浮游選煤精選作業(yè)工藝效果評(píng)定方法的探討

郭雅利，王海艷，吳朝蕩，李 梅，薛 雨，吳大為

(1.唐山國華科技有限公司，河北 唐山 063020；2.北京國華科技集團(tuán)有限公司，北京 101300)

浮游選煤精選作業(yè)工藝效果評(píng)定方法的探討

郭雅利1，王海艷2，吳朝蕩2，李 梅2，薛 雨1，吳大為2

(1.唐山國華科技有限公司，河北 唐山 063020；2.北京國華科技集團(tuán)有限公司，北京 101300)

對浮游選煤精選作業(yè)工藝效果評(píng)定方法進(jìn)行學(xué)術(shù)性探討，初步提出將精選完善指標(biāo)作為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，浮選精煤可燃體回收率和浮選精煤非可燃體脫除率作為輔助評(píng)價(jià)指標(biāo)。依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，在一定條件下，精選完善指標(biāo)和浮選精煤相對降灰率存在良好的正相關(guān)關(guān)系。

精選作業(yè)；工藝效果；精選完善指標(biāo)；浮選精煤可燃體回收率；浮選精煤非可燃體脫除率

近年來，我國的浮游選煤工藝與設(shè)備不僅在煉焦煤選煤廠有了大幅度的進(jìn)展，還在高爐噴吹用煤選煤廠和部分動(dòng)力用煤選煤廠得到快速發(fā)展。由于入浮煤泥的選擇性一般較差，很多選煤廠都存在浮選精煤灰分高于重選精煤的現(xiàn)象。生產(chǎn)中不得不通過人為減小重力選煤的分選密度來降低重選精煤灰分，以保證最終精煤質(zhì)量，這種重選為浮選“背灰”的現(xiàn)象，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上來看很不合理。因?yàn)橹剡x作業(yè)的處理量遠(yuǎn)大于浮選作業(yè)的處理量，前者分選密度稍微降低，精煤灰分就會(huì)下降，導(dǎo)致大量精煤損失在重產(chǎn)物中。

本世紀(jì)以來，浮游選煤精選作業(yè)得到積極倡導(dǎo)，其目的在于消除重選“背灰”現(xiàn)象。上世紀(jì)頒布的MT/T 180—1988《選煤廠浮選工藝效果評(píng)定方法》有兩項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別為浮選精煤數(shù)量指數(shù)ηif[1]和浮選完善指標(biāo)ηwf，ηif主要用于評(píng)價(jià)不同選煤廠或不同煤粉、煤泥之間的工藝效果，ηwf主要側(cè)重于評(píng)定相同性質(zhì)的煤泥在不同工藝條件或操作條件時(shí)的工藝效果，二者雖已得到廣泛應(yīng)用，但僅適用于粗選作業(yè)，對于浮游選煤精選作業(yè)工藝效果的評(píng)定不夠準(zhǔn)確，因此關(guān)于浮游選煤精選作業(yè)工藝效果的評(píng)定方法急需完善。

1 精選作業(yè)的主要功用

粗選作業(yè)的精煤灰分之所以高，主要是因?yàn)檎籍a(chǎn)率份額最大的主導(dǎo)粒級(jí)(<0.03 mm粒級(jí))灰分較高，精選作業(yè)的目的就是對混入粗選精煤的細(xì)泥再次分選。

1.1 精選流程

1.1.1 全部精選原則流程

粗選精煤全部精選原則流程如圖1所示，該流程也是最常見的傳統(tǒng)流程，既可在兩臺(tái)分別承擔(dān)粗選作業(yè)與精選作業(yè)的浮選機(jī)之間實(shí)現(xiàn)，也可在同一臺(tái)浮選機(jī)里操作—前幾室的粗選泡沫進(jìn)入后幾室精選。如果精選泡沫采用壓濾機(jī)脫水回收，由于其固液分離徹底，濾液清凈不必再返回浮選，可直接作為循環(huán)水使用；如果精選泡沫采用加壓過濾機(jī)脫水回收，由于濾液中混有一定量的細(xì)煤泥，一般需要返回精選。

