16 煤炭分选年评

编写单位: 中国矿业大学 主编: 谢广元

参加编写人员: 沙杰、宋树磊、桂夏辉、王大鹏、夏文成

第16章煤矿选矿年评

16.1煤炭资源简况 16.1.1 煤炭资源分布

根据国土资源部统计数据显示2011年、2012年、2013年我国煤炭勘查新增查明资源储量分别为749亿t、616亿t和673亿t，截至2013年底，我国查明煤炭资源储量1.48万亿t[1]。人均可采储量约为114.4亿t，仅为美国、俄罗斯、德国等国的1/4~1/6。世界上原煤资源依然很丰富，2013年原煤可采储量达8915.31亿t，储采比可达113年[2]。虽然中国是煤生产量和消费量最多的国家，但原煤可采储量为1145.0亿t，居世界第三位，储采比仅为31年，远低于美国和俄罗斯。表16.1是2013年世界前十位原煤可采储量最多的国家的可采储量。

表16.1 2013年世界前十位原煤可采储量最多的国家

名称 1 2 3 4 5 6 7 8 9 国家名称 美国 俄罗斯 中国 澳大利亚 印度 德国 哈萨克斯坦 乌克兰 南非 可采储量/亿t 2372.95 1570.1 1145 764 606 405.48 336 338.73 301.56 280.17 8915.31 占世界总量的% 26.5 17.6 12.8 8.6 6.8 4.5 3.8 3.8 3.4 3.1 100 储采比/年 266 452 31 160 100 213 293 384 117 67 113 印度尼西亚 10 世界原煤总可采储量 含煤盆地有明显的区域分布不均衡性[3]，表现为以秦岭-大别造山带为界，“北多南少”、不均一性的分布格局。煤炭资源丰富且分布相对集中的大规模含煤盆地主要包括东北赋煤区的海拉尔-二连盆地、松辽盆地，西北赋煤区天山南北的塔里木盆地、准噶尔盆地，华北赋煤区的鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、南华北盆

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地以及华南赋煤区的四川盆地等。从地理分布来看，我国含煤盆地和煤炭资源总体受东西向展布的天山-阴山构造带、昆仑-秦岭-大别山构造带和南北向展布的大兴安岭-太行山-雪峰山构造带、贺兰山-六盘山-龙门山构造带控制，具有“两横”和“两纵”相区隔的“井”字形分布特征如图16.1所示。

图16.1“两横两纵”构造带分布示意图

基于全国30个省区（不包括香港、澳门、台湾，上海未发现煤炭资源）最新煤炭地质评价报告给出的数据，按照煤炭资源“井”字形区划格局，我国煤炭资源分布情况见表16.2和表16.3。

东部、中部和西部的煤炭资源量分别占我国煤炭资源总量的7.9%、55.6%和36.5%，最大的煤炭资源富集区域为晋陕蒙（西）宁区（占全国资源总量的41.4%）和北疆区（30.8%），主要的资源富集省份依次为新疆、内蒙古、山西、陕西、贵州等地。

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表16.2 “井”字形区划格局下我国煤炭资源分布情况（亿t） 累计探获 “井”字形区划 地区 资源量 辽宁 吉林 东北区 黑龙江 小计 皖北 苏北 北京 天津 黄淮海区 河北 山东 河南 小计 皖南 苏南 浙江 东南区 福建 江西 湖北

14.51 24.73 11.96 11.05 19.70 8.22 9.01 1.87 3.35 2.04 17.84 4.88 0.20 14.58 1.86 0.01 1.32 1.12 0.66 1.63 1.21 1.17 0.31 0.69 25.73 46.83 15.87 36.78 66.53 24.09 374.22 333.67 666.81 1820.54 2.59 3.15 0.49 345.65 227.96 617.78 1604.76 1.54 2.72 0.29 116.61 57.10 114.36 513.88 1.43 0.96 0.00 229.04 170.86 503.42 1090.88 0.11 1.76 0.29 8.51 38.83 55.00 165.93 0.00 0.26 0.00 9.38 6.89 74.37 113.79 0.00 0.74 0.06 133.62 125.14 118.28 444.80 0.00 0.77 0.23 77.53 0.00 255.77 366.35 0.11 0.00 0.00 467.72 145.84 710.74 2045.52 16.07 14.93 0.12 813.37 373.8 1328.52 3650.28 17.61 17.65 0.41 235.57 369.58 371.48 43.28 27.25 3.83 218.31 325.08 352.23 33.30 24.00 3.83 87.94 153.68 189.17 22.91 13.73 0.00 130.37 171.40 163.06 10.39 10.27 3.83 27.46 35.25 57.46 0.00 3.16 2.97 20.11 40.10 16.06 6.23 0.01 0.85 62.04 73.49 59.44 4.17 4.15 0.00 20.76 22.56 30.10 0.00 2.95 0.00 201.75 324.53 430.12 38.59 81.75 170.76 420.06 649.61 782.35 71.89 105.75 174.59 104.89 29.12 资源量 84.56 22.21 资源量 48.55 17.18 合计 36.00 5.03 精查 6.60 1.19 详查 18.88 1.11 普查 10.16 1.29 预查 0.36 1.44 预测资源量 53.28 69.50 137.84 91.71 保有 已利用 尚未利用资源量 2000m以浅 总计 3

湖南 广东 广西 海南 小计 蒙东 蒙东区 小计 山西 陕北 晋陕蒙（西）宁蒙西 区 宁夏 小计 重庆 川东 贵州 西南区 滇东 陕南 小计 北疆 北疆区 小计 南疆、甘青区 南疆 2111.17 200.57 2097.85 197.47 642.81 40.45 1455.04 157.01 279.38 52.01 174.41 4.40 1001.25 100.61 0.00 0.00 15857.84 824.01 17955.69 1021.48 294.88 1.22 1173.36 2111.17 282.67 0.96 1116.48 2097.85 47.33 1.05 174.89 642.81 235.34 0.17 941.85 1455.04 87.43 0.00 324.39 279.38 92.66 0.00 211.80 174.41 52.13 0.17 162.25 1001.25 3.13 0.00 243.42 0.00 435.70 0.00 2697.32 15857.84 718.37 0.96 3813.8 17955.69 383.89 10869.33 43.91 125.74 707.61 376.92 10619.95 40.04 109.38 683.43 143.89 2219.34 23.69 28.66 74.17 233.03 8420.90 16.36 80.72 609.26 96.50 1127.72 1.16 16.76 219.04 70.41 1144.75 2.89 24.78 91.47 42.62 2364.63 7.71 11.67 90.58 23.50 3783.81 4.60 27.52 208.17 1471.01 13528.15 137.53 243.15 1880.94 1847.93 24148.1 177.57 352.53 2564.37 5795.18 5760.72 320.01 5440.71 642.33 428.14 1368.34 3001.91 6064.68 11825.4 3167.51 2875.82 1814.43 3146.47 2688.16 1794.15 220.83 1401.92 353.52 2925.64 1286.24 1460.92 537.88 136.70 252.20 1210.11 409.65 236.55 870.93 560.54 393.13 306.72 179.36 579.04 1272.11 3733.19 2259.27 4418.58 6421.35 4053.42 40.84 8.27 24.26 1.67 132.46 3167.51 31.98 4.85 21.27 1.66 103.29 3146.47 10.79 4.00 9.43 0.00 40.84 220.83 21.19 0.85 11.83 1.66 62.45 2925.64 7.93 0.50 7.55 1.66 34.54 537.88 6.05 0.04 2.81 0.00 12.15 1210.11 6.73 0.26 1.14 0.00 12.62 870.93 0.48 0.05 0.34 0.00 3.16 306.72 62.04 11.14 20.99 1.07 214.77 1272.11 94.02 15.99 42.26 2.73 318.06 4418.58

