吉郎德露天矿超低灰“硅煤”分选工艺研究

陈警卫

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)

吉郎德露天煤矿位于新疆哈密市巴里坤县大红柳峡乡，建设规模为3.0Mt/a，2017年12月配套建成地面生产系统，其主要包括原煤仓、一级筛分车间、二级筛分车间、块煤储煤场、末煤储煤场及相关栈桥，可实现原煤的破碎、筛分，生产80～40mm大块煤、40～25mm中块煤、25～15mm小块煤、-15mm末煤，建设初期由于升坑原煤灰分已达到超低灰(4%左右)，因此，未配套洗选系统[1，2]。

2018年在乌鲁木齐进行煤炭市场调研时，发现新疆单晶硅生产企业将灰分小于2%、粒度为15～5mm超低灰动力煤用作还原剂，且需求量较大，其市场价格高出动力煤1倍多。吉郎德煤矿原煤灰分在4%左右，具备生产灰分小于2%特低灰煤的优势，市场前景较好，随即启动研究吉郎德15～5mm特低灰动力煤分选工艺的工作。

1 煤质特征及可选性

1.1 煤质特征

吉郎德露天煤矿井田面积14.89hm2，露天可采储量1.48亿t，设计规模3.00Mt/a，可采煤层8层，平均可采煤层总厚39.21m，原煤主要为41号长焰煤，水分(Mad)为3.17%，灰分(Ad)为3%～4%，硫分(St，d)为0.36%，发热量(Qnet，ad)为28.16～32.32MJ/kg，挥发分41.02%，焦油产率9.97%，灰融性(ST)1250℃。煤质具有特低灰、特低硫、特低磷、高～特高热值、富油煤、中等结渣性、高热稳定性、化学活性强、半焦产率高等特点，是优良的动力用煤，可作为煤化工用煤和炼油用煤[1，2]。

1.2 原煤筛分特性

原煤自然级筛分试验见表1。由表1可知：①原煤中+50mm级含量较大，占全样的57.33%；②+13mm块煤含量大，占全样的82.13%，且灰分低；③-0.5mm原生煤泥含量为2.38%，灰分6.53%，高于原煤灰分，说明矸石易碎。

1.3 15～5mm原煤浮沉资料分析

15～5mm浮沉资料见表2，由表2可知：①主导密度级为-1.30kg/L，占本级的65.50%，灰分为1.02%；次主导密度级为1.30～1.40kg/L，占本级的29.81%，灰分为1.33%，说明可以选出大量超低灰精煤；②15～5mm入洗煤中1.40～1.80kg/L密度级含量占本级的0.06%，含量非常少，说明原煤的可选性非常好。15～5mm入洗煤可选性曲线如图1所示。

表1 原煤自然级筛分试验

表2 15～5mm粒级浮沉试验综合

图1 15～5mm粒级入洗原煤可选性曲线

由图1可知：①原煤中基元灰分曲线(λ)急剧下降后，趋向平缓，表明煤中低灰分与高灰分煤能较好的分离；②当分选密度为1.40～1.70g/cm3时，可选性为易选，当分选密度为1.80g/cm3时，可选性为中等可选，当分选密度为1.90g/cm3时，可选性为难选，当分选密度为2.0g/cm3时，可选性为极难选。

2 选煤方法论证

2.1 选煤方法

结合吉郎德原煤特性及用户对产品要求，当要求精煤灰分≤2%时，为了获得最大经济效益，必须采用分选密度大于2.0g/cm3的高密度分选。为此，设计对15～5mm原煤的分选工艺选择能够到达分选密度大于2.0g/cm3的无压三产品重介旋流器分选、跳汰选、风选三种选煤方法进行比选[3-6]。

2.1.1 产品数质量对比

三产品重介旋流器、跳汰、风选三种分选工艺产品平衡对比见表3(平衡表包括筛分和分选)，由表3数据可知，采用重介旋流器工艺时洗精煤产率36.00%最高，跳汰工艺精煤产率35.84%次之，风选工艺精煤产率30.84%最低[7-10]。

表3 三种分选工艺产品平衡表对比 %

2.1.2 投资对比

三种分选工艺系统投资对比见表4。通过表4可知，采用重介工艺时投资3253.52万元最高，跳汰工艺3171.95万元次之，风选工艺系统投资946.92万元最低[7-9]。

表4 分选工艺系统投资对比 万元

2.1.3 经济效益对比

三种分选工艺经济效益对比见表5。重介工艺每年可增加收入7326.6万元，跳汰工艺每年可增加收入7680.9万元，风选工艺分选时每年可增加收入5603.8万元[4，5]。通过对三产品重介旋流器、跳汰、风选三种选煤方法从产品数质量、投资及经济效益进行对比分析可知，跳汰分选完全可以满足用户对产品质量的要求，且该工艺系统投资相对较低，精煤产率相对较高，通过设计模拟计算，初步认为5～15mm分选采用跳汰分选工艺比较合适。为了使选择的工艺更加可靠，进行了进一步的调研和试验。

表5 三种分选工艺经济效益对比

2.2 产品调研及风选试验

为了验证推荐跳汰分选选煤工艺的合理性，设计对巴里坤县哈密宏鑫佳源能源有限公司选煤厂和新疆东方希望有色金属有限公司了进行实地调研，同时对15～5mm进行干法分选试验。

