跳汰工藝選煤廠粗煤泥螺旋分選機(jī)回收工藝研究

王治帥，林曉峰，葛家君，張光偉，張 星，李學(xué)娟

(威海市海王旋流器有限公司，山東 威海 264203)

近年來(lái)，礦井機(jī)械化開(kāi)采力度逐年增強(qiáng)，原煤中煤泥含量逐年增多，煤質(zhì)呈現(xiàn)出“貧、細(xì)、雜”等特點(diǎn)，煤炭洗選難度不斷加大，這就要求選煤廠需要不斷對(duì)選煤工藝進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。重介質(zhì)選煤工藝分選精度高，在新建選煤廠及選煤廠改造中應(yīng)用較廣泛。但是跳汰洗選工藝因流程簡(jiǎn)單、設(shè)備少、系統(tǒng)操控難度小等特點(diǎn)，目前依舊存在采用跳汰工藝的選煤廠，如山西境內(nèi)霍西煤田、大同煤田等地的諸多選煤廠[1-2].

1 概 況

山西省某煤焦公司下屬的選煤廠設(shè)計(jì)能力150萬(wàn)t/a，洗選工藝為0～50 mm粒級(jí)進(jìn)入跳汰機(jī)分選出矸石、中煤及精煤3種產(chǎn)品。中煤和矸石經(jīng)斗式提升機(jī)提出后分別作為中煤和矸石產(chǎn)品，精煤產(chǎn)品進(jìn)入精煤脫水篩，篩上塊精煤經(jīng)離心脫水后成為精煤產(chǎn)品，篩下煤泥水和離心機(jī)離心液經(jīng)煤泥高頻篩回收粗精煤泥。高頻篩篩下水進(jìn)入浮選系統(tǒng)回收末精煤，浮選出的精煤泥經(jīng)過(guò)精煤壓濾機(jī)脫水后成為精煤產(chǎn)品，濾液直接作為循環(huán)水使用。浮選尾煤給入濃縮機(jī)，濃縮機(jī)底流通過(guò)尾煤壓濾機(jī)脫水后成為尾煤產(chǎn)品，濃縮機(jī)溢流進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)成為循環(huán)水作為洗水供全廠循環(huán)使用。工藝流程見(jiàn)圖1.

2 選煤廠運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀

隨著選煤廠入選煤質(zhì)劣化，入洗原煤中細(xì)粒級(jí)含量逐漸增多，在生產(chǎn)過(guò)程中存在以下問(wèn)題：

1)入洗原煤細(xì)顆粒的煤泥含量增高，導(dǎo)致跳汰機(jī)分選精度降低，特別是小于0.5 mm粒級(jí)的細(xì)粒級(jí)物料在分選過(guò)程中錯(cuò)配率提高，而且由圖1可知，粗精煤泥未經(jīng)分選直接分級(jí)脫泥回收，造成粗精煤泥灰分超標(biāo)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，該選煤廠生產(chǎn)精煤灰分要求≤9.5%，跳汰主洗精煤灰分滿足生產(chǎn)指標(biāo)要求，而粗精煤泥灰分常≥15%，使得跳汰主洗“背灰”問(wèn)題較為突出。

圖1 選煤廠工藝流程圖

2)選煤廠采用脫水篩及高頻篩對(duì)跳汰精煤篩下煤泥水進(jìn)行脫水、脫泥，在生產(chǎn)過(guò)程中存在跑粗問(wèn)題，粗顆粒物料進(jìn)入浮選系統(tǒng)后，超過(guò)浮選處理上限，使得浮選的分選效果變差，分選精度降低，造成浮選尾煤灰分過(guò)低，發(fā)熱量偏高。

3 技術(shù)改造方案

3.1 現(xiàn)場(chǎng)取樣分析

該選煤廠在洗選工藝的選擇及運(yùn)營(yíng)管理上均存在一定問(wèn)題，因此，對(duì)相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)研、取樣及化驗(yàn)。其中所取樣品為跳汰精煤篩下產(chǎn)物及浮選尾礦，對(duì)其進(jìn)行小篩分化驗(yàn)分析，化驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，表2.

