极难选煤重介分选过程工艺参数控制要点分析

张力强

(中煤科工集团唐山研究院有限公司,河北 唐山 063012)

极难选煤重介分选过程工艺参数控制要点分析

张力强

(中煤科工集团唐山研究院有限公司,河北 唐山 063012)

本文阐述了我国煤炭的可选性评定标准及现阶段极难选煤炭特别是稀缺煤炭资源利用不足的问题。针对稀缺的极难选煤炭资源，对重介质旋流器分选过程工艺参数控制的要点进行了深入剖析，为今后极难选煤炭的洗选加工过程中重介质旋流器产品的参数选择提供了一定的技术支持。

重介质旋流器；极难选煤；工艺参数；控制要点

我国优质煤炭资源总量紧缺，存在地域分布不均衡，优质炼焦煤资源储量不足的问题。同时由于我国煤炭资源极为复杂，可选程度多为难选、极难选，洗选及管理方式在选煤领域多为粗放式，这些都造成了煤炭资源在洗选利用过程中存在为保精煤质量，大量精煤进入中煤或矸石的现象，同时，焦、肥、瘦煤等稀缺炼焦煤得不到有效的保护和合理的应用，造成资源的极度浪费[1]，炼焦煤资源利用也存在不合理的状况，在洗选过程中，部分稀缺炼焦煤中煤资源被当作动力煤使用。目前而言，提升原煤特别是极难选煤炭的一次洗选效率，获得最大回收率是今后选煤领域特别是重介质选煤技术发展的方向和目标。

1 煤炭可选性评定标准

1996年我国制定出了国标GB/T16417—1996煤炭可选性评定方法，该评定方法广泛应用于我国选煤行业，2009年为适应煤炭标准化技术的发展，对国标进行了进一步修订，并于2011年9月发布。在选煤行业，该评定方法是应用最广泛的标准之一，主要用于评定原料煤的可选性，并根据可选性的难易程度确定适宜的选煤工艺及设备参数[2]。其中煤炭可选性评定采用“分选密度±0.1含量法”(简称δ±0.1含量法)，目前，煤炭可选性等级划分标准划分见表1。

表1 煤炭可选性等级划分

2 重介分选过程工艺控制要点

在我国选煤工艺中，重介质选煤、跳汰选煤、浮选等选煤工艺被广泛应用，其中重介质选煤工艺是公认的洗选效率最高的选煤方法，洗选效率可达到95%以上，但仍存在精煤损失、资源浪费的现象。其他选煤方式，如跳汰选煤、干法选煤等，洗选效率相对较低，特别是处理较难选煤炭时，洗选效率低下，使得大量精煤进入尾煤造成浪费。近年来，煤炭行情持续低迷，深入实施精煤战略，合理优化煤炭产业结构，提高精煤产量，成为煤炭企业走出困境的迫切需求。

炼焦煤洗选时，由于煤炭一次洗选效率不足，使得中煤资源仍能提取出大量精煤，具有一定开发利用的价值。中煤再洗回收过程虽然能提高企业经济效益，实现资源高效再利用，但经过一次洗选后，该部分中煤再次洗选的难度加大，同时煤炭一次洗选效果不理想，将加大煤炭二次洗选的负担，出现二次洗选投资量大、工艺系统复杂等很多问题。

对重介质选煤技术而言，虽然洗选效率高，能在一定程度上完成分选工作，但分选效率也由95%以上降至90%甚至80%以下，洗选效率的大幅度降低不仅需要在工程设计时增加额外环节，同时也造成后续运行过程中资源的极大浪费。

2.1 重介质旋流器的结构形式及参数

旋流器的结构形式及参数对原煤的分选结果至关重要[3]，目前传统重介质旋流器的系列化产品基本能满足目前实际需求，但对极难选煤的洗选仍存在效率不高、产品不稳定的现象。

