中煤磁選尾礦特性與分選工藝研究

張玉磊，王佳音，徐英芳，苑金朝，葉樹強，王鑫才

(1.北京國華科技集團有限公司，北京 101300；2.唐山國華科技國際工程有限公司，河北 唐山 063020)

1 概 述

21世紀以來，我國絕大多數(shù)煉焦煤選煤廠普遍推廣采用了全重介旋流器分選工藝，其中精煤磁選機尾礦處理方法日漸成熟，一些選煤廠采取技術措施，降低了重力選煤設備的分選下限，成功地回收了質量良好的粗精煤泥，有效地將浮選入料上限控制在0.25 mm以下，取得了可觀的經(jīng)濟效益。

由于目前中煤磁選機尾礦(以下簡稱“中煤磁尾”)處理工藝還不完善，有的選煤廠因煤質變化或生產(chǎn)波動等因素導致中煤磁尾中含有相當數(shù)量的低灰分精煤，單純依靠現(xiàn)有的粒度分級措施，粗粒部分進入中煤產(chǎn)品會造成煤炭資源損失，進入精煤因灰分太高影響產(chǎn)品質量，細粒部分進入煤泥，造成尾煤泥整體灰分偏低，所以中煤磁尾的處理工藝研究是非常必要的。

受開灤礦業(yè)集團委托，北京國華科技集團有限公司(以下簡稱“國華科技”)針對開灤集團所屬具有代表性的范各莊礦選煤廠中煤磁尾特性，通過超級煤泥重介質旋流器試驗平臺，研究并優(yōu)化其精細化分級分選工藝，以期進一步提高選煤廠經(jīng)濟效益。

2 中煤磁尾特性

2.1 采樣條件

于2019年6月在范各莊選煤廠生產(chǎn)穩(wěn)定的狀態(tài)下進行采樣，相關生產(chǎn)條件列于表1，各試樣的物料性質列于表2。

表1 采樣時生產(chǎn)條件

表2 各試樣物料性質

2.2 粒度組成

參照GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗方法》標準，對中煤磁尾礦試樣采用預先濕法脫泥—干法篩分的試驗步驟進行粒度組成分析(表3)。為獲得更為精確數(shù)據(jù)，在試驗套篩中特別增加了孔徑為0.15 mm和0.10 mm 2個篩序。

表3 中煤磁尾粒度組成分析

由表3可知，中煤磁尾中1.0～0.5 mm粒級是主導粒級，產(chǎn)率為46.70%，而小于0.10 mm粒級產(chǎn)率僅有9.07%，這是因為該廠采用原料煤預先脫泥的重選工藝。從總體上看中煤磁尾中大于0.10 mm的煤泥產(chǎn)率高達90.93%，且灰分偏低，僅為31.85%。

2.3 密度組成

參照GB/T 478—2008《煤炭浮沉試驗方法》標準，對中煤磁尾各粒度級(>0.5 mm、0.5～0.25 mm、0.25～0.1 mm)進行密度組成分析，結果列于表4和表5。

表4 中煤磁尾各粒級密度組成分析

表5 中煤磁尾(大于0.1 mm綜合級)密度組成分析

由表4可看出：

(1)這3個粒級隨粒徑變細綜合灰分隨之提高，由30.81%提高到37.87%。

(2)隨粒徑變小，小于1.5 kg/L密度級累計產(chǎn)率隨之增加，由24.06%增至43.76%，累計灰分卻隨之降低，由13.30%降至8.11%。

表5中大于0.1 mm粒級的密度組成數(shù)據(jù)表明，其主導密度級1.5～1.6 kg/L，產(chǎn)率為20.84%。從β曲線(見圖1)可查得：當精煤灰分10.50%時，理論產(chǎn)率27.30%，理論分選密度1.482 kg/L；密度小于1.4 kg/L的物料灰分6.82%，產(chǎn)率17.43%。說明中煤磁選機尾礦煤泥中存在數(shù)量可觀的低灰精煤產(chǎn)品，有繼續(xù)分選的意義。

圖1 大于0.1 mm粒級可選性曲線

3 研究方法及技術方案

采用理論與實踐相結合的方法，根據(jù)范各莊礦選煤廠生產(chǎn)情況制定采樣計劃，通過篩分試驗、浮沉試驗來研究中煤磁尾的特性。為盡可能地接近實際，在國華科技實驗室的試驗平臺采用工業(yè)使用的S-FHMC280型超級煤泥重介質旋流器，模擬生產(chǎn)條件，進行精細分選，并制定了2種以超級煤泥重介質旋流器為核心的分級分選工藝方案。

