呂臨能化選煤廠重介中煤再選試驗研究

＊楊亞楠 陳江濤 徐澤洋 楊夢瑤 張哲銘 王鷹

（中國礦業大學（北京）北京 100083）

1.試驗研究背景

呂臨能化公司選煤廠設計能力1000萬噸/年，入洗原煤為1/3焦煤，主導產品為12級煉焦精煤。生產工藝為50～1mm粒級兩段兩產品重介旋流器分選、1～0.3mm粗煤泥TBS分選、-0.3mm粒級煤泥浮選。由于煤質原因，在生產12級煉焦精煤的同時，重介中煤產率為35%左右，且中煤灰分偏低在30%左右。由于中煤價格與精煤價格差距較大，在一定程度上影響了企業經濟效益。本試驗研究旨在對重介中煤進行再選試驗研究，以求提高精煤產率，擴大企業經濟效益。

2.原料性質分析

(1)工業分析

對從選煤廠取得的重介中煤樣品進行工業分析，分析結果見表1。

表1 重介中煤樣品工業分析

從表1的化驗數據看，中煤的灰分僅為32.07%，相對于傳統意義上的中煤來說確實有些偏低。如果能從中煤中再提取3%的精煤（換算成占原煤約1%），無疑會產生可觀的經濟收入。

(2)篩分組成

重介中煤樣品的篩分組成見表2。

如表2所示，原料主要集中在3mm以上，主導粒級為13～ 6mm和25～13mm，產率分別為30.96%和25.52%，3mm以下粒級產率較低。隨著粒級的降低，灰分呈緩慢降低趨勢，各粒級的灰分相差不大。1～0.5mm粒級含量極少，但其灰分明顯低于其他粒級灰分，說明重介旋流器對細粒級的分選效果略差。

表2 重介中煤樣品篩分組成

(3)密度組成

重介中煤樣品的密度組成見表3。

表3 重介中煤樣品密度組成

續表

從表3的浮沉數據可以看出，樣品中的低密度物含量非常少，且灰分比較高，-1.4g/cm3密度級產物僅為3.00%，累計灰分10.95%；-1.5g/cm3密度級產物含量僅為15.83%，且累計灰分已達17.19%，說明內在灰分較高。中間產物含量極大，1.5～1.8g/cm3密度級含量高達69.99%。+1.8g/cm3密度級含量為14.18%，灰分為48.70%，也相對較低。

總體上看，該重介中煤的低密度物含量低、灰分較高，中間密度物含量極大，從可選性上看，出低灰精煤時屬于難選。如果不對其進行任何處理就返回系統重介分選不會得到比較理想的效果。

3.破碎解離與浮選試驗

對原料進行破碎，使煤與矸石解離是目前中煤再選最常用的手段。本試驗研究用破碎機將樣品破碎，再通過浮沉試驗來研究破碎粒度上限與輕產物數量、質量的關系。

(1)破碎篩分試驗

本試驗研究先用破碎機將樣品分別破碎到13mm、6mm、3mm以下，破碎后的物料粒度組成結果如表4（樣品1為粒度上限13mm,樣品2為粒度上限6mm，樣品3為粒度上限3mm，下同）。

表4 重介中煤破碎后粒度組成

根據表4的數據，破碎后各粒級的灰分均呈現隨粒度減小而緩慢降低的趨勢，變化規律與原樣基本一致，而-0.5mm粒級的灰分比原樣有所降低，應該是煤的硬度比矸石小而更容易破碎，且煤與矸石產生一定程度的解離導致的結果。-0.5mm粒級的產率隨破碎粒度上限降低而增加，上限為3mm時，-0.5mm的產率達到了25.16%，而上限是13mm時-0.5mm的產率不足10%。各試樣中+0.5mm粒級的比例分別為92.09%、81.66%和74.84%。本試驗研究未進行粒度上限為1mm的破碎試驗，主要是考慮到破碎到1mm以下時的電耗過高以及細粒級過高會使浮選變得困難。

(2)浮沉試驗

為了考察破碎后煤與矸石的解離情況，對破碎后的各產物中的+0.5mm粒級進行了浮沉試驗，試驗結果見表5。

根據表5的數據，+1.8g/cm3密度級產物產率隨破碎粒度上限降低而升高，其灰分也逐漸升高，說明由于破碎的作用，有一定數量的矸石被解離出來；-1.4g/cm3密度級的產率隨破碎粒度上限降低而增高，說明用破碎的方法能夠使該重介中煤產生一定程度的解離，-1.4g/cm3密度級的灰分差別不明顯，尤其是最低密度級-1.3g/cm3密度級的灰分基本相同，說明該中煤中脈石類礦物以較細的顆粒嵌布在煤種或存在于成煤物質中，即內在灰分較高；但破碎到粒度越細，-0.5mm產率越大，尤其是-0.3mm粒級產率越大，而-0.3mm粒級基本上只能用浮選的方法處理，生產成本會增加很多。在精煤灰分要求在11.01%～11.50%（12級精煤）的要求下，各樣品的重選理論精煤產率（以-1.4g/cm3密度級計）分別為4.21%、4.96%、5.96%，折合成占重介中煤分別為3.88%、4.05%和4.46%，均高于未破碎時的3.00%。

