某煤礦原煤性質(zhì)分析及重介分選效果評價

原凱凱

（晉能控股煤業(yè)集團四侯煤礦，山西 晉城 048000）

煤炭資源是我國社會與經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，且我國煤炭資源的儲量排名世界第三位，據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)已探明煤炭儲量達1.2 萬億t，遠超過石油和天然氣量[1]。同時，經(jīng)預(yù)測，我國在未來很長時間里仍會是以煤為主的消費和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)[2]。鋼鐵行業(yè)是我國國民經(jīng)濟的支柱性和基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，焦煤主要用來冶煉鋼鐵等。然而，雖然我國地大物博，煤炭資源品種齊全，但是煉焦煤資源在國內(nèi)儲量較少，優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源更是稀少，因此需要合理設(shè)計選煤工藝，最大化洗選煉焦煤資源，為我國鋼鐵行業(yè)的正常生產(chǎn)提供強有力的保障[3]。

本文以某煤礦10#煤為研究對象，首先掌握煤的基本性質(zhì)，再通過重介質(zhì)旋流器分選，從而在各分選環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，提高選煤廠生產(chǎn)效率。

1 原煤理化特性研究

本試驗所用煤樣為WHS 煤礦10#煤，通過多種試驗儀器對原料煤的基本性質(zhì)進行分析。

1.1 煤的工業(yè)分析

原煤經(jīng)破碎、篩分制備實驗室所用煤樣，并依據(jù)國家標準進行測定。結(jié)果為：空氣干燥基水份（Mad）1.81%，干燥基灰分（Ad）24.86%，干燥無灰基揮發(fā)份（Vdaf）27.84%，焦渣特性7，干燥基全硫（St.d）3.81%，干基高位發(fā)熱量（Qgr.d）20.5MJ/kg。水分和灰分主要反映了煤中無機物的含量，由于浮煤灰分相比原煤有大幅度降低，故原煤為低灰分煤。煤中的揮發(fā)分和固定碳的含量反映了煤中有機物的性質(zhì)，原煤的干基硫大于3%，屬于高硫分原煤，揮發(fā)分為27.84%，根據(jù)《GB 5751—86 中國煤分類》，分類為焦煤。

1.2 元素分析

通常，C、H、O 元素之和占煤中有機質(zhì)的95%以上。一般元素分析的結(jié)果與其他工藝指標結(jié)合考慮，才能最終確定煤的工藝用途。原煤及浮煤元素分析結(jié)果為：原煤碳（Cdaf）含量（質(zhì)量分數(shù)）占大部分（88.02%），氫（Hdaf）含量（質(zhì)量分數(shù)）5.13%，m（Cdaf）/m（Hdaf）值為17.16；氮（Ndaf）含量（質(zhì)量分數(shù)）1.36%，硫（Sdaf）含量（質(zhì)量分數(shù)）為5.07%，氧（Odaf）含量（質(zhì)量分數(shù)）0.42%。煤的工藝用途主要是根據(jù)煤中有機質(zhì)的性質(zhì)決定的，原煤w（Cdaf）、w（Sdaf）及m（Cdaf）/m（Hdaf）值皆高，表明為高硫煤且煤層變質(zhì)度高。

1.3 工藝性質(zhì)分析

原煤的工藝性質(zhì)分析結(jié)果為：灰熔融性變形溫度（DT）、軟化溫度（ST）、半球溫度（HT）及流動溫度（FT）皆大于1 500℃，且ST 與FT 溫差?。还峡赡バ裕℉GL）為98，屬于易磨煤；干基高位發(fā)熱量（Qgr.d）大于27 MJ/kg，屬于高熱值煤；熱穩(wěn)定性（TS+6）大于80%，屬于高熱穩(wěn)定性煤。

1.4 CO2 反應(yīng)性分析

煤的反應(yīng)性指其發(fā)生化學反應(yīng)的能力，原煤的CO2反應(yīng)性測定結(jié)果表明，900 ℃～1 100 ℃之間煤和CO2反應(yīng)速率迅速增加，煤的反應(yīng)性即煤的化學活性較高，原煤的變質(zhì)程度較高。原煤CO2反應(yīng)性測定結(jié)果如圖1。