方案一：中煤磁尾+中煤脫介弧形篩篩下物，中煤磁尾為分選物料，中煤脫介弧形篩篩下物用于調配分選懸浮液。

方案二：中煤磁尾+精煤磁選機精礦(含粒度足夠細的磁性物)，中煤磁尾為分選物料，精煤磁選機精礦用于調配成分選懸浮液。

通過試驗平臺進行2種工藝的生產(chǎn)對比試驗，進而優(yōu)化工藝指標，最大限度回收范各莊礦選煤廠中煤磁尾中的低灰精煤。

4 平臺試驗

4.1 方案一(中煤磁尾+中煤脫介弧形篩篩下物)

4.1.1 試驗條件

試驗條件見表6。

表6 方案一的試驗條件

4.1.2 工藝效果

大于0.10 mm粒級分選情況見表7。根據(jù)該表數(shù)據(jù)繪制的計算入料可選性曲線見圖2，分配曲線見圖3。

表7 采用方案一時大于0.10 mm粒級分選情況

圖2 采用方案一時計算入料可選性曲線

圖3 采用方案一時分配曲線

(1)數(shù)量效率。數(shù)量效率是表征重力選煤工藝效果的一項重要指標，其定義是實際精煤產(chǎn)率與相同精煤灰分的理論精煤產(chǎn)率的百分比值。

查可選性曲線可得：當精煤灰分為9.89%時，大于0.10 mm粒級的理論分選密度為1.510 kg/L，理論精煤產(chǎn)率為36.40%，δ±0.1含量(扣除沉矸)26.3%，屬較難選煤。根據(jù)入料及產(chǎn)物的密度組成，按相關操作計算步驟，可得實際輕產(chǎn)物(精煤)產(chǎn)率為31.66%，則數(shù)量效率為86.98%。

(2)可能偏差?？赡芷钍窃u價重力工藝效果的另一項重要指標。分配曲線越是趨向垂線，就表征其分選精確度越高，分配曲線的垂直程度可用可能偏差Ep值來量化表征。其值越小，就表示分配曲線中段越陡直，分選精度越高。

(3)錯配物含量(見表8和圖4)。分選密度δp=1.458 kg/L時，輕產(chǎn)物中的錯配量mh=3.70%，重產(chǎn)物中錯配量m1=3.30%，錯配物總量m0=7.00%。

表8 方案一錯配物分配

圖4 方案一的錯配物曲線

4.2 方案二(中煤磁尾+精煤磁選機精礦)

4.2.1 試驗條件

試驗條件見表9。

表9 方案二的試驗條件

4.2.2 工藝效果

大于0.10 mm粒級分選情況見表10。根據(jù)該表數(shù)據(jù)繪制的計算入料可選性曲線見圖5，分配曲線見圖6。

表10 大于0.10 mm粒級分選情況

圖5 方案二的計算入料可選性曲線

圖6 方案二的分配曲線

(1)數(shù)量效率。根據(jù)可選性曲線(圖5)查得：當精煤灰分為10.15%時，大于0.10 mm粒級的理論分選密度為1.505 kg/L，理論精煤產(chǎn)率為30.83%，δ±0.1含量(扣除沉矸)28.1%，屬較難選煤。根據(jù)入料及產(chǎn)物的密度組成，按相關操作計算步驟，可得實際輕產(chǎn)物(精煤)產(chǎn)率為27.07%，則數(shù)量效率為87.80%。

(3)錯配物含量(見表11和圖7)。分選密度δp=1.455 kg/L時，輕產(chǎn)物中的錯配量mh=3.20%，重產(chǎn)物中錯配量m1=2.35%，錯配物總量m0=5.55%。

