景 濤，王守強(qiáng)，梁 霄

(淮北礦業(yè)集團(tuán) 煤炭運(yùn)銷分公司，安徽 淮北 235000)

淮北選煤廠是華東地區(qū)最早建成的一座大型礦區(qū)選煤廠，選煤生產(chǎn)采用重選-浮選聯(lián)合生產(chǎn)工藝及“2+2”煤泥水處理流程。該廠主要入選閘河礦區(qū)原煤，該礦區(qū)原煤煤種復(fù)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(jí)為難選或極難選。煤泥的有效處理是煉焦煤選煤廠生產(chǎn)管理中的難點(diǎn)，淮北選煤廠在研究煤泥特性的基礎(chǔ)上，積極探索與實(shí)踐，摸索出了自己的一套煤炭精細(xì)分級(jí)分選實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[1-2]。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

淮北選煤廠南區(qū)采用3GDMC1300/1000A型重介質(zhì)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(tái)礦原煤，產(chǎn)品為11級(jí)冶金焦煤(灰分在10.01%～10.50%之間)為例，首先對(duì)其原煤性質(zhì)進(jìn)行分析，其篩分、浮沉試驗(yàn)結(jié)果分別見表1、表2。

表1 石臺(tái)礦原煤篩分試驗(yàn)結(jié)果

表2 石臺(tái)礦原煤浮沉試驗(yàn)結(jié)果

由表1可以看出，該礦原煤灰分較高，其中3～0.5 mm粒級(jí)含量最多，超全樣產(chǎn)率的1/3。對(duì)于重介選煤，細(xì)粒級(jí)含量的增加，其分選精度也會(huì)隨之下降。

由表2可以看出，該原煤浮沉煤泥產(chǎn)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(shuō)明矸石存在一定泥化現(xiàn)象。原生煤泥與次生煤泥均對(duì)后續(xù)的浮選作業(yè)產(chǎn)生壓力。

再對(duì)精煤脫介篩下粗煤泥進(jìn)行小篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 粗煤泥小篩分試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知：①各粒級(jí)灰分隨粒度減小逐漸升高；②>0.5 mm粒級(jí)灰分為9.81%，分選效果較為理想；③0.5～0.25 mm粒級(jí)灰分為11.43%，>0.25 mm粒級(jí)累計(jì)灰分為10.91%，灰分將達(dá)產(chǎn)品指標(biāo)上限；④0.25～0.045 mm粒級(jí)含量較高，達(dá)42%，該粒級(jí)較有利于浮選過(guò)程；⑤<0.045 mm粒級(jí)含量高達(dá)46.66%，且灰分較高，達(dá)到37.81%。

綜上所述，在后續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)分選方法、分選設(shè)備和工藝流程的選擇上，需要解決兩大問(wèn)題：①因細(xì)顆粒含量較大，如何有效截粗，減輕浮選系統(tǒng)壓力；②如何解決高灰細(xì)泥對(duì)精煤的污染。

2 煤泥重介質(zhì)旋流器進(jìn)行粗煤泥再選

2.1 現(xiàn)狀分析

為有效分選粗煤泥，淮北選煤廠南區(qū)采用煤泥重介質(zhì)旋流器對(duì)系統(tǒng)中的粗煤泥進(jìn)行再選。煤泥旋流器型號(hào)為φ610-GT，直徑為610 mm，單臺(tái)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(jī)檢查篩分試驗(yàn)結(jié)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(jì)灰分較低，達(dá)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(gè)百分點(diǎn)，降灰作用明顯，為提高重介精煤及浮選精煤產(chǎn)率提供了操作空間；③0.075～0.045 mm粒級(jí)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(shuō)明該粒級(jí)分選作用明顯；④溢流精煤<0.045 mm產(chǎn)率為43.27%，灰分為28.01%，說(shuō)明高灰細(xì)泥對(duì)粗精煤產(chǎn)品的灰分會(huì)有一定影響，在粗煤泥的回收中需強(qiáng)化脫泥[3-4]。

2.2 應(yīng)用效果分析

(1)煤泥重介質(zhì)旋流器可以對(duì)>0.125 mm煤泥進(jìn)行有效的分選，分選效率高，對(duì)煤質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)低密度分選，兩種設(shè)備相配合，可有效地降低重介質(zhì)選煤的分選下限[5]。

