復合干選技術對塊煤與末煤的排矸效率分析

顧建軍

(中煤天津設計工程有限責任公司，天津 300120)

我國西部地區蘊藏大量煤炭資源，這部分煤炭資源以低變質程度的動力煤居多，大部分灰分較高，發熱量較低，均需要進行洗選加工以提高煤炭質量，滿足國家對于動力用煤灰分和發熱量的要求。但西部地區水資源匱乏，且部分低變質程度的煤遇水易泥化，因而濕法選煤受到極大限制。針對此問題，干法選煤表現出較高的優勢，更適合此類缺水地區及易泥化煤質的洗選加工。

在多種干法選煤設備中，復合式干法分選應用較多，且取得較好效果。本文從工程角度針對復合式干法分選塊煤和末煤的排矸效率進行分析，論述該選煤方法對塊煤和末煤的分選效果。

1 分選原理

復合式干法分選機由分選床、風機、振動機構、吊掛裝置等組成，見圖1。物料在復合式干選機內作螺旋翻轉的運動，利用風力和振動力使床層松散，在重力作用下使不同質量的物料實現分層，在分選機不同區段內有煤粉和空氣形成的混合介質，對塊煤起到按密度分選的作用。

圖1 復合式干法分選機結構

復合式干法分選由多種效果共同作用，主要包括振動、風力、介質作用等。

1.1 振動和風力作用

振動和風力為分選床層松散提供所需要的能量，使不同質量的顆粒發生位置交換并實現分層。

根據熱力學第二定律：任何體系都傾向于自由能降低。邁耶爾將床層視為一個整體，提出床層分層前所具有的位能高，高于分層后所具有的位能。因此，只要給床層創造一個適當的松散條件，重物料就必然自發地進入床層下部。振動和風力作用就是提供物料的一種松散條件。

1.2 介質作用

介質指的是入選物料中的細粒級煤粉。入料中的細粒物料作為介質與空氣組成某一密度的懸浮層。粗顆粒物料在該懸浮層內其分選效果與濕法選煤類似，密度大的物料下沉，密度小的物料上浮。

由于介質的存在使復合式干法分選的入料級變寬，等沉比可達2.5以上。干選機單獨分選塊煤，由于塊煤間隙較大，導致在分選過程中風由煤塊間隙吹出，使床層達不到最佳的分選效果。而添加少量的粉煤后，其與風組成某一密度的懸浮層，填充在塊煤間隙中，有助于分選床層的松散和分層，提高分選效果。

上述多種作用共同施加于進入干選機內的物料，從而實現物料的有效分選。根據上述分析，各種作用綜合作用于塊煤和末煤后，其分選效果應是塊煤好于末煤。由于塊煤質量大，其振動作用和風力作用效果更明顯，而介質作用主要是靠粉煤作為分選介質；由于末煤質量較輕，多被風力吹起形成分選介質而自身難以得到有效分選。因而復合式干法分選對于末煤分選效果較差，實際應用中復合式干選技術主要用于動力煤排矸。

2 250～6 mm塊煤干法分選排矸效率分析

塊煤干法分選目前工業應用多為大于6 mm塊煤風選。采用新疆伊寧地區某礦原煤的復合干法分選試驗數據，對該煤樣分選結果進行分析。該礦塊原煤灰分25.18%，浮沉組成見表1。

表1 50～6 mm塊煤浮沉組成

采用干選機對該煤樣進行分選實驗，試驗結果見表2。

表2干選試驗數據，精煤灰分12.87%，較原煤有較大降幅，產品質量提高明顯，矸石灰分為80.35%，矸石產率為13.4%，矸石灰分高，達到矸石排放的要求。對照表1塊煤浮沉組成，當精煤灰分為13.67%時，精煤濕法分選的產率為82.96%，此時表2干選精煤產率為80.49%，與濕法產率相差2.47%，差距較小。當矸石灰分為72.68%時，根據表1，矸石濕法分選產率為24.66%，表2干選矸石產率為19.51%，與濕法產率相差5.15%，排矸率為79.11%。當矸石灰分為80.35%時，表1矸石濕法分選產率為17.52%，表2干選矸石產率為13.4%，與濕法產率相差4.12%，排矸率為76.5%。干法分選的矸石雖有少部分矸石未被排出，但矸石排出絕對量較多，排矸率較好。對比干選試驗和塊煤浮沉數據可見，塊煤干法分選，雖分選精度低于濕法分選，但大部分矸石能夠得到有效分離，矸石排出率大于75%，其綜合分選效果較好，能夠滿足動力煤提質要求。

