中矸磁尾粗煤泥重選回收精煤試驗研究

張悅刊，曹井振，劉培坤，鄭雪飛

(山東科技大學機械電子工程學院，山東 青島 266590)

目前選煤廠粗煤泥回收工藝中，大于0.5 mm的煤泥常用重選，小于0.5 mm的煤泥常用浮選[1-2]。隨著重介旋流器向大型化發展[3-5]，分選下限增大，其有效分選粒度通常在2 mm以上，而浮選的有效粒度通常在0.25 mm以下[6-7]。這樣介于0.25～2.0 mm之間的粗煤泥得不到有效分選[8-9]。選煤廠中矸磁尾粗煤泥中介于0.25～2.0 mm之間的顆粒占相當大比例，這部分粗煤泥中含有大量精煤，若采用“旋流器濃縮+高頻篩分級”對粗煤泥回收，旋流器底流的高灰粗粒煤無法通過高頻篩除去，如果直接摻入精煤，造成系統“背灰”，導致總精煤產率降低；如果直接摻入中煤，又會造成精煤損失。若采用煤泥重介分選工藝，不僅需要粒度更細的重介質，還需要建設一套完整的介質回收系統，且投入大、介耗較高。

針對這些問題，本文提出“煤泥離心分選+高頻篩分級”聯合分選回收工藝，可同時實現去除高灰分粗、細顆粒，完成粗煤泥的分級分選，獲得灰分小于10%的精煤，有效解決粗煤泥分選工藝中精煤流失問題。

1 煤泥離心分選+高頻篩分級聯合分選工藝設計

1.1 中矸磁尾粗煤泥回收精煤工藝流程設計

圖1為粗煤泥回收精煤工藝流程圖，在該工藝中，中矸磁尾粗煤泥混入煤泥桶，經渣漿泵打入煤泥離心分選機，煤泥離心分選機由兩段組成，含有高灰分的細顆粒從一段旋流器溢流口排出后依靠剩余壓力切向進入二段旋流器，含有高灰分的粗顆粒從二段旋流器底流排出，二段溢流進入高頻細篩進一步脫除含有灰分的細泥，滿足精煤灰分要求后依靠高差自流入精煤脫水篩脫水作為精煤產品；煤泥離心分選機得到的中煤進入中煤脫水篩，脫水成為中煤產品；煤泥離心分選機的高灰細泥、高頻細篩篩下水、精煤脫水篩篩下水和中煤脫水篩篩下水進入濃縮機處理。其設備聯系示意圖如圖2所示。

圖1 煤泥離心分選機+高頻分級篩分選回收精煤工藝流程圖

1.2 兩段組合式煤泥離心分選機設計

粗煤泥粒級范圍寬，微細粒級含量高，采用常規一級柱錐旋流器進行分離時[10]，存在微細顆粒沉降速度慢、分離效率低等問題，同時由于物料性質、操作參數及工藝參數等不穩定引起的空氣柱隨機偏移現象，導致溢流跑粗，造成分離精度差。為了解決微細顆粒分級問題，通常的做法是采用小直徑旋流器，但小直徑旋流器處理量不足，為了提高處理量，勢必要提高入料壓力，如此，造成能耗高、磨損大、堵塞嚴重等問題。

針對這些問題，研制了兩段組合式旋流器，如圖3所示，主要參數見表1。旋流器的一段主要起按粒度大小的分級作用，二段主要起按密度差異的分選作用。一段設計成平底結構，一方面可以有效解決旋流器底流口堵塞問題，另一方面平底結構旋流器具有壓降小的特點，從而可以為二段分選提供適宜的濃度、粒度和壓力。二段設計具有錐角大、錐體短的結構特點。該結構特點可以使分選空間盡量大而平坦，以利于在離心力、流體曳力、向心浮力等聯合機械力的作用下按密度分層。同時短錐旋流器底部旋流強度較低，可以避免密度小的粗顆粒進入外旋流，減少了按粒度分級作用的影響。

