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粗煤泥回收技术研究


绪 论
随着机械化采煤程度的提高和地质条件的变化, 所开采的煤炭日趋 “贫、 细、 杂”化,从而使需要分选和分级的细粒物料越来越多。就煤炭而言,据不完全统 计,3-0.5mm 部分物料的含量一般都在 20%-45%左右,如汾西矿小于 3mm 的粉 煤产率高达 47.9%。细粒物料含量的大幅度增加使细粒的分选、回收和利用逐 步受到重视。 从脱硫的角度来看,随着开采深度的增

加,高硫煤的比例将逐年增加,分布 面也将不断扩大, 煤炭脱硫降灰技术的关键是经济有效地实现细粒煤的高精度分 选。众所周知,粒度越细,黄铁矿和煤粒的解离程度越大,脱硫越容易,重视和 提高这部分细粒煤的分选效果是降低总精煤硫分和减少燃煤污染的重要途径之 一。 当今社会的发展对矿物加工提出了更加严格的要求, 要求各种物料最好全粒 级高精度分选。 目前大多数选矿作业都采用重选和浮选相配合的工艺流程,它们 分选的粒度界限基本是在 0.5mm,俄罗斯为 1mm。对重选来说,宽粒级分选一般 是随着粒度的减小,分选效率急剧下降,故无论对现有跳汰机还是对旋流器(尤 其是大直径旋流器) 来说, 0.5mm 附近及以下的物料分选效率很差。 就浮选来说, 由于气泡粘附力有限,其粒度上限不能太大,一般公认的有效浮选粒度上限为 0.5mm,浮选的分选效率随着粒度的增大而下降。因此,重选和浮选的有效分选 粒度界限附近物料的分选效果最差。据统计,直径在 1m 以上的重介旋流器的有 限分选粒度下限大多数大于 1.5mm,即使在 1mm 以下,细粒级物料的分选效果也 是比较差的。而跳汰机最适意的分选粒度下限为 1-3mm。因而在与有效浮选粒度 之间存在一部分物料(主要是 1.5-0.5mm)无法进行有效的分选。我国原来由于 资金短缺,煤炭入洗比例小,要求精煤灰分比较高且不严格等原因,对粗煤泥处 理的重视程度不够, 一般将其直接回收掺入精煤,随着对精煤灰分要求的不断提 高和精煤灰分控制的更加严格, 使得大部分粗煤泥不能直接掺入精煤,只能掺入 中煤。 造成大量精煤损失。 现有的螺旋分选机和煤泥重介旋流器等其它设备都不 太有效,急需开发结构简单、分选效果好、操作容易、造价低、维修量小的分选 设备。 目前我国的工艺流程基本上是两段 (粗粒用重选, 细粒用浮选) 或两段半 (粗 粒用重选,粗煤泥只回收,细粒用浮选)选煤模式,而国外大多数采用三段(即 增加粗煤泥分选)选煤模式。而我国细粒煤和难选高硫煤多,从脱硫降灰和提高 全粒级分选精度和精煤产率角度考虑,采用三段选煤工艺更加合理。 这种三段选煤工艺的先进性需要通过性能优越的分选设备来体现。目前,大 直径重介旋流器具有处理量大,入料粒度范围宽,分选效果好,对煤种和可选性 适应性强的特点而作为粗粒煤分选的理想设备。 旋流微泡浮选柱对细粒煤和超细 粒煤具有选择性好和分选精度高的特点做为细粒煤分选设备的最佳选择。 该工艺
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中新增加的粗煤泥分选是我国选煤的薄弱环节,需要加强研究。

1 煤炭资源现状及选煤概况
1.1 我国煤炭资源现状
煤炭是我国最主要的一次性能源,是我国可持续发展战略实施的资源保障, 对经济建设和社会发展具有重要的作用。 (1)我国煤炭资源的总量 根据国土资源部煤炭资源预测与评价结果分析,截至 2003 年底,累计探明 资源量 1.066 万亿吨,保有资源量约 1 万亿吨,排在俄罗斯和美国之后,居世界 第三位。 (2)我国煤炭资源的主要特点 我国的煤炭资源储量丰富,但人均占有量低;煤炭品种丰富,优质焦煤较为 稀缺;煤炭资源,北多南少,分布极不平衡。 (3)我国煤炭资源的种类 按变质程度分,有褐煤、低变质烟煤(长焰煤、不粘煤、弱粘煤) 、中变质 烟煤(气煤、肥煤、焦煤、瘦煤) 、贫煤和无烟煤;按煤种分,分为烟煤和无烟 煤两大类。其中烟煤分为炼焦烟煤(贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、1/3 焦 煤、气肥煤)和一般烟煤(贫煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2 中粘煤) 。 (4)我国煤炭资源用途 煤是重要能源,也是冶金、化学工业的重要原料。主要用于燃烧、炼焦、气 化、低温干馏、加氢液化等。 1.1.1 煤炭资源利用方面存在的问题 长期以来,在煤炭资源立法、执法以及管理体制方面存在许多不合理之处, 使煤炭资源没有得到合理开发利用。 (1)煤炭资源利用方面存在的问题 ①不合理开采造成资源耗费率高,损失浪费严重 煤炭资源属于不可再生资源,一旦采完,在短时间内不能再生,这种不可再 生性决定了对煤炭资源保护和战略储存的重要意义。然而煤炭开采中采富弃贫、 采主弃副的现象普遍存在, 小煤窑的私挖滥采屡禁不止,给煤炭资源造成极大的 浪费。 ②不合理开发利用带来严重的生态环境负面影响 尽管我国在《环境保护法》《矿产资源法》等法律中都对矿山环境保护作出 、 了明确规定, 但就目前情况看, 煤矿开采造成的生态破坏和环境污染仍十分严重,
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一是井工开采造成地表塌陷, 露天开采挖损土地; 二是造成水资源的流失与污染; 三是污染大气环境。同时,我国煤炭利用产生的污染也十分严重,我国 85%的煤 炭直接用于燃烧,致使我国成为典型的煤烟型污染,煤炭燃烧排放大量的 SO2, 已造成我国 30%的国土面积受酸雨的影响。 (2)煤炭资源开发利用中存在问题的原因分析 我国在煤炭资源开发利用中出现的上述问题,原因是多方面的,概括起来有 观念、政策、法律、技术等几个方面的原因。 ① 观念原因 煤炭资源是一种不可再生的资源。由于我国的煤炭储量丰富,使人们对我国 煤炭资源产生“取之不尽,用之不完”的错觉。 ② 政策影响 过去我们在对待经济发展问题上,片面强调地方利益和经济指标的增长,只 注重眼前利益,不顾长远利益,形成了煤炭工业粗放经营的经济增长模式。 ③ 法律原因 我国在煤炭资源保护与合理开发利用方面的法制宣传不够,执法力度不够, 法律制度还不很健全和完善, 主要表现在煤炭立法不完善、煤炭资源保护的执法 力度不够,煤炭资源保护法制宣传不够等几个方面。 ④ 技术原因 煤炭资源的调查规划和勘查工作有待加强,煤矿生产的机械化、集约化程度 低,煤炭深加工和综合利用水平低,洁净煤技术还有待推广。 (3)我国煤炭资源合理开发利用对策 针对我国煤炭资源在开发利用中出现的问题及原因,提出相应的对策: ① 完善煤炭立法 严格实行煤炭行业的市场准入制度,继续完善有关生态环境保护的规定,和 现行的资源有偿使用制度, 完善现行的资源税和矿产资源补偿费规定,建立煤炭 资源战略储备制度。 ② 加强煤炭执法 实行保证金制度, 关闭年生产能力在法定吨位以下的小煤矿,对于不符合法 律规定、不符合国家政策的小煤矿要坚决关闭。加强执法队伍建设,立一支精干 高效、廉洁执法、熟悉法律的监察队伍,严格执法,加强监督,杜绝执法中的腐 败行为。 ③加大环境资源的保护宣传力度 将环境资源保护的宣传和法制教育相结合,通过报纸、电台、电视、网络等 媒体大力宣传,强化可持续发展的宣传教育,进一步树立节约资源、保护环境的 意识,提高全民的认识和公众参与的积极性。

