浮游選煤精選作業工藝效果評定方法的探討

郭雅利，王海艷，吳朝蕩，李 梅，薛 雨，吳大為

(1.唐山國華科技有限公司，河北 唐山 063020；2.北京國華科技集團有限公司，北京 101300)

浮游選煤精選作業工藝效果評定方法的探討

郭雅利1，王海艷2，吳朝蕩2，李 梅2，薛 雨1，吳大為2

(1.唐山國華科技有限公司，河北 唐山 063020；2.北京國華科技集團有限公司，北京 101300)

對浮游選煤精選作業工藝效果評定方法進行學術性探討，初步提出將精選完善指標作為主要評價指標，浮選精煤可燃體回收率和浮選精煤非可燃體脫除率作為輔助評價指標。依據數理統計分析，在一定條件下，精選完善指標和浮選精煤相對降灰率存在良好的正相關關系。

精選作業；工藝效果；精選完善指標；浮選精煤可燃體回收率；浮選精煤非可燃體脫除率

近年來，我國的浮游選煤工藝與設備不僅在煉焦煤選煤廠有了大幅度的進展，還在高爐噴吹用煤選煤廠和部分動力用煤選煤廠得到快速發展。由于入浮煤泥的選擇性一般較差，很多選煤廠都存在浮選精煤灰分高于重選精煤的現象。生產中不得不通過人為減小重力選煤的分選密度來降低重選精煤灰分，以保證最終精煤質量，這種重選為浮選“背灰”的現象，從技術經濟上來看很不合理。因為重選作業的處理量遠大于浮選作業的處理量，前者分選密度稍微降低，精煤灰分就會下降，導致大量精煤損失在重產物中。

本世紀以來，浮游選煤精選作業得到積極倡導，其目的在于消除重選“背灰”現象。上世紀頒布的MT/T 180—1988《選煤廠浮選工藝效果評定方法》有兩項評價指標，分別為浮選精煤數量指數ηif[1]和浮選完善指標ηwf，ηif主要用于評價不同選煤廠或不同煤粉、煤泥之間的工藝效果，ηwf主要側重于評定相同性質的煤泥在不同工藝條件或操作條件時的工藝效果，二者雖已得到廣泛應用，但僅適用于粗選作業，對于浮游選煤精選作業工藝效果的評定不夠準確，因此關于浮游選煤精選作業工藝效果的評定方法急需完善。

1 精選作業的主要功用

粗選作業的精煤灰分之所以高，主要是因為占產率份額最大的主導粒級(<0.03 mm粒級)灰分較高，精選作業的目的就是對混入粗選精煤的細泥再次分選。

1.1 精選流程

1.1.1 全部精選原則流程

粗選精煤全部精選原則流程如圖1所示，該流程也是最常見的傳統流程，既可在兩臺分別承擔粗選作業與精選作業的浮選機之間實現，也可在同一臺浮選機里操作—前幾室的粗選泡沫進入后幾室精選。如果精選泡沫采用壓濾機脫水回收，由于其固液分離徹底，濾液清凈不必再返回浮選，可直接作為循環水使用；如果精選泡沫采用加壓過濾機脫水回收，由于濾液中混有一定量的細煤泥，一般需要返回精選。

圖1 粗選精煤全部精選原則流程Fig.1 Rough flotation concentrate cleaning basic flowsheet

1.1.2 部分精選原則流程

粗選精煤部分精選工藝有多種形式，其中煤泥兩次浮選、精煤泥兩段回收工藝具有一定代表性，近年來該工藝已在我國260余座以重介質旋流器分選工藝為主導的選煤廠推廣、應用，其原則流程如圖2所示。精煤磁選尾礦經弧形篩控制浮選入料粒度上限后，篩下水進入浮選機粗選(即一次選)，粗選泡沫與弧形篩篩上物摻粗后，采用沉降過濾式離心脫水機脫水回收；離心機的離心液和濾液由另一臺浮選機精選(即二次選)，精選泡沫由快開式壓濾機脫水回收。離心機一般能回收85%以上>0.045 mm粒級的煤粒，故二次浮選是對以≤0.045 mm粒級為主的部分進行精選，該工藝實質上是對煤泥部分進行精選。