目前传统重介质旋流器从结构形式及参数上来讲，基本形成了完善的理论及套路，入料口尺寸、筒体直径、溢流管直径及底流口直径等结构参数都已形成了固定范围内的对应比例关系，基本可以适应一定范围内煤质变化或煤的可选性变化的需求，但随着煤的可选性难易程度的增加，传统重介质旋流器也出现了分选精度下降、分选效率降低、可操控难度增加等现象。针对煤炭的可选性持续变差的情况，例如处理±0.1含量超过50%甚至60%的极难选煤炭，采用传统重介质旋流器已无法满足需求，其中分选精度Ep值大幅度上升至0.06甚至0.07以上，分选效率随之下降至90%乃至80%以下，重介质分选高效性不再显著。

针对以上现象，旋流器需要设计新的结构形式以适合新形势下的分选过程。首先对旋流器入料口尺寸、筒体直径、溢流口直径及底流口直径等关键部位进行优化创新，再者基于旋流器内部能耗规律、液固比等方面设计旋流器的整体结构及动力给入方式，使得旋流器内部流场更加均匀稳定，同时通过合理的结构形式，提升旋流器对极难选煤炭的适应性，实现重介质旋流器对极难选煤炭的有效分选。

2.2 介质循环量与入介压力

由于重介质旋流器的容积相对较小，重介质悬浮液和原煤在其中仅停留几秒的时间，为了保证一定的液固比，重介质旋流器的循环悬浮液量需要加大用量。对于不同粒度和密度的原煤而言，循环悬浮液量一般在3～5 m3/t左右，重介质旋流器的分选效率受介煤比的影响较大，采用三产品重介质旋流器应提高悬浮液用量。

针对极难选煤炭的可选性特性和颗粒在黏性重介质悬浮液中的沉降规律以及重介质悬浮液在旋流器中的密度梯度场分布规律，应合理设计旋流器结构形式及结构匹配尺寸并针对极难选煤炭分选时合理优化调整液固比。同时，为保证颗粒分选的有效动力，还应合理设定旋流器的入介压力[4]，针对重介质旋流器工作时二者的耦合性，合理调整渣浆泵所供给的循环量及入介压力参数，以适应极难选煤炭的有效分选需求。

2.3 磁铁矿粉粒度对分选效果的影响

目前市场上公认的选煤磁铁矿粉被分为四个粒度级，即特粗(<45 μm≥55%)、粗(<45 μm≥65%)、细(<45 μm≥80%)和特细(<45 μm≥90%)，粒度级的划分只是明确了大致的粒度范围，对粒度范围内的进一步组成未有明确说明，目前市场上重介质旋流器大多数选用细级磁铁矿粉，极少数选择粗级磁铁矿粉。

重介质选煤采用的悬浮液属于粗分散体系，在分选设备中，依靠外力维持悬浮液密度的均匀性，但在选煤过程中，液流对入选颗粒分层的干扰愈小愈好，因此对选用的加重质磁铁矿粉提出了严格的粒度要求。不同的选煤工艺、煤质等，对粒度要求也不相同。悬浮液的容积浓度越小，越有利于原煤的分选，原煤在分层过程中，除了原煤颗粒间碰撞、颗粒和器壁碰撞以外，原煤颗粒还同加重质或煤泥发生碰撞，形成阻力，减慢分层速度；悬浮液的容积浓度越大，原煤和磁铁矿粉碰撞的机会就越多，阻力越大，影响分选效果，所以在保证悬浮液稳定性的基础上，容积浓度越小越好。

表2 不同粒度磁铁矿粉对分选效果的影响Table 2 Effect on performance of H.M. cyclone producedby different sizes of magnetite power

表2为不同粒度磁铁矿粉对分选效果的对比结果，从表2可以看出，当悬浮液中煤泥含量基本不变且保持合理值时，选用的磁铁矿粉随着粒度减小，对原煤的分选精度呈增加的趋势，这说明磁铁矿粉的细度对分选效果有着很大的影响，磁铁矿粉粒度小些，有助于形成稳定性更好的重介质悬浮液，利于难选煤的高效分选。

2.4 悬浮液中煤泥含量的控制

重介质悬浮液的稳定性表现在悬浮液中加重质的沉降速度，而悬浮液的稳定性和粘度受到加重质本身的粒度组成、悬浮液煤泥含量的影响，且重介质选煤过程中，悬浮液中的煤泥是必然存在的。