圖1 粗選精煤全部精選原則流程Fig.1 Rough flotation concentrate cleaning basic flowsheet

1.1.2 部分精選原則流程

粗選精煤部分精選工藝有多種形式，其中煤泥兩次浮選、精煤泥兩段回收工藝具有一定代表性，近年來該工藝已在我國260余座以重介質(zhì)旋流器分選工藝為主導(dǎo)的選煤廠推廣、應(yīng)用，其原則流程如圖2所示。精煤磁選尾礦經(jīng)弧形篩控制浮選入料粒度上限后，篩下水進(jìn)入浮選機(jī)粗選(即一次選)，粗選泡沫與弧形篩篩上物摻粗后，采用沉降過濾式離心脫水機(jī)脫水回收；離心機(jī)的離心液和濾液由另一臺(tái)浮選機(jī)精選(即二次選)，精選泡沫由快開式壓濾機(jī)脫水回收。離心機(jī)一般能回收85%以上>0.045 mm粒級(jí)的煤粒，故二次浮選是對以≤0.045 mm粒級(jí)為主的部分進(jìn)行精選，該工藝實(shí)質(zhì)上是對煤泥部分進(jìn)行精選。

圖2 煤泥兩次浮選、精煤泥兩段回收原則流程Fig.2 Coal slime flotation twice & clean coal slime two-stage recovery basic flowsheet

1.2 精選作業(yè)的功用

望峰崗選煤廠、友誼選煤廠的粗選精煤分別采用全部精選工藝和部分精選工藝處理，2010年9月20日和2009年11月30日分別對兩廠精選作業(yè)的入料粒度組成進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。

表1 精選作業(yè)的入料粒度組成Table 1 Feed size composition of coal cleaning process %

由表1可知：

(1)兩廠精選作業(yè)入料之間的顯著差異在<0.03 mm粒級(jí)細(xì)泥產(chǎn)率上，友誼選煤廠該粒級(jí)細(xì)泥產(chǎn)率高33.05個(gè)百分點(diǎn)。由于友誼選煤廠采用的是煤泥兩次浮選、精煤泥兩段脫水回收工藝，而沉降過濾式離心脫水機(jī)具有脫泥降灰作用，精選作業(yè)入料為其離心液(含濾液)，灰分較高的細(xì)泥較多。

(2)兩者的共同點(diǎn)之一是>0.03 mm粒級(jí)細(xì)泥灰分較低，從其加權(quán)平均灰分來看，基本上是“合格產(chǎn)品”。兩者的另一個(gè)共同點(diǎn)是<0.03 mm粒級(jí)細(xì)泥產(chǎn)率在入料中最高，是精選作業(yè)的主導(dǎo)粒級(jí)，該粒級(jí)灰分遠(yuǎn)高于>0.03 mm各粒級(jí)的灰分。粗選精煤灰分高的原因就是<0.03 mm粒級(jí)細(xì)泥產(chǎn)率高、灰分高，這對我國絕大多數(shù)選煤廠而言具有普遍性。

基于對精選入料粒度組成的簡要分析，可以明確精選作業(yè)具有以下兩點(diǎn)功用：

(1)要使精選精煤灰分降到與重選精煤灰分同一水平，關(guān)鍵是要對<0.03 mm粒級(jí)細(xì)泥進(jìn)行有效分選，因此脫除浮選精煤非可燃體的數(shù)量是評(píng)定精選作業(yè)工藝效果的一項(xiàng)指標(biāo)。

(2)在保證精煤質(zhì)量的前提下，要盡可能多地回收>0.03 mm低灰分粒級(jí)，避免這些“合格產(chǎn)品”損失到尾煤中，故浮選精煤可燃體回收率也是評(píng)定精選作業(yè)工藝效果的一項(xiàng)指標(biāo)。

2 MT/T 180—1988《選煤廠浮選工藝效果評(píng)定方法》的缺陷

2.1 精選作業(yè)工業(yè)試驗(yàn)