圖2 煤泥兩次浮選、精煤泥兩段回收原則流程Fig.2 Coal slime flotation twice & clean coal slime two-stage recovery basic flowsheet

1.2 精選作業的功用

望峰崗選煤廠、友誼選煤廠的粗選精煤分別采用全部精選工藝和部分精選工藝處理，2010年9月20日和2009年11月30日分別對兩廠精選作業的入料粒度組成進行分析，結果如表1所示。

表1 精選作業的入料粒度組成Table 1 Feed size composition of coal cleaning process %

由表1可知：

(1)兩廠精選作業入料之間的顯著差異在<0.03 mm粒級細泥產率上，友誼選煤廠該粒級細泥產率高33.05個百分點。由于友誼選煤廠采用的是煤泥兩次浮選、精煤泥兩段脫水回收工藝，而沉降過濾式離心脫水機具有脫泥降灰作用，精選作業入料為其離心液(含濾液)，灰分較高的細泥較多。

(2)兩者的共同點之一是>0.03 mm粒級細泥灰分較低，從其加權平均灰分來看，基本上是“合格產品”。兩者的另一個共同點是<0.03 mm粒級細泥產率在入料中最高，是精選作業的主導粒級，該粒級灰分遠高于>0.03 mm各粒級的灰分。粗選精煤灰分高的原因就是<0.03 mm粒級細泥產率高、灰分高，這對我國絕大多數選煤廠而言具有普遍性。

基于對精選入料粒度組成的簡要分析，可以明確精選作業具有以下兩點功用：

(1)要使精選精煤灰分降到與重選精煤灰分同一水平，關鍵是要對<0.03 mm粒級細泥進行有效分選，因此脫除浮選精煤非可燃體的數量是評定精選作業工藝效果的一項指標。

(2)在保證精煤質量的前提下，要盡可能多地回收>0.03 mm低灰分粒級，避免這些“合格產品”損失到尾煤中，故浮選精煤可燃體回收率也是評定精選作業工藝效果的一項指標。

2 MT/T 180—1988《選煤廠浮選工藝效果評定方法》的缺陷

2.1 精選作業工業試驗

2010年9月20日，以望峰崗選煤廠精選作業入料為對象，在入料濃度為180.30 g/L、灰分為12.56%的條件下進行工業試驗，考察浮選精煤可燃體回收率Ej、浮選精煤非可燃體混雜率Ew、浮選完善指標ηwf、浮選精煤數量指數ηif、浮選精煤非可燃體脫除率Et、精選完善指標ηcf、浮選精煤相對降灰率F的情況，結果如表2所示。

2.2 浮選精煤數量指數與浮選完善指標

望峰崗選煤廠精選入料的實驗室分步釋放浮選試驗結果如表3所示，根據表3數據繪制的浮選精煤產率-灰分曲線如圖3所示。

表2 望峰崗選煤廠精選作業工業試驗結果Table 2 Result of coal cleaning process commercial test in Wangfeng coal preparation plant %

表3 精選入料的分步釋放浮選試驗結果Table 3 Result of feed timed-release analysis of coal cleaning process %

圖3 浮選精煤產率-灰分關系曲線Fig.3 Relevant curve between yield and ash of flotation concentrate

由圖3可知：當浮選精煤灰分為10.33%時，浮選精煤理論產率為81.51%，浮選精煤數量指數為114.87%。在工業浮選機性能和操作條件優于實驗室環境的條件下，浮選精煤數量指數大于100%的情況時有發生。