圖2 粗煤泥回收設備聯系示意圖

圖3 兩段組合旋流器結構示意圖

參數一段旋流器二段旋流器旋流器直徑/mm450350溢流口直徑/mm120101當量底流口直徑/mm4555柱段高度/mm1 565500溢流管插入深度/mm250390錐角/(°)090

2 試驗研究

2.1 煤泥性質分析及試驗系統設計

2.1.1 煤泥性質分析

表2為中矸磁尾粗煤泥粒度組成，可以看出，中矸磁尾中+0.125 mm粒級產率為39.55%，灰分為40.81%；-0.038 mm粒級的產率為51.04%，灰分為56.70%，說明該煤泥存在嚴重的泥化現象，此部分高灰分的細泥顆粒含量大、灰分高，難回收。

表3為中矸磁尾粗煤泥密度組成，可以看到，該煤泥中-1.5 g/cm3含量為24.55%，灰分為8.97%，說明煤泥中含有一定量的可回收的精煤。

2.1.2 粗煤泥回收試驗系統設計

對于難選煤泥，單獨使用高頻振動篩分級工藝或煤泥離心分選機分選工藝均不能獲得符合煉焦煤灰分要求的精煤產品。因為高頻振動篩是嚴格按粒度分級，不能有效去除篩上的高灰分粗顆粒，而煤泥離心分選機的二段溢流部分仍含有大量細泥，灰分也不能達到煉焦精煤的要求。因此，將煤泥離心分選機與高頻分級篩結合，設計了煤泥離心分選機+高頻分級篩聯合分選試驗系統，如圖4所示。

表2 中矸磁尾粗煤泥粒度組成

表3 中矸磁尾粗煤泥密度組成

圖4 煤泥離心分選機+高頻分級篩聯合分選試驗系統圖

試樣灰分/%產率/%體積/(m3/h)濃度/%處理量/(t/h)水量/(m3/h)一段給料47.35100.0079.508.426.9575.60一段溢流52.3136.2256.524.292.5256.11一段底流(二給)44.5463.7822.9818.524.4319.49二段溢流32.0331.6820.6510.682.2018.40二段底流56.8832.102.3367.242.231.09篩上9.9413.541.5755.010.940.77篩下48.5018.1419.076.671.2617.63

數據表明，通過煤泥離心分選機+高頻分級篩聯合分選工藝可實現中矸磁尾粗煤泥的有效分選，最終篩上精煤產品灰分為9.94%，產率為13.54%。

2.2 工業運行試驗結果

圖6為中矸磁尾粗煤泥回收精煤現場圖。帶煤量為900 t/h，旋流器入料壓力0.16 MPa。洗煤生產時，對粗煤泥回收系統的入料、溢流、底流、篩上產品分別進行采樣，并進行濃度和灰分檢測，結果如表5所示。結果表明，該工藝從中矸磁尾粗煤泥中得到了12.5%的精煤，精煤灰分為9.67%。

圖5 中矸磁尾粗煤泥回收精煤數質量平衡圖

圖6 煤泥離心分選機+高頻分級篩粗煤泥回收現場圖

產物質量濃度/%灰分/%精煤產率(占中矸磁尾粗煤泥)/%入料22.3426.77一段溢流3.5638.9212.5二段底流59.4546.77篩上精煤75.59.67

3 結 論

本文通過對某選煤廠中矸磁尾粗煤泥回收精煤工藝及裝備試驗研究，得到以下結論。

1) 中矸磁尾中含有一定量的可回收的低灰精煤，常規工藝回收困難，造成精煤流失。

2) 采用煤泥離心分選機和高頻分級篩組合工藝，煤泥離心分選機一段溢流可以脫除高灰細泥，二段底流可以脫除高灰粗顆粒，二段溢流進入高頻分級篩，可以繼續脫除高灰細泥，從而篩上可以得到灰分小于10%的合格精煤。

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