2010年9月20日，以望峰崗選煤廠精選作業(yè)入料為對象，在入料濃度為180.30 g/L、灰分為12.56%的條件下進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，考察浮選精煤可燃體回收率Ej、浮選精煤非可燃體混雜率Ew、浮選完善指標(biāo)ηwf、浮選精煤數(shù)量指數(shù)ηif、浮選精煤非可燃體脫除率Et、精選完善指標(biāo)ηcf、浮選精煤相對降灰率F的情況，結(jié)果如表2所示。

2.2 浮選精煤數(shù)量指數(shù)與浮選完善指標(biāo)

望峰崗選煤廠精選入料的實(shí)驗(yàn)室分步釋放浮選試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，根據(jù)表3數(shù)據(jù)繪制的浮選精煤產(chǎn)率-灰分曲線如圖3所示。

表2 望峰崗選煤廠精選作業(yè)工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Result of coal cleaning process commercial test in Wangfeng coal preparation plant %

表3 精選入料的分步釋放浮選試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Result of feed timed-release analysis of coal cleaning process %

圖3 浮選精煤產(chǎn)率-灰分關(guān)系曲線Fig.3 Relevant curve between yield and ash of flotation concentrate

由圖3可知：當(dāng)浮選精煤灰分為10.33%時(shí)，浮選精煤理論產(chǎn)率為81.51%，浮選精煤數(shù)量指數(shù)為114.87%。在工業(yè)浮選機(jī)性能和操作條件優(yōu)于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的條件下，浮選精煤數(shù)量指數(shù)大于100%的情況時(shí)有發(fā)生。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)計(jì)算的浮選完善指標(biāo)為19.00%，而浮選精煤數(shù)量指數(shù)為114.87%，二者相互矛盾，精選作業(yè)工藝效果無法量化評(píng)定。

3 精選作業(yè)工藝效果的綜合評(píng)定

3.1 精選完善指標(biāo)

根據(jù)國內(nèi)外公認(rèn)的漢考克(Hancock)總效率公式，包括精選作業(yè)在內(nèi)的浮游選煤的理想目標(biāo)是最大限度地將可燃體富集于精煤中，與此同時(shí)最大限度地將非可燃體排棄到尾煤中。可以概括地認(rèn)為，煤炭中的灰分為非可燃體，灰分以外的物質(zhì)為可燃體。因此，浮選精煤可燃體回收率可定義為精煤中可燃體占入料中可燃體的百分比值，浮選精煤非可燃體混雜率可定義為精煤中非可燃體占入料中非可燃體的百分比值，浮選精煤非可燃體脫除率可定義為尾煤中非可燃體占入料中非可燃體的百分比值，三項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算式[2-3]分別為：

式中：Ej為浮選精煤可燃體回收率，%；Ew為浮選精煤非可燃體混雜率，%；Et為浮選精煤非可燃體脫除率，%；γj為浮選精煤產(chǎn)率，%；Aj為浮選精煤灰分，%；Ar為浮選入料灰分，%；

Ej用于評(píng)定精選作業(yè)中回收以>0.03 mm粒級(jí)為主的低灰顆粒的工藝效果的好壞，Et主要用于評(píng)定精選作業(yè)中分選以<0.03 mm粒級(jí)為主的灰分較高顆粒的工藝效果的優(yōu)劣。二者是存在于精選作業(yè)工藝效果評(píng)定過程中的一對矛盾，從不同側(cè)面判斷工藝效果的好壞。若一味強(qiáng)調(diào)提高浮選精煤可燃體回收率，當(dāng)Ej=100%時(shí)全部入浮煤泥就會(huì)進(jìn)入精煤中；若一味強(qiáng)調(diào)增大浮選精煤非可燃體脫除率，當(dāng)Et=100%時(shí)全部入浮煤泥就會(huì)進(jìn)入尾煤中，一旦出現(xiàn)這兩種極端情況，浮選作業(yè)就完全失去分選功能。所以必須將這兩項(xiàng)指標(biāo)有機(jī)結(jié)合起來，統(tǒng)籌考核精選作業(yè)的工藝效果。筆者提出了一項(xiàng)評(píng)定煤泥精選作業(yè)工藝效果的綜合指標(biāo)—精選完善指標(biāo)ηcf，其含義是浮選精煤可燃體回收率和浮選精煤非可燃體脫除率的幾何平均值，其表達(dá)式為：