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甘肃 青海 小计 滇西 川西 西藏区 西藏 小计 全国 总计 2.65 26.35 20108.72 2.53 21.94 19455.34 0.00 5.03 4060.37 2.53 16.91 15415.52 0.00 2.72 2593.58 0.00 5.21 2971.93 0.00 4.94 5111.64 2.53 4.05 4738.39 9.24 39.34 38804.86 11.77 61.28 58260.2 167.45 70.42 438.44 6.65 17.05 158.66 63.40 419.53 6.08 13.33 31.84 16.78 89.07 0.87 4.16 126.82 46.62 330.45 5.22 9.16 15.22 18.54 85.77 2.57 0.15 30.78 24.43 59.61 0.97 4.24 74.73 1.39 176.73 1.59 3.35 6.08 2.25 8.33 0.09 1.43 1656.81 344.47 2825.9 14.04 16.06 1815.47 407.87 3244.82 20.12 29.39 注：按照“井”字形的区划格局，我国多个省份跨越了不同区划，如江苏、安徽、内蒙古、四川、云南、新疆等地。本研究根据区域煤田地质特征和资源分布特点将跨区煤炭资源量归类到不同“井”字形区划中去，如要换算成各省份资源量，在此基础上直接归并计算即可。

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表16.3 我国东部、中部和西部的煤炭资源情况

东部

资源量

资源量 （亿t）

累计探获 2322.58 保有 已利用

2033.13 708.40

占全国的比重

11.6% 10.5% 17.4% 8.6% 9.1% 5.6% 10.4% 8.3% 7.9%

资源量 （亿t） 15210.20 14882.90 2615.06 12288.38 1990.00 2566.66 3397.81 4333.94 32380.48

中部

占全国的比重

75.6% 76.5% 64.4% 79.7% 76.7% 86.4% 66.5% 91.5% 55.6%

资源量 （亿t） 2575.95 2539.32 736.91 1802.41 367.87 239.23 1182.92 12.39 21261.79

西部

占全国的比重

12.8% 13.1% 18.1% 11.7% 14.2% 8.0% 23.1% 0.3% 36.5%

尚未利用 1324.73 精查 详查 普查 预查

235.72 166.04 530.91 392.07

资源总量 4617.95

16.1.2 煤炭资源的生产和消费

16.1.2.1 煤炭产量

2006到2011年是中国煤炭行业的黄金时代，每年平均能有6.1%的增速。而到2012年风云突变，产能过剩、消化不力的问题开始凸显，2012到2014年的平均增速仅为不到1%，而同期GDP增速由10.6%放缓到7.8%。2014年中国GDP增速仍达7.4%的情况下，煤炭消费量出现负增长预示着中国经济增长与煤炭消费增长的进一步脱钩。

2014年国民经济和社会发展统计公报[4]，2014年全国原煤产量和消费量同比分别降2.5%、2.9%。据统计公报，2014年全国原煤产量38.7亿t，同比下降2.5%。而2013年的统计公报显示，2013年全国原煤产量36.8亿t。对此，国家统计局的解释是，根据第三次全国经济普查结果对相关数据进行了修订。根据此次统计公报的数据推算，修订后的2013年全国原煤产量应为39.69亿t。

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16.1.2.2 煤炭消费量

图16.2 2006-2014年我国煤炭产量和消费量走势

根据国土资源部统计数据，从2006年到2013年，我国煤炭的产量和消费量逐年递增，2013年到2014年煤炭产量和消费量出现下降的趋势。据初步核算，2014年全国能源消费总量42.6亿t标准煤，同比增2.2%。其中，煤炭消费量同比降2.9%。

16.1.2.3 煤炭进出口情况

近年来煤炭进口量不断增加，我国已成为最大煤炭进口国。2009年中国煤炭自足的状况被打破，当年净进口煤炭1.04亿t。2010年净进口煤炭1.47亿t。2011年煤炭净进口量上升至1.68亿t，净进口规模同比增长14.1%，超过日本成为全球最大煤炭进口国。

16.1.2.4 煤炭产品价格及趋势

中国煤炭工业协会2014年底公布的煤炭经济运行形势报告显示，2014年前11个月，煤炭企业利润同比下降44.4%，亏损企业亏损额同比增长61.6%，企业亏损面达到70%。煤炭行业进入微利时代，总体看煤炭市场供大于求的形势短期内难以改变，煤炭市场价格或维持低迷态势。

图16.3 2010年以来秦皇岛港及包头动力煤每卡价格走势

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从图16.3可以看出，2012 年下半年以来，煤炭市场深度调整，卖方市场变成买方市场，煤价大幅下跌。

16.2煤矿选矿理论及基础研究进展 16.2.1 筛分理论及基础研究进展

筛分作业作为选煤过程的重要环节，主要分为准备筛分、检查筛分、最终筛分、脱水脱泥脱介筛分等。目前较为成熟的筛分原理有概率筛分原理、等厚筛分原理、概率等厚筛分原理、驰张筛分原理、弹性筛分原理、强化筛分原理等。随着采煤机械化水平的提高，原煤中细粒的含量越来越多，潮湿细粒煤的筛分理论成为研究热点。

焦红光等人[5]认为潮湿细粒煤中的外在水分是导致其筛分效果恶化的主要因素。含有表面水分的颗粒在相互接触时液面会自发地合并而形成液体桥而促使颗粒团聚和在筛面上粘附。刘初升和赵跃民[6]建立了弛张筛筛面的非线性动力学方程，利用Holms 弹跳球模型来模拟单颗粒在筛面上的运动并找出数值结果，发现单颗粒物料在筛面上运动时，当筛面振动强度大于1.67 ，颗粒产生混沌运动。刘初升和陆金新[7]得出了筛面上颗粒运动是经周期分叉和概周期分叉通向混沌的演化过程，在筛分机正常的工作参数范围内，筛面上颗粒运动不存在周期运动、概周期运动，只存在混沌运动。赵啦啦[8]研究了球形及非球形颗粒的分层机理，在分层过程中，大颗粒间的平均力矩及平均动能均大于小颗粒，大颗粒较小颗粒活跃；非球形颗粒具有较高的动能而较球形颗粒活跃，在一定程度上弥补了颗粒形状对分层过程的影响。

16.2.2 干法选煤理论及基础研究进展

目前，在选煤领域普遍采用基于水的湿法分选方法，但湿法技术对干旱缺水地区、高寒地区煤炭及易泥化煤炭进行有效分选较为困难。我国2/3以上的煤炭资源分布在西部干旱缺水地区，迫切需要高效的干法选煤技术。

赵跃民等人[9]采用新一代干法重介质流化床分选机，以磁铁矿粉和煤粉为二元宽粒级加重质，以空气为流化气体，形成具有一定密度的流化床层，进入到分选机中的煤炭按密度进行分层，实现高效干法选煤，新一代分选机解决了布风板易堵塞的难题，具有流化床密度均匀稳定、加重质循环量小、整机可靠性高的特点。贺靖峰[10]采用“欧拉-欧拉”多相流模型对流化床内气固多相的复杂动力学行为进行数值计算，在充分考虑流化床三维空间分布、加重质密相分布规律与颗粒实际运动情况的基础上，对球形颗粒在流化床中运动时的受力进行了深入分

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析，建立了入料颗粒在空气重介质流化床中运动时的受力平衡方程和基本动力学公式。隋占峰[11]将振动能量引入到干法螺旋分选机中，并根据振动螺旋干法分选机结构组成和工作原理，建立了振动螺旋干法分选机的理论动力学模型。

16.2.3 浮游选煤理论及基础研究进展

浮选是煤泥分选的主要方法。在浮选过程中，疏水性矿粒粘附于气泡并随之到达泡沫层成为精煤，而亲水性颗粒则停留在矿浆中成为尾煤。但是，实际浮选过程中，会有大量亲水性、高灰物料被夹带至泡沫层中，形成对精煤的污染。程宏志等[12]通过引入振荡能量，在浮选分离区域引入振动波使矿浆的压力作交替变化，在压力所及区域的液体中产生撕裂力。当矿化气泡聚合体通过振荡区域时将被分散为单泡上浮，被夹带的亲水性矿粒失去依托，在振动惯性力作用下落入矿浆，从而减轻亲水性矿粒和细泥的夹带污染。

煤泥浮选消耗大量的油性捕收剂，节约浮选药剂成为煤炭浮选研究热点之一。徐政和及其研究团队[13, 14]提出了一种油泡浮选理论，将捕收剂覆盖在浮选气泡表面，形成油泡。在常规浮选中，烃类油捕收剂以液滴形式分散在矿浆中，作用在矿物颗粒上改变其疏水性，再与气泡黏附，完成气泡矿化。这个过程中，只有少数矿物颗粒可以直接与气泡黏附，大部分情况是：油类液滴排开水化膜在矿物表面铺展，疏水性改变后的矿物颗粒再排开水化膜与气泡黏附。油泡浮选中，气泡表面包裹一薄层的油膜，则在油膜与矿物颗粒吸附的同时，气泡也与矿物黏附在一起，减少了黏附功，大大缩短了诱导时间，促进矿物的浮选。陶有俊等[15]采用文丘里管产生纳米泡，并研究纳米泡提高细粒煤浮选效果的机理，纳米泡增加了气泡与煤粒的碰撞和附着的概率、减少了脱落概率，同时减少了捕收剂用量。

