精煤泥高效回收技術在選煤廠的應用

田 亮，楊 碩，胡雅麗，侯增芳

(新汶礦業集團，山東 新泰 271219)

協莊選煤廠于1987年1月投產，原設計為120萬t/a的動力煤選煤廠，采用跳汰選煤工藝。隨著煤質及市場的變化，2006年與南非DRA公司合作，對選煤廠進行了重介質選煤工藝改造。改造后的設計入洗能力為150萬t/a，主要工藝流程為：入洗原煤經選前脫泥—有壓兩段兩產品重介質旋流器主再選—粗煤泥螺旋分選—細煤泥浮選—尾煤泥壓濾回收。由于煤質變化，2012年又對粗煤泥分選及浮選系統進行了改造，增加一套TBS粗煤泥分選設備，并將浮選設備更換為旋流微泡浮選柱。

隨著礦井開采深度的不斷延伸和機械化采煤程度的提高，入洗原煤中煤泥含量越來越多。原有螺旋分選機及TBS分選設備分選效率低，配套設備多，工藝復雜，不能很好的滿足生產需要，因此需對粗煤泥分選系統進行優化改造。

1 生產現狀及存在的問題

1.1 生產現狀

粗煤泥分選流程：原煤經2 mm孔徑的脫泥篩脫泥后，篩下物進入脫泥桶，經分級旋流器(FX840)分選，溢流進浮選，底流經固定篩脫水；固定篩篩上物進螺旋精煤篩，固定篩篩下物進螺旋分選機。螺旋分選機分選產物(螺旋精煤、螺旋中煤、螺旋矸石)經各自旋流器濃縮，螺旋中煤及螺旋矸石經脫水后進入各自產品，螺旋精煤旋流器溢流和螺旋精煤篩篩下物進入TBS系統分選；螺旋精煤篩篩上物料因灰分較高不符合指標要求，再次進入低密度再選旋流器分選。

1.2 存在的問題

(1)螺旋分選機因使用年限長(10 a)，磨損嚴重，部分螺旋槽已無法正常分選，影響分選效果。

(2)螺旋精煤篩篩上物料灰分較高(28%左右)，需進入低密度再選旋流器進行分選；因細顆粒物料增加，影響了低密度區脫介篩的透篩效率，導致產品帶介相對增加。

(3)TBS分選機(φ3 000 mm)核定處理能力為120 t/h，目前處理量約為70 t/h。TBS入料泵，TBS分選機及高頻篩已達到滿負荷，若再提高處理量，TBS分選機溢流容易跑粗，影響浮選柱正常分選。

2 改造方案的選擇及煤質分析

2.1 改造方案的選擇

目前國內常用的粗煤泥分選工藝大體可分為兩類：一類是以重介質為分選介質的煤泥重介質旋流器。一類是以水為介質的粗煤泥分選工藝，主要有三錐角水介質旋流器、TBS、螺旋分選機等。鑒于三錐角水介質旋流器具有工藝簡單、投資小、見效快、生產成本低、設備磨損小、維修量低等特點，決定選用三錐角水介質旋流器進行工藝改造。

2.2 粗煤泥粒度組成分析

為論證改造方案的可行性，采取脫泥篩下煤樣進行篩分試驗分析，結果見表1。

表1 煤泥小篩分試驗結果

從表1可以看出，該煤樣中大于20目含量較多，為26.09%，大于80目的累計產率為77.34%，說明適于重力分選的粗顆粒含量相對較多；該煤樣中細顆粒(小于325目)部分占8.22%，小于200目部分占11.38%，有利于旋流器分選密度層的形成。煤泥累計灰分為45.62%，灰分較高，意味著該部分煤泥進入主選系統會影響分選效果；其中大于80目粒級累計灰分為43.35%，說明對大于80目粒級煤泥實施有效分選是非常必要的。

2.3 粗煤泥密度組成分析

為了解粗煤泥密度組成情況，對煤樣中的粗煤泥(大于80目粒級)進行了小浮沉試驗，結果見表2。根據表2數據繪制的可選性曲線見圖1。

圖1 大于0.2 mm粒級煤泥的可選性曲線

由表2和圖1可以看出，粗煤泥中低密度級含量較多，且灰分較低，其中小于1.4 g/cm3密度級浮物累計產率為37.04%，灰分為7.40%，說明該粗煤泥中精煤含量較多；大于1.8 g/cm3的含量占48.88%，灰分為80.94%，說明矸石含量較大。從曲線上可查得，當要求灰分為10.00%時，其精煤理論產率44.00%，占煤泥樣品的34.03%，其鄰近密度物含量(去除高密度物)為21.52%，可選性為較難選。采用水介質分選設備分選該粗煤泥可以達到理想分選效果。