根據表2數據計算的浮選完善指標為19.00%，而浮選精煤數量指數為114.87%，二者相互矛盾，精選作業工藝效果無法量化評定。

3 精選作業工藝效果的綜合評定

3.1 精選完善指標

根據國內外公認的漢考克(Hancock)總效率公式，包括精選作業在內的浮游選煤的理想目標是最大限度地將可燃體富集于精煤中，與此同時最大限度地將非可燃體排棄到尾煤中。可以概括地認為，煤炭中的灰分為非可燃體，灰分以外的物質為可燃體。因此，浮選精煤可燃體回收率可定義為精煤中可燃體占入料中可燃體的百分比值，浮選精煤非可燃體混雜率可定義為精煤中非可燃體占入料中非可燃體的百分比值，浮選精煤非可燃體脫除率可定義為尾煤中非可燃體占入料中非可燃體的百分比值，三項指標的計算式[2-3]分別為：

式中：Ej為浮選精煤可燃體回收率，%；Ew為浮選精煤非可燃體混雜率，%；Et為浮選精煤非可燃體脫除率，%；γj為浮選精煤產率，%；Aj為浮選精煤灰分，%；Ar為浮選入料灰分，%；

Ej用于評定精選作業中回收以>0.03 mm粒級為主的低灰顆粒的工藝效果的好壞，Et主要用于評定精選作業中分選以<0.03 mm粒級為主的灰分較高顆粒的工藝效果的優劣。二者是存在于精選作業工藝效果評定過程中的一對矛盾，從不同側面判斷工藝效果的好壞。若一味強調提高浮選精煤可燃體回收率，當Ej=100%時全部入浮煤泥就會進入精煤中；若一味強調增大浮選精煤非可燃體脫除率，當Et=100%時全部入浮煤泥就會進入尾煤中，一旦出現這兩種極端情況，浮選作業就完全失去分選功能。所以必須將這兩項指標有機結合起來，統籌考核精選作業的工藝效果。筆者提出了一項評定煤泥精選作業工藝效果的綜合指標—精選完善指標ηcf，其含義是浮選精煤可燃體回收率和浮選精煤非可燃體脫除率的幾何平均值，其表達式為：

ηcf在0～100%的范圍內變動，ηcf值越大，說明工藝效果越好；否則，說明工藝效果越差。當Ej和Et均為100%時，ηcf為極大值；當Ej、Et二者中一項為0時，ηcf為極小值，這符合工藝效果變動的規律。

3.2 評定實例

建議采用精選完善指標ηcf作為浮游選煤精選作業工藝效果評定的綜合指標(即主要指標)，浮選精煤可燃體回收率Ej和浮選精煤非可燃體脫除率Et作為精選作業工藝效果評定的輔助指標。現就粗選精煤全部精選作業和部分精選作業的工業試驗數據進行介紹。

3.2.1 全部精選作業工藝效果評定

以潘一選煤廠2011年技改投產后的數次工業試驗為例，該廠的粗選精煤全部精選原則流程如圖1所示。由于生產中加壓過濾機濾液返回精選，因此對其工藝效果評定時，按照MT/T 180—1988《選煤廠浮選工藝效果評定方法》進行。精選作業入料為不含濾液的煤漿(即粗選泡沫)，浮選精煤為加壓過濾機濾餅。四次工業試驗的分選指標和工藝效果如表4所示。

表4 全部精選作業的分選指標和工藝效果Table 4 Separation index and process performance in all coal cleaning process %

由表4可知：入料灰分較高者為14.78%，較低者為12.82%，二者相差不到兩個百分點，精煤質量波動很小；尾煤灰分除第一次試驗外，均穩定在73%左右；精選完善指標高者為57.25%，低者為46.35%。

3.2.2 部分精選作業工藝效果評定

采用煤泥二次浮選、精煤泥兩段回收工藝的梗陽等六座選煤廠的粗選精煤部分精選作業分選指標和工藝效果如表5所示。

由表5可知：浮選入料灰分除土城選煤廠為23.41%外，其余均在16.95%以下，精煤質量均符合各選煤廠要求；尾煤灰分高低不同，低者為38.29%，高者為63.16%，精選完善指標在49.31%～73.10%之間。