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1.2 选煤概况
选煤是洁净煤技术的基础,也是煤炭深加工(制水煤浆、焦化、气化、液 化)和洁净、高效利用的前提。选煤可以除去原煤中的大部分矿物杂质,提高煤 炭质量,并把它分成不同等级,为用户合理利用创造条件。 1.2.1 选煤的发展 选煤在我国起步较晚。建国时只有 10 个选煤厂,年入洗原煤能力只有几百 万吨。新中国成立后,选煤发展加快,大致分为 3 个阶段。 第一阶段为起步阶段(1949-1980 年) ,也称为“洗煤保钢”阶段。 第二阶段为成长阶段(1981-2000 年) ,也称为“洗煤节能”阶段。 第三阶段为快速发展阶段。从 2001 年起,我国煤炭生产和消费快速增加预 计到 2020 年,我国选煤工艺、设备和选煤效率等选煤技术水平均将接近或超过 世界发达国家,使我国从世界选煤大国迈进世界选煤强国之列。 1.2.2 常用的选煤工艺 (1)重力选煤法:依据煤和矸石的密度差别,实现煤与矸石分离的选煤方 法。它分为:干选法和湿选法两大类。 (2)浮游选煤法:依据煤和矸石表面物理化学性质的差别,分选粒度小于 0.5mm 煤的选煤方法。 (3)跳汰选煤:在垂直脉动的介质中,按颗粒密度差别进行选煤的过程。 跳汰选煤所用的介质为水或者空气,个别也用重悬浮液。 (4)重介质选煤:密度大于 1g/cm 的介质中,按颗粒密度的的大小差异进 行选煤, 叫做重介质选煤或重介选煤。 选煤所用的重介质有重液和重选浮液两类。 重介选煤的主要优点是分选效率高与其它选煤方法;入选力度范围宽,分选机入 料粒为 1000-6mm,漩流器为 80-0.15mm 生产控制易于自动化。重介选煤的缺点 是生产工艺复杂,生产费用高,设备磨损快,维修量大。

2 粗煤泥分选概况及回收的重要性
2.1 粗煤泥的概况
在国外一些比较老的选煤厂洗选工艺中,经常采用 0.5mm 分级脱泥工艺。这 种工艺导致脱泥、脱介难度大,介耗高,脱介筛筛面积大,能耗高;分流量增大, 磁选负荷量大,磁选机台数多;悬浮液密度不稳定,重介系统稳定性差、分选精
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度低;需严格控制 0.5mm 筛孔磨损,否则浮选跑粗,因此筛板更换频繁;0.5~ 0mm 全部作为最终煤泥,煤泥水系统规模极其庞大,运行费用高,制约生产。 针对 0.5mm 分级所存在的弊端,改进采用 2.0mm 分级脱泥工艺。很好地解决 了脱泥、脱水跑水等问题,生产稳定,介耗降低;+1.0mm 粒级重介主再洗分选, 平均粒度提高,分选效果好;解决了浮选跑粗问题,精煤回收率提高;消除因原 煤氧化,+0.5mm 原煤进浮选而引起的损失;目前,美国、澳洲的几乎所有(动力 煤、炼焦煤)选煤厂都选用此分级工艺。因此,粗煤泥的分选成为一个非常重要 的工艺环节。 (1)粗煤泥的定义:根据国家标准 GB/ T7186–1998,粗煤泥的定义: 粒度 近于煤泥,通常在 0.3~0.5mm 以上,不宜用浮选处理的颗粒。近几年,随着对 粗煤泥分选技术的关注,选煤界更多地将粒度在 0.3~2.0mm 的煤泥定义为粗煤 泥。 (2)粗煤泥的特点: 粒度处于重选的分选下限附近,灰分比重选精煤灰分高 2%~4%,煤与矿物的解离比较充分,比较易选。 (3)洗煤厂粗煤泥的来源:选煤厂粗煤泥来源主要分两种情况:一是选前脱 泥入选方式, 目前一般采用筛缝 2mm(3mm)脱泥筛脱泥,煤泥水中必然含有 0.5~ 2mm 粗煤泥;二是不脱泥入选方式,由于脱介筛或脱泥筛筛缝不均匀,磨损严重 时,造成煤泥水中>0.5mm 含量增多。为保证入浮粒度,需对煤泥水进行分级回 收粗煤泥。 (4)粗煤泥主要分选设备:粗煤泥分选主要采用煤泥重介旋流器、螺旋分选 机及干扰床分选机(TBS)进行分选。

2.2 粗煤泥回收的必要性
随着煤矿机械化开采程度的不断提高,原煤中粉煤含量随之增加,给选煤厂 的浮选系统增加了负荷,因此,在粉煤量增加的情况下,利用粗煤泥回收系统来 给浮选系统减负, 同时避免跑粗现象发生, 保证精煤回收是选煤工作者多年来探 讨研究的问题。目前,新建设的选煤厂中多数都设有粗煤泥回收系统。 2.2.1 粗煤泥回收的原因 选煤生产中存在离心机、弧形筛、脱介筛、捞坑溢流等跑粗现象,导致进入 煤泥水系统中>0.5mm 级物料较多,这部分物料进入煤泥水系统(包括浮选系统) 不能得到及时有效地回收, 不仅会造成精煤损失,而且还会造成后续压滤系统喷 浆、滤布破损、加压过滤机压轴等故障,严重影响选煤厂的正常生产。粗煤泥的 回收对于炼焦煤选煤厂显得更为重要。因为浮选不能有效回收>0.5mm 级煤泥, 原则上要求进入浮选系统的入料粒度<0.5mm,同时应尽可能减少入浮量。实践 证明,在浮选前增设粗煤泥回收系统,会大大改善浮选效果,降低生产成本。在
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脱泥作业中, 增加粗煤泥回收系统可以适当增大脱泥筛筛孔尺寸, 提高脱泥效率。 2.2.2 粗煤泥回收的意义 目前常用的选煤方法是重介(或跳汰)和浮选联合流程,重选的分选下限一般 为 0.5mm。浮选根据煤粒表面物理化学性质不同进行分选,其分选上限一般为 0.5mm。理想状态下,+0.5mm 粒级的煤应全部在重选环节得到分选,而进入浮 选的物料应都是- 0.5mm 粒级的煤泥, 但是实际的生产中,从重选到浮选还要 经过脱水、脱泥等环节,跑粗现象时有发生,而且 1~1.5mm 粒级物料在重选中 分选效果较差, 这就很难保证+0.5mm 粒级的物料不进入到浮选系统中, +0.5mm 粒级的物料在浮选中得不到回收,造成精煤损失。选煤厂增设了粗煤回收系统, 即保证浮选上限要求,又可杜绝跑粗,减少了精煤损失。而且粗煤泥回收下限可 达到 0.25mm,减少入浮量,降低生产成本,可见粗煤泥回收系统在选煤工艺中 是不可缺少的一个环节。

2.3 粗煤泥回收技术方法
日前, 常用的粗煤泥回收方法有煤泥离心机回收粗煤泥、 高频筛回收粗煤泥、 煤泥重介旋流器精选粗煤泥、扰床分选机(TBS)。 (1)煤泥离心机回收粗煤泥 在我国选煤厂使用的煤泥离心机有 2 类:一类是进口的 FC-1200 型, 另一类 是国产的 LLL 系列。煤泥离心机的使用,可以大大改善煤泥水系统的工作状况, 降低产品水分。因其占地面积小,适用于老厂改造。采用煤泥离心机为主要设备 进行粗煤泥回收。只要煤泥水经过浓缩分级,使入料浓度达到 50%~60%,就能 达到如期的效果。 (2)高频筛回收粗煤泥 近几年来, 一些大中型洗煤厂采用高频筛作为粗煤泥回收的主要设备,源于 高频筛在国内外有较为成熟的发展, 并且相对来说对粗煤泥的回收效果没有较大 的差异。 (3)煤泥重介旋流器精选粗煤泥 我国采用煤泥重介工艺其目的是:对于不脱泥重介质分选工艺,弥补大直径 重介质旋流器分选下限高, 无法对煤泥进行有效分选的问题; 解决煤泥分流问题, 有效地回收粗煤泥,使精煤灰分选更容易控制;对于有浮选系统的选煤厂,减轻 浮选压力,降低洗水浓度。但是,煤泥重介仍存在一些问题: (4)扰床分选机(TBS) TBS(Teetered Bed Separator 的缩写)是由古老的水力分级机发展而来的。 由于采用干扰沉降原理, 且在分选过程存在悬浮液床层, 这种设备称之为干扰床。 TBS 的外观和浮选柱类似,其主要由给料系统、探测系统、密度控制系统组成,
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其主体部分是一个简单的柱型槽体, 槽体的底部有一个布满冲孔并呈一定角度的 布水板,干扰床的上部有 1 个入料井,顶部设有溢流槽,内部有传感器,下部有 一个底流排放阀,如图 3 所示。

当它工作时矿浆切向给入设备的入料井, 按预定的压力和流速由泵将水打入 压力箱中, 通过紊流板均匀分布到干扰床分选机底部形成上升水流,下降的物料 与上升水流相遇形成干扰床层或称沸腾床层,当达到稳定状态后,入料中密度低 于干扰床层平均密度颗粒会浮起并进入浮物产品流。随着新物料的给入,浮物产 品流通过溢流堰到溢流槽成为轻产品; 凡密度高于干扰床层平均密度的颗粒则透 过干扰床层进入沉物流, 并通过底部的排料口排出,排料阀门由干扰床层内的密 度传感器发出的信号控制。