1)宏鑫佳源能源有限公司选煤厂对吉朗德露天矿筛选的15～5mm洗选加工，采用跳汰分选工艺；产品煤(硅煤)在露天堆场晾晒“沥水”，不采用离心机脱水，避免产生过多的限下物影响合格硅煤质量。

2)硅煤用户调研结果表明：①产品灰分2%以内；②产品粒度5～15mm(用户称为籽煤)，小于5mm的限下率不超过8%，大于15mm的超限率不超过10%；③精煤产品中铁元素含量小于0.15%，越低越好；④吉郎德煤粉含铁量比籽煤含铁量高，颗粒越大含铁量越低，如果不采用水洗方法，籽煤表面粘的煤粉含铁量将影响硅煤品质，而且煤质波动不可控，这些因素都将影响单晶硅品质；⑤吉郎德周边硅煤产品的年需求量约为100万t。

3)风选试验表明：要想使得风选的精煤产品灰分小于1.8%，须采用两段分选，且风选不能完全将籽煤表面粘的煤粉除掉，影响产品质量。

综上，吉朗德选煤厂采用跳汰选煤工艺，主要因素为：①跳汰可以实现密度大于2.0g/cm3高密度分选，且精煤灰分能保证≤1.8%；②重介旋流器分选，脱介效率会影响硅煤的铁含量，不能保证分选密度>2.0g/cm3、产品煤铁含量低于0.15%；③风选产品煤表面粘附煤粉，不能保证煤铁含量低于0.15%。基于上述因素，最终确定选用跳汰分选工艺。

2.3 工艺流程

2.3.1 洗选规模的确定

根据对吉郎德矿煤质分析可知，该矿产品煤作为硅煤销售至高端用户，用户的要求灰分Ad≤1.80%，粒度为15～5mm，煤质稳定，因此将入洗粒级定为15～5mm，满足用户需求。

结合现有筛分系统的生产实际，原煤中15～5mm产率为13%，按照3.00Mt/a的规模，15～5mm粒级为每年39万t，与1.20Mt/a的洗选系统不匹配，此时应将二级筛分车间25～15mm粒级破碎至-15mm，15～5mm粒级数量每年可增加50万t，当5mm筛分效率为90% 时，每年有11.51万t -5mm粒级末煤进入分选系统，此时洗选系统入洗量为每年101万t，结合市场用量调查，最终确定洗选系统规模为1.20Mt/a。当原煤粒度组成发生变化，为保证入洗量，设计留出将一级筛分车间原煤分级筛25mm筛板去掉，将40～15mm粒级产品破碎至15mm以下进行筛分，保证15～5mm粒级的入洗量。

2.3.2 工艺流程

根据推荐的跳汰选煤方法，露天矿一破的破碎粒度为80mm，分出80～40mm块煤销售，40mm以下二次破碎到15mm以下，进行5mm深度筛分，15～5mm原煤采用跳汰分选，0.5～0.25mm粗煤泥采用“分级旋流器+直线振动筛”回收，-0.25mm细煤泥采用压滤机回收。工艺系统如图2所示。

图2 原则工艺流程

3 设备选型及工艺布置

3.1 主要设备选型

主要设备选型表见表6。

3.2 工艺布置

跳汰机前设置5mm原煤脱粉筛，既能保持跳汰机入料稳定，又能脱除入料中-5mm部分，控制硅煤产品限下率。5mm原煤脱粉筛筛下物料通过转载进入粉煤储存场，筛上15～5mm物料进入跳汰分选机，洗选精煤进入双层直线脱水分级筛，筛孔为1mm和5mm，筛下水进入煤泥水桶，15～5mm硅煤产品运至硅煤储煤场储存。5～1mm精煤进入精煤离心机进一步脱水进入粉煤储煤场。跳汰机重产物经斗式提升机提升，经过直线振动筛脱水后作为混煤产品[11-15]。

精煤脱水筛筛下水以及离心机离心液进入煤泥桶中，通过煤泥水泵打入分级旋流器。分级后底流通过直线振动筛脱水作为混煤。旋流器溢流进入深锥浓缩机，浓缩机溢流返回循环水系统复用，浓缩机底流压滤回收。

表6 主要设备选型表

3.3 工艺布置特点

吉郎德选煤厂本次增加15～5mm洗选工艺布置主要有以下特点：

1)当原煤煤质情况变化时，预留了25～15mm或40～15mm破碎至-15mm的可能性，增加系统灵活性，保证硅煤的正常生产产量。

2)15～5mm原煤进入跳汰机分选前，首先经5mm原煤脱粉筛筛分，既保持跳汰机入料稳定，又控制硅煤产品限下率。

3)精煤脱水筛选用双层直线脱水分级，上层筛孔为5mm再次严格控制硅煤产品限下率。

4)5～15mm精煤脱水仅采用直线筛，未采用离心机，避免精煤产品二次破碎。

4 结 语

吉郎德选煤厂于2020年10月投产，生产期间各系统平稳运行，选煤厂达到了设计生产能力，2021年选煤厂入选15～5mm原煤120万t，洗选精煤105万t，精煤灰分Ad<2%，小于5mm 的限下率<5%，大于15mm的超限率<10%；产品中铁元素含量小于0.15%，精煤产品质量满足用户需求。吉郎德选煤厂设计充分发挥了本煤矿原煤特低灰优势，为国内单晶硅制造行业提供优质还原剂(特低灰动力煤)，提高了企业的经济效益，降低了单晶硅的生产成本。