ηcf在0～100%的范圍內(nèi)變動(dòng)，ηcf值越大，說明工藝效果越好；否則，說明工藝效果越差。當(dāng)Ej和Et均為100%時(shí)，ηcf為極大值；當(dāng)Ej、Et二者中一項(xiàng)為0時(shí)，ηcf為極小值，這符合工藝效果變動(dòng)的規(guī)律。

3.2 評(píng)定實(shí)例

建議采用精選完善指標(biāo)ηcf作為浮游選煤精選作業(yè)工藝效果評(píng)定的綜合指標(biāo)(即主要指標(biāo))，浮選精煤可燃體回收率Ej和浮選精煤非可燃體脫除率Et作為精選作業(yè)工藝效果評(píng)定的輔助指標(biāo)。現(xiàn)就粗選精煤全部精選作業(yè)和部分精選作業(yè)的工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行介紹。

3.2.1 全部精選作業(yè)工藝效果評(píng)定

以潘一選煤廠2011年技改投產(chǎn)后的數(shù)次工業(yè)試驗(yàn)為例，該廠的粗選精煤全部精選原則流程如圖1所示。由于生產(chǎn)中加壓過濾機(jī)濾液返回精選，因此對其工藝效果評(píng)定時(shí)，按照MT/T 180—1988《選煤廠浮選工藝效果評(píng)定方法》進(jìn)行。精選作業(yè)入料為不含濾液的煤漿(即粗選泡沫)，浮選精煤為加壓過濾機(jī)濾餅。四次工業(yè)試驗(yàn)的分選指標(biāo)和工藝效果如表4所示。

表4 全部精選作業(yè)的分選指標(biāo)和工藝效果Table 4 Separation index and process performance in all coal cleaning process %

由表4可知：入料灰分較高者為14.78%，較低者為12.82%，二者相差不到兩個(gè)百分點(diǎn)，精煤質(zhì)量波動(dòng)很??；尾煤灰分除第一次試驗(yàn)外，均穩(wěn)定在73%左右；精選完善指標(biāo)高者為57.25%，低者為46.35%。

3.2.2 部分精選作業(yè)工藝效果評(píng)定

采用煤泥二次浮選、精煤泥兩段回收工藝的梗陽等六座選煤廠的粗選精煤部分精選作業(yè)分選指標(biāo)和工藝效果如表5所示。

由表5可知：浮選入料灰分除土城選煤廠為23.41%外，其余均在16.95%以下，精煤質(zhì)量均符合各選煤廠要求；尾煤灰分高低不同，低者為38.29%，高者為63.16%，精選完善指標(biāo)在49.31%～73.10%之間。

表5 部分精選作業(yè)的分選指標(biāo)和工藝效果Table 5 Separation index and process performance in partial coal cleaning process

3.3.3 精選完善指標(biāo)與浮選精煤相對降灰率

由于精選作業(yè)入料灰分高低不同，因此采用浮選精煤相對降灰率F來衡量精煤降灰幅度，其計(jì)算式為：

根據(jù)表2、表4、表5中11個(gè)精選作業(yè)指標(biāo)繪制精選完善指標(biāo)ηcf與浮選精煤相對降灰率F的散布圖(圖4)。通過散布圖可以直觀看出，隨著F值的增大，ηcf值也增大。由數(shù)理統(tǒng)計(jì)計(jì)算分析可得出，在11個(gè)指標(biāo)中，F(xiàn)和ηcf呈正相關(guān)關(guān)系，其可靠性為99.99%，對應(yīng)的回歸方程為ηcf=0.74F+34.16。該回歸方程表明：浮選精煤相對降灰率每增加1個(gè)百分點(diǎn)，精選完善指標(biāo)就相應(yīng)增加0.74個(gè)百分點(diǎn)。