2.4 国内外粗煤泥回收的现状
2.4.1 国内粗煤泥回收的状况分析 (1)国内常用的粗煤泥回收工艺 国内常用粗煤泥回收工艺的共同点是: 只对粗煤泥进行回收, 而不进行分选。
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利用高频筛或分级旋流器回收的这部分粗煤泥灰分一般都高于重选精煤灰分2~ 4个百分点,这部分产品如果掺入精煤,则精煤的灰分超标,如果掺入中煤,则 精煤损失严重, 尤其是当捞坑和筛子分级效果差和细粒煤含量大时更加显著,这 将严重影响企业的经济效益和社会效益。而这部分煤和矸石解离的比较充分,产 率也较高,若稍加分选,将会获得较高的精煤产率和经济效益,这也使得研制先 进高效的粗煤泥分选回收设备和工艺显得非常必要。 (2)煤泥重介旋流器粗煤泥分选技术 虽然该设备能够取得一定的分选效果,但还存在一些不足:需要一套单独的 介质净化回收系统,系统复杂;调节困难,密度波动大,分选效果差;在分选系 统运行中将会产生大量的煤泥,增加后续浮选的负荷和全厂的运行成本;介质消 耗高。 (3)水介质旋流器粗煤泥分选技术 虽然水介质旋流器单台处理量大,建设周期短,但它的分选精度远不如重介 旋流器,而且分选下限高。溢流若不经过脱泥就达不到精煤灰分要求,从分选精 度和简化工艺流程来说都不合适。 (4)螺旋分选机粗煤泥分选技术 螺旋分选机因具有结构简单、无运动部件,占地面积小,基建费用低,生产 费用小, 操作管理方便等优点在选煤厂中的使用越来越受欢迎。可用于代替煤泥 跳汰机或粗粒浮选机, 但其在分选密度较低时其分选效率很差,据了解选煤时它 的最低的分选密度为1.75g/L, 而EP大约为0.15-0.18, 最近的研究发现其分选密 度可低到1.60g/L,要达到上面同样的EP值必须在流程中增加一定数量的再洗螺 旋分选机。此外螺旋分选机还具有设备高、单台处理量小、分选效果差等不足。 (5)高频筛粗煤泥分选技术 高频筛是目前我国用于粗煤泥回收最常用的脱水和分级设备之一, 虽然在分 级过程中有一定的分选作用,但对品位的提高极其有限且效果差。 (6)分级浮选粗煤泥分选技术 分级浮选是另一种用于解决重选和浮选有效分选粒度界限附近物料分选效 率低的方法之一, 可适当提高浮选的有效分选粒度上限,一定程度上可弥补重选 对细粒粉煤分选精度欠佳的不足,但其提高的幅度也不能太大,因为太大粗粒的 浮选效率也会很低。 (7)目前应用较广泛的为水力分级旋流器,设备比较成熟,结构简单、体积小, 无运动部件,安装容易,设备费用低,分级粒度细,分级效率高,但其分选效果 差,只能做为分级设备。 (8)摇床选因处理能力低,分选范围窄而在选煤上基本没有应用。 虽然我国已经开始研究并开发成功了一些粗煤泥分选设备, 但这些设备都不 同程度上存在着不足, 基本上没有在工业上大量应用,急需新型高效分选设备的 诞生。

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2.4.2 国外粗煤泥分选回收的状况分析 在国外,主要是美国、澳大利亚、英国、德国等先后研制出多种用于细粒煤 分选的设备,主要包括强重力分选机、微细介质旋流器、微泡和离心浮选设备、 异形波跳汰机、 杨氏充填式跳汰机和选择性油团选。但这些新工艺设备除少数项 目外,大多数还处于研发阶段,还未达到大规模工业应用的程度。 目前在国外使用最多的粗煤泥分选技术模式是利用高效水力旋流器对煤泥 进行分级, 分级粒度基本控制在0.1mm或0.2mm,对2.0~0.1mm的粗煤泥通常采用 螺旋分选机或Teeter-Bed进行按密度分选,对小于0.1mm的煤泥或进行脱水,或 与未处理的、废弃的块煤混合,或通过泡沫浮选柱进行洗选,这种工艺比我国绝 大多数选煤厂仅对粗煤泥进行简单的回收相比, 具有较大的先进性。 同时在国外, 螺旋分选机一直是分选细粒煤应用最普遍的设备之一,但由于我国煤质的特殊 性, 这种设备难以适应我国粗煤泥的分选,所以研究具有中国特色的粗煤泥回收 设备具有重要的现实意义。 我国目前的选煤工艺大都以三产品大直径重介旋流器+浮选为主,随着重介 旋流器的大型化发展, 造成重选的分选粒度下限不断上升,而浮选中具有更高选 择性的旋流微泡浮选柱的广泛应用使得浮选粒度上限不断下降, 最终导致介于重 介旋流器有效分选下限和浮选有效分选上限之间的 2~0.25mm 的粗煤泥得不到 有效分选。因此,如何最大限度地回收这一部分粗煤泥,减少不必要的重复分选 和对浮选系统的干扰是目前选煤厂的一个技术难题。粗煤泥回收现状:粗煤泥不 经过分选,或者虽经分选但效果较差,则其灰分就偏高,若直接掺入精煤,会导 致总精煤灰分升高,使重选和浮选为其“背灰” ,从而导致总精煤产率降低;如 果掺入中煤,因粗煤泥中含有部分灰分较低的精煤,则会造成精煤损失。美国重 介选煤厂大多采用预先脱泥工艺,粗煤泥分选广泛采用水力旋流器和螺旋分选 机。根据分选粒度下限的不同,采用一段水力旋流器+螺旋分选机、两段水力旋 流器+螺旋分选机、 一段水力旋流器+螺旋分选机+浮选等三种典型流程。在国外, 主要是美国、澳大利亚、英国、德国等先后研制出多种用于细粒煤分选的设备, 主要包括强重力分选机、 微细介质旋流器、 微泡和离心浮选设备、 异形波跳汰机、 杨氏充填式跳汰机和选择性油团选。但这些新工艺设备除少数项目外,大多数还 处于研发阶段, 还未达到大规模工业应用的程度。目前在国外使用最多的粗煤泥 分选技术模式是利用高效水力旋流器对煤泥进行分级,分级粒度基本控制在 0.1mm 或 0.2mm,对 2.0~0.1mm 的粗煤泥通常采用螺旋分选机或 Teeter-Bed 进行按密度分选,对小于 0.1mm 的煤泥或进行脱水,或与未处理的、废弃的块煤 混合, 或通过泡沫浮选柱进行洗选,这种工艺比我国绝大多数选煤厂仅对粗煤泥 进行简单的回收相比,具有较大的先进性。同时在国外,螺旋分选机一直是分选 细粒煤应用最普遍的设备之一, 但由于我国煤质的特殊性,这种设备难以适应我 国粗煤泥的分选,所以研究具有中国特色的粗煤泥回收设备具有重要的现实意 义。
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干扰沉降分选机在英国、 澳大利亚和加拿大等国得到了较普遍的应用,这些 设备不需要重介质,而且只要给料被适当分级,可洗煤的粒度高达 5mm,自动 控制系统可保证按密度进行准确地分选。

3 粗煤泥处理存在的问题及原因分析
3.1 粗煤泥回收过程中存在的问题及其原因
随着采煤机械化程度的提高,原煤中细粒含量不断增多,给煤泥水处理系 统带来困难。目前,我国的重介选煤工艺大多采取不分级入选和不脱泥入选,设 备趋向大型化。 这种做法虽然简化了工艺, 但是不利于提高全粒级煤炭的分选效 率, 而且现有设备分选精度也达不到工艺要求。重介质旋流器的分选粒度范围是 50~0.5mm,但是生产实践表明,重介旋流器直径超过 750mm 时,对于<3mm 粒级 (3~0.5mm)物料的分选精度较差;浮选机的分选粒度范围是<0.5mm,但在生产中 仅仅能对<0.3mm 物料实现有效分选,>0.3mm 的粗煤泥在浮选过程中极易因气泡 的携载能力不足而损失在尾矿中。因此, 在重选和浮选之间存在一个有效分选粒 度的缺口,即重选随着粒度的减小,分选效率下降,而浮选则随着粒度的增大, 分选效率逐步降低。 因而, 粒度处于重选和浮选有效分选范围交界附近的煤粒分 选效率最低。因此,实现粗煤泥的有效分选,是目前选煤行业亟待解决的问题之 一。

