众泰重介炼焦中煤破碎再选及冶金焦制备研究

蒋善勇 裴健宇 兰鹏兵 张春泉 张海军

(1.拜城县众泰煤焦化有限公司，新疆维吾尔族自治区阿克苏地区，842300；2.中国矿业大学化工学院，江苏省徐州市，221116；3.中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心，江苏省徐州市，221116)

资源开发的规律是先开发优质资源，后开发劣质资源，煤炭的一次分选实现了大规模排矸，但并未做到释放中煤中的精煤。肥煤和主焦煤是生产冶金焦炭的基础用煤，对钢铁冶金工业具有重要的战略地位。目前，我国肥煤和主焦煤的中煤产率平均在30%左右。初步估计，我国每年有近2亿t的稀缺煤炭资源被作为动力煤烧掉，从而造成稀缺煤炭资源的极大浪费。

随着我国稀缺炼焦煤资源的短缺以及对煤炭资源利用率的进一步重视，通过炼焦煤中煤再选来提高炼焦煤精煤的产率已成为近年来国内研究的热点。目前主要集中在以下3个方面：一是基于解离分选的中煤再选试验研究；二是浮选中煤再磨再选试验研究；三是基于提高分选精度的跳汰中煤再选试验研究。

孟丽城等研究人员以汾西矿业集团柳湾选煤厂重介中煤为对象，通过煤质分析、破碎解离和浮选试验，探讨了中煤再选的途径，中煤不经破碎直接再选时，按精煤灰分要求为10.50%时，理论精煤产率只有4.25%，按破碎粒度13 mm、6 mm和3 mm将中煤分别破碎时，对应灰分为10.50%的精煤理论产率分别为5.90%、6.80%和13.01%，对-0.5 mm中煤煤泥采用现场操作制度浮选时，精煤灰分高达28.40%；王超等研究人员以屯兰矿选煤厂3～0.5 mm重介中煤为研究对象，通过煤泥旋流重选柱对中煤进行“拔头”和“抛尾”，再结合磨矿-浮选联合工艺对其进行分选回收，研究结果表明，重选“拔头”可以实现，但精煤产率较低，重选“抛尾”较为适宜，结合磨矿—浮选，可得到灰分为16.44%和10.38%的合格精煤；沈丽娟等研究人员以某炼焦煤选煤厂重介中煤为研究对象，对其进行不同粒度的破碎解离试验、TBS分选效果预测和分步释放浮选试验，研究结果表明，炼焦煤选煤厂根据自身特点选择合适的解离粒度和分选工艺进行中煤再选可以增加精煤产率，提高中煤利用率具有较高的社会效益和经济效益。

新疆拜城县库拜煤田有着丰富的煤炭资源，高效回收利用煤炭资源是加快疆内经济发展的重要途径，同时也是提升企业竞争力的关键。因此，本文以拜城县众泰煤焦化有限公司选煤厂重介炼焦中煤为研究对象，探究了炼焦中煤破碎再选的可行性及其再选后精煤制备冶金焦的可行性，为稀缺炼焦中煤的资源化利用提供指导。

1 试验研究

1.1 试验煤样

试验所用煤样取自拜城县众泰煤焦化有限公司选煤厂三产品重介旋流器分选出的中煤产品，将所取样品自然晾干、混匀、避光保存，以待进一步试验。煤样筛分试验结果和煤样为50～0.5 mm粒级浮沉试验结果见表1和表2。

表1 煤样筛分试验结果

表2 煤样50～0.5 mm粒级浮沉试验结果

由表1和表2可以看出：

(1)中煤煤样总样灰分为30.06%，随着煤样粒度的减小，灰分总体呈递增趋势。粗粒级灰分相对较低，细粒级灰分相对较高，50～25 mm粒级灰分为24.74%，而-1 mm粒级灰分则达到37%左右；

(2)煤样中50～0.5 mm 粒级主导密度级为1.5～1.6 kg/L，产率达到47.39%，低密度级和高密度级产物产率均较少，说明煤样以煤和矿物质的连生体为主。

根据表2绘得50～0.5 mm粒级煤样可选性曲线如图1所示。

由图1可以看出，当精煤灰分要求为12.00%时，理论精煤产率约为4.31%，理论分选密度为1.38 kg/L。理论精煤产率极低，要想从中煤中解离出精煤，首先要对中煤进行破碎解离，再进行分选，以有效提高精煤产率。

1.2 破碎解离试验

为了避免破碎后煤样过于粉碎，利用两段式对辊破碎机(4GJXP-0506，上对辊为锯齿型结构，下对辊为堆焊辊面结构，上对辊间隙为12 mm，下对辊间隙为1～3 mm)进行全粒级中煤破碎解离试验，分别进行了下对辊间隙为3 mm和1 mm的破碎解离试验。

图1 50～0.5 mm粒级煤样可选性曲线

1.3 重选分选试验

利用3NMW1000/700圆筒圆锥型三产品重介旋流器对破碎解离后的中煤进行重介分选试验，旋流器给料方式为混料桶有压给料，试验结束后对分选出的精煤产品、中煤产品和矸石产品分别进行0.5 mm筛孔人工脱介，并对脱介后的产品进行烘干、称重和化验灰分。

1.4 冶金焦制备试验

利用MHJ-40-III型实验焦炉进行重介分选后精煤单独制备冶金焦试验，单次试验用煤量为40 kg。

2 结果分析

2.1 破碎解离试验结果与分析

将两段式对辊破碎机下对辊间隙分别调至3 mm和1 mm，分别进行全粒级中煤破碎解离试验。破碎后煤样筛分试验结果和破碎后煤样50～0.5 mm粒级浮沉试验结果见表3和表4。