表1 浮選尾煤小篩分試驗(yàn)分析表

表2 跳汰精煤篩下煤泥水小篩分試驗(yàn)分析表

由表1可知，浮選系統(tǒng)尾煤灰分僅44.37%，灰分明顯偏低，其中浮選尾煤中+0.5 mm粒級(jí)物料產(chǎn)率為4.33%，該粒級(jí)物料灰分偏低，為13.14%，可見(jiàn)浮選入料存在一定程度的跑粗，這與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員反饋結(jié)果相一致。原因是現(xiàn)場(chǎng)使用的煤泥高頻篩篩網(wǎng)均為濾布篩網(wǎng)，質(zhì)量不佳，耐磨程度較差，導(dǎo)致粗煤泥脫水脫泥環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)跑粗，粗顆粒進(jìn)入浮選系統(tǒng)，使得浮選系統(tǒng)分選效果惡化。

由表2可知，跳汰精煤篩下煤泥水通過(guò)脫泥后灰分依舊在12.66%(+0.25 mm粒級(jí)累計(jì)灰分)以上，且沒(méi)有考慮現(xiàn)有脫水設(shè)備的運(yùn)行效率，因此如果僅依靠分級(jí)設(shè)備進(jìn)行脫泥，無(wú)法滿足精煤灰分<9.5%的要求。

3.2 技術(shù)改造方案

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的研究與分析，結(jié)合煤質(zhì)資料，制定選煤廠改造方案[3-7]：

1)采用大直徑煤泥水濃縮分級(jí)旋流器對(duì)跳汰篩下煤泥水進(jìn)行脫泥處理，相比傳統(tǒng)的煤泥水旋流器，大直徑水力旋流器具有分級(jí)粒度大、分級(jí)效率高、底流夾細(xì)量低等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)礦漿通過(guò)量選擇相應(yīng)臺(tái)數(shù)的煤泥水旋流器，該選煤廠所使用的煤泥水濃縮分級(jí)旋流器型號(hào)為FX850單臺(tái)。

2)增設(shè)粗煤泥分選環(huán)節(jié)，對(duì)跳汰篩下水粗煤泥的可選性分析可知，通過(guò)排矸處理即可實(shí)現(xiàn)降灰目的，因此選擇螺旋分選機(jī)作為粗煤泥分選設(shè)備，即FX850煤泥水濃縮分級(jí)旋流器溢流給入浮選系統(tǒng)，底流給入下游的螺旋分選機(jī)進(jìn)行分選。螺旋分選機(jī)精煤產(chǎn)品給入高頻篩完成脫水后成為粗精煤泥產(chǎn)品[8，9].改造后的工藝流程見(jiàn)圖2.

圖2 改造后的工藝流程示意圖

4 技術(shù)改造效果

現(xiàn)場(chǎng)改造方案完成后，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，粗精煤泥灰分降至9.5%以下，解決了跳汰主洗“背灰”問(wèn)題。同時(shí)由于大直徑煤泥水濃縮分級(jí)旋流器的使用，使下游煤泥水量大幅減小，減少了煤泥高頻篩的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，降低了選煤廠的運(yùn)營(yíng)成本。為進(jìn)一步檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況，對(duì)粗煤泥分選環(huán)節(jié)進(jìn)行取樣，進(jìn)行粗煤泥分選設(shè)備分選效果評(píng)定。

4.1 煤泥水濃縮分級(jí)旋流器脫泥效果分析

對(duì)煤泥水濃縮分級(jí)旋流器的入料、溢流及底流產(chǎn)品取樣，進(jìn)行粒度組成分析。底流、溢流煤樣的粒度組成見(jiàn)表3，4，粒度特性曲線及分配曲線[10]見(jiàn)圖3，4.

表3 底流小篩分試驗(yàn)分析結(jié)果表

表4 溢流小篩分試驗(yàn)分析結(jié)果表

圖3 粒度特性曲線圖

圖4 分配曲線圖

煤泥水濃縮分級(jí)旋流器工藝效果評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表5.由表5可知，煤泥水濃縮分級(jí)旋流器的分級(jí)效率為70.71%，粗粒物正配率為95.76%，細(xì)粒物正配率74.95%，通過(guò)粒度0.13 mm，分配粒度0.14 mm，平均分配誤差1.77，可能性偏差Ep為0.055 kg/L.

表5 煤泥水濃縮分級(jí)旋流器工藝效果評(píng)價(jià)表

通過(guò)對(duì)煤泥水濃縮分級(jí)旋流器運(yùn)行效果評(píng)定，發(fā)現(xiàn)旋流器運(yùn)行效果理想，底流中夾細(xì)泥由入料的52.55%降至23.12%，底流灰分由入料的30.45%降至22.12%，脫泥降灰效果明顯；溢流中+0.5 mm粒級(jí)產(chǎn)率僅0.33%，溢流中累計(jì)D95粒度為0.13 mm，幾乎不存在粗顆粒。

4.2 粗煤泥分選系統(tǒng)工藝性能評(píng)定

4.2.1入洗原煤可選性分析

煤泥水旋流器底流由于濃度較高，補(bǔ)水到一定濃度后自流給入螺旋分選機(jī)完成粗煤泥分選處理過(guò)程。為檢測(cè)粗煤泥分選系統(tǒng)運(yùn)行工藝效果，對(duì)螺旋分選機(jī)的入料、精礦及尾礦產(chǎn)品分別取樣并做相關(guān)的浮沉化驗(yàn)，進(jìn)行煤質(zhì)可選性分析[11].相關(guān)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6.