3.2 粗煤泥分选工艺存在的问题及其原因
浮选作为目前常使用的一种选煤工艺, 根据煤粒表面物理化学性质不同进行 分选,其分选上限一般为 0.5mm。理想状态下,+0.5mm 粒级的煤应全部在重选环 节得到分选,而进入浮选的物料应都是-0.5mm 粒级的煤泥,但是实际的生产中, 从重选到浮选还要经过脱水、脱泥等环节,跑粗现象时有发生,而且 1~1.5mm 粒级物料在重选中分选效果较差,这就很难保证+0.5mm 粒级的物料不进入到浮 选系统中+0.5mm 粒级的物料在浮选中得不到回收,造成精煤损失。选煤厂增设 了粗煤回收系统,即保证浮选上限要求,又可杜绝跑粗,减少了精煤损失。而且 粗煤泥回收下限可达到 0.25mm,减少入浮量,降低生产成本,可见粗煤泥回收 系统在选煤工艺中是不可缺少的一个环节。由于近几年矿井生产能力扩大,末煤 跳汰系统超负荷运行,造成捞坑沉降面积不足,给生产带来一系列问题。 (1)捞坑溢流严重跑粗,大量粗煤泥进入浓缩池,造成资源浪费。 (2)进入浓缩池的粗煤泥有时会造成浓缩机堵压,必须停产冲池。 (3)进入浓缩池的煤泥水浓度较大,易造成浓缩池溢流水黑,经常出现洗水 浓度达到 80g/L 以上,进而又影响到正常洗煤。
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(4)浓缩池底流中粗粒过多造成压滤机堵塞,影响正常压滤。

3.3 粗煤泥回收和分选设备存在的问题及其原因
目前,大多数选煤厂粗煤泥都不单独分选,而是脱水后掺入精煤或中煤中。 虽然先进的重力分选设备的分选下限在下降,能高效,却不能按分选下限有效回 收。同时,分级脱水筛并不按要求粒度分级,筛上物的高灰细泥也会混入筛上产 品中。当筛上物作为精煤产品时,灰分太高。作为中煤,又不太经济。特别是当 煤泥水粘度增大, 喷水量不够, 粗煤泥量瞬时增大, 筛上物料层厚度可达 250mm 以上时,脱泥效果明显恶化,产品污染更加严重,筛子跑水,堵溜槽现象经常发 生。所以,要保持选后粗煤泥正常回收,必须将脱水筛及离心液按中煤与精煤系 统分别收集,用浓缩旋流器浓缩,然后由脱泥筛回收。否则,大量的粗煤泥仍将 跑入煤泥系统,高灰与低灰混合,造成不良循环,增加浮选压力。预先脱泥的末 煤重介选煤厂,大部分粗煤泥没有分选机会,脱水后,进入重介系统后回收,但 仍存在上述问题。作者所在中心某脱介筛的筛孔 2mm,使中煤脱介,精煤脱介 必须单独设置介质桶, 分别设置粗煤泥回收筛才能解决粗煤泥回收问题。这种复 杂的回收方式经济上很不合理。粗煤泥存在,使脱泥筛跑水,脱介筛跑介,影响 生产。采用粗煤泥精选流程,先将入浮前的煤泥水经大直径旋流器分级,其溢流 进浮选或部分做洗水,底流进螺旋分机;分选后产物由沉降过滤式离心机脱水。 其分选粒度范围、浓度与设备的台数和入料压力, 可根据不同工艺及选煤厂条件 确定。

4 国内常用的粗煤泥回收技术、流程及应用分析
4.1 国内常用的粗煤泥回收技术及应用分析
高频筛回收粗煤泥技术,煤泥离心机回收粗煤泥技术,螺旋分选机分选粗 煤泥技术煤泥重介旋流器分选粗煤泥技术、水介质旋流器器分选粗煤泥技术、干 扰床分选机分选粗煤泥技术。 4.1.1 高频筛回收粗煤泥的原理及技术应用分析 近几年来, 一些大中型洗煤厂采用高频筛作为粗煤泥回收的主要设备,源于 高频筛在国内外有较为成熟的发展, 并且相对来说对粗煤泥的回收效果没有较大 的差异。其常见工艺流程如图 2 所示。

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清河门矿选煤厂于 1964 年建成投产,是年处理原煤 90 万 t 的选煤厂。该厂 运用了 MVS 型高频筛后,更换筛网方便,可使生产厂用调整网孔尺寸的方法,兼 顾脱水回收,且环境污染不存在了,没有罚款项目,增加了经济效益。据生产经 验, 高频筛用于回收原生粗煤泥时具有一定的分选作用,这种工艺常用于原煤易 选、产品灰分要求较宽的选煤厂。此外,在采用不脱泥重介旋分选工艺时,也常 用高频筛进行粗煤泥回收。 高频筛回收粗煤泥的技术分析。高频筛在国内选煤厂的应用始于 20 世纪 90 年代初。目前,选煤厂回收粗煤泥使用的高频筛大多为国产 GPS 和 GZT 系列,引 进设备为 GUSL 型。1994 年我厂增加了尾煤回收系统,对于粗煤泥的回收采用了 型号为 GPS1031 高频筛进行回收。我厂根据当时煤泥水的浓度、粒度和处理量等 几方面要求,采用 GPS1431 高频筛,此型号的高频筛具有故障率低、功耗小、事 故小、操作简单等优点,但是高频筛单台设备处理能力小、产品水分高,对处理 的分级粒度有要求等缺点。 随着我厂原煤入洗量的增加及对产品质、量等方面的要求,高频筛对尾煤的 处理已经满足不了生产的要求,在 2008 年 3 月我厂压滤车间对于尾煤的回收系 统改造为唐山森普矿山装配公司的 LWZ 系列沉降过滤式离心脱水机的回收系统, 从近两年的煤泥水的处理量和产品的质量要求来看,新改的系统很成功,起到了 预想的效果。 4.1.2 煤泥离心机回收粗煤泥技术 煤泥离心机在国内选煤厂的应用始于 20 世 90 年代后期。l998 年新集选煤 厂首次引进了 FC-l200 型细煤离心机, 并在实际的回收粗煤泥生产中取得了良好 的效果,其回收粒度为 0.35mm,产品水分为 l5%~l7%,呈松散状,特别容易掺 入其他产品。FC-l200 型细煤离心机的推广为我国粗煤泥回收技术的研发奠定了
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基础。 20 世纪 90 年代后期, 自 国内建设的大型选煤厂多采用这种粗煤泥回收工 艺, 该工艺环节作为不脱泥重介旋流器主选工艺的有益补充,在整个洗选工艺环 节中起着非常重要的作用。与采用高频筛回收工艺相比,其脱泥效果更好、产品 水分更低。 (1)煤泥离心机回收粗煤泥的原理 FC1200 型细煤泥离心机结构主要有传动装置、润滑系统、转子、筛网、机 壳等部分组成。其工作原理为:煤泥水进入离心机后,煤粒在离心力场中,由于 受到离心力的作用而相互挤压, 并在筛篮内壁形成具有大量空隙的物料层, 同时, 煤粒空隙间的游离水、毛细水及煤粒表面的吸附水,透过物料层和筛篮的缝隙, 集中到机体下部的两个溜槽中,作为离心液而排出机外。筛篮内壁的物料层,被 转子上的旋转刮刀刮到漏斗中,作为煤泥产品而排出。它的主要特点:①筛篮和 刮刀转速都较国内离心机低,转动部件磨损较小;②润滑系统运行可靠,配有油 压自动保护、自动注油器等;③处理能力大,产品水分低,不打团,对细煤泥有 较强的回收能力。 (2)煤泥离心机回收粗煤泥技术的应用分析 2000 年 5 月 FC1200 型细煤泥离心机开始使用,使用期间对其工作性能、工 艺指标、使用效果与直线振动筛进行了对比实验。在入料性质一样的情况下,直 线振动筛与细煤泥离心机各自产品的小筛分结果见表 1。

由表 1 可见,细煤泥离心机产品中小于 0.35mm 的含量为 50.42%,直线振动 筛产品中小于 0.35mm 含量 26.48%,前者高出后者 23.94 个百分点,这表明细煤 泥离心机对细煤泥振动筛。通过陈选厂几个月的生产实践,得出了使用细煤泥离 心机后的各项经济技术指标,与改造前对比见表 2。
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由表 2 数据分析可知: (1)由于粗煤泥产率增加,掺入到末原煤或末精煤中,可提高末原煤或末 精煤产率约 2 个百分点, 以每月产 18 万 t 原煤计, 可增收 (150-80) ×18×0.02 =25.2 万元(末原煤、煤泥分别以 150 元/t、80 元/t 计);或(240-80)×18 ×0.02=57.6 万元(末精煤以 240 元/t 计) 。 (2)由于减少了进入浓缩、压滤系统的粗煤泥,浓缩机和压滤机工作负荷 大大减小,基本消除了浓缩机压耙事故,每月还可节约压滤机配件费 2 万余元。 (3)压滤机煤泥水系统完善后,煤泥处理量增加,这样就可增加入洗量, 多出精煤,使末精煤产率提高 2.5 个百分点,每月可增加经济效益(240-150) ×18×0.025=40.50 万元。 (4)煤泥水达到闭路循环,不再外排煤泥水,保护了周围环境,而且循环 水也保证了选煤的分选效果。可以看出:细煤泥离心机使用后,煤泥回收工艺得 到了优化,月收入可增加 100 万元,洗水达到闭路循环,取得了较好的经济和社 会效益。 4.1.3 螺旋分选机分选粗煤泥技术 螺旋分选机是利用重力和离心力分选粉煤的重力分选设备, 分选过程分为2 个阶段:第一阶段主要是密度不同的物料由于重力作用在分选槽内进行分层,密 度大的产物在底部, 密度小的产物在上部; 第二阶段是分层的物料在离心力的作 用下沿着断面移动, 在移动过程中由内向外依次形成高密度、中间密度和低密度 产物,从而完成分选过程。在一定粒度范围内,螺旋分选机在较高分选密度时分 选精度高,分选下限低,可选出精煤、中煤和矸石 3 种产品,并可任意调节,具 有结构简单、操作管理方便、能耗低、维修工作量少等优点。但螺旋分选机在较 低分选密度时,分选效率很差,最低分选密度为 1.75g/cm3。因此对于产物密度 差大、中间含量低的矿物可采用螺旋分选机。螺旋分选机不能分离煤泥(煤泥通 常含有较高的灰分,分选前必须脱泥)。所以螺旋分选机前期的分级作用要求较 高。螺旋分选机结构:主要由矿浆分配器、给料管、螺旋槽、中心柱、产品截取
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器、产品排料管和机架等组成。