圖1 原煤的CO2 反應(yīng)性曲線圖

2 原煤可選性及重介分選效果評價

煤的可選性通常是指根據(jù)物理、化學性質(zhì)等差異，分選出目標產(chǎn)品的難易程度。選煤是煤炭工業(yè)的重要工藝，通過煤炭洗選，可以更加有效的、合理的利用和煤炭資源。

2.1 原煤粒度組成

粒度組成即為各粒級物料的質(zhì)量分布情況。通過不同孔徑的篩子對原煤做大篩分試驗，為考察原煤數(shù)量和質(zhì)量指標之間的相互關(guān)系提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。試驗原煤的粒度分析結(jié)果為：大于50 mm 粒級的原煤含量（質(zhì)量分數(shù)）較低（6.51%），小于13 mm 粒級的煤樣占總煤樣的64.66%，表明原煤含矸量不高；灰分在50 mm～25 mm 及大于50 mm 較多，分別為50.78%、49.14%，在其他各粒級中分布較均勻，約為22%～25%；各粒級中平均硫分（質(zhì)量分數(shù)）為5.39%，大于國家標準3%，為高硫分原煤。

2.2 原煤分粒度級密度組成

計算各密度級煤樣產(chǎn)率，并進行礦物分析與化學分析，得到不同密度成分在原煤中的產(chǎn)率和質(zhì)量指標，從而來研究原煤的性質(zhì)。

2.2.1 原煤密度組成

一般通過浮沉試驗測算出各密度級產(chǎn)物的產(chǎn)率與特性。浮沉試驗分為大浮塵試驗（粒度＞0.5 mm）和小浮塵試驗（粒度＜0.5 mm）。本次主要在8 個不同密度的重液（范圍1.3 g/cm3～1.8 g/cm3，梯度0.1 g/cm3）中對原煤進行大浮沉試驗，煤樣被分成不同的密度級別，結(jié)果為，50 mm～0.5 mm粒級入選原煤總灰分32.63%，硫分（質(zhì)量分數(shù)）為5.26%，為高硫煤；根據(jù)中國煤炭可選性評價標準《GB/T 16417—1996》，結(jié)合本次試驗實際結(jié)果，灰分小于11%的精煤理論產(chǎn)率為67.68%，分選密度為1.68 g/cm3，當分選密度±0.1 含量（扣除沉矸）9.2%，判定原煤為易選。

2.2.2 原煤分粒度級密度組成

為了判斷不同粒度級原煤的性質(zhì)，將原煤分為+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 組分別進行浮沉試驗。結(jié)果如下：

1）+50 mm 粒級入選原煤總灰分49.14%。根據(jù)中國煤炭可選性評價標準《GB/T 16417—1996》，結(jié)合本次試驗實際結(jié)果，灰分小于11%的精煤理論產(chǎn)率為55.74%，分選密度為1.86 g/cm3，當分選密度（±0.1 含量）（扣除低密度物）為71%，判定原煤+50 mm 粒級為極難選。

2）25 mm～50 mm粒級入選原煤總灰分36.9%。根據(jù)中國煤炭可選性評價標準《GB/T 16417—1996》，結(jié)合本次試驗實際結(jié)果，灰分小于11%的精煤理論產(chǎn)率為60.24%，分選密度為1.58 g/cm3，當分選密度±0.1 含量（扣除沉矸）為2.1%，判定原煤50 mm～25 mm 粒級為易選。

3）13 mm～25 mm粒級入選原煤總灰分24.23%。根據(jù)中國煤炭可選性評價標準《GB/T 16417—1996》，結(jié)合本次試驗實際結(jié)果，灰分小于11%的精煤理論產(chǎn)率為81.55%，分選密度為1.81 g/cm3，當分選密度±0.1含量（扣除低密度物）為4%，判定原煤25 mm～13 mm 粒級為易選。

