低灰煤制备的原料选择及分选工艺

Raw Coal Selection and Preparation Processing for Low Ash Coal

　　Low ash coal is a precondition to develop a new area of coal utilization. Low ash coal with an ash content lower than 2% can be separated from some suitable coal with its purifica-tion ability and by a high efficient cyclonic microfoam columned pneumatic floatation machine. This paper discussed the raw coal selection method for a low ash coal preparation and the separa-tion technology of a low ash coal with the columned pneumatic floatation machine.

1　制备低灰煤原料的选择

　　用于制备低灰煤的原料煤，必须是内在灰分低、质脆易磨、矿物质易于单体解离、可选性好的优质煤炭。我国煤炭资源丰富，但可用作低灰煤制备的原料煤却有限。在选择原料煤时，可利用显微镜观察分析，了解煤炭的煤岩学特性，判断其制备低灰煤的可能性。
　　显微煤岩组分定量是确定煤中镜质组、惰性组、壳质组等有机显微组分和各种矿物质的含量。煤的可浮性随变质程度的变高而增加，中等变质程度煤的可浮性最好，无烟煤的可浮性又有所降低。波兰学者的研究表明，煤中不同显微组分的可浮性不同，并随煤阶变化。低煤阶煤显微组分的可浮性次序为：惰性组＞镜质组＞壳质组，中等及高煤阶显微组分的可浮性次序为：镜质组＞惰性组＞壳质组。在显微组分中，镜质组与壳质组所含的矿物质都较少，而惰性组（主要是丝质体）所含的矿物质一般较多，且矿物质总是充填于细胞腔内，很难从煤中单体解离，因此在选择制备低灰煤的煤种时，要尽量选择丝质体含量少且其可浮性差的中等及高变质程度的煤。在我国，惰性组含量少的中等及高变质程度的煤中，镜质组是最主要的显微组分，一般都占有机显微组分的90%以上，且可浮性也最好，因此，镜质组与矿物质的解离情况对低灰煤的制备有重要的意义。
　　煤与矿物质组合类型确定，可以判断进一步破碎是否有利于煤与矿物质的单体解离。如果与煤共生的矿物质是有规律地分布在所有颗粒中，那么，经破碎后再洗选是不可能降低精煤灰分的；但是，在不规律分布的情况下，则可期望得到进一步的改善。
　　与煤共生矿物的粒度分布分析，可指导破碎、磨矿的深度，使磨矿适度，即可保证矿物充分解离又可避免无谓的能量消耗。通过浮沉试验也可了解某一破碎粒度下的矿物质单体解离情况，但用显微镜观测可直接预测合理的破碎或磨矿粒度，无须对不同破碎粒度进行分析，因此工作量大大减少。
　　矿物质含量分布的分析，是通过统计磨矿后的入选煤中各粒级颗粒的矿物质体积含量分布情况，来确定制备低灰煤的可能性。入选煤颗粒根据煤和矿物质的结合程度可分为纯煤颗粒、结合体、纯矿物质颗粒。结合体中矿物质的体积含量可分为1%～5%，5%～10%，10%～20%，20%～60%，＞60% 5个级别（含量在1%以下可归入纯煤颗粒）。矿物质体积含量介于1%～10%的颗粒为分选易混粒。制备低灰煤，要求入选煤中纯煤颗粒多，分选易混粒少。

2　制备低灰煤的工艺流程

　　浮选柱制备低灰煤，一般浮选入料的粒度应达到100～50 μm以下，使煤中的矿物质尽可能充分解离。但根据原料煤中矿物质的含量及其与煤的结合状况不同，制备低灰煤的工艺流程大致可分两种，如图1。

图1　制备低灰煤的工艺流程

　　对于一些煤中矿物质含量较少，破碎磨矿后易于单体解离的重选精煤，可采用流程图1a。细磨后的重选精煤直接进入浮选柱分选，制得低灰煤，并排出部分低灰中煤。对于矿物质含量相对较高的重选精煤或原煤，先破碎至-3 mm，解离出大部分单体矿物，经摇床或螺旋分选后排除，精煤磨矿后再经浮选柱浮选，得到低灰煤和低灰中煤，如流程图1b所示。

3　旋流微泡浮选柱

　　旋流微泡浮选柱是中国矿业大学能源利用与化学工程系开发研制的新型高效浮选柱。它采用以射流原理为基础的外置式气泡发生器，不易堵塞，充气量大，气泡小，而且活性微泡比例高。旋流微泡浮选柱将浮选柱与旋流器有效地结合，有利于提高分选效率。
　　旋流微泡浮选柱净化能力强，分选效率高，对于细粒煤的分选，比常规浮选机有着显著的优越性，它能适应细粒煤浮选的各种要求，其特点分析如下。
　　（1）颗粒与气泡逆向运动，碰撞和粘附的几率大。在常规浮选槽中，叶轮将气泡和矿粒高速甩出，矿粒与气泡运动方向相同，靠紊流产生二者的速度差，细粒与气泡碰撞的能量较小，接触效率低。而浮选柱中，细粒与气泡逆向碰撞，虽然两者的运动绝对速度小，但相对速度大，因此碰撞和粘附的几率增大。
　　（2）喷射式气泡发生器产生大量细小泡沫，并且活性微泡比例高，特别有利于细粒物料的分选。喷射式气泡发生器利用射流形成负压吸入空气，被射流切割混合进入喉管，在喉管内进一步混合粉碎形成细小泡沫，部分空气溶于矿浆中。形成的细小气泡在浮选柱内上升速度小，与细粒碰撞时，细粒因紊流随流线偏离气泡的几率相对于大气泡要小得多，从而提高了气泡与细粒的粘附几率。溶于矿浆的空气在压力释放后，以活性微泡方式在疏水矿粒表面优先析出，大大活化了细粒煤的浮选。
　　（3）精矿泡沫层厚，有利于“二次富集”，使精矿品位提高。
　　（4）浮选柱与旋流器结合，有利于提高精矿回收率。旋流微泡浮选柱的下部为水力旋流器，它对上部浮选柱的中矿和旋流器自身的中矿进行扫选，利用旋流力场按密度分选，气泡与疏水颗粒作用后减小了整体密度，从而扩大了与亲水性颗粒的密度差，弥补了细小颗粒因质量小，离心力差别小的不足。旋流器的扫选提高了精矿回收率与分选效率。
　　（5）冲洗水冲洗泡沫层，减少泡沫间夹杂，有利于精矿品位的提高。

4　浮选柱分选试验

4.1　煤样的选择
　　对中梁山、交口、新密、太西等煤样的显微镜观察分析表明，太西煤比较适合于制备低灰煤。太西煤为无烟煤，煤中镜质组含量高。太西跳汰精煤13～0.5 mm级破碎到0.5 mm以下的矿物质含量分布情况如表1，显微镜观察还表明，煤与矿物质的解离较好，纯煤颗粒多，结合体颗粒中矿物质不规律分布，进一步破碎还可提高煤与矿物质的解离，大量减少矿物质体积含量为1%～10%的易混粒。

表1　太西煤(-0.5 mm)矿物质含量分布的统计结果