16.2.4 细粒煤脱水理论及基础研究进展

近年来，随着采煤机械化程度的提高，选煤过程中细粒煤<0.5mm粒级含量占到20%以上。动力煤水分过高会影响发热量，炼焦煤水分过高会消耗热量，降低炉温，延长炼焦时间，降低生产效率。

武乐鹏[16]通过向矿浆中添加电解质来促进细粒煤的脱水。电解质在矿浆中电离出正离子，与煤粒表面的负电中和，压缩双电层，降低煤粒表面的电动电位，使得其表面水化膜变薄。电解质使得细粒煤表面的疏水性增强，亲水性减弱，从而有利于细粒煤的脱水。万永周[17]采用热压脱水工艺对低品质褐煤进行提质。热压过程中煤水分离的基本过程包括：热力效应脱水、压实固结脱水和闪蒸脱水。褐煤在热力作用下，表面有机含氧官能团和有机结构发生分解，褐煤物理化学结构及组成发生改变，煤与水的作用力减弱，有利于实现煤与水的高效分离。周明

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远和关杰[18]研究了采用热压过滤干燥脱水工艺对浮选精煤进行脱水的机理，热压过滤形成的饱和滤饼将继续受到热压干燥过程的作用，伴随饱和蒸汽脱水面和过热蒸汽脱水面的形成与扩散，对滤饼进行深度脱水。

巩冠群等[19]建立了精煤压滤非均相分离压密过程模型，证实三维压滤压密过程可用过程参数压密比表征。周国莉[20]研究了不同能量作用形式下的褐煤脱水机理。热风干燥过程中的水分传递的推动力为湿度梯度和温度梯度，真空干燥过程中水分传递的推动力为湿度梯度、温度梯度和压力梯度共同组成，真空干燥褐煤和热风干燥过程中传热、传质方向相反，而微波干燥过程中方向一致。

16.2.5 煤泥水澄清及沉降理论及基础研究进展

煤泥水闭路循环是选煤厂实现清洁生产的重点。煤泥水难以沉降造成选煤厂不能够正常生产，同时造成对周围环境的污染，实现煤泥水中煤泥的高效沉降和合理利用尤为重要。煤泥中含有大量的煤粒、粘土矿物、金属离子等，这些物质对煤泥水的澄清作用具有重要的地位。

刘炯天等[21]采用扩展的DLVO 理论和试验证实：含高岭石的煤泥水中的煤颗粒之间最易凝聚形成沉淀，高岭石与煤颗粒之间也较易凝聚而沉淀，高岭石之间最难形成凝聚和沉淀，含高岭石的煤泥水中的颗粒沉降属于离散沉降；但含蒙脱石的煤泥水中，煤颗粒被夹杂或包裹在蒙脱石片层形成的网架结构中，其属于整体压缩沉降。

吕玉庭等[22]针对磁感应强度和磁化时间对煤泥水絮凝沉降速度、沉积物厚度和上清液浊度的影响进行研究表明，煤泥水絮凝沉降速度随磁感应强度的增大、磁化时间的延长而增加，底层沉积物厚度和浊度随磁感应强度的增大、磁化时间的延长而减小。董宪姝等[23]采用电化学预处理促进煤泥水中颗粒的沉降，通过添加电解质消除了煤粒表面电荷、压缩双电层，减小或消除颗粒间的斥力而促进凝聚，同时将煤表面强极性官能团转化为弱极性官能团，提高煤表面疏水性，使得煤泥易于沉降。

张志军等[24]提出了基于矿物颗粒实现自发凝聚的最低水质硬度这一临界硬度的概念，并建立了基于DLVO理论的临界硬度的数学模型，实现煤泥水的绿色高效澄清沉降。基于各种矿物颗粒聚沉的临界硬度，控制合理的水质硬度调整剂用量，合理调控水质硬度，实现煤泥水的澄清循环利用。刘炯天等提出“难沉降煤泥水的矿物——硬度法绿色澄清技术及高效循环利用”技术，并获得国家技术发明二等奖。该技术是基于水化学、溶液化学和胶体化学的基本原理，实现难沉降煤泥水的高效绿色澄清[25]。张明青等[26]通过研究发现，煤变质程度越高，颗粒之间静电排斥能越小，疏水吸引能越大，越易澄清。

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16.3 煤炭选矿工艺技术进展 16.3.1 破碎筛分与磨矿分级

破碎筛分与分级是选煤生产过程中的准备作业环节，目的是为后续的分选过程提供适宜粒度的入料。而磨矿作业在选煤厂应用很少。研究人员在理论及工程应用层面深入研究了破碎筛分和分级作业及其对选别作业的影响，以实现节能降耗，提高选煤的技术经济指标。

左蔚然等[27]介绍了电脉冲破碎技术应用于超纯煤制备的可行性。电脉冲破碎技术是将固体绝缘材料浸于液态电介质（通常是水），并外加高压电脉冲，使固体材料爆炸破裂的一种新型破碎技术。由于机械粉碎无法使煤中的黏土矿物充分解离，限制了超纯煤制备效率的提高，而由于介电常数的明显差异，在电脉冲破碎中有机质和黏土矿物界面上所产生的电场感应作用可使煤沿有机质和黏土矿物的界面拉裂解离，从而提高破碎效果。研究表明：电脉冲破碎相对机械粉碎具有有机质和矿物质解离程度高、低密度破碎产物灰分和黏土矿物含量低等有利于超纯煤制备的优势。

刘瑜等[28]基于分形统计强度理论对煤颗粒的冲击破碎概率进行研究，以Hertz接触假设为基础得到煤颗粒冲击破碎概率与最大接触压应力之间的函数关系，并结合碰撞动力学理论建立了冲击破碎概率的分形模型：

煤颗粒的冲击破碎概率与裂纹尺度分维D、破碎常数h和冲击速度v。有关，当D和h确定后，冲击破碎概率在对数坐标中与冲击速度呈线性关系，其斜率为4 D /5。对不同的煤颗粒进行冲击破碎试验，统计分析表明：分形模型可以对煤颗粒的冲击破碎概率进行很好的描述。通过试验确定分形模型的分形维数和破碎常数，可以得到不同冲击速度下煤颗粒的冲击破碎概率以及煤颗粒全部破碎需要的冲击速度，为冲击破碎效果评价以及冲击速度的确定提供了理论指导。

刘瑜等[29]为揭示煤和矸石颗粒冲击破碎概率差异的内在机理，以冲击破碎概率分形模型为基础，对3个矿区的矸石颗粒进行冲击破碎试验，并与相同矿区内煤颗粒的冲击破碎试验结果进行比较。研究结果表明：粒度在50~100 mm内的矸石颗粒冲击破碎概率与冲击速度在对数坐标中呈线性关系，符合其分形模型；对同一矿区，由于煤和矸石颗粒的来源和物理机械性质不同，矸石颗粒的分形维数和破碎常数均小于煤颗粒的分形维数和破碎常数；在相同冲击速度下，矸石颗粒的冲击破碎概率小于煤颗粒的冲击破碎概率，并且存在最优冲击速度使二者的冲击破碎概率差值最大。

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分级破碎是20世纪80年代世界范围内出现的一种新型的破碎技术，其核心特点是既保证了产品的粒度要求又避免了过粉碎。对于不同粒度组成的入料进行选择性破碎，符合粒度要求的物料直接通过，只对大于要求粒度的物料进行破碎，所得产品全部满足粒度要求，具有极低的过粉碎率。处理能力高。分级破碎机具有整机高度低、内力平衡、振动微弱等优点，可有效降低对厂房高度和厂房承载强度的要求，有利于工厂的更新改造和减少新建厂房的基建投资。分级破碎技术发展趋势是高可靠性、设备大型化、国际化。

