兩段兩產品重介旋流器選煤工藝在金陽選煤廠的應用

路文水，曹 闖，何 彬，曹文廷，謝廣元

(1.山東超美清潔能源有限公司，山東 泰安 271000；2.金陽礦業集團，山東 泰安 271000；3.中國礦業大學，江蘇 徐州 221000)

目前，國內較為常用的煉焦煤分選工藝為不脫泥無壓三產品重介旋流器分選工藝 、有壓三產品重介旋流器分選工藝和有壓兩段兩產品重介分選工藝。其中，不脫泥無壓三產品重介旋流器分選工藝適用于原生煤泥量較小，且煤質較硬的煤種，不適合原生煤泥較大的選煤廠；有壓三產品重介旋流器采用泵送混合物料的方式參與分選，矸石經過整個旋流器內壁，對旋流器的磨損較大，由于旋流器入料泵高速旋轉的葉輪對浸泡后的煤和矸石有較強的撞擊破碎和泥化作用，因此該工藝適用于煤質較硬，矸石不易泥化的煤種；有壓兩段兩產品重介旋流器分選工藝介質系統復雜，一次性基建投資高，但工藝分選靈活性大，可控性強，分選精度高，循環懸浮液量小，可有效降低主廠房高度[1]。因此，結合選煤廠的原煤性質進行選煤廠工藝設計顯得尤為重要。金陽選煤廠位于泰安市寧陽縣葛石鎮境內，屬于群礦型煉焦煤選煤廠，設計能力為0.6 Mt/a，2017年正式投產，主要入選寧陽縣礦區的氣煤和氣肥煤，分選工藝為預先脫泥有壓兩段兩產品重介旋流器主再選，煤泥采用機械攪拌式浮選機進行浮選，浮選精煤壓濾回收[2]。

1 煤質分析

金陽選煤廠為群礦型選煤廠，入選原煤為金陽煤礦及鄰近煤礦原煤，原煤開采方式為綜采，設計以金陽煤礦原煤的生產大樣為主要依據[3]，煤樣工業分析和元素分析分別見表1和表2，其中浮煤的浮沉密度為1.4 g/cm3。

表1 煤樣工業分析

表2 煤樣元素分析

從表1和表2可知：原煤為中高灰，特低硫、低固定碳，中熱值；浮煤為低灰分，特低硫，中等固定碳，特高熱值。根據<1.4 g/cm3浮煤的揮發份和粘結指數，判斷該煤的煤種為氣煤45號。

原煤的篩分和浮沉試驗結果見表3和表4。

表3 自然級和破碎級篩分試驗綜合表

表4 50～0.5 mm粒級原煤浮沉試驗綜合表

由表3可知：

(1)該煤樣中>50 mm粒度級含量較少，占全樣的7.75%。

(2)該煤樣各粒級分布比較均勻，沒有明顯的主導粒級。

(3)隨著粒度的減小，各粒級灰分也不斷降低，說明矸石較硬，煤質較脆。

(4)<0.5 mm粒級的灰分與相鄰粒級灰分接近，說明矸石泥化現象不明顯。

由表4可知：

(1) 該煤樣綜合級的主導密度級為1.3～1.4 g/cm3，占本級含量為46.72%，且灰分較低，為6.31%。該煤適宜作為煉焦配煤，灰分應作為分選的主要考察指標，初步判斷通過分選，可以得到一定產率的低灰精煤。

(2)原煤綜合級中>2.0 g/cm3密度級的產率為29.81%，灰分為86.19%，因此，通過分選可得到高灰的矸石。

煤泥的小篩分和小浮沉試驗結果分別見表5和表6。

表5 煤泥小篩分試驗結果表

從表5可知：(1)煤泥的主導粒級是0.5～0.25 mm和<0.045 mm，分別占煤泥的30.80%和27.56%，其灰分分別為14.79%和31.34%。

(2)該煤泥各粒級的灰分特征：<0.045 mm粒級灰分較高為31.34%，其他各級除0.125～0.074 mm外，灰分隨著粒度的減小而增大。

表6 煤泥小浮沉試驗結果表

由表6可知：該煤泥低密度級含量大，主導密度級是1.3～1.4 g/cm3，產率占本級產率的44.36%，灰分為6.67%。由于一般低密度的物料疏水性和可浮性好，因此可以預測該煤泥的可浮性較好[4-5]，可得到較低灰分的浮選精煤。

2 產品定位

金陽煤礦選煤廠煤種為氣煤和肥煤，精煤產品為煉焦配煤，混煤產品為動力用煤，針對選煤廠分選原煤煤質特點，設計推薦采用以下產品結構[6]：精煤作為煉焦配煤、中煤作為電煤、煤泥作為電煤或民用煤、矸石制磚或由汽車外運回填至塌陷區。

