高變質(zhì)無煙煤粗煤泥分選技術(shù)研究及應(yīng)用

喬曉飛

(冀中能源股份有限公司章村礦, 河北 邢臺 054108)

章村礦重介選煤廠于2006 年12 月建成投產(chǎn),開創(chuàng)了高變質(zhì)無煙煤重介洗選的先河, 是國內(nèi)首家高變質(zhì)無煙煤重介選煤廠, 核定能力為1.20 Mt/a。 選煤工藝為: 50～0 mm 不脫泥無壓三產(chǎn)品重介旋流器+粗煤泥分級旋流器+細煤泥濃縮壓濾。2019 年經(jīng)技術(shù)改造, 對粗精煤泥實現(xiàn)了CSS 干擾床分選機分選。 主要入洗本礦四井煤, 煤種為老年無煙煤, 具有密度高(精煤段分選密度1.80 g/cm3, 矸石段分選密度1.95 g/cm3)、 密度差小(0.15 g/cm3)、 矸石量大(平均40%)且泥化嚴重等特點。

1 粗煤泥分選方案的確定

1.1 粗煤泥分選方法比較

粗煤泥分選主要有3 種方式: 一是煤泥重介質(zhì)旋流器, 二是螺旋分選機, 三是CSS 干擾床分選機。 3 種分選方式優(yōu)缺點比較見表1。

由表1 可知, 3 種粗煤泥分選方法各有利弊,其中煤泥重介工藝, 對于不脫泥重介分選工藝,彌補大直徑重介質(zhì)旋流器分選下限高, 無法對粗煤泥進行有效分選的問題; 解決煤泥分流問題,有效回收粗煤泥, 使精煤灰分更容易控制。 但是煤泥重介質(zhì)旋流器仍存在很多問題, 如只有部分煤泥隨主旋流器精煤合格介質(zhì)分流進入煤泥重介旋流器分選, 其余煤泥仍隨著未分流的合格介質(zhì)在系統(tǒng)中循環(huán)并產(chǎn)生過粉碎, 增加了介質(zhì)粘度,損失了部分精煤; 選后微細介質(zhì)的凈化回收設(shè)備及流程仍待改進和研究; 主選大直徑旋流器和煤泥重介質(zhì)旋流器之間的配合問題, 部分煤泥被重復(fù)分選等。

表1 煤泥重介質(zhì)旋流器、 螺旋分選機、 干擾床分選機比較

因此, 結(jié)合章村礦選煤廠粗煤泥特性及現(xiàn)場實際, 認為后2 種分選方法更適宜章村礦粗煤泥的分選。

1.2 粗煤泥分選試驗對比及分析

通過上述3 種粗煤泥分選方式的對比, 并考慮廠房空間、 資金投入等多方面因素, 設(shè)備廠家對后2 種粗煤泥分選方法進行了半工業(yè)性試驗。

(1)螺旋分選機分選高變質(zhì)無煙煤粗煤泥試驗入料粒度組成見表2, 試驗結(jié)果見表3。

表2 粗煤泥篩分組成數(shù)據(jù)

表3 螺旋分選機分選產(chǎn)品篩分數(shù)據(jù)

分析表2 可知, 煤泥的主導(dǎo)粒級是0.125 ～0.074 mm、 小于0.074 mm 2 個粒級, 產(chǎn)率分別為26.05%和34.39%, 灰分分別為40.03%和57.80%; 可見通過調(diào)整分級旋流器的給礦壓力,旋流器底流夾細依然嚴重, 其中小于0.074 mm細粒級煤泥灰分較高, 為57.80%, 是造成粗煤泥灰分高的主要因素。

螺旋溜槽分選后的產(chǎn)品經(jīng)篩分處理, 其中精礦中大于0.25 mm 粒級產(chǎn)率3.34%, 灰分為17.70%; 精礦中低密度級產(chǎn)物產(chǎn)率較低, 尾礦中大于0.25 mm 粒級的產(chǎn)率27.91%, 灰分37.50%。

(2)CSS 分選高變質(zhì)無煙煤粗煤泥試驗。 CSS 廠家對樣品總共進行了3 次試驗, 數(shù)據(jù)匯總見表4。

表4 CSS 試驗數(shù)據(jù)匯總

CSS 試驗先給定頂水流量0.65 m3/h, 設(shè)定密度參數(shù)從1.38 g/cm3逐漸變化至1.51 g/cm3,然后保持設(shè)定密度參數(shù)不變。 分選密度1.51 ～1.53 g/cm3, 可以生產(chǎn)出灰分約16.00%的精煤,尾煤灰分約60.00%。 同時, 根據(jù)試驗數(shù)據(jù)測算,CSS 溢流中大于0.25 mm 產(chǎn)率約50.00%, 約占入料的40.00%。

