極難選煤重介分選過程工藝參數控制要點分析

張力強

(中煤科工集團唐山研究院有限公司,河北 唐山 063012)

極難選煤重介分選過程工藝參數控制要點分析

張力強

(中煤科工集團唐山研究院有限公司,河北 唐山 063012)

本文闡述了我國煤炭的可選性評定標準及現階段極難選煤炭特別是稀缺煤炭資源利用不足的問題。針對稀缺的極難選煤炭資源，對重介質旋流器分選過程工藝參數控制的要點進行了深入剖析，為今后極難選煤炭的洗選加工過程中重介質旋流器產品的參數選擇提供了一定的技術支持。

重介質旋流器；極難選煤；工藝參數；控制要點

我國優質煤炭資源總量緊缺，存在地域分布不均衡，優質煉焦煤資源儲量不足的問題。同時由于我國煤炭資源極為復雜，可選程度多為難選、極難選，洗選及管理方式在選煤領域多為粗放式，這些都造成了煤炭資源在洗選利用過程中存在為保精煤質量，大量精煤進入中煤或矸石的現象，同時，焦、肥、瘦煤等稀缺煉焦煤得不到有效的保護和合理的應用，造成資源的極度浪費[1]，煉焦煤資源利用也存在不合理的狀況，在洗選過程中，部分稀缺煉焦煤中煤資源被當作動力煤使用。目前而言，提升原煤特別是極難選煤炭的一次洗選效率，獲得最大回收率是今后選煤領域特別是重介質選煤技術發展的方向和目標。

1 煤炭可選性評定標準

1996年我國制定出了國標GB/T16417—1996煤炭可選性評定方法，該評定方法廣泛應用于我國選煤行業，2009年為適應煤炭標準化技術的發展，對國標進行了進一步修訂，并于2011年9月發布。在選煤行業，該評定方法是應用最廣泛的標準之一，主要用于評定原料煤的可選性，并根據可選性的難易程度確定適宜的選煤工藝及設備參數[2]。其中煤炭可選性評定采用“分選密度±0.1含量法”(簡稱δ±0.1含量法)，目前，煤炭可選性等級劃分標準劃分見表1。

表1 煤炭可選性等級劃分

2 重介分選過程工藝控制要點

在我國選煤工藝中，重介質選煤、跳汰選煤、浮選等選煤工藝被廣泛應用，其中重介質選煤工藝是公認的洗選效率最高的選煤方法，洗選效率可達到95%以上，但仍存在精煤損失、資源浪費的現象。其他選煤方式，如跳汰選煤、干法選煤等，洗選效率相對較低，特別是處理較難選煤炭時，洗選效率低下，使得大量精煤進入尾煤造成浪費。近年來，煤炭行情持續低迷，深入實施精煤戰略，合理優化煤炭產業結構，提高精煤產量，成為煤炭企業走出困境的迫切需求。

煉焦煤洗選時，由于煤炭一次洗選效率不足，使得中煤資源仍能提取出大量精煤，具有一定開發利用的價值。中煤再洗回收過程雖然能提高企業經濟效益，實現資源高效再利用，但經過一次洗選后，該部分中煤再次洗選的難度加大，同時煤炭一次洗選效果不理想，將加大煤炭二次洗選的負擔，出現二次洗選投資量大、工藝系統復雜等很多問題。

對重介質選煤技術而言，雖然洗選效率高，能在一定程度上完成分選工作，但分選效率也由95%以上降至90%甚至80%以下，洗選效率的大幅度降低不僅需要在工程設計時增加額外環節，同時也造成后續運行過程中資源的極大浪費。

2.1 重介質旋流器的結構形式及參數

旋流器的結構形式及參數對原煤的分選結果至關重要[3]，目前傳統重介質旋流器的系列化產品基本能滿足目前實際需求，但對極難選煤的洗選仍存在效率不高、產品不穩定的現象。