3 工藝流程方案的選擇

3.1 選前脫泥與不脫泥工藝

本廠原煤煤泥含量大，若不采用預先脫泥，其缺點非常明顯[7]：大量的煤泥進入重介分選系統，需要很長時間才能從系統中排出，導致煤泥的進一步細化，對后續循環水處理極為不利，系統循環懸浮液和循環水都將大量增加，合格介質分流量也必將加大，導致介耗增加，重介旋流器入料中大量煤泥的存在會降低其處理能力。而采用預先脫泥的方法具有以下優勢：為主選環節提供穩定的入料條件；減小煤泥對合格介質密度的干擾；提高旋流器分選下限,改善分選效果,增加精煤回收率；降低介耗,降低生產成本；可減少脫介和介質回收系統的設備,提高介質回收設備的效率；可減少煤泥在介質中的浸泡時間,減少煤泥表面氧化時間,有利于后期煤泥水的處理；可降低懸浮液的粘度適合較細粒級物料的分選，因此，選用預先脫泥的方法[8]。

3.2 主選方法的確定

目前由于重介工藝技術的迅速發展，重介分選工藝已經在生產實踐中證明了它的先進性和經濟性，對于煉焦煤選煤廠，生產低灰的煉焦精煤時，勢必要產出部分中間產物,所以適合本廠的重介分選工藝有以下兩種。有壓三產品重介質旋流器采用泵送混合物料的方式參與分選，由于離心泵高速旋轉的葉輪對浸泡后的煤和矸石有較強的撞擊破碎和泥化作用，且矸石經過整個旋流器內壁，對旋流器內壁的破壞極大，因此該工藝適用于煤質較硬，矸石不易泥化的煤種[9]；有壓兩段兩產品重介旋流器分選工藝雖然介質系統復雜，一次性基建投資高，但工藝分選靈活性大，可控性強，分選精度高，循環懸浮液量小，可有效降低主廠房高度[10]。因此，結合選煤廠的原煤性質綜合考慮，設計推薦兩段兩產品重介旋流器主再選工藝。

基于煤質分析和產品定位，并結合周邊選煤廠的分選工藝，確定了選煤廠的工藝為：預先脫泥有壓兩段兩產品重介旋流器主選，<0.5 mm煤泥采用機械攪拌浮選機分選，浮選精煤采用壓濾回收[11]。

3.3 煤泥分選工藝的選擇

3.3.1 是否增加粗煤泥分選設備

目前國內大型煉焦煤選煤廠多采用將煤泥中的粗顆粒分離出來,設置單獨的粗煤泥分選系統[12]。一方面因大直徑重介質旋流器分選系統對<1 mm粒級部分分選效果較差，可利用較高效率的分選工藝單獨回收粗煤泥,減少煤泥在系統中的循環量,提高重介系統的脫泥、脫介效率和系統的處理能力；另一方面可有效減小細煤泥處理系統的規模,降低生產成本[13]。但結合本廠實際情況考慮,由于廠型較小,選用重介旋流器的直徑比大型煉焦煤選煤廠小,其分選下限可以達到0.5 mm,對于1～0.5 mm粗煤泥也有較好的分選效果[14]，因此設計推薦不增設粗煤泥處理系統。

3.3.2 細煤泥分選工藝

由于細煤泥中含有一定量的精煤,根據煉焦煤選煤廠最大限度回收精煤的原則,可以從煤泥中進一步回收精煤,其經濟效益可觀；同時也可減少煤泥的落地,減低對環境的污染。從小浮沉試驗表中可知,本礦原煤煤泥的可浮性好,故設計推薦煤泥采用浮選工藝[15]。

4 應用效果

金陽選煤廠自2017年投產以來，各項生產指標均達到了設計要求，實際生產精煤分選密度在1.4 g/cm3，分選效果見表7。

表7 金陽選煤廠分選效果

由表7可知，在穩定的分選密度下，重介精煤平均灰分在7.48%，浮選精煤平均灰分在11.53%，綜合精煤灰分滿足≤8.50%的要求。

5 結語

近年來隨著國民經濟的迅速發展，為兼顧資源和環境因素，金陽礦業集團響應國家高效潔凈的利用煤炭資源的要求，通過對金陽礦原煤煤質資料進行分析，并參照周邊選煤廠的選煤工藝，設計并建造了金陽選煤廠，有效調整了金陽礦的煤炭產品結構，并達到了設計的要求，給地區和企業帶來了良好的社會效益和經濟效益。