淮北選煤廠細粒煤泥分選實踐

景 濤，王守強，梁 霄

(淮北礦業集團 煤炭運銷分公司，安徽 淮北 235000)

淮北選煤廠是華東地區最早建成的一座大型礦區選煤廠，選煤生產采用重選-浮選聯合生產工藝及“2+2”煤泥水處理流程。該廠主要入選閘河礦區原煤，該礦區原煤煤種復雜，煤泥含量均在25%左右，煤泥灰分在24%～30%之間，分選密度±0.1含量在30%～50%之間，可選性等級為難選或極難選。煤泥的有效處理是煉焦煤選煤廠生產管理中的難點，淮北選煤廠在研究煤泥特性的基礎上，積極探索與實踐，摸索出了自己的一套煤炭精細分級分選實踐經驗[1-2]。

1 生產現狀

淮北選煤廠南區采用3GDMC1300/1000A型重介質旋流器，原煤不脫泥直接入選，入料粒度為50～0 mm。以入選石臺礦原煤，產品為11級冶金焦煤(灰分在10.01%～10.50%之間)為例，首先對其原煤性質進行分析，其篩分、浮沉試驗結果分別見表1、表2。

表1 石臺礦原煤篩分試驗結果

表2 石臺礦原煤浮沉試驗結果

由表1可以看出，該礦原煤灰分較高，其中3～0.5 mm粒級含量最多，超全樣產率的1/3。對于重介選煤，細粒級含量的增加，其分選精度也會隨之下降。

由表2可以看出，該原煤浮沉煤泥產率較高，為25.86%，其灰分(27.63%)明顯高于原生煤泥的灰分(24.96%)，說明矸石存在一定泥化現象。原生煤泥與次生煤泥均對后續的浮選作業產生壓力。

再對精煤脫介篩下粗煤泥進行小篩分試驗，試驗結果見表3。

表3 粗煤泥小篩分試驗結果

由表3可知：①各粒級灰分隨粒度減小逐漸升高；②>0.5 mm粒級灰分為9.81%，分選效果較為理想；③0.5～0.25 mm粒級灰分為11.43%，>0.25 mm粒級累計灰分為10.91%，灰分將達產品指標上限；④0.25～0.045 mm粒級含量較高，達42%，該粒級較有利于浮選過程；⑤<0.045 mm粒級含量高達46.66%，且灰分較高，達到37.81%。

綜上所述，在后續的生產過程中，對分選方法、分選設備和工藝流程的選擇上，需要解決兩大問題：①因細顆粒含量較大，如何有效截粗，減輕浮選系統壓力；②如何解決高灰細泥對精煤的污染。

2 煤泥重介質旋流器進行粗煤泥再選

2.1 現狀分析

為有效分選粗煤泥，淮北選煤廠南區采用煤泥重介質旋流器對系統中的粗煤泥進行再選。煤泥旋流器型號為φ610-GT，直徑為610 mm，單臺處理能力約為430～500 m3/h,入料壓力為0.28 MPa左右。φ610-GT型煤泥旋流器的單機檢查篩分試驗結果見表4。

表4 煤泥旋流器入料、溢流及底流篩分組成

由表4可知：①0.25～0.125 mm溢流精煤累計灰分較低，達到12.31%；②溢流精煤灰分由入料21.76%降至18.85%，灰分降低2.91個百分點，降灰作用明顯，為提高重介精煤及浮選精煤產率提供了操作空間；③0.075～0.045 mm粒級物料入料灰分為23.67%，分選后精煤灰分為18.65%，尾煤灰分為68.46%，說明該粒級分選作用明顯；④溢流精煤<0.045 mm產率為43.27%，灰分為28.01%，說明高灰細泥對粗精煤產品的灰分會有一定影響，在粗煤泥的回收中需強化脫泥[3-4]。

2.2 應用效果分析

(1)煤泥重介質旋流器可以對>0.125 mm煤泥進行有效的分選，分選效率高，對煤質適應性強，可實現低密度分選，兩種設備相配合，可有效地降低重介質選煤的分選下限[5]。

(2)煤泥重介質旋流器與浮選工藝配合，可實現煤泥的全粒級分選。浮選理論分選入料上限為0.5 mm，但實際有效分選上限只有0.3 mm，煤泥重介質旋流器的使用將粗顆粒精煤提前進行有效分選，減輕了浮選系統對粗顆粒精煤的浮選壓力[6]。