圖4 精選完善指標(biāo)與浮選精煤相對降灰率的散布圖Fig.4 Scatter diagram of coal cleaning perfect index and relative ash removal of flotation concentrate

浮游選煤精選作業(yè)的首要任務(wù)是保證精煤質(zhì)量，在這個(gè)前提下盡可能地提高浮選精煤產(chǎn)率。從11個(gè)精選作業(yè)工藝效果評(píng)定指標(biāo)來看，提高精煤相對降灰率是增加精選完善指標(biāo)的主要措施。

4 結(jié)語

近年來，為了提高浮選精煤質(zhì)量，增加企業(yè)和社會(huì)效益，許多選煤廠都設(shè)置了浮游選煤精選作業(yè)環(huán)節(jié)，這已成為我國選煤領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)趨勢。1988年實(shí)施的MT/T 180—1988《選煤廠浮選工藝效果評(píng)定方法》，是針對當(dāng)初盛行的浮選粗選作業(yè)而制定的，因此精選作業(yè)工藝效果如何正確評(píng)定成為當(dāng)前急需解決的問題。

針對精選作業(yè)入料的性質(zhì)，探討性地提出了評(píng)定方法。在漢考克分離總效率概念的基礎(chǔ)上，將浮選精煤可燃體回收率和浮選精煤非可燃體脫除率作為評(píng)定浮游選煤精選作業(yè)工藝效果的兩個(gè)輔助評(píng)定指標(biāo)，將二者的幾何平均值—精選完善指標(biāo)作為主要評(píng)定指標(biāo)。在任何選煤廠，只要化驗(yàn)出入料、精煤、尾煤的灰分，便可簡便地計(jì)算出精選作業(yè)的工藝效果，而不必借助于實(shí)驗(yàn)室浮選試驗(yàn)。借用上述三項(xiàng)指標(biāo)，對11個(gè)精選作業(yè)的工藝效果進(jìn)行評(píng)定，其結(jié)果符合工藝變動(dòng)規(guī)律。數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析說明，浮選精煤相對降灰率與精選完善指標(biāo)之間存在良好的正相關(guān)關(guān)系，這表明降低精煤灰分是提高精選完善指標(biāo)的第一要?jiǎng)?wù)。

對于浮游選煤精選作業(yè)的工藝效果評(píng)定方法，仍需要深入地進(jìn)行大量探索，筆者僅是進(jìn)行學(xué)術(shù)性的初步探討，以期引起選煤界同仁的關(guān)注，起到拋磚引玉的作用。

參考資料：

[1] 吳大為，閆銳敏.浮游選煤技術(shù)(修訂版)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2014.

[2] MT/T 180—1988選煤廠浮選工藝效果評(píng)定方法[S].

[3] MT/T 144—1997選煤實(shí)驗(yàn)室分步釋放浮選試驗(yàn)方法[S].

Discussion about process performance evaluation on coal cleaning by flotation

GUO Ya-li1, WANG Hai-yan2, WU Chao-dang2, LI Mei2, XUE Yu1, WU Da-wei2

(1.Tangshan Guohua Technology Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063020, China; 2.Beijing Guohua Technology Group Ltd., Beijing 101300, China)

Method of process performance evaluation on coal cleaning by flotation is discussed, proposed main evaluation index using cleaning perfect index and auxiliary ones using recovery of combustibles and removal of non-combustibles in flotation concentrate.Based on mathematical statistic analysis, better positive correlation between cleaning perfect index and relative ash removal of flotation concentrate occurs under a certain condition.

coal cleaning; process performance; cleaning perfect index; recovery of combustibles; removal of non-combustibles

1001-3571(2015)03-0063-05

TD943

A

2015-06-12

10.16447/j.cnki.cpt.2015.03.018

郭雅利(1982—)，女，山西省應(yīng)縣人，工程師，主要從事選煤廠設(shè)計(jì)工作。

E-mail：gyl@ghkj.cn Tel：0315-5913401