潘永泰等[30]利用断裂动力学Griffith裂纹扩展理论分析了SSC系列大型分级破碎机的破碎辊转速(即加载速率)对破碎功耗和产品块度的影响，并对破碎辊转速的确定、破碎后块度的预测等进行了深入的理论分析，认为采用较低的加载速率，既有利于减小破碎过程中的能耗，又有利于降低破碎过程中的过粉碎，反映到破碎机参数设计上就是采用低线速度和大扭矩；SSC系列大型分级破碎机在工艺布置上采用开路破碎流程，可直接生产出合格粒度的产品。与闭路流程相比，极大地简化了工艺流程，节省了设备及基建投资。与老式齿辊破碎机相比，分级破碎机破碎效率提高了4.3个百分点，细粒增量减少25.15个百分点。整机结构简单，设计强度高，过载保护系统完善，实际使用过程中表现出极高的可靠性。破碎原煤一次性使用寿命可达12~18个月。SSC系列大型分级破碎机综合工艺性能与国外同类产品相当，完全可取代进口产品，从而结束我国选煤厂大型分级破碎设备完全依赖进口的状况，使我国的分级破碎技术达到国际水平。

张灏等[31]应用SSC800分级破碎机对国阳二矿选煤厂大块煤和矸石进行处理，很好地解决了原有破碎系统因粒度超限而影响生产的问题。与老式颚式破碎机相比，控制粒度严格，成块率和处理能力明显提高。

刘守印等[32]介绍了SSC800新齿型分级破碎机在兴隆庄煤矿选煤厂生产使用情况。半年多连续生产实践表明，该破碎机整机性能先进，块煤生产率高，块煤过粉碎低，齿辊磨损低，破碎耗能低，运行振动小，处理能力大，噪声低，粉尘小，自动化程度高。

张军等[33]介绍了SSC700 加长型分级破碎机的工作原理和技术参数，并结合伊泰集团大地煤矿煤炭破碎前和破碎后粒度组成的试验数据，阐述了该分级破碎机在大地煤矿原煤破碎中的应用效果。原煤中100mm的物料全部被破碎，因而避免了大块物料在胶带上下滑的危险，不仅消除了安全隐患，也减轻了胶带的磨损，提高了胶带的使用寿命；同时，该机还解决了700mm 左右大块煤炭给装卸车带来的不便，大大提高了装卸车的效率。

宋亮等[34]阐述了SSC1000分级破碎机的结构、工作原理及技术特点，介绍了其在王家塔选煤厂的应用情况。生产实践表明，SSC1000分级破碎机在处理

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150~500 mm大块原煤及矸石过程中具有处理能力大、成块率高、过粉碎率低等优点。

丁勇[35]阐述了双欣矿业选煤厂主要存在大块矸石易滚落，尖角大块矸石易损坏输送设备，大量大块原煤导致设备超负荷运行等问题。采用1台SSC1000分级破碎机用于控制原煤粒度，对SSCSSC1000分级破碎机的应用效果进行分析，结果表明：原煤中+300 mm块煤及矸石完全消除，原煤砸穿输送带和滚落现象得以控制，每年可增加产值200万元以上。

赵世永等[36]以神府低变质3-1烟煤为原料，根据镜煤和丝炭破碎特性的不同，通过破碎、筛分实验进行初步富集，并用等密度梯度离心法测定产品各密度级别产物的产率和解离程度。CM41型冲击粉碎分级系统与MQL06型气流粉碎分级系统相比，（1）冲击破碎产生的细粒级含量更高，煤岩组分解离更为充分；（2）粗粒级灰分更低，脱灰效果更好；（3）破碎后0.074-0.5 mm粒级产物中镜质组占优势，而<0.045 mm粒级产物中惰质组占优势；（4）粒度减小，镜质组与惰质组、惰质组与矿物质组解离越充分。

郑克洪等[37]通过对煤和矸石力学参数尺寸效应的研究，利用指数函数对各力学参数进行拟合，获得了各种岩石在不同粒径条件下的力学参数；借助玛洛金公式，对煤与矸石的冲击破碎速度进行计算，获得了煤和各种岩类矸石的冲击破碎速度范围，指出原煤之中不含类煤类岩石或类煤类岩石含量较少时可以进行煤和矸石的选择性破碎分选，并且煤和矸石的物理力学性质差别越大，选择性破碎分选的效果会越好。

中煤破碎可以将高灰的矿物质与精煤煤粒解离开。中煤再选是提高煤炭利用率，强化分选过程的有效途径之一。谢卫宁等[38]针对中煤在不同破碎方式作用下由于表面性质的变化，进而影响破碎产物浮选行为的现状，在物相组成分析基础上，分别采用鄂式破碎和湿法球磨方法将中煤破碎至-0.5mm，试验结果表明，湿法球磨破碎产品的解离效果较鄂式破碎产品好。X射线光电子能谱分析显示：伴生黄铁矿解离致使在鄂式破碎产物表面检测到FeS2、FeS；湿法球磨的氧化氛围导致煤粒表面的FeS2、FeS变为FeOOH。红外光谱分析表明：湿法球磨可增加煤粒表面疏水甲基基团含量，而亲水羟基基团的含量则降低；不同破碎产品解离程度及表面性质的差异导致其浮选效果不同，当浮选精煤产率为10%时，湿法球磨精煤灰分较鄂式破碎产物灰分降低2.14%。分级浮选结果表明：除粒级0.25-0.125 mm外，湿法球磨产物中0.5-0.25mm、0.125-0.074mm以及-0.074 mm的浮选效果均高于相应粒级的鄂式破碎产物。

訾涛等[39]通过对梁北选煤厂稀缺炼焦煤种洗选加工过程中产生的中煤副产品长期不合理利用为课题，进行中煤破碎再选可行性研究并实施相应工艺改造。

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增加了中煤破碎环节使精煤产率提高了3.28%，此举不仅完善了其生产系统，节约了改造成本，而且有效的提高了中煤的利用率，优化了产品结构，为企业赢得了巨大的效益。

杨毛生等[40]以山西新峪重介分选出的中煤为研究对象，将煤破碎至3mm以下，用孔径为0.5mm的筛子分级。取3-0.5mm粒级，通过浮沉试验研究煤质特性，并对3-0.5mm粒级进行了重介质分选结果预测，试验结果表明中煤破碎后再选可充分回收精煤，为企业带来较好的经济效益和社会效益。

赵闻达等[41]针对炼焦中煤的不合理利用，引出了中煤破碎再选的思路，分析了中煤再选的现状，并结合现场的中煤情况，提出了中煤破碎-TBS再选的工艺，发现其经济效益显著，为中煤的回收利用提供借鉴和参考。

付银香[42]为解决重庆松藻煤电有限责任公司白岩选煤厂入选原煤细粒煤含量大、硫分高的问题，采用2台KRL/DD3000×10曲张筛对原煤进行3 mm干法筛分。该设备处理能力达到600 t / h，筛分效率在90%以上。筛分后<3 mm的产物直接作为产品，大大减少了重介系统入选量，减少了主选设备台数，降低了介耗、能耗，缩小了厂房体积，节省了投资，取得了很好的经济效益。该设备具有处理能力大、拆装方便、不易堵塞筛孔、拆装筛板简单、更换筛板快、使用寿命长的优点，为大型动力煤选煤厂干法筛分提供了一条新思路。

王永平等[43]为解决晋煤集团寺河矿选煤厂湿法筛分出现的综合性能差的问题，对洗煤工艺进行分析研究，采取干法筛分来解决。实践表明，改造后使用JFDI-3048弛张筛进行干法筛分，限上率小于5%，主洗车间末煤产品质量明显提高，筛分效率可达到70%左右，洗末煤回收率提高了10%，综合回收率提高了0.5%，洗末煤煤泥量降低了7%，减少了药剂使用量和煤泥处理的后续工作量，使系统更加灵活。

王志坚等[44]为了降低宁东选煤厂红柳分厂洗煤过程中产生的煤泥量，降低商品煤水分，提高发热量，采用弛张筛进行深度筛分，对小于6 mm粒级的筛分效率接近80%，可以筛除占原煤全样24%的粉煤，极大地降低了煤泥量煤泥处理成本。此外，弛张筛的维护费用和能耗也比以前降低了50%左右。使用弛张筛解决了大量煤泥堆放的问题，在节约资源的同时保护了环境，具有明显的社会效益。

王春华等[45]通过对阜新艾友矿BHS40110型博后筛的建模与力学分析，利用ANSYS软件进行谐响应分析，得出简谐激振力分别在x，y轴方向分解时所对应的位移和频率分布图表，可以方便直观地看出该博后筛在各种频率下所产生的振动幅值。根据分析出的稳态振幅与该博后筛实际振幅的数值近似情况，验证了该模型的建立和分析方法的正确性。并发现该博后筛在启动和停车时，在频率2Hz