(3)煤泥重介質系統使用后，通過控制分流將合格介質中的部分煤泥水進行處理，最大程度地回收了粗煤泥，降低了重懸浮液的黏性，使精煤灰分更加容易控制[7]。

3 窄背寬弧形篩高效分級截粗

3.1 現狀分析

淮北選煤廠南區精粗煤泥回收采用弧形篩與煤泥離心機聯合工藝，弧形篩采用VBOSB362060型弧形篩，單系統兩臺，弧形篩篩孔為0.5 mm，篩絲下料部寬為2.3 mm，該篩板在使用過程中存在開孔率較低，脫泥脫水效果不理想，離心機脫水負荷增大，粗精煤水分高等一系列問題。該弧形篩技術參數見表5。

表5 VBOSB362060型弧形篩技術參數

對弧形篩入料進行篩分試驗，試驗結果見表6。由表6可知，與篩孔粒度接近的細粒物料較多, 這些物料是篩分中比較難篩的部分,非常容易導致篩孔的堵塞, 依靠弧形篩背后的振動電機和弧形篩板本身的振動不能很好地脫除阻塞在篩孔中的物料，導致大量粒級較細的顆粒無法成為篩下物, 造成大面積跑水。如此一方面增大了煤泥離心機入料液固比，降低了離心機脫水效果；另一方面大量的高灰細泥隨著篩面跑水進入粗精煤產品，可導致粗精煤灰分升高，最終影響最終精煤指標，無法實現效益最大化[8]。因此，在現有的基礎上提高弧形篩的篩分效果，減少篩面跑水，減輕煤泥離心機的脫水壓力是亟待解決的問題[9]。此外，采用0.5 mm的篩孔篩板，篩下物料濃度較大，浮選系統壓力大，浮選藥劑消耗大。

表6 弧形篩入料小篩分試驗結果

3.2 改進措施

3.2.1 采用新型高效型煤泥弧形篩篩板

淮北選煤廠與篩板廠家對精煤泥弧形篩入料特點、入料性質、粒度組成、設備安裝、入料流量等數據進行數質量計算和綜合論證，提出了降低弧形篩篩孔，降低篩絲背寬，增大弧形篩開孔率來提高弧形篩卸荷效果的設想。通過與廠家進行技術攻關，對篩條材料主要成分含量進行了調整，并通過耐磨性和脆性的試驗，相關模具的調整，焊接關鍵技術的試驗，最終確定弧形篩篩孔由原來的0.5 mm降低為0.4 mm。顆粒通過篩孔的有效尺寸計算公式為：

d=L·cosα-h·sinα，

式中：L為篩孔尺寸；α為弧形篩傾角；h為篩面厚度。

當弧形篩傾角為60°時，可有效降低篩分下限至d1=0.1×cosα=0.05 mm，使篩絲下料部寬由原來的2.3 mm降低為0.8 mm，開孔率達到42.35%。

通過軟件模擬試驗、現場小型化試驗和技術分析，將弧形篩篩板倒角由原來的7°～9°改成3.0°～3.5°。新型弧形篩板與原有弧形篩板對比如圖1所示。由圖1可知，在3051#弧形篩上更換新型高效弧形篩后，弧形篩脫水效果增強，篩面出現積料，跑水現象得到改善。對弧形篩入料、篩上物料、篩下物料進行采樣篩分，篩分試驗結果見表7。

圖1 新型弧形篩板與原有弧形篩板對比結果

表7 3051#振動弧形篩入料小篩分試驗

由表7可知，該弧形篩截粗效果較好，脫水、脫泥效果得到了改善。

3.2.2 弧形篩面增設一道噴水

料漿在篩面上作“切割”運動，篩面振幅較小，一般在0.5～1.0 mm之間。為了提高料漿在篩面上的“切割”效果，減少或清除篩孔堵塞，采取了在篩面增加噴水的措施。振動弧形篩篩面噴水示意如圖2所示。

圖2 振動弧形篩篩面噴水示意圖

由圖2可知：在篩面布設管道，利用脫介弧形篩噴頭，安裝垂直于篩面的噴嘴，噴水來自再生水，在弧形篩工作過程中對篩面進行噴水清洗。噴水在一定程度上疏通了堵塞的篩孔，同時帶走了入料中的高灰細泥，可起到增強脫水脫泥效果的目的。

對篩上物進行小篩分試驗，結果見表8。

表8 弧形篩篩上物小篩分試驗結果

由表8可以看出，打開噴水后，篩上物中>0.125 mm粒級含量明顯下降。經過現場驗證，增加的噴水不僅沒有增加篩面跑水，反而在噴水疏通篩孔時使細粒級物料快速通過篩孔透篩，隨著噴水的透篩，篩上物總灰分由11.66%降至11.12%，起到了一定的降灰作用。