(2)煤泥重介質(zhì)旋流器與浮選工藝配合，可實(shí)現(xiàn)煤泥的全粒級(jí)分選。浮選理論分選入料上限為0.5 mm，但實(shí)際有效分選上限只有0.3 mm，煤泥重介質(zhì)旋流器的使用將粗顆粒精煤提前進(jìn)行有效分選，減輕了浮選系統(tǒng)對(duì)粗顆粒精煤的浮選壓力[6]。

(3)煤泥重介質(zhì)系統(tǒng)使用后，通過(guò)控制分流將合格介質(zhì)中的部分煤泥水進(jìn)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(jí)截粗

3.1 現(xiàn)狀分析

淮北選煤廠南區(qū)精粗煤泥回收采用弧形篩與煤泥離心機(jī)聯(lián)合工藝，弧形篩采用VBOSB362060型弧形篩，單系統(tǒng)兩臺(tái)，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(guò)程中存在開孔率較低，脫泥脫水效果不理想，離心機(jī)脫水負(fù)荷增大，粗精煤水分高等一系列問(wèn)題。該弧形篩技術(shù)參數(shù)見表5。

表5 VBOSB362060型弧形篩技術(shù)參數(shù)

對(duì)弧形篩入料進(jìn)行篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表6。由表6可知，與篩孔粒度接近的細(xì)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(dǎo)致篩孔的堵塞, 依靠弧形篩背后的振動(dòng)電機(jī)和弧形篩板本身的振動(dòng)不能很好地脫除阻塞在篩孔中的物料，導(dǎo)致大量粒級(jí)較細(xì)的顆粒無(wú)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(jī)入料液固比，降低了離心機(jī)脫水效果；另一方面大量的高灰細(xì)泥隨著篩面跑水進(jìn)入粗精煤產(chǎn)品，可導(dǎo)致粗精煤灰分升高，最終影響最終精煤指標(biāo)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)效益最大化[8]。因此，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上提高弧形篩的篩分效果，減少篩面跑水，減輕煤泥離心機(jī)的脫水壓力是亟待解決的問(wèn)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(tǒng)壓力大，浮選藥劑消耗大。

表6 弧形篩入料小篩分試驗(yàn)結(jié)果

3.2 改進(jìn)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(duì)精煤泥弧形篩入料特點(diǎn)、入料性質(zhì)、粒度組成、設(shè)備安裝、入料流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)質(zhì)量計(jì)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(lái)提高弧形篩卸荷效果的設(shè)想。通過(guò)與廠家進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，對(duì)篩條材料主要成分含量進(jìn)行了調(diào)整，并通過(guò)耐磨性和脆性的試驗(yàn)，相關(guān)模具的調(diào)整，焊接關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)，最終確定弧形篩篩孔由原來(lái)的0.5 mm降低為0.4 mm。顆粒通過(guò)篩孔的有效尺寸計(jì)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(dāng)弧形篩傾角為60°時(shí)，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(lái)的2.3 mm降低為0.8 mm，開孔率達(dá)到42.35%。

通過(guò)軟件模擬試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)小型化試驗(yàn)和技術(shù)分析，將弧形篩篩板倒角由原來(lái)的7°～9°改成3.0°～3.5°。新型弧形篩板與原有弧形篩板對(duì)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(qiáng)，篩面出現(xiàn)積料，跑水現(xiàn)象得到改善。對(duì)弧形篩入料、篩上物料、篩下物料進(jìn)行采樣篩分，篩分試驗(yàn)結(jié)果見表7。

圖1 新型弧形篩板與原有弧形篩板對(duì)比結(jié)果

表7 3051#振動(dòng)弧形篩入料小篩分試驗(yàn)

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(shè)一道噴水

料漿在篩面上作“切割”運(yùn)動(dòng)，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(dòng)弧形篩篩面噴水示意如圖2所示。

圖2 振動(dòng)弧形篩篩面噴水示意圖

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

對(duì)篩上物進(jìn)行小篩分試驗(yàn)，結(jié)果見表8。

表8 弧形篩篩上物小篩分試驗(yàn)結(jié)果

由表8可以看出，打開噴水后，篩上物中>0.125 mm粒級(jí)含量明顯下降。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，增加的噴水不僅沒(méi)有增加篩面跑水，反而在噴水疏通篩孔時(shí)使細(xì)粒級(jí)物料快速通過(guò)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(yīng)用效果