(3)高變質(zhì)無煙煤粗煤泥分選方法的確定。綜上分析, 螺旋分選機和干擾床分選機均能對大于0.25 mm 粒級進行有效分選, 且精礦灰分滿足要求, 但螺旋分選機精礦回收率低、 尾礦灰分低, 說明尾礦帶煤損失較高。 而干擾床分選機精礦回收率高、 尾礦灰分高。 因此, 干擾床分選機更適宜章村礦高變質(zhì)無煙煤粗煤泥的分選。

2 CSS 干擾床分選機的應(yīng)用

2.1 CSS 工作原理

入料由礦漿給料管給到干擾床分選機中, 水由泵打入分選機底部的流體分配器, 并在干擾床分選機機體內(nèi)產(chǎn)生向上水流, 入料中那些沉降速度恰好等于上升水流速的組分懸浮于干擾床分選機中, 形成具有一定密度的懸浮液干擾床層。 干擾床的密度可由上升水流速的速度來控制。 分配器使上升水分布均勻, 防止上升水流對穩(wěn)定干擾床層的沖擊。 當達到穩(wěn)定狀態(tài)時, 入料中那些沉降速度低于上升水流速的顆粒將進入溢流而成為精礦, 而沉降速度大于上升水流速的顆粒將穿過床層進入底流而成為尾礦, 從而實現(xiàn)分選。

2.2 章村礦選煤廠CSS 分選工藝

精煤磁選尾礦經(jīng)分級旋流器濃縮后, 溢流自流到濃縮池, 濃縮機濃縮后的底流采用壓濾脫水后作為煤泥產(chǎn)品, 底流經(jīng)干擾床分選機分選后,CSS 溢流經(jīng)弧形篩脫水后摻入末精煤, CSS 底流經(jīng)弧形篩、 高頻篩和離心機脫水后摻入中煤。 工藝流程見圖1。

圖1 CSS 工藝流程

2.3 CSS 分選試驗

2.3.1 小篩分試驗

小篩分試驗結(jié)果見表5, 各產(chǎn)品產(chǎn)率及入料分配率計算結(jié)果見表6 和表7。

表5 高變質(zhì)無煙煤粗煤泥CSS 分選試驗結(jié)果

表6 產(chǎn)率分配

表7 計算入料組成及分配率

分析表5 可知:

(1)CSS 入料來自精煤泥磁選尾礦經(jīng)分級旋流器分級濃縮后的底流, 總灰分為41.64%。 以0.25～0.125 mm 為主導(dǎo)粒級, 占全樣的41.60%,灰分為42.65%。 小于0.125 mm 粒級產(chǎn)率為20.90%, 灰分為65.36%, 入料夾細較多。

(2)溢流總灰為36.66%, 主導(dǎo)粒級為0.25～0.125 mm, 產(chǎn)率為44.60%, 灰分為32.31%。+0.25 mm 粒級產(chǎn)率為25.00%, 灰分為16.14%。

(3)底流總灰為51.54%, 主導(dǎo)粒級為大于0.5 mm, 產(chǎn)率為57.40%, 灰分為36.59%。 小于0.125 mm 粒級含量僅為2.48%, 灰分為81.48%, 說明底流中細顆粒含量極少。

(4)溢流中大于0.125 mm 各粒級灰分相較入料降灰幅度較大, 說明CSS 對這部分粒級分選效果較好, 而小于0.125 mm 粒級灰分降幅較小,甚至對小于0.075 mm 粒級無分選效果, 說明CSS 對細粒級煤泥分選不佳。

根據(jù)表6 可計算出各產(chǎn)物產(chǎn)率, 即底流產(chǎn)率 為21.39%, 溢流產(chǎn)率為78.61%。

由表7 可知, 隨著分選粒度的減小, 各粒級在重產(chǎn)物中的分配率急劇下降, 說明本機對入料粒度的變化較為敏感, 其中大于0.5 mm 粒級最高為56.14%, 當入料粒度小于0.125 mm 時, 底流產(chǎn)率接近于零, 細泥更多地進入到了精礦, 更進一步輔證了本機的實際分選粒度下限在0.125～0.25 mm 之間。

2.3.2 小浮沉試驗

根據(jù)表8, CSS 溢流灰分為34.64%, 相較入料降低7.95 個百分點, 大于1.95 g/cm3密度級含量高達40.39%, 灰分為67.06%, 這是造成精礦灰分偏高的根本原因。 從表5 溢流各粒級灰分可看出, 小于1.8 g/cm3密度級主要存在于大于0.125 mm 粒級中。 底流產(chǎn)率為21.39%, 底流中小于1.8 g/cm3密度級含量占入料的3.71%, 因此, 底流含有少量的精煤。 這部分精煤主要存在于大于0.5 mm 粒級中。