表2 塊煤干選試驗結果

復合式干法分選對塊煤雖有較好的分選效果，但與水洗仍有較大差距。根據上述計算的排矸率，有20%～30%的矸石不能排除，其效率明顯低于水洗。目前，塊煤重介分選設備Ep值為0.03～0.04 kg/L，而干法分選的Ep值僅能達到0.2～0.28 kg/L，干法選煤其錯配物含量較大。分析干法選煤各密度級的錯配物，精煤中錯配的主要為中低密度級物料，矸石中錯配的主要是中高密度級物料。干法分選為保證精煤質量，且同時又需要防止矸石帶煤，就需要分出一部分中煤。該部分中煤除含有一定量的中間密度物外，又含有較多的錯配低密度物和高密度物，如果該部分中煤能夠得到高效分選，將會大幅提升干選技術的分選效果。

在復合干選的實際生產中，為避免矸石帶煤造成資源浪費，干選中煤多混入精煤產品。此做法存在的問題是中煤中大量的錯配矸石進入精煤，而使精煤的降灰程度有限，發熱量提高有限。

為提高干選效果，解決中煤錯配矸石較多的問題，復合干法分選應對中煤進行再選。由于低密度的精煤和高密度的矸石排出，中煤多為分選密度較為接近的中密度物料，如果采用復合干選方法再選，其分選效率不高，仍會導致大量物料錯配。因而國內部分選煤廠中煤再選采用重介分選的方式，且取得了較好的效果，但重介分選需要用水，缺水地區或低變質程度易泥化的煤不合適。射線/光電識別干選技術近年在煤礦得到了較多應用，且取得良好效果。該選煤方法是對單個顆粒進行識別和分選，受鄰近密度物影響較小，分選效率較高，但正是對單個顆粒進行分選，因而其處理能力低。將該分選方法用于處理風選后的中煤，既能對中煤進行有效分選，又能避免分選大量原煤處理能力不足的問題。

復合式干選與射線/光電識別干選技術配合使用，風選起到對中煤的富集作用，射線干選起到對中煤精選的作用，二者聯合的洗選工藝，將會有效提升我國動力煤干選技術，提高干法分選效果，使動力煤質量得到大幅提升。

3 6～0.5 mm末煤干法分選排矸率分析

末煤干法分選效果采用內蒙高頭窯礦區某礦煤樣干選實驗數據進行分析。該礦末原煤灰分23.01%，末煤浮沉組成見表3。

采用復合式干選機對該煤樣的6～0.5 mm末煤進行干法分選試驗，試驗結果見表4。

由表3可見，大于2.0 kg/L密度級產率為16.32% ，灰分為81.79%。表4中，干選機分選后當矸石灰分為86.39%時，矸石產率為1.72%，遠低于大于2.0 kg/L密度級產率，說明矸石排除效果差，大量矸石滯留在原煤中，無法實現有效分選。

對照表3末煤浮沉組成可見，當精煤灰分為20.98%時，精煤濕法分選的產率為96.59%，此時表4干選精煤產率為88.33%，與濕法產率相差8.26%，精煤差距較小。當矸石灰分大于80%時，根據表3，矸石濕法分選產率為8.16%，表4干選矸石產率為1.72%，排矸率約為20%。當矸石灰分為52.40%時，根據表3，矸石濕法分選產率為33.62%，表4干選矸石產率為5.58%，排矸率為16.60%，大部分矸石未被排出。上述結果表明，末煤干選，精煤灰分降幅較小，矸石產率遠低于理論產率，大量矸石不能從原煤中分離出去，矸石排出率不足20%，導致精煤降灰程度小，產品質量差。對比干選試驗和末煤浮沉數據可見，末煤干法分選排矸率低，分選效果差。

表3 6～0.5 mm末煤浮沉組成

表4 6～0.5 mm末煤干選試驗結果

通過上述實驗數據可以看出，復合式干法分選技術對于小于6 mm末煤分選效果差，未能實現有效分選，當前技術條件下不適合用復合式干選機分選末煤。

4 結 語

總結上述塊煤及末煤干法分選的試驗數據分析，結合目前我國已運行的干法分選設備的分選效果，復合式干法分選對于大于6 mm塊煤具有較高的分選能力，能夠在一定程度上實現塊煤的排矸提質要求；對于小于6 mm末煤的分選效果不佳，現有的復合式干法分選技術不能滿足末煤的分選要求，開發和創新小于6 mm末煤的干法分選技術，提高劣質末煤的分選能力和分選效果，是我國動力煤干法分選技術未來發展的重要方向。

利用復合式干選技術富集中煤，射線/光電識別干選技術實現中煤精選，將會有效提升我國動力煤干選技術，提高干法分選效果，從而大幅提升動力煤質量。