目前傳統重介質旋流器從結構形式及參數上來講，基本形成了完善的理論及套路，入料口尺寸、筒體直徑、溢流管直徑及底流口直徑等結構參數都已形成了固定范圍內的對應比例關系，基本可以適應一定范圍內煤質變化或煤的可選性變化的需求，但隨著煤的可選性難易程度的增加，傳統重介質旋流器也出現了分選精度下降、分選效率降低、可操控難度增加等現象。針對煤炭的可選性持續變差的情況，例如處理±0.1含量超過50%甚至60%的極難選煤炭，采用傳統重介質旋流器已無法滿足需求，其中分選精度Ep值大幅度上升至0.06甚至0.07以上，分選效率隨之下降至90%乃至80%以下，重介質分選高效性不再顯著。

針對以上現象，旋流器需要設計新的結構形式以適合新形勢下的分選過程。首先對旋流器入料口尺寸、筒體直徑、溢流口直徑及底流口直徑等關鍵部位進行優化創新，再者基于旋流器內部能耗規律、液固比等方面設計旋流器的整體結構及動力給入方式，使得旋流器內部流場更加均勻穩定，同時通過合理的結構形式，提升旋流器對極難選煤炭的適應性，實現重介質旋流器對極難選煤炭的有效分選。

2.2 介質循環量與入介壓力

由于重介質旋流器的容積相對較小，重介質懸浮液和原煤在其中僅停留幾秒的時間，為了保證一定的液固比，重介質旋流器的循環懸浮液量需要加大用量。對于不同粒度和密度的原煤而言，循環懸浮液量一般在3～5 m3/t左右，重介質旋流器的分選效率受介煤比的影響較大，采用三產品重介質旋流器應提高懸浮液用量。

針對極難選煤炭的可選性特性和顆粒在黏性重介質懸浮液中的沉降規律以及重介質懸浮液在旋流器中的密度梯度場分布規律，應合理設計旋流器結構形式及結構匹配尺寸并針對極難選煤炭分選時合理優化調整液固比。同時，為保證顆粒分選的有效動力，還應合理設定旋流器的入介壓力[4]，針對重介質旋流器工作時二者的耦合性，合理調整渣漿泵所供給的循環量及入介壓力參數，以適應極難選煤炭的有效分選需求。

2.3 磁鐵礦粉粒度對分選效果的影響

目前市場上公認的選煤磁鐵礦粉被分為四個粒度級，即特粗(<45 μm≥55%)、粗(<45 μm≥65%)、細(<45 μm≥80%)和特細(<45 μm≥90%)，粒度級的劃分只是明確了大致的粒度范圍，對粒度范圍內的進一步組成未有明確說明，目前市場上重介質旋流器大多數選用細級磁鐵礦粉，極少數選擇粗級磁鐵礦粉。

重介質選煤采用的懸浮液屬于粗分散體系，在分選設備中，依靠外力維持懸浮液密度的均勻性，但在選煤過程中，液流對入選顆粒分層的干擾愈小愈好，因此對選用的加重質磁鐵礦粉提出了嚴格的粒度要求。不同的選煤工藝、煤質等，對粒度要求也不相同。懸浮液的容積濃度越小，越有利于原煤的分選，原煤在分層過程中，除了原煤顆粒間碰撞、顆粒和器壁碰撞以外，原煤顆粒還同加重質或煤泥發生碰撞，形成阻力，減慢分層速度；懸浮液的容積濃度越大，原煤和磁鐵礦粉碰撞的機會就越多，阻力越大，影響分選效果，所以在保證懸浮液穩定性的基礎上，容積濃度越小越好。

表2 不同粒度磁鐵礦粉對分選效果的影響Table 2 Effect on performance of H.M. cyclone producedby different sizes of magnetite power

表2為不同粒度磁鐵礦粉對分選效果的對比結果，從表2可以看出，當懸浮液中煤泥含量基本不變且保持合理值時，選用的磁鐵礦粉隨著粒度減小，對原煤的分選精度呈增加的趨勢，這說明磁鐵礦粉的細度對分選效果有著很大的影響，磁鐵礦粉粒度小些，有助于形成穩定性更好的重介質懸浮液，利于難選煤的高效分選。

2.4 懸浮液中煤泥含量的控制

重介質懸浮液的穩定性表現在懸浮液中加重質的沉降速度，而懸浮液的穩定性和粘度受到加重質本身的粒度組成、懸浮液煤泥含量的影響，且重介質選煤過程中，懸浮液中的煤泥是必然存在的。