(1)螺旋分选机分选粗煤泥的原理 液流在螺旋槽面上运动的过程中,在螺旋槽横断面上产生离心力,离心力使 液流在横断面上形成从外缘到内缘的横向液面坡降。 横向离心力和横向液面坡降 综合作用的结果,在螺旋槽的横断面上,上层水流流向槽的外缘,下层水流流向 槽的内缘,中层水流的横向流速为零。这种水流运动形成的螺旋槽断面环流,内 缘水层薄、 流速小。 外缘水层厚, 流速大不同密度的矿粒沿各自的回转半径运动, 轻、 重矿粒沿横向从外缘至内缘均匀排列,使设在排料端的截取器将矿带沿横向 分割成精煤、中煤和尾煤 3 部分。物料沿螺旋槽横断面的分离情况。

(2)螺旋分选机分选粗煤泥技术的应用分析 矿粒在螺旋槽内分选主要受水流运动特性的影响, 不同密度的粒群在螺旋槽 面除主要受流体的推动外还受到重力、惯性离心力和摩擦力的作用,此外,还有
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槽面环流中上层液流向外的动压力和下层液流对内侧的动压力以及环流的方法 向分速度与紊流的脉动速度所形成的动压力的作用。 矿粒在螺旋槽中的分选大致 经过 3 个阶段: 第 1 阶段是颗粒群分层。 颗粒群在槽面上的运动过程中, 重颗粒沉降速度快, 沉入液流下层, 轻矿粒浮于液面上层, 这一阶段还伴随着上层的轻颗粒向槽的外 缘移动,下层的重颗粒向槽的内缘移动。 第 2 阶段是轻、 重颗粒在第 1 阶段的基础上沿横向分带。沉于下层的重颗粒 沿收敛的螺旋线逐渐移向内缘, 浮于上层的轻颗粒沿扩展的螺旋线逐渐移向中间 偏外区域, 煤泥被甩到最外缘。 与之相伴随的是误入槽底的轻颗粒及误入槽底的 重颗粒重新分层、分带,这一阶段持续时间最长。 第 3 阶段是运动达到平衡。不同密度的颗粒沿各自的回转半径运动,轻、重 颗粒沿横向从外缘至内缘均匀排列, 使设在排料端的截取器将矿带沿横向分割成 精煤、中煤和尾煤 3 部分。 螺旋分选机是一种依靠液流特性, 在重力和离心力的作用下实现不同密度矿 物分离的分选设备。工作时,入料自螺旋分选机上端给入,沿螺旋槽向下作回转 运动;料流在螺旋槽内运动的过程中,沿槽的内侧至外侧水层的厚度逐渐增大, 脉石等重矿物颗粒逐渐移入下层,煤等轻矿物浮于料流上层,形成了以重产物为 主的下部流动层和以轻产物为主的上部流动层;颗粒群实现分层后,由于重产物 位于下层,与槽体接触,又受到上层液流的压力,运动阻力加大,与轻产物形成 一个速度差;轻产物受螺旋料流的作用向槽的外缘运动,重产物在重力、流体动 压力、 摩擦力和惯性离心力的作用下向槽的内缘运动,中间密度物料则占据槽的 中间带,即轻、重颗粒在横断面上基本实现了按密度分带;在螺旋分选机底部, 用产品溜槽分别收集这些物料,从而实现轻、重产物的分离[20]。 (3)螺旋分选机具有以下特点:①运行成本比重介旋流器和浮选机要低, 有效分选密度在 1.6kg/L 以上,低于该值,会影响分选效果;②无运动部件,维 修工作量小;③占地面积小,可用双头甚至三头螺旋提高单台设备的处理能力。 目前, 螺旋分选机工艺已应用到国内不同的动力煤和炼焦煤选煤厂中,并取得理 想的效果。就绝大多数动力煤分选来说,由于最终产品的灰分比较高,相对应的 分选密度也比较高,多在 1.6kg/L 以上,可选性好,非常适合螺旋分选机的分选 条件,故这一工艺在动力煤分选中的应用得到普遍认同。 鹤岗益新炼焦煤选煤厂应用也比较成功,精煤灰分由入料 16.00%降至 6.90% ,产率为 87.55%,实际分选密度为 1.69kgPL。Ep=0.11,I=0.16。 螺旋分选机在国内也有一定程度地运用。王坡选煤厂为年处理能力 150 万 t 的矿井型选煤厂,0.15~0.5mm 粗煤泥由螺旋分选机分选。余吾煤业公司选煤厂 原煤经重选后 1mm 脱泥,脱泥筛筛下物,磁选尾矿经 0.1mm 水力分级后,底流进 行螺旋分选。 螺旋分选机是一种专门用来处理选矿中的磨细矿粒的设备,入料粒 度范围是 0.25~0.3mm。螺旋分选机具有以下特点:①运行成本比重介旋流器和 浮选机要低;②无运动部件,也无须风、水、介质等辅助材料,节能环保,维修
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工作量小;③有效分选密度在 1.6kg/L 以上,低于该值,会影响分选效果。这种 分选工艺的主要弊病在于机身高度大,给料和循环的中矿需要泵输送,本身参数 不易调节, 难于适应给料性质变化,在较低密度分选时分选效果差和对片状矿粒 富集效果差等。此外,由于设备的局限性,单台设备处理能力小,分选密度难控 制,灰分无调节余地。其有效分选密度较高,一般在 1.7 kg/L 左右,不适于对 入料精选。因此,此工艺适于分选末煤量大,原煤较易选或精煤产品灰分要求宽 的煤种。 4.1.4 煤泥重介旋流器分选粗煤泥技术 近几年, 大型无压给料三产品重介质旋流器选煤工艺得到迅猛发展,煤泥重 介工艺作为其延伸配套工艺也已应用于生产实践。 (1)煤泥重介旋流器分选粗煤泥的原理 物料和悬浮液以一定压力沿切线方向给入旋流器,形成强大的旋流。其中一 股沿着旋流器内壁形成一个向下的外螺旋流, 另一股是围绕旋流器轴心形成一个 向上的内螺旋流,由于内旋流具有负压而吸人空气,从旋流器轴向形成空气柱。 入料中的轻产物随着内螺旋流向上,从溢流口排出;重产物随外螺旋流向下,从 底流口排出,见图 1。

