潘集選煤廠提高精煤產率的研究

汪水清，侯寶宏，朱再勝

(淮河能源控股集團選煤分公司，安徽 淮南 232001)

如何實現精煤產率最大化是選煤廠一直關心的問題[1-3]，充分利用現有資源，在工藝、技術、管理方面實現優化、變革，從而實現效益最大化。選煤廠針對提高精煤產率做了大量研究，于宇通過優化計算表明，通過確定最佳分選密度組合以及入洗配煤比例，既可以確?；曳种笜诉_標，也可以實現動力煤選煤廠精煤產率最大[4]。朱子玉等人提出了重選和煤泥浮選系統的精煤控制指標，并制定了相應的管理措施，有效地提高了田莊選煤廠總精煤回收率[5]。李學武利用精煤產量最大化原則，通過建立模型、制定技術方案，優化石壕選煤廠的工藝管理，使精煤產率提高1.1%，產品質量穩定，原料煤資源拓寬，全員創新意識得到增強，繼而實現社會經濟效益最大化[6]。李淑偉為了提高精煤產率，分別對洗選6級、8級精煤時產生的洗混煤進行再選，回收其中錯配的精煤作為8級和10級精煤，從而避免精煤錯配到洗混煤中，最大化精煤產量，更進一步提高企業經濟效益[7]。

經過對國內一些選煤廠提高精煤產率措施的分析，結合潘集選煤廠的產品結構和洗選工藝，對三產品重介旋流器懸浮液密度[8-10]、浮選藥劑用量及入料濃度[11]等主要易控制工藝參數進行探索研究，為提高精煤產率提供一定的指導作用。

1 原煤性質分析

潘集選煤廠是淮河能源集團調整煤炭產品結構，實施“精煤戰略”、提高經濟效益的重大建設項目。該廠2018年底建成投產，入洗原煤為12.00 Mt/a，屬于特大型煉焦煤選煤廠。該廠入選原煤來源多，主要有淮南礦區8個主要產煤礦井中的潘三、潘北、朱集、顧北、張北、謝橋等礦井原煤，可選性變化較大，但大體上可分為低灰原煤和高灰原煤兩類。選煤工藝為：50～0.5 mm采用原煤不脫泥無壓三產品重介旋流器分選、粗煤泥采用煤泥重介分選、細煤泥脫泥浮選的聯合工藝。浮選精煤采用加壓過濾脫水，尾煤濃縮后壓濾回收，實現洗水閉路循環。圖1為2019年某月高、低灰原煤可選性曲線。

圖1 2019年某月原煤可選性曲線

該月低灰煤分選的數量效率為96.67%，高灰煤分選的數量效率為91.58%，對于高灰煤，仍然有9.42%的損失。為了進一步提高精煤產率，選煤廠在洗選原煤相對穩定的時期，對日常生產過程中主要操作因素，如三產品重介洗選密度、浮選藥劑用量及入料濃度進行試驗。

2 三產品重介懸浮液密度對分選效果的影響

無壓給料三產品重介質旋流器是利用阿基米德原理在離心力場中對物料按密度差異進行分選的。本廠所用的是φ1500/1100型無壓三產品重介旋流器，配套渣漿泵轉速固定，分選壓力不易控制，日常關鍵操作工藝參數為分選密度。

經試驗得出，入料密度與分選密度呈正相關關系，不同的分選密度其分選效果的提升程度不同。針對潘集選煤廠入洗原煤情況，選擇了1.33 kg/L、1.35 kg/L、1.37 kg/L、1.39 kg/L和1.41 kg/L共計5組懸浮液密度進行試驗。由于無壓給料三產品重介旋流器分選下限為0.5 mm，對小于0.5 mm的煤泥不計入試驗數據當中。結果如圖2所示。

圖2 入料密度與產率的關系

由圖2(a)可知，低灰原煤的精煤灰分隨著懸浮液密度的增大而升高，低灰原煤在分選密度為1.37～1.39 kg/L時有較高的產率。由圖2(b)可知，高灰原煤隨著分選密度的提高，精煤產率明顯上升，在1.39 g/L處上升趨勢減弱，穩定在49.2%左右，高灰煤在1.39～1.41 g/L處產率較高。隨著分選密度的增加，高、低灰原煤的中煤、矸石產率總體呈下降趨勢，這是因為懸浮液密度增大之后，在進入入料口的時候，相當于在原有基礎上增加了入料壓力，使原本錯配在中煤和矸石中的精煤得到充分分選。

