回收中應(yīng)用最廣泛也最有效的一種選煤工藝，占國(guó)有大中型選煤企業(yè)入選總量的10%～20%。如何滿足精煤質(zhì)量指標(biāo)要求、提高浮選效率和精煤回收率直接關(guān)系到資源有效回收利用和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益?；曳质敲禾咳紵蟮臍埩粑?，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)采樣、制樣、化驗(yàn)到報(bào)出結(jié)果，這一過程即使采用快速灰化測(cè)定法所用時(shí)間也超過1 小時(shí)，效率低，且存在采樣代表性差、人為誤差等問題，難以及時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)浮選過程中的精煤灰分，往往導(dǎo)致浮選加藥的時(shí)效性滯后，無法滿足均質(zhì)穩(wěn)定生產(chǎn)精煤的現(xiàn)場(chǎng)需求。

一、浮選加藥系統(tǒng)現(xiàn)有工藝及存在問題

1.浮選加藥系統(tǒng)現(xiàn)有工藝

浮選系統(tǒng)原料主要來自于脫泥篩篩下物、重介系統(tǒng)中各產(chǎn)品離心液和精煤、中煤磁選尾礦進(jìn)入分級(jí)旋流器后的溢流。按照煤泥水在進(jìn)入浮選過程之前是否經(jīng)過濃縮處理，分為直接浮選、濃縮浮選和半直接浮選三種浮選工藝。煤泥未經(jīng)濃縮處理而直接進(jìn)行浮選稱為直接浮選；煤泥經(jīng)過濃縮處理后才進(jìn)行浮選稱為濃縮浮選；煤泥部分經(jīng)過濃縮處理稱為半直接浮選。現(xiàn)有的浮選加藥工藝，是根據(jù)生產(chǎn)過程中人工采制樣反饋的產(chǎn)品質(zhì)量情況調(diào)節(jié)浮選藥劑添加量和藥劑比例，進(jìn)而控制產(chǎn)品灰分。

2.存在問題

目前大多數(shù)選煤廠采用的浮選加藥方式，操作煩瑣，生產(chǎn)過程中浮選機(jī)的入料、浮精、浮尾等需要操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷和對(duì)煤質(zhì)進(jìn)行及時(shí)檢驗(yàn)[2]。當(dāng)煤質(zhì)變化后，煤泥水濃度或粒級(jí)、黏度等發(fā)生改變，如果藥劑無法及時(shí)調(diào)整，極易因調(diào)整過度引發(fā)次生問題，同時(shí)不利于安全生產(chǎn)[3]。而加藥系統(tǒng)調(diào)節(jié)不及時(shí)，導(dǎo)致浮選系統(tǒng)與生產(chǎn)需求不協(xié)調(diào)，制約選煤廠生產(chǎn)運(yùn)行，加之制藥水溫度、酸堿度、加藥攪拌方式及攪拌時(shí)間等因素影響，導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)中藥劑消耗量增大，增加生產(chǎn)成本。有時(shí)現(xiàn)場(chǎng)存在操作人員缺乏經(jīng)驗(yàn)或責(zé)任心不強(qiáng)等現(xiàn)象，加藥量也存在很大的隨意性。

如果現(xiàn)場(chǎng)能夠?qū)崟r(shí)掌控浮選精煤的灰分，及時(shí)反饋灰分的真實(shí)情況，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行有效控制，上述問題就能得到解決。無源在線測(cè)灰技術(shù)就是解決問題的一個(gè)方向。

二、無源在線測(cè)灰技術(shù)應(yīng)用

1.技術(shù)概述

無源測(cè)灰技術(shù)是一種被動(dòng)探測(cè)技術(shù)，主要通過檢測(cè)煤炭中天然含有的微量放射性元素來分析灰分。煤層在漫長(zhǎng)的形成過程中，會(huì)有微量的放射性物質(zhì)如釷、鐳、鈾、鉀、銣等伴生，據(jù)相關(guān)研究報(bào)告，同一地質(zhì)區(qū)域的煤層中所含有的微量放射性元素的含量基本穩(wěn)定，而煤中的微量放射性元素全部存于礦物質(zhì)之中[4]。在無源探測(cè)技術(shù)中，利用微量放射性物質(zhì)探測(cè)組件，一方面用環(huán)境輻射屏蔽鉛室對(duì)宇宙射線進(jìn)行屏蔽，另一方面則對(duì)被測(cè)試的煤流中的釷、鐳、鈾、鉀、銣等放射性核素所發(fā)出的微弱射線進(jìn)行精確探測(cè)與定量分析，能夠得到與煤的灰分相關(guān)的表征數(shù)據(jù)。

相關(guān)地質(zhì)資料和微量元素探測(cè)技術(shù)研究表明，煤中微量放射性元素的能譜射線其實(shí)并不連續(xù)，呈現(xiàn)出明顯的脈沖現(xiàn)象。無源探測(cè)灰分技術(shù)目前有兩個(gè)方向：一是三元素（鈾、釷、鉀）能量峰法，二是五元素（釷、鐳、鈾、鉀、銣）瞬時(shí)射線法。三元素能量峰法是對(duì)煤中天然含有的放射性元素鉀、鈾、釷等3 種元素的能量譜線所形成的能量峰面積進(jìn)行計(jì)算，其缺陷在于煤中天然放射性元素的輻射能量?jī)H為環(huán)境輻射的負(fù)8次方，三元素的能量峰實(shí)際上可能會(huì)湮沒于環(huán)境輻射之中，準(zhǔn)確得到煤中元素的具體含量相對(duì)較難。五元素瞬時(shí)射線法是對(duì)煤中天然含有的釷、鐳、鈾、鉀、銣等5 種元素的能量譜線分別進(jìn)行檢測(cè)，可以精確得到各元素具體含量[5-7]。