重介旋流器的选煤过程是物料和悬浮液以一定压力沿切线方向给入旋流 器,形成强大的旋流。其中一股沿着旋流器内壁形成一个向下的外螺旋流,另一 股是围绕旋流器轴心形成一个向上的内螺旋流。由于内旋流具有负压而吸入空 气,从旋流器轴向形成空气柱。入料中的轻产物随着内螺旋流向上,从溢流口排 出;重产物随外螺旋流向下,从底流口排出。煤泥重介质旋流器分选普遍采用小 直径旋流器。理论上重介旋流器分选细粒煤,可使有效分选下限达到 0.045mm, 且 E 值为 0.06~0.08。煤泥重介旋流器分选的主要缺点有: (1)如果单独设立一套系统使用煤泥重介,系统复杂、操作难度大,特细粒 介质回收困难, 生产成本高; 如果利用大直径重介旋流器合格介质的一部分作为
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煤泥重介旋流器合格介质, 分选效果受大直径重介旋流器的影响难以调节,高灰 细泥污染更加严重,同时其分选产物进入到磁选机,增加了磁选机的负荷。煤泥 重介的分选下限虽理论上可以达到 0.045mm,但对粒度小于 0.045mm 的高灰煤泥 分选效果较差。因此采用煤泥重介分选也面临后续工艺脱泥的问题。 (2) 煤泥重介旋流器分选粗煤泥技术的应用分析 我国选煤科技工作者开发了利用大直径重介质旋流器对加重质的分级浓缩 作用, 将煤泥和精煤脱介筛(或弧形筛)筛下合格介质分流一同进入小直径煤泥重 介质旋流器再选的分选工艺。这种工艺虽然减少了特细介质的制备环节(利用了 大直径重介质旋流器分级浓缩作用产生的特细介质),但仍需一套单独的介质净 化回收系统, 并且煤泥重介质旋流器的分选精度直接受到大直径重介质旋流器运 行状况的影响, 生产调节困难, 同时由于细粒煤在两个旋流器中随介质高速旋转, 将产生大量的次生煤泥,增加了后续浮选作业的负荷,介耗较高。 近几年来煤泥重介旋流器配合大直径重介质旋流器分选煤泥的工艺在南桐、 太原、 邢台、 晋阳等选煤厂被广泛采用, 取得了很好的分选效果。 在太原选煤厂, 煤泥重介质旋流器组的溢流精煤灰分由入料 16.92%降至 11.83%,降灰 5.09%, 底流灰分高达 41.66%,降灰效果显著。邢台选煤厂煤泥重介旋流器分选效果同 样明显,溢流精煤中-1.4kg/l 密度级占本级达 90%左右,灰分仅 5%左右,而底 流灰分高达 57%以上,实现了按密度分选。 采用煤泥重介旋流器工艺处理粗煤泥,分选精度高,分选密度宽,对入选 原煤质量波动的适应性强。但是,由于小直径旋流器分选所需的细介质来源于 大直径旋流器溢流,2 个悬浮液系统相互影响,生产管理不方便,实现全厂介 质系统平衡及自动控制难度较大。另外,分选后的细粒煤与悬浮液一同进磁选 机的物料浓度高、粒度大,降低了磁选机的介质回收率,介耗居高不下。目前 这一工艺还在不断改进完善中。 中国采用煤泥重介工艺其目的是:对于不脱泥重介质分选工艺,弥补大直径 重介质旋流器分选下限高, 无法对煤泥进行有效分选的问题; 解决煤泥分流问题, 有效地回收粗煤泥,使精煤灰分更容易控制;对于有浮选系统的选煤厂,减轻浮 选压力,降低洗水浓度。国内采用的煤泥重介方式一般有两种。 (1) 与主洗旋流器配合应用、不单独设置重介质系统。其原理是利用大直径 旋流器对加重质的分级和浓缩效应, 将主选旋流器一段溢流的部分合格介质从精 煤脱介筛下分流出, 用于小直径煤泥重介旋流器的分选。 这种工艺在淮北选煤厂、 太原选煤厂等一些大型选煤厂使用,形成了具备中国特色的煤泥重介质分选工 艺。 此工艺虽然系统比较简单, 但煤泥重介旋流器的分选效果受大直径主选重介 质旋流器工作状况的影响较大,工艺参数调节不便,介耗也较高。 (2) 采用预先脱泥,具备独立的介质系统的煤泥重介分选工艺。如晋阳选煤 厂、介休选煤厂均采用此工艺。该工艺系统较为复杂,生产管理难度较大。其突 出优点是可以通过适当放大煤泥重介的入料上限(即主选重介的下限)减轻前面 分级及脱泥环节的工作负荷,从而改进整个分选系统的总体工艺效果。
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4.1.5 水介质旋流器器分选粗煤泥技术 由加拿大的魏斯曼博士提出的水介质旋流器是一种高效的细粒物料分选设 备,不用磁铁矿粉作加重质,而是利用入料中的细矿粒作加重质,在离心状态下 分选物料。随着现代工业的发展,自生介质旋流器得到了进一步的研究与发展, 并在工业领域中得到广泛应用,取得了良好的分选效果。 (1) 水介质旋流器器分选粗煤泥的原理 水介质旋流器的结构与传统重介旋流器和水力分级旋流器相比主要区别在 于其锥角大,锥体短,溢流管直径大且插入筒体长度深。工作时,矿浆以一定的 压力自入料管切线给入旋流器筒体内,在筒体部分高速旋转,在旋转流场中,以 离心力代替重力。在离心力的作用下,物料以最快的速度偏聚分层。密度高、粒 度大的颗粒被甩向器壁形成外层;密度高、粒度小的颗粒紧随后面;而粒度小、 密度低的颗粒则留在内层, 形成具有一定松散度的旋转床层,并沿螺旋线向下运 动, 当达到锥体上部时, 由于筒体和锥体连接区的角度较小, 旋转床层会产生 “错 位” ,床层松散程度加大,同时产生析离作用。密度大的小颗粒从床层错动时产 生的缝隙间钻到外层, 密度小的粗粒被密度大的细粒挤进内层,从而实现按密度 差重新分层。由于溢流口与底流口距离较近,加强了分选作用,使重新分层的内 层易随上升流从溢流口排出, 而外层则沿着锥体器壁继续下降成为底流,实现按 密度分选。 (2) 水介质旋流器器分选粗煤泥技术的应用分析 古交市某选煤厂,用水介质旋流器作为分选设备,从灰分为 25%左右的炼焦 煤煤泥中分选出灰分 10.5%以下的精煤泥作为焦炭的生产原料。粗煤泥与冲洗水 混合成均匀矿浆由泥浆泵以 0.12~0.14MPa 压力切向给入旋流器组(24 台<150mm 水介质旋流器) 进行分选, 旋流器溢流汇入缓冲池由泥浆泵以一定压力给入浓缩 机, 浓缩机底流均匀分配 6 台高频振动筛脱水、 脱泥后成精煤产品旋流器底流汇 合到弧形筛(0.5mm)将粗尾煤筛去弧形筛、 高频筛筛下水和浓缩机溢流入沉淀池, 沉淀池溢流作为循环水(冲洗水),细泥在沉淀池中沉淀定期挖除。系统处理矿浆 量为 350~400m3/h,煤泥处理量在 40t/h,精煤产率在 30%左右。分 2 班(每班 6h)生产,日生产精煤可达 100t 以上,纯利润高达万元。水介质旋流器分选细粒 煤, 对煤质的适应性强使用寿命长, 无其他运动部件, 易管理。 但其分选密度低, 精煤产率偏低。 4.1.6 干扰床分选机分选粗煤泥技术 1964 年,TBS 首先在英国用于煤炭的分选。进入 21 世纪,该技术在煤炭领 域发展迅速。TBS 就是干扰床分选机,分选密度可到 1.4g/cm ,入料自上而下给 入,顶水自下而上给入,从而在槽内形成干扰床,轻产物自溢流排出,重产物经 由 PDI 控制阀间断性由底阀排出, 是一种较好的分选设备, 此外, 英国的 Mozley
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多重力分选机也可用于粗泥分选, 美国 CMI 公司有生产, TBS 在澳大利亚有应用。 (1) 干扰床分选机分选粗煤泥的原理 TBS 干扰床主体部分是一个简单的柱形槽体,槽体的底部有一个布满冲孔并 呈一定角度的布水板。水按一定的压力由底部给入, 经过布水板进入干扰床工作 室,形成上升水流。布水板的作用是使水在工作室内均匀分布。干扰床的上部有 1 个入料井,矿浆切向给入入料井,入料浓度一般在 40%~60%。干扰床的顶部设 有溢流槽,从外观上看 TBS 干扰床与浮选柱有点相象。 入料经入料井向下散开, 与上升水流相遇,使矿物颗粒在工作室内做干扰沉 降运动。由于颗粒密度的不同,其干扰沉降速度存在差异,从而为分选提供了依 据, 其分选过程主要取决于各种颗粒相对于水的沉降速度。沉降速度大于上升水 流流速的颗粒进入底流, 而沉降速度小于上升水流流速的颗粒进入溢流。在干扰 床的下部形成由悬浮颗粒组成的流化床层,该床层中颗粒高度富集,成为自生介 质层。与在纯水中的情况不同,颗粒在下降过程中相互干扰,并经历一个密度梯 度,限制了物料进入底流。当系统达到稳定状态时,入料中那些密度低于干扰床 层平均密度的颗粒将浮起, 进入溢流。而那些比干扰床层平均密度大的颗粒就穿 透床层进入底流, 并通过设备底部的排料口排出。排料阀门由干扰床层内的密度 传感器发出的信号控制。 TBS 煤泥分选机的分选原理:其主体是简单的柱型槽体,槽体的底部有一个 布满冲孔并呈一定角度的布水板;水按一定的压力由底部给入,经过布水板进入 干扰床工作室,形成上升水流;布水板的作用是使水在工作室内均匀分布;干扰 床的上部有入料井,矿浆切向给入入料井,入料浓度一般在 40%~60%。干扰 床的顶部设有溢流槽。入料经入料井向下散开,与上升水流相遇,使矿物颗粒在 工作室内做干扰沉降运动。由于颗粒密度的不同,其干扰沉降速度存在差异,从 而为分选提供依据, 其分选过程主要取决于各颗粒相对于水的沉降速度。沉降速 度大于上升水流速度的颗粒进入底流,反之进入溢流。在干扰床的下部形成由悬 浮颗粒组成的流化床层, 该床层是悬浮颗粒组成的流化床层,该床层中颗粒高度 富集,成为自生介质层,当达到稳定状态时,入料中那些密度低于干扰层平均密 度的颗粒浮起进入溢流,反之进入底流,并通过没备底部的排料口排出。 (2)干扰床分选机分选粗煤泥技术的应用分析 利用济宁矿区原煤的破碎级作为煤样进行了试验研究,研究结果表明: 在静态条件下, 能够将粒度在 3~0.5mm, 灰分在 15%左右的原煤灰分降低到 10%以下,甚至更低,产率近 70%,Ep=0.05~0.11 ,I=0.12~0.19。 干扰床分选机是基于颗粒在液固两相流中的干扰沉降进行分层和分离, 分选 效率和分选精度较高,但其缺点是要求入料的粒度范围较窄,处理量较低。澳大 利亚洛德维奇公司和纽卡斯尔大学联合开发研制了一种著名的新型流化床分选 设备—RefluxClassifier(简称 RC),RC 兼具分级和分选的双重功能。 (1) RC 分选机理 该设备由一台普通流化床以及数组平行倾斜板组成, 在流态化床中添加倾斜
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板是为了增大设备的处理能力。流态化颗粒沉降至倾斜板面上,然后再重新返回 到下面的流态化区域内, 从而形成了一个自循环的逆流式过程,这一逆流过程降 低了颗粒错配几率, 改善了颗粒的分级效果。 逆流式分级机的分级区域由其内部 的几组平行倾斜板所构成, 2 块板构成的倾斜通道距离较短,粒度较粗或者密 由 度较大的颗粒具有较大的沉降速度,只要沉降一小段距离,就能够到达倾斜板表 面,形成沉淀层,并快速地下滑;粒度较细或者密度较小的颗粒则在流态化液流 的作用下通过该通道进入倾斜板上层的区域。 颗粒在逆流式分级机内的分级原理 与在倾斜板沉降分离设备内的分级原理相似, 只不过一般倾斜板沉降设备内通常 只有一条倾斜通道,而逆流式分级机通常含有 2 段或者 2 段以上的平行倾斜板, 可以将一个入料按照颗粒粒度大小分成几组不同的产品。 倾斜板下面的流态化作 用保证了进入每 2 块板间液流的均匀、稳定,从而提高了分级精度。(2) RC 应 用及分选效果: 2004 年,澳大利亚的 K.P.Galvin 等用横截面 1.8m×1.9m,高 3.5m 的 RC 在对-2mm 煤泥做了工业性试验,给料灰分从 27%降到 7.0%,尾煤灰分 77.1%,精 煤产率 71.5%, 可燃物回收率达到 91%; 给料灰分为 23%时, 得到精煤灰分 10.3%, 尾煤灰分 79.3%,精煤产率 81.6%,可燃物回收率 95.11%的分选效果,降灰效果 十分明显,且精煤产率和可燃物回收率都相当高。由 RC 的实际生产结果可以看 出 RC 在保证高处理量,精煤高产率,可燃物高回收率的情况下,可产出高质量 的低灰精煤,对粗煤泥有十分明显的降灰效果。但其分选下限相对较大。另外, 由于煤质的不同, 其用于可选性较差的中国煤的分选效果和分选精度有待进一步 实践验证。 TBS 煤泥分选机分选工艺特点:①分选密度可控、可调。调节范围:1.2~ 1.8g/cm3。②分选粒度宽。粒度范围:-3.0mm~0。最佳分选粒度:2.0~0.25mm, 入料浓度为 40%~50%, 分选的可能偏差 Ep 为 0.12~0.06。③该机运行无任何 动力设备。④全自动控制。采用高性能的原装进口传感器和电气控制元件,使系 统自动可靠地运行。 ⑤分选效率高。 精煤灰分低, 单位处理量大。 ⑥正常生产时, 管理工作量小,维护量少。

