田莊選煤廠入選原煤泥化特征研究

栗 培 國(guó)

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司 田莊選煤廠，河南 平頂山 467013)

0 引 言

田莊選煤廠位于河南省平頂山市東郊，目前入選原煤能力達(dá)10.0 Mt/a[1]。該選煤廠入選的原煤來(lái)源于平煤神馬集團(tuán)下屬的10余對(duì)礦井，主要入選煤種以煉焦煤為主，各礦原煤入廠以分罐或分層儲(chǔ)存，入選時(shí)以配煤形式組織生產(chǎn)。原煤以全粒級(jí)(<300 mm)入選，配備以塊煤斜輪重介分選、末煤三產(chǎn)品旋流器重介分選、粗煤泥TBS以及煤泥浮選為主的四級(jí)分選選煤工藝，采用冗余設(shè)計(jì)并基于專(zhuān)家控制系統(tǒng)進(jìn)行分選[2，3]，分選后的主要產(chǎn)品為精煤與中煤。其中，精煤具有低硫、高黏結(jié)性、質(zhì)量穩(wěn)定之特點(diǎn)，可作為國(guó)內(nèi)外優(yōu)質(zhì)的主煉焦精煤，而中煤可用作附近電廠的優(yōu)質(zhì)動(dòng)力用煤。

1 入選原煤泥化研究背景

田莊選煤廠入選平煤集團(tuán)公司多個(gè)礦區(qū)各礦井原煤，隨著開(kāi)采深度拓展和采煤機(jī)械化程度提高，入選的各礦開(kāi)采深度不同，各礦原煤質(zhì)量差別較大。大多數(shù)礦原煤中伴生礦物與圍巖碎塊增多，比如二礦、十礦等原煤除含有一些伴生礦物如伊利石、高嶺石、石英、伊蒙混層、蒙脫石、綠泥石、方解石、葉蠟石、黃鐵礦等外，各礦在開(kāi)采過(guò)程中不定期遇到斷層、局部頂?shù)装迕撀涞葼顩r，由此增加了原煤中矸石含量,而此矸石不僅包含硬度高、透水性差的碳質(zhì)頁(yè)巖，且含有質(zhì)地松軟、易吸水的泥巖。采用濕法選煤工藝時(shí)，混入原煤中的黏土礦物遇水膨脹,通常形成極細(xì)的膠體顆粒而不易沉降[4]，給選煤分選帶來(lái)困難。煤和煤中所含矸石的泥化特性，不僅與選煤工藝過(guò)程有密切關(guān)系，還直接影響煤的分選效果和選煤工藝流程的選擇[5]。

入選原煤泥化對(duì)重介旋流器分選有一定影響，尤其對(duì)浮選、浮精脫水作業(yè)影響更大，為此研究入選原煤的泥化性質(zhì)并采取相應(yīng)措施以降低入選原煤泥化，此舉對(duì)選煤生產(chǎn)的影響具有重要的意義[5]。

由于在煤的形成過(guò)程中，煤中部分伴生礦物與煤緊密結(jié)合，因而通常研究煤的泥化現(xiàn)象不僅指煤和煤中矸石在濕法洗選過(guò)程中的泥化特征，且指原煤在濕法洗選過(guò)程中再粉碎的情況和產(chǎn)生次生煤泥的泥化特征[6]。對(duì)入選原煤進(jìn)行泥化試驗(yàn)，不僅能預(yù)測(cè)次生煤泥量的多少，且能為選煤生產(chǎn)、選煤廠技改提供原煤煤質(zhì)的第一手資料[7-14]。煤的泥化特征量化通常采用轉(zhuǎn)筒泥化試驗(yàn)，其試驗(yàn)主要目的包括測(cè)定次生煤泥的產(chǎn)率與灰分，按照試驗(yàn)的相關(guān)國(guó)標(biāo)要求，試樣從生產(chǎn)煤樣或篩分總樣中縮取，試樣的粒級(jí)應(yīng)與入選原料煤一致[15]。針對(duì)田莊選煤廠全粒級(jí)入選，為了更全面反應(yīng)田莊入選原煤情況，采樣亦采用全粒級(jí)而未對(duì)其上限進(jìn)行調(diào)整。