表11 方案二的錯配物分配

圖7 錯配物曲線

4.3 2個分選方案的平臺試驗工藝效果對比

2個分選方案平臺試驗的工藝指標見表12。

表12 工藝效果對比

從表12可知，用同一臺煤泥超級重介質旋流器，在基本相近的入料壓力、入料濃度、入料密度和磁性物含量的工作參數(shù)下(表6、表9)，方案二的計算入料灰分和δ±0.1含量(扣除沉矸)分別比方案一的高2.04個百分點和1.80個百分點。也就是說在入料性質相對稍差的條件下，方案二的數(shù)量效率要高0.82個百分點，可能偏差要低0.004 kg/L，錯配物含量要少1.45個百分點。Ep工藝指標要好一些，分選精度要高一些。

本研究的對象是中煤磁選尾礦中大于0.1 mm粒級的煤粒，為能獲得良好的分選指標，工作介質(磁性物)的平均粒徑一定要遠小于分選顆粒。方案二采用的工作介質來自于原料煤三產(chǎn)品重介質一段精煤的溢流，由于在離心力場中磁性物也按其質量大小進行分層的。因此在精煤溢流中富含了粒度細的磁性物。正是由于這些細介質的參與，就成為方案二的工藝指標優(yōu)于方案一的一個重要原因。

5 實施前后工藝對比

范各莊礦選煤廠處理中煤磁尾現(xiàn)有工藝流程為：中煤磁尾由泵打至濃縮分級旋流器，旋流器溢流進入尾煤濃縮機，旋流器底流自流到煤泥弧形篩，弧形篩篩上物料作為粗中煤泥進入末煤離心機脫水，弧形篩篩下水進入尾煤濃縮機，末煤離心機離心液返回中煤磁選機。

本研究制定的分級分選新工藝流程(見圖8)為：中煤脫介篩稀介段篩下水進入新設的帶有擊打器的弧形篩(篩縫間隙為0.2 mm)，該弧形篩篩上物與原有精煤磁選機精礦分流進入新設超級煤泥重介質旋流器分選，旋流器溢流進入精煤磁選機；新設弧形篩篩下物與超級煤泥重介質旋流器底流進入原有中煤磁選機，中煤磁選機尾礦進入新設中煤濃縮機進行水力分級；中煤濃縮機溢流進入原有濃縮機，中煤濃縮機底流經(jīng)泵打至沉降過濾式離心脫水機脫水回收后摻入中煤，離心液進入原有濃縮機。

圖8 中煤稀介分級分選工藝流程

中煤稀介分級分選工藝對現(xiàn)有工藝系統(tǒng)主要有以下影響：

(1)現(xiàn)有工藝系統(tǒng)中煤磁尾中大于0.1 mm粒級的低灰粗精煤泥得到有效分選回收，該部分粗精煤泥返回現(xiàn)有工藝系統(tǒng)精煤泥脫水回收系統(tǒng)，會增加精煤泥脫水回收系統(tǒng)負荷。

(2)該工藝系統(tǒng)中煤磁尾中大于0.045 mm粒級經(jīng)濃縮分級、脫水回收后摻入中煤而非直接排放至尾煤泥，多回收中煤，減少了尾煤泥量，減小了尾煤濃縮以及尾煤壓濾系統(tǒng)負荷。

(3)按范各莊礦選煤廠年入選480萬t原料煤計算，新工藝每年可多回收精煤6 480 t，年銷售收入增加791.2萬元。

6 結 語

通過對范各莊礦選煤廠的中煤磁尾粒度組成和密度組成分析，反觀在其大于0.1 mm粒級中含有30%左右的低密度精煤，通過采用工業(yè)生產(chǎn)的S-FNMC280型煤泥重介質旋流器的試驗平臺試驗表明，可以分選出灰分約為10%的精煤。2種分選方案對比試驗表明，用精煤磁選精礦作為煤泥重介質旋流器分選介質的方案，工藝指標更為優(yōu)越，可能偏差可為0.035 kg/L。在此研究的基礎上，制定了該廠的中煤磁尾精細分級分選的工藝流程。

本研究成果也可以在開灤礦業(yè)集團公司所屬其他選煤廠推廣使用，提高粗精煤泥的產(chǎn)率，減少尾煤泥量，降低煤泥水系統(tǒng)負荷，提高選煤廠整體經(jīng)濟效益。

我國有很多采用重介質旋流器作為分選工藝的煉焦煤選煤廠，正如范各莊選煤廠的中煤磁尾那樣，含有相當數(shù)量的低灰、低密度精煤。為了將選煤廠粗放型經(jīng)營，轉變?yōu)榫毣夹g管理，也可以將本研究作為技術借鑒。