4.2 常用粗煤泥回收流程
4.2.1 脱水筛—斗子捞坑粗煤泥回收流程 脱水筛筛孔长为 13mm,捞坑回收的粗煤泥经脱泥筛和离心脱水机两次脱水, 成为最终产品。捞坑的溢流去细煤泥回收系统。其流程图为图 5-1-1。

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流程特点: (1)管理方便,使用可靠,经验丰富,应用较广; (2)能很好地 保证浮选的入料上限,但局部有循环量。 适用范围: (1)适用于主选设备,分选下限较低时,若分选下限高,将污染 精煤质量; (2)不适于细粒煤泥含量大的情况。主要是由于脱泥筛的脱泥效率较 低的缘故。 4.2.2 双层脱水筛—角锥池粗煤泥回收流程 双层筛上层孔径为 13mm 或 25mm,下层孔径为 3mm、1mm、0.5mm。角锥池作 为粗煤泥回收设备。其流程见图 5-1-2.

流程特点: (1)进入角锥的物料量较少,对分级有利; (2)高灰细泥对精煤 的污染较小, 主要是因为进入下层筛的水量大, 易将筛网上物料表面的细泥冲走, 从而提高了脱泥效率; (3)能很好的保证浮选入料上限,但局部仍有循环量。
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适用范围:该流程适用于细泥含量大且灰分较高的情况。 4.2.3 斗子捞坑—双层脱水筛粗煤泥回收流程 双层脱水筛的孔径同上。其流程图见 5-1-3.

流程特点: (1)主选设备的轻产物全部进入捞坑,流程简单,设备少; (2) 捞坑入料量大,分级精度低,对精煤有一定污染,当主选设备分选下限高时,污 染更严重; (3)由于捞坑捞起物进入双层脱水筛,导致双层筛的脱泥效率低,污 染精煤。 适用范围:适用于轻产物含量少,煤泥含量低,且灰分不高的情况。如很多 选煤厂的矸石再洗工艺,正是该流程的典型代表。 4.2.4 脱水筛—电磁振动旋流筛粗煤泥回收流程 该流程与脱水筛—斗子捞坑粗煤泥回收流程相似, 只是把斗子捞坑换成了电 磁振动旋流筛。其流程见图 5-1-4.

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流程特点: (1)旋流筛占地面积小,处理量大,分级准确; (2)旋流筛分级 的同时,还有脱水降灰作用。 适用范围:适用于处理量不大的中、小型选煤厂。 4.2.5 离心筛分器—高频筛粗煤泥回收流程 该流程用煤泥离心筛分器作为水力分级设备,用高频筛作为脱水设备。其流 程图见 5-1-5.

流程特点: (1)流程简单,设备少; (2)本身体积小,处理量大,分组准确; (3)能减小高灰细泥对精煤的污染; (4)能有效的防止粗颗粒物料进入下一道 工序。 适用范围:适用于处理量不大的中、小型选煤厂。 4.2.6 脱水筛—捞坑—旋流器粗煤泥回收流程
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该流程与脱水筛—斗子捞坑粗煤泥回收流程相似,增加了粗煤泥回收旋流 器。其流程见图 5-1-6.

流程特点: (1)系统中循环煤泥量极少,能防止细泥积聚; (2)能有效地防 止粗颗粒物料进入下一道工序。 适用范围:可用于离心机筛缝较宽、浮选入料上限要求较严的选煤厂。

5 粗煤泥回收优化及实践
粗煤泥回收优化及实践包括粗煤泥技术优化和系统优化两部分。

5.1 粗煤泥回收技术的效益分析
从目前粗煤泥回收设备的技术水平看, 改善粗煤泥回收关键问题应是选择合 理的生产工艺。新集选煤厂对此进行了深入的研究,并在实践应用中取得了较好 的效果。 选煤产品的脱水效果在一定程度上与脱水时间成近似正比关系,也就是 说,延长脱水时间,可使产品的脱水效果提高,粗煤泥产品的脱水尤为如此。基 于这样的考虑, 新集选煤厂对上述典型生产工艺做了适当的改动,即将弧形脱水

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筛改换成直线振动筛进行预先脱水,而后进离心机脱水,直线筛的筛板筛缝选择 为 0.25mm,三个月的运行结果表明,产品产率比原来提高 2.4 个百分点,(离心 机截留粒度平均 0.4mm ),产品水分大幅度下降,表 1 所载为生产检查中的检测 数据。