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和4Hz左右时将发生共振。这些结论为该博后筛的优化设计提供了一定的分析依据。

张云生等[46]针对河南煤化集团永煤公司城郊选煤厂细粒煤炭分级过程中出现的溢流跑粗和底流夹细现象，采用高效二次流分级筛在选煤厂进行了工业性试验，试验主要通过调节二次流场下的扰流速度V1、V2、V3来考察底流夹细和溢流跑粗情况。试验结果表明：在一定的筛缝尺寸条件下，可以很容易、且有效地调整分级粒度，使分级效果达到最佳；当以0.5mm的粒度分级时，溢流无跑粗，且底流夹细量可以控制在10%以内；与旋流器分级效果相比，1000m3入料每小时至少可以节约能耗72.84kW·h，并且通过降低底流夹细和溢流跑粗，每年还可产生数千万元的经济效益。

莫凤依等[47]为解决火铺矿选煤厂高灰、黏团的矿井原煤筛分问题，与设备厂家合作研发了XGS14-10(30 mmx100 mm)型滚轴筛煤机。该机具有单机处理能力大，筛分效率高，筛分粒级满足选煤厂粒度上限特殊要求，滚轴筛片自清防堵功能好，对高灰黏煤的适应性强，实现无振动干法高效筛分。XGS14-10型滚轴筛的成功应用，解决了原振动筛处理高灰黏煤存在的缺陷和不足，为矿井原煤的干法筛分提供了方法及思路，丰富和发展了煤炭的洗选筛分技术。

赵振龙等[48]介绍了Dx-FMVSK1014系列复振高频细筛的工作原理和特征，通过对入浮煤浆进行粒度控制的中间试验，分析了复振筛的工作效果，结果表明，复振筛可以有效控制入浮煤泥粒度。

张良炳等[49]为了精确分级细颗粒，考察了电磁高频细筛的分级性能，研究了不同煤浆浓度、振动时间、筛孔大小和喷水量对电磁高频细筛分级效果的影响。试验结果表明，(1)在电磁高频细筛筛分试验中，得出筛分处理的工艺条件：煤浆浓度为350 g/L，振动时间210 s。(2)随着筛孔尺寸的变小，分级效率逐渐变大，原因是筛上物料水分的快速损失，使湿法筛分有向干法筛分转变的趋势。(3)单一增加喷水量对分级效率的影响不显著，需要持续的喷水。(4)值得注意的是，电磁高频细筛用作煤泥脱水和物料分级时，两者筛分机理大不相同，前者侧重于脱水回收，要求筛机具有最高的回收率；而后者则侧重于脱泥降灰，要求筛机具有最高分级效率。本试验仅作了煤泥分级试验研究，对于物料脱水(粗煤泥脱水、脱介和脱泥)的试验研究还有待于今后继续开展，以探索该筛的全部筛分工艺指标。

赵斌等[50]基于气固流态化原理，搭建了TG-100型悬浮式涡流筛分中试装置，进行煤颗粒的粒度分级试验研究。以500μm为目标粒径，考察不同流化风速对煤颗粒分级效果，监测分级前后煤颗粒的水分变化，结果表明：随着流化风速的提高，参与流化的颗粒直径不断增大，煤颗粒的干燥效果不断提高，当入口风速

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为55 m/s(流化风速为1.84m/s)时，分级效果最佳，细煤颗粒中500 μm以下粒级含量高达99.7%，粗煤颗粒中500 μm以下粒级含量仅为28.7%。煤颗粒在分选过程中干燥效果显著，水分降低了44.58%。流化风速愈高，干燥效果越好。TG-100型悬浮式涡流筛分中试装置可显著提高分级效果及煤炭品质。

叶宏伟[51]通过对煤进行超微粉碎后分级的主要影响因素进行分析，设计并重点讨论了能够用于煤超微粉碎的双圆盘气流粉碎机的分级系统，研究了分级工作原理，从理论推导出该分级系统能够得到分级机的超微煤粉颗粒分级范围为3~100 μm，也能得到该气流粉碎机的处理能力为30~800kg/h，能够较好地满足煤超微粉碎的工业需要。

为及时排放高灰细泥，减少浮选柱的中矿循环量，杨宏丽等[52]研制了一种针对浮选尾煤的新型分级装置并进行分级试验研究。结果表明：该装置能实现对浮选尾煤的有效分级，在底流分流比约0.2-0.4和入料流量低于40 m3 / (m2·h)时，可以排出1/2-2/3的高灰细泥；建立了由分级函数和夹带函数构成的基于粒度的分级曲线数学模型，能很好地拟合试验得到的鱼钩型分级曲线；将流量、入料浓度、底流分流比等操作参数引入数学模型，建立了多变量综合模型，实现了操作参数和颗粒粒度性质对新型分级装置分级分配率的定量描述。综合模型说明，入料流量和入料浓度决定着分级过程的好坏，而底流分流比主要影响夹带。

16.3.2 选煤工艺技术流程

我国地域辽阔，煤种齐全，煤质差别大，因而跳汰、重介、浮选、风选等各种选煤方法均有应用。截至2010年底，按生产能力统计的选煤方法中，跳汰占30.5%，重介54%，浮选9.5%，其它方法占6%[53]。重介质选煤技术以其对煤质适应能力强、入选粒度范围宽、分选效率高、易于实现自动控制、单机处理能力大等优点，近年来得到了大力推广应用，在我国各种选煤方法构成中，已超过跳汰所占比例，成为主导选煤方法。目前，新建的大型选煤厂多采用重介质选煤工艺。例如：根据煤质差别和产品要求，采用块煤重介浅槽、末煤三产品重介旋流器或二产品重介旋流器主再选、粗煤泥干扰床或螺旋分选机、细煤泥浮选的联合分选工艺；采用我国独创的原煤不脱泥无压三产品重介旋流器配煤泥重介简化工艺；采用我国独创的脱泥分级重介旋流器分选工艺，即：原煤预先分级(φ2mm)、脱泥(φ0.3mm)，>2mm粗物料由大直径三产品重介质旋流器分选，2～0.3mm细粒级由较小直径重介质旋流器分选，<0.3mm煤泥浮选。我国选煤工艺技术达到了国际先进水平[54]。

16.3.2.1 原煤主选工艺

在湿法选煤工艺中，对粒度大于0.5mm（或0.2mm）的原煤一般采用跳汰、

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重介等以物料密度差别为依据的重力分选方法，其对应的分选工艺称作主选工艺，主选工艺有效分选的物料量通常占入选原煤的80%以上；对粒度小于0.5mm（或0.2mm）的细粒物料则采用以表面性质差别为依据的浮选方法分选。我国常见的原煤主选工艺又可以分为分级入选和混合入选两种方式。

分级入选是根据原煤的块、末煤可选性差异或不同粒级产品用途及质量要求，以某一粒度（通常为25mm或13mm）预先分级，然后分别由块煤和末煤两套系统分选的工艺，多用于动力煤分选。

混合入选是原煤不经分级而直接分选的主选工艺，其入选粒度上限一般为50-80mm，取决于主选设备类型和产品要求，多用于炼焦煤洗选。

20世纪90年代以前，跳汰选煤一直是我国选煤的主导工艺，跳汰工艺和跳汰机的机构性能都较为成熟，典型的跳汰选煤原则工艺有：跳汰+浮选、跳汰主再选+浮选以及跳汰粗选+粗精煤重介再选+浮选。

在2000年以后，随着重介质选煤技术装备水平的提高、用户对产品质量要求的严格以及原煤质量的恶化，促使我国重介质选煤工艺得到快速发展和广泛应用。目前，我国应用较多且效果较为显著的重介质选煤工艺主要包含以下4种

[55-63]

。

（1）块煤重介质分选机-末煤重介质旋流器分级入选工艺

该工艺主要应用于大型、特大型选煤厂，重介质浅槽（或立轮、斜轮）块煤分选机具有处理能力大、分选精度高、建设投资和运行成本低等优势，但其有效分选下限高，一般为8-6mm，尤其受预先筛分设备有效分级粒度下限的制约，其实际入洗下限通常为25-13mm；而重介质旋流器的有效分选下限低，可达0.5-0.2mm，但运行成本高于块煤重介分选机。因此，块、末煤分级入选可显著提高大型、特大型选煤厂的投资价值和经济效益，而且对于动力煤洗选的产品结构更加灵活。