表3 破碎后煤样筛分试验结果

表4 破碎后煤样50～0.5 mm粒级浮沉试验结果

由表3和表4可以看出：

(1)当破碎机下对辊间隙为3 mm时，破碎后物料中+0.5 mm含量达到64.51%，-0.5 mm含量为35.49%，与破碎前相比，-0.5 mm含量增加了15.43个百分点，随着煤样粒度的减小，灰分总体呈递增趋势；破碎后煤样中50～0.5 mm 粒级主导密度级仍然为1.5～1.6 kg/L，产率为33.20%，与破碎前相比，该密度级含量降低了14.19个百分点，低密度级含量呈增加趋势，这说明煤样中煤和矿物质连生体得到了一定程度的解离；

(2)当破碎机下对辊间隙为1 mm时，破碎后物料中+0.5 mm含量为53.46%，-0.5 mm含量为46.54%，与前者相比，-0.5 mm含量得到了进一步增加，与破碎前相比则增加了26.48个百分点；碎后煤样中50～0.5 mm粒级主导密度级同样为1.5～1.6 kg/L，产率为25.38%，与前者相比，中间密度级含量得到了进一步降低，低密度级含量得到了进一步增加，说明破碎机下对辊间隙由3 mm降低至1 mm时，煤与矸石的解离程度得到了进一步提升。

根据表4绘得下对辊间隙为3 mm和1 mm时50～0.5 mm粒级可选性曲线如图2和图3所示。

由图2和图3可以看出，对于破碎机下对辊间隙为3 mm而言，当精煤灰分要求为12.00%时，占本级理论精煤产率约为23.52%，占全样理论精煤产率约为15.17%，理论分选密度为1.42 kg/L；对于破碎机下对辊间隙为1 mm而言，当精煤灰分要求为12.00%时，占本级理论精煤产率约为28.02%，占全样理论精煤产率约为14.98%，理论分选密度为1.42 kg/L，占本级理论精煤产率与前者相比增加了4.5个百分点，但占全样理论精煤产率却低于前者，这主要是由于虽然破碎粒度降低有利于提高煤矸解离度，但+0.5 mm以上物料含量也随之减少。

图2 下对辊间隙为3 mm时50～0.5 mm粒级可选性曲线

图3 下对辊间隙为1 mm时50～0.5 mm粒级可选性曲线

综合分析试验所用中煤的破碎解离试验结果，采用对辊破碎机对试验中煤进行破碎，可在相对较粗粒条件下实现中煤连生体的有效解离。破碎机下对辊间隙由3 mm减小至1 mm，可提高碎后中煤的解离度，但增幅不明显，而-0.5 mm物料含量则增加了11.05个百分点，考虑到破碎后细物料含量的增加，会进一步增加中煤破碎解离再选所造成的煤泥浮选及煤泥水处理的难度及生产成本，故综合判断下对辊间隙为3 mm的破碎解离效果相对较好。因此，后续重介旋流器分选试验也以破碎机下对辊间隙为3 mm时破碎后物料为试验对象。

2.2 重介旋流器分选试验结果与分析

将物料在破碎机下对辊间隙为3 mm的条件下破碎后，物料分别进行不脱泥和0.5 mm脱泥重介旋流器分选试验，分选密度为1.38 kg/L，给料压力对不脱泥和0.5 mm脱泥重介旋流器分选精煤指标的影响试验结果如图4和图5所示。

图4 给料压力对不脱泥重介旋流器分选精煤指标的影响

图5 给料压力对0.5 mm脱泥重介旋流器分选精煤指标的影响

由图4和图5可以看出，旋流器给料压力对分选指标有较大影响，压力过低或过高均不利于重介旋流器分选，当给料压力为0.050 MPa时，无论是不脱泥分选还是脱泥分选，均能获得产率为20%左右、灰分接近12%的精煤产品，与理论精煤产率相比有所降低。综合比较不脱泥和脱泥重介分选试验结果，对于试验所用破碎后中煤而言，通过重介分选可回收出中煤破碎解离所释放出的精煤，不脱泥和脱泥重介分选效果基本相当。因此，为了简化重介分选工艺，后续冶金焦制备试验所用煤样均为不脱泥重介旋流器分选脱介后的精煤产品。

2.3 冶金焦制备试验结果与分析

为了进一步考察中煤再选后精煤的炼焦性能，将中煤破碎解离再选后精煤与原煤重介旋流器分选后精煤分别单独进行了冶金焦制备对比试验。原煤重介分选精煤和中煤破碎再选后精煤工业分析对比和精煤制备冶金焦指标对比见表5和表6。

表5 原煤重介分选精煤和中煤破碎再选后精煤工业分析对比

由表5和表6可以看出，中煤破碎分选后精煤与原煤重介分选精煤相比，在煤质特性和成焦特性等方面无明显差异，利用中煤破碎分选后精煤可单独制备出抗碎强度M25为87.8、成焦率为83.3%、反应后强度为40.97 %的冶金焦。

3 结论

炼焦中煤再选是提高煤炭利用率的有效途径，是缓解我国炼焦煤资源短缺的潜在资源。众泰重介炼焦中煤破碎再选及冶金焦制备试验研究结果表明，当挤压破碎机下对辊出料间隙为3 mm时，可获得灰分12.00%，理论产率为23%的大浮沉精煤；对破碎解离后的中煤进行不脱泥或脱泥重介旋流器分选，均可获得灰分12%，产率为22%的精煤，将不脱泥重介分选后精煤单独制备冶金焦，可制备出抗碎强度M25为87.8、成焦率为83.3%、反应后强度为40.97 %的冶金焦。