田 亮，杨 硕，胡雅丽，侯增芳
(新汶矿业集团，山东 新泰 271219)
摘 要：针对协庄选煤厂粗煤泥分选系统分选效率低、配套设备多等问题，基于原煤煤泥试验分析结果，对粗煤泥分选系统进行了技术改造，利用三锥角水介质旋流器替代原来的螺旋分选机及TBS粗煤泥分选设备；改造后分选效率提高，精煤产率提高约0.5个百分点，配套设备减少，电耗降低，同时浮选入料性质得到改善，有效减少了浮选跑粗现象，改善了脱介效果，减少了产品带介损失。
关键词：选煤厂；粗煤泥分选；三锥角水介质旋流器；煤质分析；工艺改造；效果
协庄选煤厂于1987年1月投产，原设计为120万t/a的动力煤选煤厂，采用跳汰选煤工艺。随着煤质及市场的变化，2006年与南非DRA公司合作，对选煤厂进行了重介质选煤工艺改造。改造后的设计入洗能力为150万t/a，主要工艺流程为：入洗原煤经选前脱泥—有压两段两产品重介质旋流器主再选—粗煤泥螺旋分选—细煤泥浮选—尾煤泥压滤回收。由于煤质变化，2012年又对粗煤泥分选及浮选系统进行了改造，增加一套TBS粗煤泥分选设备，并将浮选设备更换为旋流微泡浮选柱。
随着矿井开采深度的不断延伸和机械化采煤程度的提高，入洗原煤中煤泥含量越来越多。原有螺旋分选机及TBS分选设备分选效率低，配套设备多，工艺复杂，不能很好的满足生产需要，因此需对粗煤泥分选系统进行优化改造。
1 生产现状及存在的问题
1.1 生产现状
粗煤泥分选流程：原煤经2 mm孔径的脱泥筛脱泥后，筛下物进入脱泥桶，经分级旋流器(FX840)分选，溢流进浮选，底流经固定筛脱水；固定筛筛上物进螺旋精煤筛，固定筛筛下物进螺旋分选机。螺旋分选机分选产物(螺旋精煤、螺旋中煤、螺旋矸石)经各自旋流器浓缩，螺旋中煤及螺旋矸石经脱水后进入各自产品，螺旋精煤旋流器溢流和螺旋精煤筛筛下物进入TBS系统分选；螺旋精煤筛筛上物料因灰分较高不符合指标要求，再次进入低密度再选旋流器分选。
1.2 存在的问题
(1)螺旋分选机因使用年限长(10 a)，磨损严重，部分螺旋槽已无法正常分选，影响分选效果。
(2)螺旋精煤筛筛上物料灰分较高(28%左右)，需进入低密度再选旋流器进行分选；因细颗粒物料增加，影响了低密度区脱介筛的透筛效率，导致产品带介相对增加。
(3)TBS分选机(φ3 000 mm)核定处理能力为120 t/h，目前处理量约为70 t/h。TBS入料泵，TBS分选机及高频筛已达到满负荷，若再提高处理量，TBS分选机溢流容易跑粗，影响浮选柱正常分选。
2 改造方案的选择及煤质分析
2.1 改造方案的选择
目前国内常用的粗煤泥分选工艺大体可分为两类：一类是以重介质为分选介质的煤泥重介质旋流器。一类是以水为介质的粗煤泥分选工艺，主要有三锥角水介质旋流器、TBS、螺旋分选机等。鉴于三锥角水介质旋流器具有工艺简单、投资小、见效快、生产成本低、设备磨损小、维修量低等特点，决定选用三锥角水介质旋流器进行工艺改造。
2.2 粗煤泥粒度组成分析
为论证改造方案的可行性，采取脱泥筛下煤样进行筛分试验分析，结果见表1。
表1 煤泥小筛分试验结果
从表1可以看出，该煤样中大于20目含量较多，为26.09%，大于80目的累计产率为77.34%，说明适于重力分选的粗颗粒含量相对较多；该煤样中细颗粒(小于325目)部分占8.22%，小于200目部分占11.38%，有利于旋流器分选密度层的形成。煤泥累计灰分为45.62%，灰分较高，意味着该部分煤泥进入主选系统会影响分选效果；其中大于80目粒级累计灰分为43.35%，说明对大于80目粒级煤泥实施有效分选是非常必要的。
2.3 粗煤泥密度组成分析