3.3 應用效果

(1)通過降低弧形篩篩孔、提高篩面開孔率，實現了粗精煤前段回收，增強了脫水效果，降低了煤泥離心機的負荷，為粗精煤整體水分的降低創造了有利條件[10]。

(2)通過補加噴水，脫除部分高灰細泥，粗精煤灰分降低，有利于重介精煤灰分降低，增加重介精煤產率。

(3)篩孔的減小降低了截粗粒度下限，提高了篩上物產率，不僅避免了因跑粗導致的尾礦灰分過低現象，還使入浮濃度大幅下降。經計算，利用煤泥重介系統可有效減少入浮量16.15%，原煤浮選藥劑用量由先前的0.25 kg/t降低至0.19 kg/t，大大降低了浮選生產成本。

(4)入浮粒度整體下降，將入浮粒度控制在0.25～0.045 mm之間，使浮選操作更加穩定。

(5)煤泥入浮量的減少意味著浮選精煤量的減少，在后續的精煤壓濾中，節約了大量用電成本。同時浮選精煤水分一般在23%左右，產品水分要求控制在12%以內，浮選精煤產率的減少降低了高水分產品的占比，確保了產品水分合格。

4 “2+2”煤泥水分級浮選工藝

針對入選原生煤泥和次生煤泥含量高的特點，淮北選煤廠采用煤泥水二次浮選+精煤泥二段脫水的浮選工藝[11-12](簡稱“2+2”煤泥水分級浮選工藝)，其原則流程如圖3所示。

圖3 “2+2”煤泥水分級浮選工藝原則流程

4.1 浮選入料預先脫泥

4.1.1 現狀分析

為進一步在浮選之前將高灰細泥排出分選系統，降低入料灰分，減少高灰細泥對浮選精煤產品的影響，淮北選煤廠南區采用斜管濃縮機對窄背寬弧形篩截粗后的篩下煤泥水再次分級處理。斜管濃縮機可以處理各種煤泥，其突出特點是直徑小于錐形濃縮池，經過其處理后的煤泥水，能夠得到低濃度的溢流和高濃度的底流，其溢流基本可以作為選煤廠洗水使用。分別對運行正常的煤泥斜管濃縮機的溢流、底流采樣，并對其樣品進行小篩分試驗，結果見表9。

表9 斜管濃縮機溢流和底流小篩分試驗結果

由表9可以看出，濃縮機入料中粗顆粒含量較少，表明截粗效果較好；<0.045 mm產率由入料的54.33%降至底流的42.52%，高灰細泥產率下降11.81個百分點，入料總灰分由25.86%降至21.86%，降灰作用明顯；溢流濃度較低，基本為高灰細泥，但還不能作為循環水使用，必須再次處理。物料經過濃縮機后，都得到不同程度的分選，粗顆粒大部分進入底流產品，細粒則留在了溢流中。

然而在生產過程中有時會遇到濃縮機溢流不穩定、入浮濃度不穩定的情況，一旦發生上述現象，對浮選的操作將會產生較大負面影響[13]。

4.1.2 采取措施

(1)濃縮機池面加補水，保證濃縮機溢流持續平穩，起到脫除高灰細泥的作用，使溢流帶走的基本為高灰細泥部分，溢流灰分保持在40%以上。

(2)底流泵采用變頻器調節入料濃度，控制頻率一般在38～40 Hz,保持入料濃度在85 g/L左右。

4.2 煤泥一次浮選、沉降脫水

4.2.1 一次浮選

淮北選煤廠南區采用兩臺噴射式浮選機進行一次浮選作業，其充氣量大，微泡效果好，有利于氣泡的順利礦化，能夠取得較理想的浮選效果。對其浮選各產品取樣進行小篩分試驗，試驗結果見表10。

表10 一次浮選入料及產品小篩分試驗結果

由表10可以看出，浮選精煤的灰分為10.84%，高于11級焦精煤灰分上限(10.50%)，需進一步降低灰分，以避免重介精煤“背灰”。一次浮選精煤產率為76.09%，可燃體回收率為86.07%。浮選效果較好。

4.2.2 沉降脫水

一段精煤脫水回收采用處理能力大、占地面積小、固液分離徹底的沉降過濾式離心脫水機進行，在脫水的同時還能有效脫除一次浮選精礦中的高灰黏土雜質，確保精煤產品質量符合市場需求。入料及產品小篩分試驗結果見表11。