原煤在重介质悬浮液中的分选过程，通常可以看作是物料在一定粘度的液体中作干扰下沉并分层的过程，沉降速度不但与物料本身和介质悬浮液的密度差有关，还与悬浮液对物料运动的阻力有关。重介质悬浮液中煤泥含量越高，悬浮液的粘度越大，原煤沉降分层过程中的运动阻力就越强，原煤颗粒按密度分选的精度就越差。

表3为悬浮液中不同煤泥含量对不同粒级煤炭分选效果的对比，从表3中可以看出，当选用相对粗级磁铁矿粉时，悬浮液需要一定含量的煤泥维持稳定性，当煤泥含量较低时，由于悬浮液欠缺稳定性，原煤分选精度相对不高，随着煤泥含量的增加，分选效果逐渐提高，当煤泥含量增加到一定程度时，悬浮液粘度的增加会对分选效果造成恶化。因此，在满足悬浮液稳定性的基础上，煤泥含量较低时有利于煤炭的精确分选。

表3 悬浮液中不同煤泥含量对分选效果的影响

3 结论

目前传统系列产品在旋流器的加工制造与现场应用方面应用广泛，但传统产品在处理现场具体煤质方面存在适应性不足的问题，特别是对于能直接决定悬浮液的稳定性和洗选效果的工艺参数，如悬浮液粘度、磁铁矿粉的粒度组成等，因此不能确保煤炭得到高效的分选。

旋流器产品的设计及应用需要以先进、可靠、经济、合理为原则，对旋流器关键部位结构形式进行合理设计并改造，使其适应旋流器内部流场的转变和变化，减小流场自身的能量消耗。根据极难选原煤的筛分、浮沉等资料对精煤、中煤和矸石的产率、灰分等产品要求来确定旋流器合理结构和工艺参数才是关键所在。生产过程中，产品质量可通过调整入料压力、悬浮液密度及改变结构参数等因素来实现调整，以实现最终满足极难选煤炭的有效分选。

[1] 丁晴晴.淮北选煤厂重介中煤再选试验研究[D]. 徐州：中国矿业大学，2014.

[2] 张凤桐.GB/T 16417—2011《煤炭可选性评定方法》编制说明[J]. 洁净煤技术，2013(5)：127-128.

[3] 单 超.重介质旋流器关键结构参数对分选效果的影响[J]. 煤炭加工与综合利用，2014(7):58-60.

[4] 张力强.影响重介质旋流器分选效果的工艺因素分析[J]. 煤炭技术，2014(4):226-227.

[5] 朱家尧，李 涛，孙铭华，等.无压给料三产品重介质旋流器工艺的监控措施[J]. 煤质技术，2011(5):68-71.

Analysis of the key points in control of process paramereters in heavy-medium separation of extremely difficult-to-wash coal

ZHANG Li-qiang

((Tangshan Research Institute Co., Ltd., China Coal Technology & Engineering Group, Tangshan, Hebei 063012, China)

The paper first presents an introduction to China's raw coal washability evaluation criteria and then points out the problems concerning the underutilization at the present stage of the extremely difficult-to-wash coal especially the scare coal resources. Then, an in-depth analysis is made of the key points in control of the process parameters involved in heavy-medium separation of the above-cited coal. The research-derived achievements provide a certain technical support for the design of the parameters involved in separation of difficult-to-wash coal with H.M. cyclone in the future.

H.M. cyclone; extremely difficult-to-wash coal; process parameters; control points

1001-3571(2016)06-0095-03

TD942.7

A

2016-10-12

10.16447/j.cnki.cpt.2016.06.024

中煤科工集团有限公司科技项目(2016MS021)

张力强(1979—)，男，河北省赵县人，副研究员，从事重介质旋流器产品的设计开发及应用工作。

E-mail: mumuxw01@163.com Tel：0315-7759443

张力强.极难选煤重介分选过程工艺参数控制要点分析[J]. 选煤技术，2016(6)：95-97.