为了解粗煤泥密度组成情况，对煤样中的粗煤泥(大于80目粒级)进行了小浮沉试验，结果见表2。根据表2数据绘制的可选性曲线见图1。
表2 煤泥大于0.2 mm粒级小浮沉试验结果
图1 大于0.2 mm粒级煤泥的可选性曲线
由表2和图1可以看出，粗煤泥中低密度级含量较多，且灰分较低，其中小于1.4 g/cm3密度级浮物累计产率为37.04%，灰分为7.40%，说明该粗煤泥中精煤含量较多；大于1.8 g/cm3的含量占48.88%，灰分为80.94%，说明矸石含量较大。从曲线上可查得，当要求灰分为10.00%时，其精煤理论产率44.00%，占煤泥样品的34.03%，其邻近密度物含量(去除高密度物)为21.52%，可选性为较难选。采用水介质分选设备分选该粗煤泥可以达到理想分选效果。
2.4 粗煤泥分选设备探索试验研究
设计采用直径100 mm的实验室用三锥角水介质旋流器对该粗煤泥进行分选试验。将粗煤泥煤样配制成160 g/L浓度，设定好初始结构参数，开动矿浆泵，调整旋流器入料压力，物料循环5 min后，对溢流、底流、入料分别采样；改变旋流器结构参数及操作参数，即锥体型号、溢流管直径、溢流管插入深度、压力等，重复上述试验；考虑到目前选煤厂设备对细粒煤的分级状况，将获得的样品进行湿式筛分，分出大于80目和小于80目粒级，分别测定两个粒级的灰分和质量，利用灰分平衡法计算精煤产率及综合产率，结果见表3。
表3 煤泥分选试验结果
2.5 浮沉试验结果分析
为进一步考察三锥角水介质旋流器分选精度，对溢流中大于80目部分和底流中大于80目部分进行了小浮沉试验，结果如表4和表5所示。根据小浮沉试验结果计算的分配率见表6。
先秦两汉直至魏晋南北朝时期，人们的“斥巧”态度，极大地影响到隋唐五代及北宋中期人们的观念。隋唐时期，凡是“巧”与政治、道德、人性等相联系，则人们的态度一定是“斥巧”。如李世民云：“朕历观前代，谗佞之徒，皆国蝥贼，巧令朋比。”[26](P122)姚班亦云：“至于工巧造作，寮史直司，实为末事，无足劳虑。”[26](P1733)岑文本也说：“去智绝巧，圣人之至德。”[26](P1526)上述文献皆说明：政治之“巧”，是败坏政体根基的祸害，因此务须“斥巧”。
表4 溢流中大于80目粒级小浮沉实验结果
表5 底流中大于80目粒级小浮沉试验结果
表6 三锥角水介质旋流器产品分配率计算结果
由表4可以看出，精煤中以小于1.4 g/cm3密度级为主，其累计产率高达90.91%，灰分仅为6.36%，且精煤中大于1.5 g/cm3密度级含量非常少，由此可见，原始粗煤泥中含有大量精煤，而该设备能够对这部分粗煤泥进行有效分选。
由表5可以看出，底流中大于1.8 g/cm3密度级含量为57.42%，灰分高达84.03%，说明底流粗煤泥大部分为矸石。此外，底流中小于1.3 g/cm3密度级含量达13.01%，说明尚需进一步分选回收精煤。
从表6数据可以看出，旋流器底流(重产物)在低密度里分配较少，大多分配到高密度中，说明旋流器分选效果较好。
利用表6数据绘制的重产物分配曲线见图2。从图2可以查得分配率为75%时，分选密度为1.52 g/cm3；分配率为25%时，分选密度为1.32 g/cm3，实际分选密度为1.40 g/cm3。计算得三锥角水介质旋流器对该粗煤泥大于80目部分进行分选时，可能性偏差Ep为0.10 g/cm3，不完善度I为0.250，说明该分选设备分选精度较好。
图2 重产物分配率曲线
2.6 综合试验结论
通过一系列试验分析研究，得到如下结论：
(1)煤泥中20～80目粒级含量相对较多，其中含有部分精煤；粗煤泥可选性为较难选，适 于三锥角水介质旋流器分选。
(2)粗精煤实验室灰分为7.58%，此时粗煤泥精煤产率(占入料煤泥)为24.91%，数量效率为84.76%。
