两段两产品重介旋流器选煤工艺在金阳选煤厂的应用

2018-11-16路文水曹文廷谢广元

选煤技术 2018年4期

路文水，曹闯，何彬，曹文廷，谢广元

(1.山东超美清洁能源有限公司，山东泰安 271000；2.金阳矿业集团，山东泰安 271000；3.中国矿业大学，江苏徐州 221000)

目前，国内较为常用的炼焦煤分选工艺为不脱泥无压三产品重介旋流器分选工艺、有压三产品重介旋流器分选工艺和有压两段两产品重介分选工艺。其中，不脱泥无压三产品重介旋流器分选工艺适用于原生煤泥量较小，且煤质较硬的煤种，不适合原生煤泥较大的选煤厂；有压三产品重介旋流器采用泵送混合物料的方式参与分选，矸石经过整个旋流器内壁，对旋流器的磨损较大，由于旋流器入料泵高速旋转的叶轮对浸泡后的煤和矸石有较强的撞击破碎和泥化作用，因此该工艺适用于煤质较硬，矸石不易泥化的煤种；有压两段两产品重介旋流器分选工艺介质系统复杂，一次性基建投资高，但工艺分选灵活性大，可控性强，分选精度高，循环悬浮液量小，可有效降低主厂房高度[1]。因此，结合选煤厂的原煤性质进行选煤厂工艺设计显得尤为重要。金阳选煤厂位于泰安市宁阳县葛石镇境内，属于群矿型炼焦煤选煤厂，设计能力为0.6 Mt/a，2017年正式投产，主要入选宁阳县矿区的气煤和气肥煤，分选工艺为预先脱泥有压两段两产品重介旋流器主再选，煤泥采用机械搅拌式浮选机进行浮选，浮选精煤压滤回收[2]。

1 煤质分析

金阳选煤厂为群矿型选煤厂，入选原煤为金阳煤矿及邻近煤矿原煤，原煤开采方式为综采，设计以金阳煤矿原煤的生产大样为主要依据[3]，煤样工业分析和元素分析分别见表1和表2，其中浮煤的浮沉密度为1.4 g/cm3。

表1 煤样工业分析

表2 煤样元素分析

从表1和表2可知：原煤为中高灰，特低硫、低固定碳，中热值；浮煤为低灰分，特低硫，中等固定碳，特高热值。根据<1.4 g/cm3浮煤的挥发份和粘结指数，判断该煤的煤种为气煤45号。

原煤的筛分和浮沉试验结果见表3和表4。

表3 自然级和破碎级筛分试验综合表

表4 50～0.5 mm粒级原煤浮沉试验综合表

由表3可知：

(1)该煤样中>50 mm粒度级含量较少，占全样的7.75%。

(2)该煤样各粒级分布比较均匀，没有明显的主导粒级。

(3)随着粒度的减小，各粒级灰分也不断降低，说明矸石较硬，煤质较脆。

(4)<0.5 mm粒级的灰分与相邻粒级灰分接近，说明矸石泥化现象不明显。

由表4可知：

(1) 该煤样综合级的主导密度级为1.3～1.4 g/cm3，占本级含量为46.72%，且灰分较低，为6.31%。该煤适宜作为炼焦配煤，灰分应作为分选的主要考察指标，初步判断通过分选，可以得到一定产率的低灰精煤。

(2)原煤综合级中>2.0 g/cm3密度级的产率为29.81%，灰分为86.19%，因此，通过分选可得到高灰的矸石。

煤泥的小筛分和小浮沉试验结果分别见表5和表6。

表5 煤泥小筛分试验结果表

从表5可知：(1)煤泥的主导粒级是0.5～0.25 mm和<0.045 mm，分别占煤泥的30.80%和27.56%，其灰分分别为14.79%和31.34%。

(2)该煤泥各粒级的灰分特征：<0.045 mm粒级灰分较高为31.34%，其他各级除0.125～0.074 mm外，灰分随着粒度的减小而增大。

表6 煤泥小浮沉试验结果表

由表6可知：该煤泥低密度级含量大，主导密度级是1.3～1.4 g/cm3，产率占本级产率的44.36%，灰分为6.67%。由于一般低密度的物料疏水性和可浮性好，因此可以预测该煤泥的可浮性较好[4-5]，可得到较低灰分的浮选精煤。