（2）块煤跳汰-末煤重介质旋流器分选工艺

该工艺既综合了跳汰机入选上限高、运行成本低和重介质旋流器分选精度高的双重优势，又避免了末煤跳汰分选精度差的缺陷，进而可在降低选煤成本的同时保证产品质量，主要应用于块煤可选性好、末煤可选性差及块、末煤产品质量要求不同的选煤厂。

（3）两产品重介质旋流器主再选工艺

该工艺采用一套低密度分选重介质旋流器作主选、另一套高密度分选重介质旋流器作再选，分选出精煤、中煤和矸石三种产品。当原煤的矸石含量高、易泥化时，也有先采用高密度主选排矸-低密度再选出精、中煤的应用。该工艺与三产品重介质旋流器分选工艺相比，其精煤、中煤的分选密度均可实现自动调控，

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各产品质量均易稳定，分选效率更高，但需要两套重介质悬浮液系统，流程相对复杂，投资稍大。

（4）三产品重介质旋流器分选工艺

三产品旋流器集一段主选圆筒旋流器和二段再选圆锥旋流器串联为一体，也有少数选煤厂采用两个圆筒旋流器串联而成。首先由一段主选旋流器分选出精煤产品，然后利用主选旋流器底流余压将重产物直接送入二段旋流器再选出中煤和矸石。由于一段、二段旋流器对重介质悬浮液均产生浓缩作用，故二段旋流器可形成高密度分选条件。该工艺流程利用一套悬浮液即可分选出精煤、中煤和矸石三种产品，工艺系统简单，基建投资省，但二段分选密度调整难度大，尚不能实现自动控制。目前，三产品重介质旋流器分选工艺在我国应用较为广泛。

按原煤的给入方式，重介旋流器分为有压给料和无压给料两种类型。有压给料是原煤与重介质悬浮液共同由泵给入旋流器，可以有效降低厂房高度，但会增加物料的粉碎程度，设备管道磨损比较严重；无压给料是原煤依靠自重由上部进入旋流器，悬浮液由泵沿切线由下部给入旋流器，物料的粉碎程度和设备的磨损都大幅度降低，但是会增加厂房高度。

按照被选物料选前脱泥与否，重介质选煤工艺分为脱泥入洗和不脱泥入洗两种方式。当煤泥含量高、厂型规模大时，常用脱泥入洗工艺，其介耗低、生产效率高，但工艺相对复杂；当煤泥含量少、厂型规模小时，常用不脱泥、脱泥入洗工艺，系统简单，投资省，对粗煤泥分选效率高，但介耗稍高。

16.3.2.2 煤泥浮选工艺

随着我国煤炭事业的发展，采煤机械化水平不断提高，煤炭中的粉煤含量也逐渐增加，浮选作为煤泥分选的主要方法，其重要性日益突出。随着近年来科研工作者的不断努力，我国的浮选工艺也有了较大的发展和突破。典型的浮选工艺有以下5种[64-70]：

（1）一级浮选工艺

一级浮选是分级旋流器分级产生的细粒级煤泥经过调浆直接进入浮选设备，常见的有机械搅拌式浮选机、喷射式浮选机或浮选柱。浮选精煤利用加压过滤机或者快开压滤机脱水，浮选尾煤则通过浓缩机沉降后进入压滤机成为尾煤泥。这种工艺是最传统的浮选工艺，也最常见，我国大多数选煤厂均采用此工艺，适于处理较易浮且细泥含量较少的煤泥，当细泥含量较大时，容易产生精煤灰分超标导致重选精煤背灰的现象。

（2）分级浮选工艺

该工艺是针对细粒级煤泥含量较高，而且可浮性较差的煤泥。入浮煤泥先经过分级旋流器分级，较粗颗粒的煤泥经过调浆进入浮选机分选，较细颗粒的煤泥

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进入对细粒物料分选更有优势的浮选柱分选。浮选机精煤经过加压过滤机脱水后成为精煤，滤液和细粒煤泥一起经过调浆进入浮选柱，浮选柱精煤进入快开压滤机脱水后成为精煤，滤液作为循环水，浮选机和浮选柱尾煤均进入浓缩机沉降后经过压滤机回收成为尾煤泥。该工艺结合了浮选机和浮选柱的优势，可以避免高灰细泥对浮选精煤的夹带污染，但对细粒煤泥的分级提出了更高的要求。

（3）二级浮选工艺

该工艺也是针对细泥含量较高的煤泥。入浮煤泥经过调浆后先进入浮选机一次浮选，一浮精煤进入沉降过滤离心机脱水，离心产物作为精煤产品，而离心液再经过调浆进入二次浮选，二次浮选设备根据需要可采用浮选机或者浮选柱，二浮精煤经过压滤机脱水后成为精煤产品，滤液作为循环水，两次浮选的尾矿进入浓缩机沉降后经过压滤机产生尾煤泥。该工艺有效的将一次浮选中夹带的细泥与细粒精煤从产品中脱除，进入二次浮选，减轻了细泥夹带的影响。

（4）精煤再选浮选工艺

该工艺主要针对高灰难浮煤泥，分为部分再选和全部再选两种类型。入浮煤泥经过调浆后进入浮选机粗选，浮选机的三四室精煤或者全部精煤再次经过调浆进入精选作业，精矿脱水后成为最终精煤，精选尾矿与粗选尾矿共同进入浓缩机沉降后由压滤机脱水后成为尾煤泥。该工艺很好的解决了一次浮选难以得到合格精煤产品的问题。

（5）脱泥浮选工艺

该工艺主要针对入浮煤泥中含有大量高灰细泥，并且高灰细泥的灰分较高，可以采用分级旋流器或其它水力分级设施预先脱除入浮煤泥中的高灰细泥，剩余较粗颗粒煤泥再进入浮选，生产合格的精煤产品，浮选尾煤与脱除的高灰细泥合并进入浓缩机沉降后经压滤机回收作为尾煤泥。

16.3.2.3 粗煤泥回收工艺

随着洗选设备大型化的发展，大直径重介旋流器得到了大规模的推广和应用，目前最大直径达到1500mm，随之而来导致重介旋流器的有效分选下限也有所提高，出现了传统的重选-浮选两段分选工艺对粗煤泥的分选效率下降，粗煤泥单独分选的三段式分选工艺近年来已经逐渐发展成为国内大部分炼焦煤选煤厂认同的全粒级高精度分选工艺。粗煤泥的回收工艺经过了多年发展，主要有以下3种[71-78]：

（1）粗精煤泥直接回收工艺

重介分选后的精煤磁选尾矿经过分级旋流器分级后，溢流的细颗粒煤泥进入浮选，底流的粗煤泥经过弧形筛-高频筛-煤泥离心机脱水脱泥后直接形成粗精煤泥掺入精煤产品，筛下水和离心液则进入浮选，由于高频筛和离心机容易出现筛

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网破损而导致筛下水和离心液有粗颗粒导致浮选跑粗现象，这两部分也可以直接回到精煤磁选尾矿桶，再进入分级旋流器循环而避免跑粗。该工艺是最传统的重选-浮选两段分选工艺中粗煤泥的回收方式，但由于重选有效分选下限的提高以及分级设备分级效率低的问题，使得直接回收的粗精煤泥灰分较高，掺入精煤势必会导致重选精煤降低灰分才能保证总精煤灰分达标，因此会降低总精煤回收率。虽然现在国内众多选煤厂仍采用该工艺回收粗精煤泥，但随着选煤工艺精细化发展和利润最大化目标要求，该工艺将不断改进以满足企业获得最大效益的需求。

（2）粗煤泥部分分选工艺

该工艺主要用于不脱泥无压给料的三产品重介质旋流器分选工艺中，采用小直径煤泥重介质旋流器处理合格介质分流的部分，溢流进入精煤磁选机脱介后成为精煤磁选尾矿，底流则进入中矸磁选机脱介后成为中矸磁选尾矿。该工艺虽然采用煤泥重介质旋流器分选精煤合格介质分流的部分，但仅对系统中的少量粗煤泥进行分选，而且分选产生的精煤与未经过分选的稀介质中的粗煤泥混合后成为精煤磁选尾矿，并未起到粗煤泥全部分选的作用。该工艺实际上更多的是弥补大直径重介质旋流器有效分选下限的不足，可进一步降低主选旋流器溢流精煤中的粗煤泥灰分，不能对进入中煤、矸石产品中的粗煤泥起到进一步分选作用，因而具有一定的局限性。