2.無源在線測(cè)灰儀結(jié)構(gòu)及測(cè)灰特點(diǎn)

近年來，國(guó)內(nèi)多個(gè)廠家基于兩個(gè)測(cè)灰技術(shù)方向開發(fā)了多種類別的在線測(cè)灰設(shè)備。目前在淮北礦區(qū)應(yīng)用的AT-MHO-216W 無源在線測(cè)灰儀采用了橫跨膠帶機(jī)的門架式設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 無源在線測(cè)灰儀結(jié)構(gòu)示意圖

該在線測(cè)灰儀將灰分探測(cè)單元置于膠帶下方，可以有效接收來自膠帶上的煤流中天然放射性元素所發(fā)出的微弱的γ 射線；將微波雷達(dá)天線分別置于膠帶上下兩側(cè)，兩個(gè)天線之間的連線與皮帶垂直，有利于微波發(fā)射天線所發(fā)出的微波穿透皮帶上的煤流全斷面，從而測(cè)得煤中的全水分；整個(gè)灰分探測(cè)器的有效探測(cè)范圍內(nèi)的皮帶全部用鉛板進(jìn)行封閉，可最大限度屏蔽來自宇宙和地球的電離輻射，未被有效屏蔽的電離輻射即“噪聲”，在后續(xù)的算法中予以剔除[8]。

無源在線測(cè)灰特點(diǎn)是無放射源，可避免放射性污染，在正確使用的前提下，能達(dá)到一定的測(cè)量精度，且杜絕人為因素干擾，可將測(cè)定結(jié)果作為內(nèi)部結(jié)算依據(jù)，在線測(cè)灰時(shí)效性強(qiáng)，可避免灰分檢測(cè)滯后，有利于加強(qiáng)質(zhì)量過程控制，在煤量大且集中、采制樣工作強(qiáng)度大的場(chǎng)合可減輕職工的勞動(dòng)強(qiáng)度[9-12]。

3.現(xiàn)場(chǎng)的使用情況

為準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)過程中的動(dòng)態(tài)灰分，基于在線實(shí)時(shí)測(cè)灰對(duì)加藥系統(tǒng)進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，同時(shí)為進(jìn)一步論證無源在線測(cè)灰設(shè)備所測(cè)的灰分可靠性，從2021 年3月開始，我們?cè)谂R渙選煤廠隨機(jī)選取一臺(tái)應(yīng)用于浮選精煤生產(chǎn)的五元素?zé)o源測(cè)灰設(shè)備，按國(guó)標(biāo)人工采制樣和化驗(yàn)，所測(cè)灰分與灰分儀進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)比差值在0.09%～1.66%，91%以上數(shù)據(jù)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)比誤差在0.5%以內(nèi)。人工采制化數(shù)據(jù)的灰分平均值為10.50%，設(shè)備所有數(shù)據(jù)的灰分平均值為10.39%，兩者平均誤差為0.11%。

智能化加藥系統(tǒng)是選煤廠實(shí)現(xiàn)智能化的前提，回測(cè)AT-MHO-216W 無源在線測(cè)灰儀在淮北礦區(qū)的使用數(shù)據(jù)可知，設(shè)備的檢測(cè)精度較高，波動(dòng)范圍穩(wěn)定，誤差值小，能夠?qū)崟r(shí)在線測(cè)定，迅速向加藥系統(tǒng)反饋產(chǎn)品灰分，保證浮選藥劑添加量和藥劑比例得到及時(shí)調(diào)節(jié)，浮選系統(tǒng)與生產(chǎn)需求得以協(xié)調(diào)一致，減少了以往生產(chǎn)中藥劑消耗量過大的現(xiàn)象，降低了生產(chǎn)成本。

從以往灰分儀調(diào)試標(biāo)定情況看，若隨機(jī)安排從產(chǎn)品皮帶上取樣，經(jīng)過制樣進(jìn)行灰分化驗(yàn)，獲得的數(shù)據(jù)與從在線灰分儀軟件上同一時(shí)段前后各5 min 的灰分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，測(cè)量精度數(shù)據(jù)如表1 所示。該檢測(cè)精度對(duì)選煤廠生產(chǎn)參數(shù)調(diào)整有很好的指導(dǎo)作用，能夠滿足重介及浮選生產(chǎn)需要。

表1 灰分測(cè)量精度表

三、結(jié)語

使用無源測(cè)灰儀在線測(cè)灰得到基于在線實(shí)時(shí)檢測(cè)的灰分?jǐn)?shù)據(jù)，在遠(yuǎn)程控制中心即可及時(shí)反饋進(jìn)行浮選藥量調(diào)節(jié)，避免了基于人工采制化測(cè)灰造成的生產(chǎn)控制滯后、質(zhì)量偏離預(yù)期和隨意浪費(fèi)藥劑現(xiàn)象。無源測(cè)灰技術(shù)拓展了選煤廠智能化建設(shè)的場(chǎng)景，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐應(yīng)用及持續(xù)改進(jìn)，目前技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，相關(guān)產(chǎn)品檢測(cè)精度、穩(wěn)定性已經(jīng)能夠滿足浮選實(shí)時(shí)控制灰分所需，具有良好的應(yīng)用前景。