表11 沉降過濾式離心機入料及產品小篩分試驗結果

由表11可以看出，離心機的入料灰分為10.84%，出料灰分為10.55%，精煤灰分降低了0.29個百分點，離心液中<0.045 mm粒級產率為80.81%，遠高于入料中同粒級產率41.65%，說明沉降離心機在脫水的同時，脫泥降灰作用也較為顯著。

4.3 煤泥二次浮選精細分級

4.3.1 二次浮選

二次浮選入料主要為一次浮選沉降離心機離心液，該離心液濃度低且總量較少，入料灰分也不高。通過表11可知，其粒度要比一次浮選更細，因此較低的入浮濃度有利于該部分物料進行分選。淮北選煤廠南區采用一臺機械攪拌式浮選機進行二次浮選作業，對其浮選各產品取樣進行小篩分試驗，試驗數據見表12。

由表12可以看出，二次浮選對細粒煤泥的分選效果更為突出，>0.075 mm的物料全部回收至精煤，在粗煤泥的分級分選上處理得更加徹底。二次浮選精煤的灰分為9.93%，比要求精煤低0.57個百分點，尾煤灰分高達60.79%；精煤產率為84.58%，可燃體回收率為92.66%，表明浮選效果非常理想。二次浮選精煤不但使精煤灰分大幅降低，同時精煤產率提升8.49個百分點，可燃體回收率提升6.59個百分點，對總精煤產率提升有較大幫助。

表12 二次浮選入料及產品小篩分試驗結果

4.3.2 新型壓濾機降水

淮北選煤廠二次浮選精煤脫水采用固液分離徹底的壓濾機進行，較低的入料濃度減輕了壓濾機的處理壓力，對水分有一定保證。在日常生產中，壓餅水分一般為22%～26%，因其總量較小，對總精煤水分(要求11.5%以下)影響不大[14]。為進一步降低總精煤水分，該廠采用了新型壓濾機，具體使用情況見表13。

表13 兩種壓濾機參數對比

由表13可以看出，新型壓濾機(水壓榨)較采用風壓榨的原有壓濾機在產品水分上優勢明顯，可使壓餅水分降低6～8個百分點，在精煤產品降水上發揮了重要作用；此外，新型壓濾機濾餅松散、易碎，較易與總精煤進行摻和，整體單循環時間較原有壓濾機縮短1～10 min。

4.4 應用效果分析

(1)斜管濃縮機利用淺池原理，占地面積較小，增加了沉淀池的沉淀面積，能有效提高煤泥水的處理能力，縮短煤泥沉淀時間，提高處理效率。

(2)通過合理調節底流泵頻率，將浮選入料濃度控制在合理范圍內，能夠大幅提升浮選操控的穩定性，有效保證浮選精煤灰分，同時降低浮選藥耗、電耗，節約生產成本。

(3)通過穩定溢流，持續對高灰細泥進行脫除，有效降低了浮選入料灰分，提高了浮選可燃體回收率。同時配合二次浮選工藝，進一步降低了浮選精煤灰分，減輕了重介選“背灰”壓力，給重介精煤產率提升留下充足空間。

(4)一次浮選精煤通過沉降過濾式離心脫水機，降水的同時還進一步脫出了高灰細泥，降低了灰分。

(5)新型壓濾機的應用大幅降低了二次浮選精煤水分，進而降低了精煤總水分。

綜上，“2+2”浮選工藝在煤泥水處理中降灰效果顯著，特別是二次浮選，正常情況下可使總精煤灰分指標低1～2個百分點，其自身雖未涉及重介分選系統，但對重介分選的精煤產品灰分產生非常積極的影響，避免了重介精煤的“背灰”，有助于提高總精煤產率[15]。

5 結語

淮北選煤廠在煤炭分級分選過程中結合入選原煤特性，探索出了在入選原煤煤泥含量大且灰分高情況下的合理分選方案：通過煤泥重介質旋流器、新型弧形篩、“2+2”浮選工藝及新型精煤壓濾機的配合應用，在細粒級煤泥分選中取得了良好的降灰提質效果，減輕了重介精煤“背灰”影響，提高了精煤總產率，實現了經濟效益的最大化。特別是新型精煤壓濾機的應用，在對精煤水分要求越來越高、精煤降水勢在必行的形勢下，確保了產品水分的合格，其應用前景較為廣闊。