4）6 mm～13 mm 粒級入選原煤總灰分22.28%。根據(jù)中國煤炭可選性評價標準《GB/T 16417—1996》，結(jié)合本次試驗實際結(jié)果，灰分小于11%的精煤理論產(chǎn)率為82.84%，分選密度為1.77 g/cm3，當分選密度±0.1含量（扣除低密度物）為19.2%，判定原煤13 mm～6 mm 粒級為中等可選。

5）3 mm～6 mm粒級入選原煤總灰分20.38%。根據(jù)中國煤炭可選性評價標準《GB/T 16417—1996》，結(jié)合本次試驗實際結(jié)果，灰分小于11%的精煤理論產(chǎn)率為84.74%，分選密度為1.68 g/cm3，當分選密度±0.1含量(扣除沉矸)為7.5%，判定原煤3 mm～6 mm 粒級為易選。

6）0.5 mm～3 mm 粒級入選原煤總灰分20.03%。根據(jù)中國煤炭可選性評價標準《GB/T 16417—1996》，結(jié)合本次試驗實際結(jié)果，灰分小于11%的精煤理論產(chǎn)率為84.3%，分選密度為1.68 g/cm3，當分選密度±0.1含量（扣除沉矸）為10.1%，判定原煤0.5 mm～3 mm粒級為中等可選。

由以上分析可知，當要求精煤灰分小于11%時，根據(jù)δ±0.1 含量的變化，隨著粒級的減小，原煤精煤產(chǎn)率逐漸增加，而可選性在變差，這與一般試驗結(jié)果及實踐經(jīng)驗相吻合。

3 重介質(zhì)旋流器分選效果評價

重選就是在磁鐵礦等運動介質(zhì)中，不同密度級的顆粒松散后發(fā)生分層轉(zhuǎn)移的過程，其實質(zhì)概括起來就是松散-分層和搬運-分離過程。重選在分選設(shè)備中每一次密度分選只能得到兩種產(chǎn)物，按密度分配的規(guī)律煤樣在產(chǎn)物中用分配率的方式來表示，即ε重（%）、ε輕（%）分別表示該密度級別在重、輕產(chǎn)物中的分配率，且原煤在重介旋流器中實際上只進行兩次分選，因此ε重（%）和ε輕（%）之和恒等于100%。

3.1 分配結(jié)果

本實驗中選煤廠對原煤進行了低密度和高密度兩段分選，得到精煤、中煤和矸石三種產(chǎn)品，并對三者做浮沉試驗，繪制分配曲線，如圖2。

圖2 三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器重產(chǎn)品分配曲線

根據(jù)圖2，查找與計算兩段分選密度δp與可能偏差E。結(jié)果顯示，一段δp1為1.48 g/cm3，E1=0.06 g/cm3；二段δp2為1.92 g/cm3，E2=0.13 g/cm3。根據(jù)國家規(guī)定的重介分選設(shè)計標準，一段較符合，分選效果較好，二段高于標準，分選效果較差。

根據(jù)單機檢測與浮沉實驗數(shù)據(jù)可知，在精煤灰分為11%時，計算出數(shù)量效率η1為86.9%，略低于90%左右的要求。

3.2 錯配物量

原煤分選時，輕、重產(chǎn)物都不可能完全按照分選密度完美分選，都有偏差。錯配物是各產(chǎn)品中混入的非規(guī)定成分的煤樣。根據(jù)繪制的低密度和高密度分割錯配物曲線，得到兩段分選中的損失量、污染量、錯配物總量，結(jié)果見表1。

4 結(jié)論

二段分選產(chǎn)品中煤實際產(chǎn)率為18.21%，灰分為38.71%，符合中煤灰分要求。相同密度的懸浮液在不同錐比的旋流器內(nèi)工作時，分選密度高低與二段的錐比成反比。因此，可以通過減小或增大溢流口徑與底流口徑的比例，達成二段分選密度在線調(diào)節(jié)。基于本次實驗二段中煤損失量為7.1%，應(yīng)減小二段實際分選密度，用以減小中煤中的矸石量。