2 入選原煤泥化試驗(yàn)及分析

根據(jù)GB/T 26918—2011《選煤廠煤的轉(zhuǎn)筒泥化試驗(yàn)方法》，田莊選煤廠對(duì)入選原煤進(jìn)行泥化試驗(yàn),即選擇試樣的粒級(jí)為300 mm～0.5 mm,試樣進(jìn)行4次翻轉(zhuǎn)試驗(yàn)，每次用樣25 kg，考慮備用則要求取樣量至少為250 kg。分別進(jìn)行翻轉(zhuǎn)時(shí)間為15 min、25 min、35 min、45 min的4次泥化試驗(yàn),試驗(yàn)中次生煤泥指0.500 mm篩下產(chǎn)品，次生煤泥產(chǎn)率由0.500 mm～0.045 mm 和小于0.045 mm 該2個(gè)部分的產(chǎn)品產(chǎn)率相加而得，次生煤泥灰分(Ad)通過(guò)測(cè)定0.500 mm～0.045 mm 和小于0.045 mm 此2個(gè)部分的產(chǎn)品灰分再加權(quán)平均計(jì)算得出。用W45表示試樣中<0.045 mm產(chǎn)品質(zhì)量百分比，W500表示試樣中<0.500 mm產(chǎn)品質(zhì)量百分比。煤的泥化程度定義如下:當(dāng)W500≤10.0%時(shí)，為低泥化程度；當(dāng)W500>10.0%時(shí)，根據(jù)泥化比B(B=W45/W500)劃分泥化程度:B≤10.0%，為低泥化程度；B在10.1%～20.0%，為中泥化程度；B在20.1%～30.0%，為中高泥化程度；B>30.0%，為高泥化程度。田莊選煤廠入選原煤泥化試驗(yàn)結(jié)果匯總見(jiàn)表1,其各礦原煤泥化比如圖1所示。

表1 田莊選煤廠入選原煤中主要礦別原煤泥化試驗(yàn)結(jié)果匯總
Table 1 Summary of feeding raw coal sliming test results form main mines of Tianzhuang coal preparation plant

礦名翻轉(zhuǎn)時(shí)間/min產(chǎn)率/%>3 mm3～0.5 mm0.5～0.045 mm<0.045 mm灰分/%0.5～0.045 mm<0.045 mm次生煤泥泥化比/%1534.14 40.47 13.10 12.29 35.74 43.37 39.43 48.40 平煤股份一礦2541.65 30.56 14.38 13.41 37.59 44.42 40.89 48.30 3532.47 38.05 16.72 12.76 39.70 44.75 41.89 43.30 4530.36 31.45 19.29 18.90 36.26 43.62 39.90 49.49 1556.63 23.77 10.24 9.36 31.92 49.57 40.35 47.76 平煤股份二礦2554.78 25.22 10.60 9.40 34.81 51.39 42.60 47.00 3556.92 23.00 9.98 10.10 34.77 52.52 43.70 50.30 4541.04 35.50 11.89 11.57 31.89 51.66 41.64 49.32 1542.01 32.45 13.33 12.21 24.71 44.20 34.03 47.81 平煤股份十礦2557.43 18.96 11.08 12.53 30.72 43.82 37.67 53.07 3548.84 25.06 13.05 13.05 27.21 45.03 36.12 50.00 4538.55 31.65 16.11 13.69 25.73 43.73 34.00 45.94 1537.95 31.73 18.47 11.85 20.59 29.85 24.21 39.08 平煤股份十一礦2537.43 32.85 17.59 12.13 19.86 27.92 23.15 40.81 3537.11 32.37 17.15 13.37 17.45 30.12 30.52 43.80 4537.75 28.76 18.47 15.02 19.29 31.53 33.49 44.84 1546.10 28.92 12.73 12.25 17.20 33.36 25.12 49.00 平煤股份十二礦2542.25 28.52 16.14 13.09 19.10 33.00 25.32 44.70 3541.12 29.52 16.43 12.93 17.40 33.39 24.44 44.00 4541.77 30.52 14.54 13.17 18.44 33.54 25.61 47.50 1544.58 29.48 13.45 12.49 16.68 23.85 20.13 48.10 平煤股份十三礦2536.85 34.68 14.92 13.55 14.36 23.83 18.87 47.60 3538.96 33.25 13.33 14.46 14.34 23.35 19.03 52.00 4535.74 35.50 14.54 14.22 13.02 23.71 18.31 49.40 1542.0130.5215.3812.0911.5319.9315.2344.00 平煤股份首山礦2542.9727.0716.7913.1710.7720.1814.9143.90 3535.4232.9317.1114.5410.7320.6615.2945.90 4536.3127.5517.7118.4311.3819.8915.7251.00

圖1 田莊選煤廠入選原煤中主要礦別原煤泥化比折線圖Fig.1 Line chart of sliming ratio of feeding raw coal from main coal mines of Tianzhuang coal preparation plant

結(jié)合圖1對(duì)表1試驗(yàn)結(jié)果匯總進(jìn)行分析，可初步得出以下結(jié)論:① 小于0.045 mm 粒級(jí)的細(xì)泥產(chǎn)率隨試驗(yàn)時(shí)間的增加而增加。② 田莊選煤廠入選主要礦別即一礦、二礦、十礦、十一礦、十二礦、十三礦和首山礦的原煤轉(zhuǎn)筒泥化試驗(yàn)中，小于0.500 mm的產(chǎn)率均大于10.0%，且泥化比(B)均大于30.0%，為高泥化程度煤；泥化實(shí)驗(yàn)結(jié)果中小于0.045 mm產(chǎn)品灰分顯著高于其他粒級(jí)，即小于0.045 mm產(chǎn)品為高灰泥化物。③ 首山和十一礦煤隨翻轉(zhuǎn)時(shí)間增長(zhǎng)而其泥化程度加重，十礦煤在翻轉(zhuǎn)25 min時(shí)泥化程度(B=53.07%)最嚴(yán)重。④ 隨翻轉(zhuǎn)時(shí)間延長(zhǎng)，除首山和十一礦煤外其余幾個(gè)礦別的原煤泥化程度增長(zhǎng)并不顯著，有利于二次浮選、煤泥再選。

