某煤矿原煤性质分析及重介分选效果评价

原凯凯

（晋能控股煤业集团四侯煤矿，山西 晋城 048000）

煤炭资源是我国社会与经济发展的重要支柱，且我国煤炭资源的储量排名世界第三位，据统计，现已探明煤炭储量达1.2 万亿t，远超过石油和天然气量[1]。同时，经预测，我国在未来很长时间里仍会是以煤为主的消费和生产结构[2]。钢铁行业是我国国民经济的支柱性和基础性产业，焦煤主要用来冶炼钢铁等。然而，虽然我国地大物博，煤炭资源品种齐全，但是炼焦煤资源在国内储量较少，优质炼焦煤资源更是稀少，因此需要合理设计选煤工艺，最大化洗选炼焦煤资源，为我国钢铁行业的正常生产提供强有力的保障[3]。

本文以某煤矿10#煤为研究对象，首先掌握煤的基本性质，再通过重介质旋流器分选，从而在各分选环节进行优化，提高选煤厂生产效率。

1 原煤理化特性研究

本试验所用煤样为WHS 煤矿10#煤，通过多种试验仪器对原料煤的基本性质进行分析。

1.1 煤的工业分析

原煤经破碎、筛分制备实验室所用煤样，并依据国家标准进行测定。结果为：空气干燥基水份（Mad）1.81%，干燥基灰分（Ad）24.86%，干燥无灰基挥发份（Vdaf）27.84%，焦渣特性7，干燥基全硫（St.d）3.81%，干基高位发热量（Qgr.d）20.5MJ/kg。水分和灰分主要反映了煤中无机物的含量，由于浮煤灰分相比原煤有大幅度降低，故原煤为低灰分煤。煤中的挥发分和固定碳的含量反映了煤中有机物的性质，原煤的干基硫大于3%，属于高硫分原煤，挥发分为27.84%，根据《GB 5751—86 中国煤分类》，分类为焦煤。

1.2 元素分析

通常，C、H、O 元素之和占煤中有机质的95%以上。一般元素分析的结果与其他工艺指标结合考虑，才能最终确定煤的工艺用途。原煤及浮煤元素分析结果为：原煤碳（Cdaf）含量（质量分数）占大部分（88.02%），氢（Hdaf）含量（质量分数）5.13%，m（Cdaf）/m（Hdaf）值为17.16；氮（Ndaf）含量（质量分数）1.36%，硫（Sdaf）含量（质量分数）为5.07%，氧（Odaf）含量（质量分数）0.42%。煤的工艺用途主要是根据煤中有机质的性质决定的，原煤w（Cdaf）、w（Sdaf）及m（Cdaf）/m（Hdaf）值皆高，表明为高硫煤且煤层变质度高。

1.3 工艺性质分析

原煤的工艺性质分析结果为：灰熔融性变形温度（DT）、软化温度（ST）、半球温度（HT）及流动温度（FT）皆大于1 500℃，且ST 与FT 温差小；哈氏可磨性（HGL）为98，属于易磨煤；干基高位发热量（Qgr.d）大于27 MJ/kg，属于高热值煤；热稳定性（TS+6）大于80%，属于高热稳定性煤。

1.4 CO2 反应性分析

煤的反应性指其发生化学反应的能力，原煤的CO2反应性测定结果表明，900 ℃～1 100 ℃之间煤和CO2反应速率迅速增加，煤的反应性即煤的化学活性较高，原煤的变质程度较高。原煤CO2反应性测定结果如图1。

图1 原煤的CO2 反应性曲线图

2 原煤可选性及重介分选效果评价

煤的可选性通常是指根据物理、化学性质等差异，分选出目标产品的难易程度。选煤是煤炭工业的重要工艺，通过煤炭洗选，可以更加有效的、合理的利用和煤炭资源。

2.1 原煤粒度组成

粒度组成即为各粒级物料的质量分布情况。通过不同孔径的筛子对原煤做大筛分试验，为考察原煤数量和质量指标之间的相互关系提供数据基础。试验原煤的粒度分析结果为：大于50 mm 粒级的原煤含量（质量分数）较低（6.51%），小于13 mm 粒级的煤样占总煤样的64.66%，表明原煤含矸量不高；灰分在50 mm～25 mm 及大于50 mm 较多，分别为50.78%、49.14%，在其他各粒级中分布较均匀，约为22%～25%；各粒级中平均硫分（质量分数）为5.39%，大于国家标准3%，为高硫分原煤。

2.2 原煤分粒度级密度组成

计算各密度级煤样产率，并进行矿物分析与化学分析，得到不同密度成分在原煤中的产率和质量指标，从而来研究原煤的性质。

2.2.1 原煤密度组成

一般通过浮沉试验测算出各密度级产物的产率与特性。浮沉试验分为大浮尘试验（粒度＞0.5 mm）和小浮尘试验（粒度＜0.5 mm）。本次主要在8 个不同密度的重液（范围1.3 g/cm3～1.8 g/cm3，梯度0.1 g/cm3）中对原煤进行大浮沉试验，煤样被分成不同的密度级别，结果为，50 mm～0.5 mm粒级入选原煤总灰分32.63%，硫分（质量分数）为5.26%，为高硫煤；根据中国煤炭可选性评价标准《GB/T 16417—1996》，结合本次试验实际结果，灰分小于11%的精煤理论产率为67.68%，分选密度为1.68 g/cm3，当分选密度±0.1 含量（扣除沉矸）9.2%，判定原煤为易选。