(1)通過(guò)降低弧形篩篩孔、提高篩面開孔率，實(shí)現(xiàn)了粗精煤前段回收，增強(qiáng)了脫水效果，降低了煤泥離心機(jī)的負(fù)荷，為粗精煤整體水分的降低創(chuàng)造了有利條件[10]。

(2)通過(guò)補(bǔ)加噴水，脫除部分高灰細(xì)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(chǎn)率。

(3)篩孔的減小降低了截粗粒度下限，提高了篩上物產(chǎn)率，不僅避免了因跑粗導(dǎo)致的尾礦灰分過(guò)低現(xiàn)象，還使入浮濃度大幅下降。經(jīng)計(jì)算，利用煤泥重介系統(tǒng)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(chǎn)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(wěn)定。

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

4 “2+2”煤泥水分級(jí)浮選工藝

針對(duì)入選原生煤泥和次生煤泥含量高的特點(diǎn)，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(jiǎn)稱“2+2”煤泥水分級(jí)浮選工藝)，其原則流程如圖3所示。

圖3 “2+2”煤泥水分級(jí)浮選工藝原則流程

4.1 浮選入料預(yù)先脫泥

4.1.1 現(xiàn)狀分析

為進(jìn)一步在浮選之前將高灰細(xì)泥排出分選系統(tǒng)，降低入料灰分，減少高灰細(xì)泥對(duì)浮選精煤產(chǎn)品的影響，淮北選煤廠南區(qū)采用斜管濃縮機(jī)對(duì)窄背寬弧形篩截粗后的篩下煤泥水再次分級(jí)處理。斜管濃縮機(jī)可以處理各種煤泥，其突出特點(diǎn)是直徑小于錐形濃縮池，經(jīng)過(guò)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(duì)運(yùn)行正常的煤泥斜管濃縮機(jī)的溢流、底流采樣，并對(duì)其樣品進(jìn)行小篩分試驗(yàn)，結(jié)果見表9。

表9 斜管濃縮機(jī)溢流和底流小篩分試驗(yàn)結(jié)果

由表9可以看出，濃縮機(jī)入料中粗顆粒含量較少，表明截粗效果較好；<0.045 mm產(chǎn)率由入料的54.33%降至底流的42.52%，高灰細(xì)泥產(chǎn)率下降11.81個(gè)百分點(diǎn)，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(xì)泥，但還不能作為循環(huán)水使用，必須再次處理。物料經(jīng)過(guò)濃縮機(jī)后，都得到不同程度的分選，粗顆粒大部分進(jìn)入底流產(chǎn)品，細(xì)粒則留在了溢流中。

然而在生產(chǎn)過(guò)程中有時(shí)會(huì)遇到濃縮機(jī)溢流不穩(wěn)定、入浮濃度不穩(wěn)定的情況，一旦發(fā)生上述現(xiàn)象，對(duì)浮選的操作將會(huì)產(chǎn)生較大負(fù)面影響[13]。

4.1.2 采取措施

(1)濃縮機(jī)池面加補(bǔ)水，保證濃縮機(jī)溢流持續(xù)平穩(wěn)，起到脫除高灰細(xì)泥的作用，使溢流帶走的基本為高灰細(xì)泥部分，溢流灰分保持在40%以上。

(2)底流泵采用變頻器調(diào)節(jié)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(qū)采用兩臺(tái)噴射式浮選機(jī)進(jìn)行一次浮選作業(yè)，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(duì)其浮選各產(chǎn)品取樣進(jìn)行小篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表10。

表10 一次浮選入料及產(chǎn)品小篩分試驗(yàn)結(jié)果

由表10可以看出，浮選精煤的灰分為10.84%，高于11級(jí)焦精煤灰分上限(10.50%)，需進(jìn)一步降低灰分，以避免重介精煤“背灰”。一次浮選精煤產(chǎn)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(guò)濾式離心脫水機(jī)進(jìn)行，在脫水的同時(shí)還能有效脫除一次浮選精礦中的高灰黏土雜質(zhì)，確保精煤產(chǎn)品質(zhì)量符合市場(chǎng)需求。入料及產(chǎn)品小篩分試驗(yàn)結(jié)果見表11。