2 产品定位

金阳煤矿选煤厂煤种为气煤和肥煤，精煤产品为炼焦配煤，混煤产品为动力用煤，针对选煤厂分选原煤煤质特点，设计推荐采用以下产品结构[6]：精煤作为炼焦配煤、中煤作为电煤、煤泥作为电煤或民用煤、矸石制砖或由汽车外运回填至塌陷区。

3 工艺流程方案的选择

3.1 选前脱泥与不脱泥工艺

本厂原煤煤泥含量大，若不采用预先脱泥，其缺点非常明显[7]：大量的煤泥进入重介分选系统，需要很长时间才能从系统中排出，导致煤泥的进一步细化，对后续循环水处理极为不利，系统循环悬浮液和循环水都将大量增加，合格介质分流量也必将加大，导致介耗增加，重介旋流器入料中大量煤泥的存在会降低其处理能力。而采用预先脱泥的方法具有以下优势：为主选环节提供稳定的入料条件；减小煤泥对合格介质密度的干扰；提高旋流器分选下限,改善分选效果,增加精煤回收率；降低介耗,降低生产成本；可减少脱介和介质回收系统的设备,提高介质回收设备的效率；可减少煤泥在介质中的浸泡时间,减少煤泥表面氧化时间,有利于后期煤泥水的处理；可降低悬浮液的粘度适合较细粒级物料的分选，因此，选用预先脱泥的方法[8]。

3.2 主选方法的确定

目前由于重介工艺技术的迅速发展，重介分选工艺已经在生产实践中证明了它的先进性和经济性，对于炼焦煤选煤厂，生产低灰的炼焦精煤时，势必要产出部分中间产物,所以适合本厂的重介分选工艺有以下两种。有压三产品重介质旋流器采用泵送混合物料的方式参与分选，由于离心泵高速旋转的叶轮对浸泡后的煤和矸石有较强的撞击破碎和泥化作用，且矸石经过整个旋流器内壁，对旋流器内壁的破坏极大，因此该工艺适用于煤质较硬，矸石不易泥化的煤种[9]；有压两段两产品重介旋流器分选工艺虽然介质系统复杂，一次性基建投资高，但工艺分选灵活性大，可控性强，分选精度高，循环悬浮液量小，可有效降低主厂房高度[10]。因此，结合选煤厂的原煤性质综合考虑，设计推荐两段两产品重介旋流器主再选工艺。

基于煤质分析和产品定位，并结合周边选煤厂的分选工艺，确定了选煤厂的工艺为：预先脱泥有压两段两产品重介旋流器主选，<0.5 mm煤泥采用机械搅拌浮选机分选，浮选精煤采用压滤回收[11]。

3.3 煤泥分选工艺的选择

3.3.1 是否增加粗煤泥分选设备

目前国内大型炼焦煤选煤厂多采用将煤泥中的粗颗粒分离出来,设置单独的粗煤泥分选系统[12]。一方面因大直径重介质旋流器分选系统对<1 mm粒级部分分选效果较差，可利用较高效率的分选工艺单独回收粗煤泥,减少煤泥在系统中的循环量,提高重介系统的脱泥、脱介效率和系统的处理能力；另一方面可有效减小细煤泥处理系统的规模,降低生产成本[13]。但结合本厂实际情况考虑,由于厂型较小,选用重介旋流器的直径比大型炼焦煤选煤厂小,其分选下限可以达到0.5 mm,对于1～0.5 mm粗煤泥也有较好的分选效果[14]，因此设计推荐不增设粗煤泥处理系统。

3.3.2 细煤泥分选工艺

由于细煤泥中含有一定量的精煤,根据炼焦煤选煤厂最大限度回收精煤的原则,可以从煤泥中进一步回收精煤,其经济效益可观；同时也可减少煤泥的落地,减低对环境的污染。从小浮沉试验表中可知,本矿原煤煤泥的可浮性好,故设计推荐煤泥采用浮选工艺[15]。