表5 部分精選作業的分選指標和工藝效果Table 5 Separation index and process performance in partial coal cleaning process

3.3.3 精選完善指標與浮選精煤相對降灰率

由于精選作業入料灰分高低不同，因此采用浮選精煤相對降灰率F來衡量精煤降灰幅度，其計算式為：

根據表2、表4、表5中11個精選作業指標繪制精選完善指標ηcf與浮選精煤相對降灰率F的散布圖(圖4)。通過散布圖可以直觀看出，隨著F值的增大，ηcf值也增大。由數理統計計算分析可得出，在11個指標中，F和ηcf呈正相關關系，其可靠性為99.99%，對應的回歸方程為ηcf=0.74F+34.16。該回歸方程表明：浮選精煤相對降灰率每增加1個百分點，精選完善指標就相應增加0.74個百分點。

圖4 精選完善指標與浮選精煤相對降灰率的散布圖Fig.4 Scatter diagram of coal cleaning perfect index and relative ash removal of flotation concentrate

浮游選煤精選作業的首要任務是保證精煤質量，在這個前提下盡可能地提高浮選精煤產率。從11個精選作業工藝效果評定指標來看，提高精煤相對降灰率是增加精選完善指標的主要措施。

4 結語

近年來，為了提高浮選精煤質量，增加企業和社會效益，許多選煤廠都設置了浮游選煤精選作業環節，這已成為我國選煤領域發展的一個趨勢。1988年實施的MT/T 180—1988《選煤廠浮選工藝效果評定方法》，是針對當初盛行的浮選粗選作業而制定的，因此精選作業工藝效果如何正確評定成為當前急需解決的問題。

針對精選作業入料的性質，探討性地提出了評定方法。在漢考克分離總效率概念的基礎上，將浮選精煤可燃體回收率和浮選精煤非可燃體脫除率作為評定浮游選煤精選作業工藝效果的兩個輔助評定指標，將二者的幾何平均值—精選完善指標作為主要評定指標。在任何選煤廠，只要化驗出入料、精煤、尾煤的灰分，便可簡便地計算出精選作業的工藝效果，而不必借助于實驗室浮選試驗。借用上述三項指標，對11個精選作業的工藝效果進行評定，其結果符合工藝變動規律。數理統計分析說明，浮選精煤相對降灰率與精選完善指標之間存在良好的正相關關系，這表明降低精煤灰分是提高精選完善指標的第一要務。

對于浮游選煤精選作業的工藝效果評定方法，仍需要深入地進行大量探索，筆者僅是進行學術性的初步探討，以期引起選煤界同仁的關注，起到拋磚引玉的作用。

參考資料：

[1] 吳大為，閆銳敏.浮游選煤技術(修訂版)[M].徐州：中國礦業大學出版社，2014.

[2] MT/T 180—1988選煤廠浮選工藝效果評定方法[S].

[3] MT/T 144—1997選煤實驗室分步釋放浮選試驗方法[S].

Discussion about process performance evaluation on coal cleaning by flotation

GUO Ya-li1, WANG Hai-yan2, WU Chao-dang2, LI Mei2, XUE Yu1, WU Da-wei2

(1.Tangshan Guohua Technology Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063020, China; 2.Beijing Guohua Technology Group Ltd., Beijing 101300, China)

Method of process performance evaluation on coal cleaning by flotation is discussed, proposed main evaluation index using cleaning perfect index and auxiliary ones using recovery of combustibles and removal of non-combustibles in flotation concentrate.Based on mathematical statistic analysis, better positive correlation between cleaning perfect index and relative ash removal of flotation concentrate occurs under a certain condition.

coal cleaning; process performance; cleaning perfect index; recovery of combustibles; removal of non-combustibles

1001-3571(2015)03-0063-05

TD943

A

2015-06-12

10.16447/j.cnki.cpt.2015.03.018

郭雅利(1982—)，女，山西省應縣人，工程師，主要從事選煤廠設計工作。

E-mail：gyl@ghkj.cn Tel：0315-5913401