（3）粗煤泥全部分选工艺

该工艺是指精煤磁选尾矿或预先脱泥系统预先脱除的煤泥经过分级旋流器分级，溢流细煤泥进入浮选，底流粗煤泥则全部进入粗煤泥分选设备，分选后的轻、重产物分别经过脱水脱泥脱介后成为粗精煤、粗尾煤（中煤）产品，细尾煤则进入浓缩机沉降后最终成为尾煤泥。目前国内常用的粗煤泥分选设备主要有螺旋分选机、TBS干扰床分选机以及煤泥重介质旋流器。螺旋分选机结构简单，便于维护，但分选密度较高，难以得到低灰精煤，因而常用于动力煤选煤厂而几乎没有用于炼焦煤选煤厂；TBS干扰床分选机是我国目前最常用的粗煤泥分选设备，其以上升水流为主要的分选动力，操作简单，便于维护，处理量大，对易选或中等可选的粗煤泥分选效果较好，但当分选难选的粗煤泥时，难以兼具保证精煤灰分和精煤产率的能力，因而具有一定局限性；煤泥重介质旋流器是对粗煤泥分选精度最高、对可选性适应能力最强的设备，但由于选后产物需要全部通过磁选机回收加重质（磁铁矿粉），导致介耗高，因而主要适于难选煤。

随着煤质的不断变差、以及选煤技术的不断突破，我国的选煤工艺在近年来不断发展，入选原煤全粒级高效分选已经成为我国选煤工艺发展的趋势。精细化选煤的要求，对煤炭分选、细粒煤高效分级、煤泥脱水等设备的要求也越来越高。

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同时，西部大量的低阶煤、氧化煤的分选和利用也成为近年来亟需解决问题。

16.3.3 选煤设备

我国选煤设备发展方向：（1）研究开发大型、高效、节能设备，满足现代化选煤厂需要；（2）提高选煤设备的可靠性；（3）研究选煤产品质量检测仪器、仪表；（4）加快选煤过程自动化测控技术的研究。

16.3.3.1 跳汰机

（1）跳汰机向着大型化、控制系统集成化以及模块化方面发展

近年来，随着重介质选煤工艺的大力推广，跳汰选煤工艺所占比例虽在下降，但跳汰机的发展创新随着设备大型化发展上了一个台阶[79]。目前我国在跳汰机的机械结构、数控风阀、自动排料控制系统以及分选指标等方面与国外跳汰机相比技术各具千秋；在备的制造水平和使用可靠性方面差距明显；在检测技术手段、检测数据精度和可靠性以及系统控制完善性方面也存在较大差距[80]，但经过多年的研究，这些差距正在缩小，跳汰机有些方面的技术甚至超过了国外。目前我国跳汰机研究追求的目标是设备大型化，提高单机处理能力、控制系统集成化以及跳汰选煤设计模块化方面发展。

（2）唐山煤科院SKT系列跳汰机不断的技术升级，广泛应用于各地选煤厂 SKT跳汰机主要从风阀体排料和系统控制等方面都做出了新的调整。采用的排料方式是无溢流堰深仓式准静排料，它的好处在于取消了溢流堰，避免已经分层的物料因撞击和翻越溢流堰而造成的二次混杂。它的排料轮具有强制性和主动性，运转的时候可以进行无极调整，与排料量性的对应。这种方式能让SKT跳汰机非常准确又稳定的控制住排料量，实现自动化。床层的厚度、松散度的检测和控制是技术上的重点发展，SKT采用的是智能控制，可以进行非常方便的调节各项参数，还能与选煤厂的集控系统进行通讯[81]。

SKT-35大型跳汰机在原有技术基础上，改变了入料方式，在给煤机上加装变频器；进了跳汰机排料道结构，沿跳汰机宽度方向上并排安装两套浮标装置，采用新型智能控制系统等，该机是目前国内具有完全自主知识产权的选煤设备，具有处理量大，入选粒度上限高，分选精度高，操作简单，故障点少等优点。SKT-35跳汰机用于寺家庄矿选煤厂，生产实践表明SKT-35跳汰机分选寺家庄矿选煤厂中等可选性煤，跳汰一段不完善度I1=0.09，二段不完善度I2=0.12，选煤数量效率达95.15%，分选效果良好[82]。

（3）高效机械式动筛跳汰机成为动筛跳汰机的发展主流

高效机械式动筛跳汰机采用的是双源动力，其最大的特点是：采用了更有利于提高分选效果的新型双曲柄连杆动力急回机构，取代了原普通连杆动力机构；

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采用了具有自动在线调节功能的自动液压闸板，取代了原传统手动转轮闸板。与普通跳汰机相比，由于高效机械式动筛跳汰机在动力机构、急回特性、液压排矸等方面有了创新与提高，因而其单位处理量可比普通动筛跳汰机提高10%，分选效率可提高3个百分点。此外，高效机械式动筛跳汰机采用了智能专家控制系统，因而该机基本实现了自动控制[83]。

JLT1.6/3.2G型高效机械式动筛跳汰机在陕西金万通选煤厂的工业应用表明：入料粒度50~200mm，分选密度为1.955g/cm3时，不完善度I=0.080，数量效率?=96.96%，分选效果显著优于常规机械式动筛跳汰机[84]。

（4）跳汰机向井下排矸发展，进行了结构的简化和改进

井下排矸工艺因其显著的经济和社会效益得到重视和发展，其中机械驱动式动筛跳汰机就是一种较为理想的井下分选排矸装置。但是由于井下巷道的空间狭小，常规的地面动筛跳汰机难以安装布置。2008年辽宁天安矿山机械科技有限公司设计了井下卧式动筛跳汰机。井下卧式动筛跳汰机保留了地面机械驱动式动筛跳汰机的核心技术，即动筛体、机械驱动机构和自动排矸装置，而其余结构根据井下峒室的需要，改进为一个长条形的机体和刮板式提升脱水机构[85]。

我国第一套煤矿井下动筛排矸系统2008年在山东新汶矿业集团协庄煤矿-300水平井下成功投入运行，2009年又在井下-600水平布置了第二套排矸系统

[85]

。从投产最初4个月运行情况看，矸石分选率在96%以上，矸石带煤率3%左（5）柔性空气室跳汰机成为了跳汰机大型化发展的一个新方向

柔性空气室跳汰机的研发是针对跳汰机大型化发展方面遇到的几个制约因

右[86]。

素，打破常规，通过对空气室、风阀和排料机构等多方面的革命性创新，研制成新型的煤炭分选设备。柔性空气室跳汰机具备能够充分保证跳汰室宽度方向上空气均匀性、高效节能、零污染气体排放和检修方便等跳汰机大型化发展所需的特征[87]。

冀中能源邢东矿毛煤井下跳汰排矸系统采用1台YTQG-2S柔性空气室跳汰机取代原有的YT跳汰机，该跳汰机面积2m2，体积小；处理量60~120t/h。适宜在井下低矮环境中安装使用。

16.3.3.2 粗煤泥分选设备

（1）TBS干扰床分选机逐渐取代螺旋分选机、煤泥重介质旋流器成为粗煤泥分选的首选设备

目前，我国常用的粗煤泥分选设备主要螺旋分选机、煤泥重介质旋流器和粗煤泥干扰床分选机。其中螺旋分选机因分选密度高、处理能力低而不适用于炼焦煤分选；煤泥重介质旋流器因系统复杂、洗选成本高而未达到广泛应用。但TBS

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具有有效分选密度范围宽、自动化程度高和设备结构简单等优点，逐渐受到国内选煤厂的青睐，尤其在炼焦煤选煤厂得到广泛应用[88]。

（2）国内TBS分选机正向着设备大型化，分选精细化方向发展

干扰床分选技术在国内起步较晚，目前国内专家在传统干扰床分选机的基础上做出了相应的改进，以提高其处理能力、分选精度及稳定性。

余吾选煤厂采用TBS干扰床分选机代替螺旋分选机处理粗煤泥，使得粗精煤泥灰分降低了接近10个百分点，粗尾煤泥灰分提高了近9个百分点[89]。

梁北选煤厂由于煤泥量大，在原有系统中得不到有效分选，引进了TBS/2100对0.5~0.2mm粗煤泥进行分选，精煤产率提高4%~5%，年精煤产量提高3.6万t，获得了显著的经济效益和社会效益[90]。