3 藥劑量、入料濃度對浮選分選效果的影響

煤泥的浮選是利用煤粒與脈石顆粒表面親水性差異進行分選的，是選煤廠分選小于0.5 mm煤泥的主要工藝。潘集廠浮選入料首先經過漂泥池進行漂泥作業，減少微細高灰煤泥進入浮選系統，以減少浮選藥劑的使用。漂泥后的煤泥水進入礦漿準備器中，藥劑與礦漿充分接觸后進入浮選設備。捕收劑是改變礦物表面疏水性，使浮游的礦粒黏附于氣泡上的浮選藥劑，能選擇性地吸附在礦物表面上，能提高礦物表面的疏水程度，使之易于在氣泡上粘附，從而提高礦物可浮性。起泡劑能降低水的表面張力，形成泡沫，使充氣浮選礦漿中的空氣泡能附著于選擇性上浮的礦物顆粒上。在浮選設備的作用下，浮選過程中產生大量的氣泡，疏水性較好的煤粒黏附在氣泡上，隨著氣泡進入礦化泡沫層，被刮泡器刮取后成為精煤，而親水性好的矸石等留在泥漿中成為尾煤，實現煤與矸石的有效分離。

本廠為兩段浮選工藝，采用FJC36-4噴射式浮選機，日常主要調節一次浮選工藝參數。一次浮選機配備有自動加藥裝置，能根據設定值進行自動定量加藥，可通過集控畫面調節入料稀釋水閥開度，繼而調節入料濃度，還可通過現場風閥控制進風量，通過尾礦閘板控制浮選液面等。關鍵操作參數為起泡劑(雜醇)、捕收劑(柴油)的用量和入料濃度。筆者通過設計浮選正交試驗，確定一次浮選最優浮選試驗條件，從而使浮選精煤產率在滿足產品灰分要求的前提下達到最大。

3.1 低灰原煤的浮選試驗

選取入料濃度(A)、捕收劑用量(B)、起泡劑用量(C)3個因素，設計3因素3水平正交試驗方法進行現場工業試驗，試驗因素水平設定見表1。

表1 因素水平

根據因素水平設計正交試驗，共設計9組試驗，各組合試驗結果見表2。

表2 低灰原煤浮選正交試驗設計及結果

根據試驗設計與處理的相關知識，對表2中的數據進行處理。在正交試驗分析中，極差大小可以表示因素對考察指標的影響程度。入料濃度、捕收劑用量、起泡劑用量對低灰煤的可浮性影響規律的極差分析結果見表3。

表3 低灰原煤浮選試驗極差分析

K1、K2、K3為3個水平對應的試驗指標之和。對于可燃體回收率指標，捕收劑用量變化時，極差R值最大為3.79，說明捕收劑用量對煤泥浮選的可燃體回收率影響最大，為主要因素；起泡劑用量變化時，該煤泥浮選的可燃體回收率極差為2.83，這說明起泡劑用量對煤泥浮選的可燃體回收率影響次之，為次要因素；礦漿濃度變化時，浮選的可燃體回收率極差為1.17，這說明礦漿濃度對煤泥浮選的可燃體回收率影響最??；低灰煤浮選試驗主次最優浮選條件為A2B3C3。

3.2 高灰原煤的浮選試驗

選擇與表1相同水平得到的正交試驗結果見表4，極差分析結果見表5。

表4 高灰原煤浮選正交試驗設計與結果

表5 高灰原煤浮選試驗結果極差分析

如表5所示，對于可燃體回收率指標，礦漿濃度變化時，極差值最大為2.31，說明礦漿濃度對煤泥浮選的可燃體回收率影響最大，為主要因素；捕收劑用量變化時，該煤泥浮選的可燃體回收率極差為1.23，這說明捕收劑用量對煤泥浮選的可燃體回收率影響次之，為次要因素；起泡劑用量變化時，浮選的可燃體回收率極差為0.73，這說起泡劑用量對煤泥浮選的可燃體回收率影響最??；高灰煤浮選試驗主次最優浮選條件為A2B3C3。

4 結 語

提高精煤產率是增加企業經濟效益的關鍵所在，是企業持續創新、發展的重要目的。通過對潘集選煤廠三產品重介、浮選進行工業試驗探究，得到以下結論：

(1)通過試驗分析，低灰原煤在懸浮液密度為1.37～1.39 kg/L，高灰原煤在懸浮液密度為1.39～1.41 kg/L時，精煤產率較高。

(2)通過正交試驗得出，礦漿濃度對高灰原煤浮選影響最大，捕收劑用量對低灰原煤浮選影響最大，浮選最優條件均為礦漿濃度90 g/L、捕收劑用量為1 600 mL/min、起泡劑用量為800 mL/min。