原煤在重介質懸浮液中的分選過程，通常可以看作是物料在一定粘度的液體中作干擾下沉并分層的過程，沉降速度不但與物料本身和介質懸浮液的密度差有關，還與懸浮液對物料運動的阻力有關。重介質懸浮液中煤泥含量越高，懸浮液的粘度越大，原煤沉降分層過程中的運動阻力就越強，原煤顆粒按密度分選的精度就越差。

表3為懸浮液中不同煤泥含量對不同粒級煤炭分選效果的對比，從表3中可以看出，當選用相對粗級磁鐵礦粉時，懸浮液需要一定含量的煤泥維持穩定性，當煤泥含量較低時，由于懸浮液欠缺穩定性，原煤分選精度相對不高，隨著煤泥含量的增加，分選效果逐漸提高，當煤泥含量增加到一定程度時，懸浮液粘度的增加會對分選效果造成惡化。因此，在滿足懸浮液穩定性的基礎上，煤泥含量較低時有利于煤炭的精確分選。

表3 懸浮液中不同煤泥含量對分選效果的影響

3 結論

目前傳統系列產品在旋流器的加工制造與現場應用方面應用廣泛，但傳統產品在處理現場具體煤質方面存在適應性不足的問題，特別是對于能直接決定懸浮液的穩定性和洗選效果的工藝參數，如懸浮液粘度、磁鐵礦粉的粒度組成等，因此不能確保煤炭得到高效的分選。

旋流器產品的設計及應用需要以先進、可靠、經濟、合理為原則，對旋流器關鍵部位結構形式進行合理設計并改造，使其適應旋流器內部流場的轉變和變化，減小流場自身的能量消耗。根據極難選原煤的篩分、浮沉等資料對精煤、中煤和矸石的產率、灰分等產品要求來確定旋流器合理結構和工藝參數才是關鍵所在。生產過程中，產品質量可通過調整入料壓力、懸浮液密度及改變結構參數等因素來實現調整，以實現最終滿足極難選煤炭的有效分選。

[1] 丁晴晴.淮北選煤廠重介中煤再選試驗研究[D]. 徐州：中國礦業大學，2014.

[2] 張鳳桐.GB/T 16417—2011《煤炭可選性評定方法》編制說明[J]. 潔凈煤技術，2013(5)：127-128.

[3] 單 超.重介質旋流器關鍵結構參數對分選效果的影響[J]. 煤炭加工與綜合利用，2014(7):58-60.

[4] 張力強.影響重介質旋流器分選效果的工藝因素分析[J]. 煤炭技術，2014(4):226-227.

[5] 朱家堯，李 濤，孫銘華，等.無壓給料三產品重介質旋流器工藝的監控措施[J]. 煤質技術，2011(5):68-71.

Analysis of the key points in control of process paramereters in heavy-medium separation of extremely difficult-to-wash coal

ZHANG Li-qiang

((Tangshan Research Institute Co., Ltd., China Coal Technology & Engineering Group, Tangshan, Hebei 063012, China)

The paper first presents an introduction to China's raw coal washability evaluation criteria and then points out the problems concerning the underutilization at the present stage of the extremely difficult-to-wash coal especially the scare coal resources. Then, an in-depth analysis is made of the key points in control of the process parameters involved in heavy-medium separation of the above-cited coal. The research-derived achievements provide a certain technical support for the design of the parameters involved in separation of difficult-to-wash coal with H.M. cyclone in the future.

H.M. cyclone; extremely difficult-to-wash coal; process parameters; control points

1001-3571(2016)06-0095-03

TD942.7

A

2016-10-12

10.16447/j.cnki.cpt.2016.06.024

中煤科工集團有限公司科技項目(2016MS021)

張力強(1979—)，男，河北省趙縣人，副研究員，從事重介質旋流器產品的設計開發及應用工作。

E-mail: mumuxw01@163.com Tel：0315-7759443

張力強.極難選煤重介分選過程工藝參數控制要點分析[J]. 選煤技術，2016(6)：95-97.