表11 沉降過(guò)濾式離心機(jī)入料及產(chǎn)品小篩分試驗(yàn)結(jié)果

由表11可以看出，離心機(jī)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(gè)百分點(diǎn)，離心液中<0.045 mm粒級(jí)產(chǎn)率為80.81%，遠(yuǎn)高于入料中同粒級(jí)產(chǎn)率41.65%，說(shuō)明沉降離心機(jī)在脫水的同時(shí)，脫泥降灰作用也較為顯著。

4.3 煤泥二次浮選精細(xì)分級(jí)

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(jī)離心液，該離心液濃度低且總量較少，入料灰分也不高。通過(guò)表11可知，其粒度要比一次浮選更細(xì)，因此較低的入浮濃度有利于該部分物料進(jìn)行分選。淮北選煤廠南區(qū)采用一臺(tái)機(jī)械攪拌式浮選機(jī)進(jìn)行二次浮選作業(yè)，對(duì)其浮選各產(chǎn)品取樣進(jìn)行小篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表12。

由表12可以看出，二次浮選對(duì)細(xì)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(jí)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(gè)百分點(diǎn)，尾煤灰分高達(dá)60.79%；精煤產(chǎn)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(shí)精煤產(chǎn)率提升8.49個(gè)百分點(diǎn)，可燃體回收率提升6.59個(gè)百分點(diǎn)，對(duì)總精煤產(chǎn)率提升有較大幫助。

表12 二次浮選入料及產(chǎn)品小篩分試驗(yàn)結(jié)果

4.3.2 新型壓濾機(jī)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(jī)進(jìn)行，較低的入料濃度減輕了壓濾機(jī)的處理壓力，對(duì)水分有一定保證。在日常生產(chǎn)中，壓餅水分一般為22%～26%，因其總量較小，對(duì)總精煤水分(要求11.5%以下)影響不大[14]。為進(jìn)一步降低總精煤水分，該廠采用了新型壓濾機(jī)，具體使用情況見表13。

表13 兩種壓濾機(jī)參數(shù)對(duì)比

由表13可以看出，新型壓濾機(jī)(水壓榨)較采用風(fēng)壓榨的原有壓濾機(jī)在產(chǎn)品水分上優(yōu)勢(shì)明顯，可使壓餅水分降低6～8個(gè)百分點(diǎn)，在精煤產(chǎn)品降水上發(fā)揮了重要作用；此外，新型壓濾機(jī)濾餅松散、易碎，較易與總精煤進(jìn)行摻和，整體單循環(huán)時(shí)間較原有壓濾機(jī)縮短1～10 min。

4.4 應(yīng)用效果分析

(1)斜管濃縮機(jī)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(shí)間，提高處理效率。

(2)通過(guò)合理調(diào)節(jié)底流泵頻率，將浮選入料濃度控制在合理范圍內(nèi)，能夠大幅提升浮選操控的穩(wěn)定性，有效保證浮選精煤灰分，同時(shí)降低浮選藥耗、電耗，節(jié)約生產(chǎn)成本。

(3)通過(guò)穩(wěn)定溢流，持續(xù)對(duì)高灰細(xì)泥進(jìn)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(shí)配合二次浮選工藝，進(jìn)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(chǎn)率提升留下充足空間。

(4)一次浮選精煤通過(guò)沉降過(guò)濾式離心脫水機(jī)，降水的同時(shí)還進(jìn)一步脫出了高灰細(xì)泥，降低了灰分。

(5)新型壓濾機(jī)的應(yīng)用大幅降低了二次浮選精煤水分，進(jìn)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(biāo)低1～2個(gè)百分點(diǎn)，其自身雖未涉及重介分選系統(tǒng)，但對(duì)重介分選的精煤產(chǎn)品灰分產(chǎn)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(chǎn)率[15]。

5 結(jié)語(yǔ)

淮北選煤廠在煤炭分級(jí)分選過(guò)程中結(jié)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(guò)煤泥重介質(zhì)旋流器、新型弧形篩、“2+2”浮選工藝及新型精煤壓濾機(jī)的配合應(yīng)用，在細(xì)粒級(jí)煤泥分選中取得了良好的降灰提質(zhì)效果，減輕了重介精煤“背灰”影響，提高了精煤總產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益的最大化。特別是新型精煤壓濾機(jī)的應(yīng)用，在對(duì)精煤水分要求越來(lái)越高、精煤降水勢(shì)在必行的形勢(shì)下，確保了產(chǎn)品水分的合格，其應(yīng)用前景較為廣闊。