表6 螺旋分選機(jī)入料浮沉試驗(yàn)結(jié)果表

由表6繪制煤泥可選性曲線，見(jiàn)圖5.根據(jù)圖5分析煤泥可選性情況，當(dāng)要求洗選的精煤灰分為10%時(shí)，精煤理論產(chǎn)率為74.43%，分選密度1.712 g/cm3，δ±0.1含量為10.39%，可選性為中等可選，接近易選煤。

圖5 跳汰篩下煤泥水煤泥可選性曲線圖

4.2.2粗煤泥分選系統(tǒng)工藝性能評(píng)定

根據(jù)GB/T 15715-2014 《煤用重選設(shè)備工藝性能評(píng)定方法》，利用“格氏法”計(jì)算出精煤泥、尾煤泥產(chǎn)率。入料及產(chǎn)品浮沉試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7，“格式法”計(jì)算產(chǎn)率表見(jiàn)表8.

表7 螺旋分選機(jī)入料及產(chǎn)品浮沉試驗(yàn)結(jié)果表

表8 粗煤泥分選系統(tǒng)產(chǎn)物產(chǎn)率格氏法計(jì)算表

尾煤泥產(chǎn)率：r2=100%-r1=32.89%

其中：

試驗(yàn)均方差及分配律計(jì)算表見(jiàn)表9.表9中平均密度為該密度級(jí)的平均密度值，其中<1.3 g/cm3密度級(jí)的下限以1.2 g/cm3，>1.8 g/cm3密度級(jí)的上限以2.7 g/cm3計(jì)算。

表9 試驗(yàn)均方差及重產(chǎn)物分配率計(jì)算表

試驗(yàn)均方差：

其中，N為浮沉試驗(yàn)密度級(jí)數(shù)量，取6；M為產(chǎn)品數(shù)量，取2.方差在GB/T 15715-2014 《煤用重選設(shè)備工藝性能評(píng)定方法》規(guī)定允許范圍之內(nèi)。

對(duì)重產(chǎn)物的分配率計(jì)算采用擬合計(jì)算，采用反正切模型進(jìn)行擬合，擬合曲線方程為：

其中，b1=9.27，b2=1.52，b3=1.17，b4=1.62，分配曲線見(jiàn)圖6.由圖6可知，螺旋分選機(jī)實(shí)際分選密度為1.548 g/cm3.

圖6 重產(chǎn)物分配圖

可能性偏差Ep值公式：

不完善度I計(jì)算公式：

數(shù)量效率η:

η=67.11%÷74.259%×100%=90.37%

5 效益分析

經(jīng)過(guò)改造，該跳汰選煤廠的洗選工藝得到優(yōu)化改進(jìn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，粗精煤泥灰分達(dá)標(biāo)，杜絕了因粗煤泥灰分超標(biāo)造成的跳汰主洗“背灰”問(wèn)題，使精煤回收率得以提高。

1)采用大直徑煤泥水濃縮分級(jí)旋流器+螺旋分選機(jī)對(duì)粗煤泥進(jìn)行分選、回收處理后，粗精煤泥灰分由原來(lái)的≥15%降至9.5%以下，精煤產(chǎn)率提高0.5%～1.5%，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

2)螺旋分選機(jī)屬無(wú)動(dòng)力分選設(shè)備，能耗低，檢修方便，改造后有效降低了能耗及檢修成本。

3)改造后跳汰精煤篩下煤泥水經(jīng)過(guò)濃縮分級(jí)旋流器進(jìn)行濃縮分級(jí)，細(xì)粒級(jí)物料從旋流器溢流排出入浮選系統(tǒng)，減少了進(jìn)入下游的礦漿量，改善了下游浮選系統(tǒng)的工況條件，浮選尾煤灰分有所提高。

6 結(jié)論與建議

采用大直徑煤泥水濃縮分級(jí)旋流器+螺旋分選機(jī)分選回收跳汰篩下煤泥水工藝的成功應(yīng)用，為山西省內(nèi)諸多采用跳汰工藝的煉焦煤選煤廠及動(dòng)力煤選煤廠提供了技術(shù)改造的學(xué)習(xí)案例。該工藝可對(duì)跳汰精煤篩下煤泥水中的粗煤泥進(jìn)行高效分選回收，降低系統(tǒng)粗精煤泥的灰分，杜絕跳汰精煤的“背灰”問(wèn)題，為選煤廠創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。