根據(jù)各粒級產(chǎn)率及灰分, 精煤主要存在于大于0.125 mm 粒級中, 對大于0.125 mm 各粒級進行了浮沉試驗, 結(jié)果見表9。

由表9 可知, 入料大于0.5 mm 粒級中小于1.8 g/cm3密度級產(chǎn)率為65.12%, 占全級的13.54%, 灰分為14.56%。 溢流大于0.5 mm 中小于1.8 g/cm3密度級產(chǎn)率為85.26%, 占全級的10.40%, 灰分僅為10.98%, 說明溢流大于0.5 mm 粒級幾乎全為精煤。 底流大于0.5 mm 中小于1.8 g/cm3密度級產(chǎn)率為25.83%, 占全級的14.83%, 而由表8可知, 底流中小于1.8 g/cm3密度級產(chǎn)率為17.34%, 說明底流所帶精煤幾乎全在大于0.5 mm 粒級。

表8 CSS 分選機入料及產(chǎn)物小浮沉試驗結(jié)果

表9 +0.5 mm 粒級浮沉試驗數(shù)據(jù)

由表10 可看出, 入料0.5 ～0.25 mm 粒級中小于1.8 g/cm3密度級產(chǎn)率為55.36%, 占全級的9.25%, 灰分為15.57%。 溢流0.5 ～0.25 mm粒級中小于1.8 g/cm3密度級產(chǎn)率為82.39%,占全級的10.55%, 灰分僅為12.12%, 說明溢流0.5～0.25 mm 絕大部分都為精煤。 底流0.5 ～0.25 mm 粒級中小于1.8 g/cm3密度級產(chǎn)率為8.55%, 占全級的1.32%, 含量較少。

表10 0.5～0.25 mm 粒級小浮沉試驗數(shù)據(jù)

由表11 可知, 入料0.25 ～0.125 mm 粒級中＜1.8 g/cm3密度級產(chǎn)率為45.12%, 占全級的18.77%, 灰分為15.45%, 說明入料0.25 ～0.125 mm 中精煤含量較高。 溢流0.25 ～0.125 mm 中小于1.8 g/cm3密度級產(chǎn)率為54.27%, 占全級的24.21%, 而由表8 知溢流中小于1.8 g/cm3產(chǎn)率為51.42%, 說明溢流中精煤幾乎一半存在于此粒級。

同時, 隨著入料粒級的變小, 溢流中大于1.95 g/cm3密度級含量在逐漸增加, 當入料粒級降低至0.25～0.125 mm 時, 溢流帶矸由11.51%猛然增加至36.53%, 說明此粒級處于分選敏感粒度級上, 需要加以關(guān)注。

2.3.3 試驗結(jié)果分析

(1)經(jīng)過數(shù)次試驗, CSS 入料粒度范圍為0 ～1 mm, 主導(dǎo)粒級均為0.25 ～0.125 mm, 且含有一定量的大于0.5 mm 粒級, 小于0.125 mm 粒級含量均在20%左右, 說明CSS 入料夾細較多,精煤磁尾分級旋流器分級效果不太理想。

(2)隨著分選粒度的減少, 各粒級在重產(chǎn)物中的分配率呈減少趨勢, 說明細粒煤泥較多的混入到了精礦。 小于0.125 mm 粒級溢流和底流灰分差距較小, 說明CSS 的最佳入料范圍為0.125～1 mm。

(3)溢流和底流中大于0.125 mm 各粒級灰分差值較大, 說明同一粒級溢流和底流分配到的顆粒的密度有較大差異, 從上述浮沉數(shù)據(jù)也可看出。 而溢流中大于1.95 g/cm3密度級含量高達40.39%, 高密度的細粒級煤泥過多的進入到了溢流, 這也是造成溢流灰分偏高的根本原因。 高密度高灰細顆粒大量進入溢流, 低密度低灰粗顆粒留在了底流, 說明粒度對分選過程的影響較大。 即寬級別入料中的高密度細顆粒和低密度粗顆粒在分選過程極易發(fā)生錯配。

(4)經(jīng)過反復(fù)連續(xù)試驗, 當給定頂水較大時,顯示密度較低, 細粒級煤泥幾乎全部進入溢流,造成底流灰分較低; 當給定頂水較小時, 顯示密度偏高,物料在底部堆積,促使表觀密度增大,桶體內(nèi)固體物體積濃度過大, 不利于分選床層的形成, 僅有少量低密度細粒級進入溢流, 而低灰粗顆粒隨底流排出, 造成底流帶煤增加。 上升水流速是影響精煤質(zhì)量和產(chǎn)率的重要操作變量。

3 結(jié) 語

CSS 成功解決了章村礦選煤廠高變質(zhì)無煙煤粗煤泥的分選問題, 使原煤不脫泥的高密度精煤泥得到了深度分選, 起到了降灰的目的, CSS 溢流經(jīng)弧形篩脫泥后, 灰分降低至17%以內(nèi), 直接摻入末精后, 避免了“背灰” 現(xiàn)象。 而且回收了更多精煤, 減少了資源的浪費, 增加了選煤經(jīng)濟效益, 改善了企業(yè)經(jīng)營業(yè)績。