无烟净水滤料工业化生产的可行性研究与检测实践

徐亚男，张月琴，白建国

（国家能源集团宁夏煤业有限责任公司洗选中心，宁夏 石嘴山 753000）

因疫情发展和严格防控措施对下游市场需求低迷的影响，以及煤炭供应政策致使无烟煤资源受限的不利条件下，为进一步拓宽企业效益增长点，抵御市场寒流，发挥煤炭产品深加工效能，发挥人才的优势和品牌，对产品开展前瞻性的研发布局，在现有常规产品的基础上，开发无烟净水滤料市场，为拓宽海水净化应用市场，企业增盈提效奠定基础。

1 可行性研究

通过现有煤料全面检测，开展无烟净水滤料原料初选试验，对末尾煤、末入料、粗煤泥、精粒煤筛分产物按照滤料粒度指标要求检测，测试可提取物产率，掌握具体指标情况从而与市场需求煤滤料技术指标进行对照分析，查找满足生产需求的原料煤，为无烟净水滤料生产提供技术指导。

选取末尾煤、末入料、粗煤泥进行筛分试验，从试验结果看（表1），+1.6mm 粒级产率,末尾煤为56.00%、末入料为61.14%；0.8mm ～1.6mm 粒级产率,末尾煤为24.86%、末入料为19.44%；-0.8mm 粒级产率在19.14%～19.42%之间，且两种煤堆积密度都偏高。粗煤泥在+0.8mm 粒级产率较低。

表1 0.8mm ～1.6mm 粒级筛分及密度试验

选取精粒煤进行筛分、密度试验。从检测结果看（表2），0.8mm ～1.6mm 粒级产率为9.01%～14.57%，其中+1.6mm 以上产率为59.10%～74.83%，松散密度为711kg/m3～734kg/m3，堆积密度为789kg/m3～798kg/m3，可选取精粒煤为无烟煤滤料生产原料。

表2 精粒煤筛分及密度试验

2 生产应用研究

无烟煤具有丰富的多孔结构和较大的比表面积，有利于微生物的附着，将无烟煤作为滤池滤料，可利用生物硝化作用去除氨氮，并截留颗粒物质，发挥传统的过滤性能[1]，它通过滤料的截留、沉降和吸附作用，达到净水的目的。中心生产的无烟净水滤料按照欧洲标准要求，具有低灰、低硫、高活性、低挥发性特点，产品为黑色光泽颗粒状，具有机械强度高；化学性能稳定，不含有毒有害物质，在一般酸性、碱性、中性水中均不溶解；其粒径级配合理，外观呈球状而有棱角，比表面积好，物料粒级主要集中在0.8mm ～1.6mm 之间，均质性较好，机械振动筛分20min 后，颗粒级配符合有关技术指标要求，可有效减少用户的装填使用床层，降低使用成本，且物料中粉末状物质较为细少，可大大提高了其使用寿命，对用户来说可减少装填次数，带来可观的经济效益。

滤料级配是指在试验室内将不同大小粒径的滤料按一定比例加以组合，以取得良好的过滤效果为依据的试验活动。通过试验性检查确定一次入料粒级大小和破碎机齿辊间隙调整尺度大小，得出最佳破碎出率和调入原料质量情况限定标准，将其结果进行应用与生产实际中，取得了良好的效果。

通过筛分级配曲线求得的有效粒径d10，以及d80 和不均匀系数K80。d10 是表示通过滤料重量10%的筛孔孔径，它反映滤料中细颗粒尺寸，即产生水头损失的“有效”部分尺寸；d80 系指通过滤料重量80%的筛孔孔径，它反映粗颗粒尺寸；K80 为d80与d10 之比，即K80=d80/d10。K80 越大表示粗颗粒尺寸相差越大，滤料粒径越不均匀，这样的滤料对过滤及反冲洗不利[2，3]。不均匀系数越大表明滤料粒径的分布越不均匀。采用试验室配级曲线分析，确定破碎出料粒级区间范围，及时指导生产车间调整破碎机齿辊间隙及初级入料工业指标，实现滤料产品各粒级分布情况达到有效尺寸，从而保证产品有效粒径、松散密度、堆积密度、不均匀系数均达到技术指标要求。

2.1 工业试验分析

工业试验分析对比分析破碎后出料不同产率对产品粒度分布、有效粒径、不均一系数、堆积密度及松散密度的影响，从而及时指导生产。通过对滤料级配各粒级分布关系，可有效掌握各车间破碎机运行情况，为车间顺利完成生产任务提供坚实的保障基础工作。同时为后续生产滤料积累先进的操作经验。

（1）当破碎后出料0.8mm ～1.6mm 粒度级筛分产率为33.9%时，+1.6mm 粒度级产率51.9%，-0.8mm 粒度级产率14.2%。松散密度801kg/m3，堆积密度839kg/m3，粒径分布情况见表3。

表3 滤料粒度分布表

（2）当破碎后出料0.8mm ～1.6mm 粒度级筛分产率为61%时，+1.6mm 粒度级产率18.4%，-0.8mm 粒度级产率20.6%。综合产品滤料松散密度788kg/m3，堆积密度808kg/m3，粒径分布情况见表4。

表4 滤料粒度分布表

破碎后物料的出率直接影响产成品质量，当破碎出率≦50%时，综合产品的松散密度、堆积密度、不均一系数均不满足工艺指标要求。当破碎出率＞50%时，综合产品的各项指标均符合要求。因此，通过对破碎后出料的快速筛分检测试验，能够有效指导车间及时调整工艺条件，确保产品满足工艺指标要求，符合合同要求。

2.2 与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

按照技术要求，滤料的原料为天然无烟煤矿石，并基于EN12909 标准生产，检测方法按照欧洲标准EN12902 进行质量检测，通过与有权威资质的第三方试验室质量对标结果来看（见表5），关键工艺指标检测结果均在技术要求范围内，且满足技术指标要求。

表5 无烟净水滤料指标

3 结果与讨论

无烟煤滤料在工业生产过程中，对生产过程及最终产品严格把关，通过对破碎出料、产品综合样检测理化指标、粒度分布、密度检测，通过试验检测数据开展了无烟煤滤料颗粒配级曲线分析及生产应用研究，提出生产无烟煤滤料的可行性建议。在生产加工过程中，通过对破碎机出料的快速粒级筛分检测试验，有效指导车间及时调整破碎机齿辊间隙等工艺条件，提高滤料生产产能，确保系统稳定运行，推动产业链条向“微笑曲线”高附加值的两端延伸，使传统产业不再“传统”，打开出口市场。