(3)分选精度Ep值为0.10 g/cm3，相对较低，可满足生产要求。
3 改造方案实施
为解决粗煤泥分选工艺不完善的问题，协庄选煤厂对系统实施了相关改造，新增一套三锥角水介质旋流器粗煤泥分选系统，同时充分利用部分现有煤泥脱水设备，以尽量减少项目投资费用。改造后的工艺流程见图3。
图3 改造后的粗煤泥分选工艺流程示意
4 应用效果
粗煤泥分选工艺改造完成后，系统运行效果良好，粗精煤泥灰分在10%左右，符合指标要求；三锥角旋流器底流灰分在45%左右，进入低密度区进一步分选后，中煤灰分在55%左右，对整个系统的优化和经济效益的提高起到了积极作用。
(1)改造后浮选入料性质得到改善，浮选入料量减少10%～15%，且能有效减少浮选跑粗现象。
(2)由于采用了三锥角旋流器分选，减少了精煤脱介筛上细粒精煤含量，有效改善了脱介效果，减少了产品带介量。
(3)三锥角旋流器替代了原来的螺旋分选机及TBS，并停用了一系列配套设备，简化了工艺，降低了电耗。
(4)改造后精煤产率提高约0.5个百分点，年可产生经济效益1 000万元左右。粗煤泥由三锥角旋流器直接分选，停用原螺旋分选机及TBS部分设备，可减少电耗，年节约用电费用24.95万元，合计年创经济效益1 024.95万元。
5 结 语
此项改造项目利用三锥角水介质旋流器有效替代原用的螺旋分选机及TBS设备，改善了分选效率低、配套设备多等问题。改造后精煤产率得以提高，生产成本降低，取得了良好的经济效益。另外，这一举措还改善了浮选入料性质，有效减少了浮选跑粗现象，减少了精煤脱介筛细粒精煤含量，改善了脱介效果，减少了产品带介量。此项改造，对国内同类选煤厂具有一定的借鉴意义。
参考文献
[1] 徐东升.三锥旋流器分选粗煤泥试验研究与过程模拟[D].青岛：山东科技大学，2016.
[2] 吕一波，孟令丽.复锥式水力旋流器的结构参数对分选效果的影响[J].选煤技术，2011，12(6)：14-15.
[3] 韩恒旺，李炳才，訾 涛，等.粗煤泥分选设备及分选工艺研究[J]洁净煤技术，2011(2)：12-14..
[4] 庞 亮.粗煤泥分选工艺技术进展与展望[J].山东煤炭科技，2008(6)，152-153.
[5] 王立成，董连平，樊民强，等.大锥角水介质旋流器分选粒控旋流器底流的可行性研究[J].选煤技术，2005(3)：14-16.
[6] 崔广文，郭启凯，宋国阳，等.三锥水介旋流器在粗煤泥分选中的应用[J].洁净煤技术，2013(1)：1-4.
[7] 崔广文，孙铭阳，史俊凯，等.三锥水介旋流器的高硫煤脱硫降灰及其分选原理[J].黑龙江科技大学学报，2014，24(1)：53-56.
[8] 徐东升，崔广文，等.三锥水介质旋流器应用效果分析[J].选煤技术，2015(1)：41-44.
[9] 刘惠杰，崔广文，李晓军，等.粗煤泥分选工艺的探讨[J].选煤技术，2010(6)：55-57.
[10] 曹玉洵，郭 德，衡玉华，等.我国粗煤泥分选设备现状[J].选煤技术，2010(11)：64-67.
中图分类号：TD948
文献标识码：A
文章编号：1005-8397(2019)08-0012-04
收稿日期：2019-07-08
DOI：10.16200/j.cnki.11-2627/td.2019.8.005
作者简介：田 亮(1986—)，男，山东宁阳人，2009年毕业于中国矿业大学矿物加工工程专业，工学学士，新汶矿业集团煤研中心助理工程师。
引用格式：田 亮，杨 硕，胡雅丽，侯增芳.精煤泥高效回收技术在选煤厂的应用[J].煤炭加工与综合利用，2019(8)：12-15.