表5 不同破碎粒度上限物料的密度組成

浮選是分選細粒煤最常用方法，為了研究從細粒級物料中能夠獲得多少符合要求的精煤產品，分別對三種樣品的-0.5mm、-0.3mm進行了分步釋放試驗。試驗結果如表6、表7。

表6 -0.5mm粒級分步釋放試驗結果

表7 -0.3mm粒級分步釋放試驗結果

(3)浮選試驗

從上面兩種分步釋放試驗的結果看，隨著破碎粒度上限的降低，浮選效果逐漸提升，主要還是通過破碎使煤和矸石產生了一定程度的解離；-0.3mm粒級的效果明顯優于-0.5mm粒級的效果，應該是解離粒度比較細的結果。對應三種破碎粒度上限，-0.5mm粒級理論上的合格精煤產率分別為9.72%、11.16%和11.96%，折合占重介中煤分別為0.77%、2.05%和3.01%；-0.3mm粒級理論上的合格精煤產率分別為14.76%、17.16%和20.58%，折合占重介中煤分別為0.79%、2.36%和3.61%。顯然-0.3mm粒級更適合單獨浮選。

4.條件確定與工藝流程選擇

(1)破碎粒度上限的確定

分析前面的試驗結果，破碎粒度上限為3mm時的效果明顯優于破碎粒度上限為13mm和6mm的結果。3～0.5mm重力分選-0.5mm浮選時的理論精煤產率已達到占重介中煤的7.47%，而-0.3mm粒級單獨浮選時的理論精煤產率加上3～0.5mm粒級的重選理論精煤產率已經達到占重介中煤的8.07%。因此，確定破碎上限為3mm。

(2)工藝流程的選擇

由于-0.3mm單獨浮選時的效果優于-0.5mm的浮選效果，所以確定-0.3mm單獨浮選。優點是細粒級單獨浮選易于掌控操作條件，浮選精煤質量容易控制且不容易產生跑粗和高灰細泥上浮。

目前重力分選的分選下限一般為0.5mm，重介旋流器的分選下限可達0.3mm。但破碎產物中的0.5～0.3mm粒級參加重介旋流器分選會使脫介效果變差，0.5～0.3mm粒級不參加重介質分選為宜。因此，3～0.5mm粒級用重介質旋流器分選、0.5～0.3mm粒級用TBS分選。

所以最終推薦工藝流程為：重介中煤破碎到3mm以下，3～0.5mm粒級用重介質旋流器分選，0.5～0.3mm粒級用TBS分選，-0.3mm粒級浮選。

圖1 推薦原則工藝流程圖

(3)0.5～0.3mm粒級浮沉試驗

為了預測0.5～0.3mm粒級的分選效果，對樣品3中的 0.5～0.3mm粒級進行了浮沉試驗。試驗結果如表8。

表8 0.5～0.3mm粒級浮沉試驗

從表8的數據可以看出，在要求精煤灰分下，精煤理論產率為17.53%，灰分為11.20%，精煤產率占重介中煤的1.33%。表8的數據也表明，雖然煤破碎后精煤產率增多，但由于成灰的礦物質以極細顆粒嵌布，與煤顆粒粘附在一起上浮，使精煤品質略有下降。總體上看0.5～0.3mm粒級單獨分選的理論效果還是比較理想的。

5.結論與展望

根據上述的工藝條件和試驗結果，將重介中煤破碎到3mm以下，3～0.5mm粒級重介質旋流器分選、0.5～0.3mmTBS分選、-0.3mm粒級浮選，在要求精煤灰分下精煤理論產率分別可達占重介中煤的4.46%、1.33%和3.61%，合計占重介中煤的9.40%。

考慮到實際分選時不可能達到理論指標，用重選數量效率和浮選數量指數對重選和浮選實際精煤產率進行預測，取重選的數量效率75%，浮選數量指數取55%，則三種精煤產品的實際產率分別為占重介中煤的3.35%、1.00%和1.99%，合計占重介中煤的6.34%，占全部入選原煤的2.22%。即采取以上措施可使精煤產率提升2.22%，一個1000萬噸/年的選煤廠可增加精煤產量22.2萬噸/年。在當前的煤炭行情下，其經濟效益還是相當可觀的。

值得說明的是，有的學者研究了用超聲波對破碎后的中煤進行處理以增加細粒矸石與煤的解離，也取得了比較好的效果。受時間的限制和其他因素制約，本試驗研究沒有進行這方面的探索。