3 泥化試驗(yàn)結(jié)果分析

田莊選煤廠作為中心選煤廠，由于生產(chǎn)需要而對(duì)平煤礦區(qū)各礦煤配洗入選，為了掌握平煤礦區(qū)整體泥化特征及田莊選煤廠入選原煤情況，故需對(duì)平煤礦區(qū)各礦原煤進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)田莊選煤廠入選主要礦別原煤進(jìn)行泥化試驗(yàn)，翻轉(zhuǎn)時(shí)間為15 min、25 min、35 min、45 min時(shí)，其泥化比平均值分別為46.31%、46.48%、47.04%、48.21%。

分析泥化試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著試驗(yàn)?zāi)嗷囼?yàn)翻轉(zhuǎn)時(shí)間增加，平均泥化比平均值呈上升趨勢(shì)，由46.31%增至48.21%，說(shuō)明隨著浸泡時(shí)間延長(zhǎng)則平煤礦區(qū)原煤的泥化現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，即平煤礦區(qū)原煤隨著在水中翻轉(zhuǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)則其泥化越來(lái)越嚴(yán)重。但鑒于在15 min翻轉(zhuǎn)時(shí)間時(shí)平均已為高泥化，后期增加幅度并不顯著。田莊選煤廠入選原煤的煤泥化現(xiàn)象較嚴(yán)重，所產(chǎn)生的高灰細(xì)泥量較大，因此應(yīng)盡量縮短洗選過(guò)程以減輕泥化。

針對(duì)田莊選煤廠入選主要礦別進(jìn)行原煤泥化試驗(yàn)，不同翻轉(zhuǎn)時(shí)間15 min、25 min、35 min、45 min時(shí)其次生煤泥的算術(shù)平均灰分分別為28.36%、29.06%、30.14%、29.81%。分析次生煤泥灰分平均值變化情況可知:隨著翻轉(zhuǎn)時(shí)間延長(zhǎng)其灰分逐漸增加，說(shuō)明矸石有泥化現(xiàn)象；但當(dāng)翻轉(zhuǎn)時(shí)間為45 min時(shí),次生煤泥灰分比翻轉(zhuǎn)時(shí)間35 min時(shí)降低了0.33%，說(shuō)明超過(guò)35 min后其煤碎化現(xiàn)象加重，次生煤泥灰分有所降低，含煤量占比提高，同時(shí)說(shuō)明該種煤不宜在水中浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

歸納以上分析，可初步得出以下結(jié)論:

(1)十礦煤泥化程度較高，尤其在翻轉(zhuǎn)25 min時(shí)其泥化程度最為嚴(yán)重且明顯高于其他礦別煤。而在田莊選煤廠的分選過(guò)程中，從原煤分級(jí)到浮選精礦脫水煤流約30 min，造成入選十礦煤時(shí)泥化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，因此需嚴(yán)格控制其配比入選，以每小時(shí)100 t以下控制配洗，保證產(chǎn)品質(zhì)量與煤泥水系統(tǒng)穩(wěn)定。

(2)首山和十一礦煤隨翻轉(zhuǎn)時(shí)間增長(zhǎng)則其泥化程度加重明顯，需避免長(zhǎng)時(shí)間浸泡，洗選時(shí)及時(shí)添加絮凝劑以減少其在煤泥水系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)時(shí)間。

(3)對(duì)高灰泥化物應(yīng)采取低濃度浮選以減少細(xì)泥對(duì)浮精質(zhì)量影響，若有條件則采取二次浮選以進(jìn)一步降低浮選精煤灰分。

通過(guò)對(duì)田莊選煤廠入選原煤中7個(gè)高泥化礦別原煤進(jìn)行泥化試驗(yàn)以掌握其泥化特征，由統(tǒng)計(jì)分析可知在組織生產(chǎn)時(shí)不僅要降低高泥化煤配比，同時(shí)應(yīng)盡量縮短高泥化煤洗選過(guò)程，加強(qiáng)煤泥水處理，降低循環(huán)水濃度。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著各礦綜采技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用，原煤泥化程度越來(lái)越嚴(yán)重，在選煤廠生產(chǎn)管理中易導(dǎo)致較大的煤泥水處理難度。田莊選煤廠通過(guò)研究入選原煤的泥化性質(zhì)以掌握入選原煤的泥化特征，在生產(chǎn)中不僅有效控制產(chǎn)品的灰分、水分、揮發(fā)分及黏結(jié)指數(shù)等質(zhì)量指標(biāo)，且針對(duì)各礦原煤泥化特征相應(yīng)采取有力的措施，從而降低原煤泥化對(duì)選煤生產(chǎn)的影響，最終提高了選煤的分選效率。