2.4 粗煤泥分選設備探索試驗研究

設計采用直徑100 mm的實驗室用三錐角水介質旋流器對該粗煤泥進行分選試驗。將粗煤泥煤樣配制成160 g/L濃度，設定好初始結構參數，開動礦漿泵，調整旋流器入料壓力，物料循環5 min后，對溢流、底流、入料分別采樣；改變旋流器結構參數及操作參數，即錐體型號、溢流管直徑、溢流管插入深度、壓力等，重復上述試驗；考慮到目前選煤廠設備對細粒煤的分級狀況，將獲得的樣品進行濕式篩分，分出大于80目和小于80目粒級，分別測定兩個粒級的灰分和質量，利用灰分平衡法計算精煤產率及綜合產率，結果見表3。

表3 煤泥分選試驗結果

2.5 浮沉試驗結果分析

為進一步考察三錐角水介質旋流器分選精度，對溢流中大于80目部分和底流中大于80目部分進行了小浮沉試驗，結果如表4和表5所示。根據小浮沉試驗結果計算的分配率見表6。

表4 溢流中大于80目粒級小浮沉實驗結果

表5 底流中大于80目粒級小浮沉試驗結果

表6 三錐角水介質旋流器產品分配率計算結果

由表4可以看出，精煤中以小于1.4 g/cm3密度級為主，其累計產率高達90.91%，灰分僅為6.36%，且精煤中大于1.5 g/cm3密度級含量非常少，由此可見，原始粗煤泥中含有大量精煤，而該設備能夠對這部分粗煤泥進行有效分選。

由表5可以看出，底流中大于1.8 g/cm3密度級含量為57.42%，灰分高達84.03%，說明底流粗煤泥大部分為矸石。此外，底流中小于1.3 g/cm3密度級含量達13.01%，說明尚需進一步分選回收精煤。

從表6數據可以看出，旋流器底流(重產物)在低密度里分配較少，大多分配到高密度中，說明旋流器分選效果較好。

利用表6數據繪制的重產物分配曲線見圖2。從圖2可以查得分配率為75%時，分選密度為1.52 g/cm3；分配率為25%時，分選密度為1.32 g/cm3，實際分選密度為1.40 g/cm3。計算得三錐角水介質旋流器對該粗煤泥大于80目部分進行分選時，可能性偏差Ep為0.10 g/cm3，不完善度I為0.250，說明該分選設備分選精度較好。

圖2 重產物分配率曲線

2.6 綜合試驗結論

通過一系列試驗分析研究，得到如下結論：

(1)煤泥中20～80目粒級含量相對較多，其中含有部分精煤；粗煤泥可選性為較難選，適于三錐角水介質旋流器分選。

(2)粗精煤實驗室灰分為7.58%，此時粗煤泥精煤產率(占入料煤泥)為24.91%，數量效率為84.76%。

(3)分選精度Ep值為0.10 g/cm3，相對較低，可滿足生產要求。

(4)該部分煤泥用三錐角水介質旋流器分選，工藝簡單，易于實現技術改造。

3 改造方案實施

為解決粗煤泥分選工藝不完善的問題，協莊選煤廠對系統實施了相關改造，新增一套三錐角水介質旋流器粗煤泥分選系統，同時充分利用部分現有煤泥脫水設備，以盡量減少項目投資費用。改造后的工藝流程見圖3。

圖3 改造后的粗煤泥分選工藝流程示意

4 應用效果

粗煤泥分選工藝改造完成后，系統運行效果良好，粗精煤泥灰分在10%左右，符合指標要求；三錐角旋流器底流灰分在45%左右，進入低密度區進一步分選后，中煤灰分在55%左右，對整個系統的優化和經濟效益的提高起到了積極作用。

(1)改造后浮選入料性質得到改善，浮選入料量減少10%～15%，且能有效減少浮選跑粗現象。

(2)由于采用了三錐角旋流器分選，減少了精煤脫介篩上細粒精煤含量，有效改善了脫介效果，減少了產品帶介量。

(3)三錐角旋流器替代了原來的螺旋分選機及TBS，并停用了一系列配套設備，簡化了工藝，降低了電耗。

(4)改造后精煤產率提高約0.5個百分點，年可產生經濟效益1 000萬元左右。粗煤泥由三錐角旋流器直接分選，停用原螺旋分選機及TBS部分設備，可減少電耗，年節約用電費用24.95萬元，合計年創經濟效益1 024.95萬元。

5 結 語

此項改造項目利用三錐角水介質旋流器有效替代原用的螺旋分選機及TBS設備，改善了分選效率低、配套設備多等問題。改造后精煤產率得以提高，生產成本降低，取得了良好的經濟效益。另外，這一舉措還改善了浮選入料性質，有效減少了浮選跑粗現象，減少了精煤脫介篩細粒精煤含量，改善了脫介效果，減少了產品帶介量。此項改造，對國內同類選煤廠具有一定的借鑒意義。