2.2.2 原煤分粒度级密度组成

为了判断不同粒度级原煤的性质，将原煤分为+50 mm、25 mm～50 mm、13 mm～25 mm、6 mm～13 mm、3 mm～6 mm和0.5 mm～3 mm 共6 组分别进行浮沉试验。结果如下：

1）+50 mm 粒级入选原煤总灰分49.14%。根据中国煤炭可选性评价标准《GB/T 16417—1996》，结合本次试验实际结果，灰分小于11%的精煤理论产率为55.74%，分选密度为1.86 g/cm3，当分选密度（±0.1 含量）（扣除低密度物）为71%，判定原煤+50 mm 粒级为极难选。

2）25 mm～50 mm粒级入选原煤总灰分36.9%。根据中国煤炭可选性评价标准《GB/T 16417—1996》，结合本次试验实际结果，灰分小于11%的精煤理论产率为60.24%，分选密度为1.58 g/cm3，当分选密度±0.1 含量（扣除沉矸）为2.1%，判定原煤50 mm～25 mm 粒级为易选。

3）13 mm～25 mm粒级入选原煤总灰分24.23%。根据中国煤炭可选性评价标准《GB/T 16417—1996》，结合本次试验实际结果，灰分小于11%的精煤理论产率为81.55%，分选密度为1.81 g/cm3，当分选密度±0.1含量（扣除低密度物）为4%，判定原煤25 mm～13 mm 粒级为易选。

4）6 mm～13 mm 粒级入选原煤总灰分22.28%。根据中国煤炭可选性评价标准《GB/T 16417—1996》，结合本次试验实际结果，灰分小于11%的精煤理论产率为82.84%，分选密度为1.77 g/cm3，当分选密度±0.1含量（扣除低密度物）为19.2%，判定原煤13 mm～6 mm 粒级为中等可选。

5）3 mm～6 mm粒级入选原煤总灰分20.38%。根据中国煤炭可选性评价标准《GB/T 16417—1996》，结合本次试验实际结果，灰分小于11%的精煤理论产率为84.74%，分选密度为1.68 g/cm3，当分选密度±0.1含量(扣除沉矸)为7.5%，判定原煤3 mm～6 mm 粒级为易选。

6）0.5 mm～3 mm 粒级入选原煤总灰分20.03%。根据中国煤炭可选性评价标准《GB/T 16417—1996》，结合本次试验实际结果，灰分小于11%的精煤理论产率为84.3%，分选密度为1.68 g/cm3，当分选密度±0.1含量（扣除沉矸）为10.1%，判定原煤0.5 mm～3 mm粒级为中等可选。

由以上分析可知，当要求精煤灰分小于11%时，根据δ±0.1 含量的变化，随着粒级的减小，原煤精煤产率逐渐增加，而可选性在变差，这与一般试验结果及实践经验相吻合。

3 重介质旋流器分选效果评价

重选就是在磁铁矿等运动介质中，不同密度级的颗粒松散后发生分层转移的过程，其实质概括起来就是松散-分层和搬运-分离过程。重选在分选设备中每一次密度分选只能得到两种产物，按密度分配的规律煤样在产物中用分配率的方式来表示，即ε重（%）、ε轻（%）分别表示该密度级别在重、轻产物中的分配率，且原煤在重介旋流器中实际上只进行两次分选，因此ε重（%）和ε轻（%）之和恒等于100%。

3.1 分配结果

本实验中选煤厂对原煤进行了低密度和高密度两段分选，得到精煤、中煤和矸石三种产品，并对三者做浮沉试验，绘制分配曲线，如图2。

图2 三产品重介质旋流器重产品分配曲线

根据图2，查找与计算两段分选密度δp与可能偏差E。结果显示，一段δp1为1.48 g/cm3，E1=0.06 g/cm3；二段δp2为1.92 g/cm3，E2=0.13 g/cm3。根据国家规定的重介分选设计标准，一段较符合，分选效果较好，二段高于标准，分选效果较差。

根据单机检测与浮沉实验数据可知，在精煤灰分为11%时，计算出数量效率η1为86.9%，略低于90%左右的要求。

3.2 错配物量

原煤分选时，轻、重产物都不可能完全按照分选密度完美分选，都有偏差。错配物是各产品中混入的非规定成分的煤样。根据绘制的低密度和高密度分割错配物曲线，得到两段分选中的损失量、污染量、错配物总量，结果见表1。

4 结论

二段分选产品中煤实际产率为18.21%，灰分为38.71%，符合中煤灰分要求。相同密度的悬浮液在不同锥比的旋流器内工作时，分选密度高低与二段的锥比成反比。因此，可以通过减小或增大溢流口径与底流口径的比例，达成二段分选密度在线调节。基于本次实验二段中煤损失量为7.1%，应减小二段实际分选密度，用以减小中煤中的矸石量。