由表 1 可知,粗煤泥平均水分仅为 90.86%,与原工艺相比下降了 6.04 个百 分点, 实践证明,粗煤泥水分可以通过延长脱水时间得到改善,加之振动脱水 筛对旋流器底流浓度的变化不敏感,对系统的波动也具有缓冲能力,因此生产过 程中的跑水现象得到了较好的控制。为了更好地回收粗煤泥,解决系统跑粗对生
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产的影响, 该厂又对煤泥水工艺系统进行了较大的改进,即将原来并联使用的浓 缩机改成串联使用,一段浓缩不加药,浓缩分级旋流器溢流进一段浓缩机,一段 浓缩机溢流进二段浓缩再处理,一段浓缩机底流由泵输送到主厂房再用高频筛、 离心机脱水,图 2 所示为改进后的粗煤泥回收工艺流程。

改进后的粗煤泥回收工艺回收深度可达 0.15mm,高频筛筛缝选 0.15mm,离 心机筛缝 0.4mm(由于架桥的作用可保证脱水过程中细粒煤泥损失较小),按新集 选煤厂煤泥粒度组成特性分析看, 该流程回收的粗煤泥量理论上应比原来的产率 提高 40%左右,实际为 22.92%,比原生产工艺提高 5.55 个百分点,生产的粗煤 泥产品水分平均为 11.31%,比原工艺中用振动筛取代弧形筛后的产品水分高 1.45 个百分点,说明所回收的粗煤泥产品中细颗粒明显增多,造成脱水难度加 大。尽管如此,仍比原工艺生产的产品水分低 4.59 个百分点,混合后的产品水 分较改造前降低了 0.48 个百分点。

5.2 粗煤泥回收系统改进与优化
近几年来煤泥重介旋流器配合大直径重介质旋流器分选煤泥的工艺在南桐、 太原、 邢台、 晋阳等选煤厂被广泛采用, 取得了很好的分选效果。 在太原选煤厂, 煤泥重介质旋流器组的溢流精煤灰分由入料 16.92%降至 11.83%,降灰 5.09%,
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底流灰分高达 41.66%,降灰效果显著。邢台选煤厂煤泥重介旋流器分选效果同 样明显,溢流精煤中-1.4kg/L 密度级占本级达 90%左右,灰分仅 5%左右,而底 流灰分高达 57%以上, 实现了按密度分选。 采用煤泥重介旋流器工艺处理粗煤泥, 分选精度高,分选密度宽,对入选原煤质量波动的适应强。但是,由于小直径旋 流器分选所需的细介质来源于大直径旋流器溢流,2 个悬浮液系统相互影响,生 产管理不方便,实现全厂介质系统平衡及自动控制难度较大。另外,分选后的细 粒煤与悬浮液一同进磁选机的物料浓度高、 粒度大, 降低了磁选机的介质回收率, 介耗居高不下。 目前这一工艺还在不断改进完善中。螺旋分选机在国内也有一定 程度地运用。王坡选煤厂为年处理能力 150 万 t 的矿井型选煤厂,0.15-0.5mm 粗煤泥由螺旋分选机分选。余吾煤业公司选煤厂原煤经重选后 1mm 脱泥,脱泥筛 筛下物,磁选尾矿经 0.1mm 水力分级后,底流进行螺旋分选。 螺旋分选机是一种专门用来处理选矿中的磨细矿粒的设备, 入料粒度范围是 0.25-0.3 mm。螺旋分选机具有以下特点:①运行成本比重介旋流器和浮选机要 低;②无运动部件,也无须风、水、介质等辅助材料,节能环保,维修工作量小; ③有效分选密度在 1.6kg/L 以上,低于该值,会影响分选效果。这种分选工艺的 主要弊病在于机身高度大,给料和循环的中矿需要泵输送,本身参数不易调节, 难于适应给料性质变化, 在较低密度分选时分选效果差和对片状矿粒富集效果差 等。此外,由于设备的局限性,单台设备处理能力小,分选密度难控制,灰分无 调节余地。其有效分选密度较高,一般在 1.7kg/L 左右,不适于对入料精选。因 此,此工艺适于分选末煤量大,原煤较易选或精煤产品灰分要求宽的煤种。

5.3 粗煤泥回收系统实践
随着选煤技术的发展, 对粗煤泥分选的要求逐渐提高。通过对现有粗煤泥分 选设备的分析, 得知影响分选效果的主要因素是上游的分级设备,传统的分级手 段达不到理想效果。结合梁北选煤厂的生产实际,利用 TBS 的等沉比分选原理, 进行了煤泥分级试验研究。 结果表明改造后的 TBS 完全可以作为高灰细泥的分级 设备,解决了粗煤泥分选的难题,具有很好的经济效益和社会效益。 (1) 与重介质旋流器和螺旋分选机相比,干扰床对 0.25~3mm 的细粒煤分 选有一定的优势,具体表现在:动力消耗小,设备磨损少,单台处理量大,工艺 简单的特点。 由于 CSS 粗煤泥分选机的这些优点,近几年在中国选煤领域逐步得 到认可和推广。出现了葛泉矿选煤厂、张双楼选煤厂、盘南公司选煤厂、西马矿 选煤厂和东庞矿选煤厂等一批稳定使用粗煤泥分选机的单位。 (2) 从干扰分选的原理看来:实际的分选是流化状态的分选,物料在上升 水流作用下呈流态化, 因密度和粒度不同形成于扰层或称沸腾床层,物料中不同 密度组成和粒度组成的颗粒群在床层中实现分选。 粗煤泥回收和精选的工艺设备, 着重说明了 TBS 干扰床分选机解决了粉末煤 比例高和煤泥含量大的原煤分选技术的难题,实现了产品结构调整和升级,提高
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了优质煤的产率和利用价值,增加了企业经济效益。目前,粗煤泥的处理工艺已 引起我国各选煤厂和相关科研、 设计院所的重视,其涵盖的内容已引入了系统最 优化的理念, 目的在于通过对原煤洗选加工工艺的统筹优化,最终实现煤炭企业 有限资源效益最大化。根据该理念,具体到某个选煤厂的工艺选择或设备选择, 也应在深入分析试验结果的基础上, 既要考虑工艺的先进性又要兼顾该厂设备的 可靠程度、技术管理水平以及精细化生产管理实践等因素。至此,才能在分选过 程中得到理想的产品,且处理量大,回收率高,真正实现企业效益的最佳化。

6 总结
虽然已有不少粗煤泥分选设备可选用, 但多数设备的分选精度尚不能对粗煤 泥进行有效分选, 能与工艺较好结合的设备更少。 但这几种工艺依然存在着缺陷, 各自具有一定的适用范围或局限性, 用户应根据具体情况通过技术经济比较方可 选用。 应将复合力场引入粗煤泥分选设备,这是提高细粒煤分选设备处理能力和 分选效率的有效途径。 用户应根据具体情况作技术经济比较后选用。粗煤泥分选 不仅可以提高精煤产率,减少入浮量,降低生产成本,带来可观的经济效益,而 且也可减少煤泥对环境的污染, 有明显的社会效益。选煤厂增设粗煤泥回收系统 可以杜绝跑粗现象,保证精煤回收率,减少入浮量。煤泥离心机、高频筛、沉降 过滤离心机、干扰床分选机( TBS)、小直径重介质旋流器等均可以作为粗煤泥回 收的主要设备,TBS 的分选效果较好而且分选密度可以调节便于控制选煤厂应根 据本厂的实际情况和对产品的指标要求选择使用。 可以广泛应用于选煤厂粗煤泥 回收以提高经济效益。给出了粗煤泥回收和精选的工艺设备,着重说明了 TBS 干扰床分选机解决了粉末煤比例高和煤泥含量大的原煤分选技术的难题, 实现了 产品结构调整和升级,提高了优质煤的产率和利用价值,增加了企业经济效益。 目前,粗煤泥的处理工艺已引起我国各选煤厂和相关科研、设计院所的重视,其 涵盖的内容已引入了系统最优化的理念, 目的在于通过对原煤洗选加工工艺的统 筹优化,最终实现煤炭企业有限资源效益最大化。根据该理念,具体到某个选煤 厂的工艺选择或设备选择, 也应在深入分析试验结果的基础上,既要考虑工艺的 先进性又要兼顾该厂设备的可靠程度、 技术管理水平以及精细化生产管理实践等 因素。至此,才能在分选过程中得到理想的产品,且处理量大,回收率高,真正 实现企业效益的最佳化。

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本论文是在导师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识,严谨的治学态 度,精益求精的工作作风,诲人不倦的高尚师德,严以律己、宽以待人的崇高风 范,朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术 目标、掌握了基本的研究方法,还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。 本论文从选题到完成, 每一步都是在导师的指导下完成的,倾注了导师大量的心 血。在此,谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢!本论文的顺利完成,离不开 各位老师、同学和朋友的关心和帮助。感谢老师对我的教育培养。他们细心指导 我的学习与研究,在此,我要向诸位老师深深地鞠上一躬。感谢我的同学、朋友 对我学习、生活的关心和帮助。 在论文即将完成之际, 我的心情无法平静,从开始进入论题到论文的顺利完 成,有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助,在这里请接受我诚挚的 谢意!

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