王家岭选煤厂使用的XGR-3000型干扰床分选机处理最大达到130t/h-1，入料粒度范围0.150~3.000mm，Ep值为0.183，I值为0.246[91]。

（3）螺旋分选机在大型动力煤选煤厂得到快速发展

螺旋分选机虽然具有结构简单、无动力和运行成本低等特点，但由于其对细粒级降灰效果差，分选密度高，只适合分选易选煤和中等可选煤，已难以适应国内原生煤泥量大，难选煤为主的煤炭形势。在炼焦煤选煤厂已基本被TBS所取代，但仍在许多动力煤选煤厂用作末煤分选。为了适应我国选煤的发展趋势，对新型螺旋分选机的要求是：既要具有较大的处理能力，又具有良好的分选效果。

ZK-LX1100螺旋分选机是中国矿业大学研制的新型大直径螺旋分选机。在河南神火煤电股份有限公司选煤厂进行了工业性试验，结果表明：ZK-LX1100螺旋分选较难选无烟煤泥，可得到灰分为10.80%的精煤，经脱泥后，灰分可降至9.26%；中煤段可能偏差Ep2=0.07kg/L，不完善度I2=0.121，分选密度为1.58kg/L。该设备于2008年12月通过了中国煤炭工业协会组织的技术鉴定，并获2009年度中国煤炭工业协会科学技术二等奖[92]。

16.3.3.3 重介质分选设备

（1）重介旋流器在重介技术的高速发展中不断升级更新

在“九五”攻关课题研究之后，我国的重介质选煤技术已近接近国际先进水平，相应的重介旋流器设备也一直在不断的研发改进。“十五”期间，我国研发了双（多）供介无压给料三产品旋流器，研制出了3SNWX系列，降低了能耗，同时提高了分选效果。

（2）重介旋流器的发展朝着大型化、智能化控制方向发展

3GHMC1500/1100型重介质旋流器是当今国内外单机处理量最大的无压给料三产品重介旋流器，该旋流器由第一段内径为1500mm的圆筒形旋流器和第二段内径为1100mm的圆筒圆锥形旋流器组合而成，单机处理能力可达550~650t/h。

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自2007年首次投入工业使用以来，至今已在国内34座选煤厂推广应用了41台，年处理能力达1.23亿t。

3SNWX1500/1100-Ⅳ型四给介无压三产品重介旋流器处理能力达到了550~650t/h，在工作压力仅为0.2MPa条件下，有效分选下限达到0.5mm，一段Ep=0.02~0.05kg/L，二段Ep=0.05~0.07kg/L[93]；

（3）浅槽分选机得到了快速的推广应用，逐渐取代了斜轮、立轮 浅槽适应了我国煤炭产量大、动力洗选比例高的现状，在选煤厂的应用越来越多。国外浅槽设备占据了国内大部分市场，国内浅槽分选机在大型化、智能化和可靠性方面相对落后。

目前国内最大的浅槽分选机的处理能力已经超过了900t/h，而国外已超过了1000t/h。

浅槽相较于之前重介分选主要的设备斜轮、立轮，具有处理量大、结构简单、稳定性高等特点，近年来逐渐取代了斜轮、立轮，成为选煤厂尤其是大型动力煤选煤厂块煤分选的主要设备。

王庄煤矿选煤厂于2011年底投产，选用了两台FQZ-42重介浅槽分选机。FQZ-42重介浅槽分选机每米槽宽处理量达到90t/h，同时该机还可以实现刮板链链速与矸石处理量自伺服[94]。

西曲矿选煤厂在2012年新增了重介质浅槽排矸工艺，选用了XZQ1636型浅槽分选机，经单机检查试验，该机分选灰分47.77%的原煤时，分选效率达99.79%[95]。

（4）在结构改进后，新型的浅槽被应用于井下排矸

随着煤矿井下洗选逐渐成为选煤行业的一个重要趋势，研制新型的适用于井下选煤排矸的浅槽分选机。目前新汶矿业集团济阳煤矿、翟镇煤矿已建立并运用井下重介质浅槽排矸系统。

16.3.3.4 其他选煤设备

（1）煤用磁选机不断向大型化发展

近年来，年入选能力120万t以上的选煤厂已十分常见，要求磁选机的处理能力大大提高，同时还需要其具有足够的可靠性和高效性。

煤科总院唐山研究院研制了TDC1030型高效磁选机，属于多磁极整体充磁式磁选机，解决了在磁组的整体充磁技术方面的难题，大幅提高了磁选机的性能和运行可靠性[96]。

TDC1030型高效磁选机在介休保平选煤厂的工业实践表明，该机对不脱泥重介旋流器分选工艺具有良好的适应能力，配合应用相应的技术和管理措施，可有效地降低介质消耗[97]。

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（2）干法分选正式进入了工业生产阶段

我国2/3以上的煤炭资源分布在西部干旱缺水地区，迫切需要高效的干法选煤技术。中国矿业大学从事空气重介质流化床干法选煤技术的研究30年，先后完成了基础理论研究、实验室研究、中试试验研究和工业性试验等。2000年起，产学联合，开展了新一代干法重介质流化床分选机和模块式干法选煤系统的研究。2007年中国矿业大学与唐山市神州机械有限公司合作开发，自主创新，建立了模块式空气重介质流化床干法选煤技术的工业示范系统，实现50~6mm煤炭的高效干法分选。2013年在神华新疆能源有限责任公司建立了世界上首座模块式干法重介质流化床选煤厂，该系统将原煤准备系统、煤炭分选系统、介质净化回收系统和供风除尘系统集成装配在同一平台，设备布局紧凑，工艺流程简单，生产灰分小于3.5%的超低灰精煤，实现了空气重介质流化床干法选煤技术的工业应用[98]。

16.3.4 选煤药剂

选煤厂使用的药剂主要包括捕收剂、起泡剂、絮凝剂和凝聚剂等。随着细粒煤占原煤入选比例的不断增加，加之煤炭洗选加工过程中的环保要求，浮选和煤泥水处理逐渐成为选煤研究的热点，而选煤药剂主要应用于浮选和煤泥水处理作业。因此，近年来有关选煤药剂新发展、新应用的报道较为广泛。

16.3.4.1浮选药剂

余萍等[99]通过将煤焦油简单处理后馏分得到混合油，后经超声波乳化得到乳化油，将此乳化油用于难选煤泥浮选。煤焦油乳化液具有捕收剂与起泡剂的双重功效，对难选和易选煤都有很好的浮选效果，并节约药剂用量约40%。康文泽等[100, 101]研制出AO浮选捕收剂和KJ复合药剂用于稀缺难浮煤浮选回收，显著提高了难浮煤泥的精煤产率。王洁、崔广文等[102, 103]从地沟油中提取、制备了新型自乳化煤泥浮选捕收剂，并应用于大屯选煤厂煤泥的浮选实践中，节省了药剂用量。姚乐[104]研制出的YF系列浮选药剂显著提高了煤泥的浮选效果，同时节省了药剂用量。陆丽园和张东杰[105]采用双子表面活性剂改善煤泥的浮选效果，双子表面活性剂不但降低了浮选药剂用量，还提高了精煤产率。

孙春梅[106]采用新型煤炭脱硫降灰浮选药剂邻苯二甲酸二乙酯对贵州晴隆中高硫煤进行浮选脱硫降灰，取得显著效果。李甜甜[107]采用油气冷凝技术，将柴油经高温气化、冷凝后得到的冷凝液作为低阶煤的浮选药剂，较常规柴油相比，冷凝液作为浮选药剂可大幅降低药剂消耗，同时提高精煤产率，降低精煤灰分。柴油经高温生成冷凝液后，冷凝液中新增了大量的含氧化合物，这些含氧官能团增强了低阶煤表面的疏水性和可浮性。

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李彦君[108]以松香和油酸等为主要原料，制备出促进剂CG，将其加入0#柴油中得到促进剂含量6%、稳定性1.5个月的新型捕收剂，提高了精煤产率，同时节省了药剂用量。黄波等[109]以棉籽油为主要原料，制备得到煤泥浮选的促进剂，在煤油或柴油中添加一定比例的该促进剂可显著提高精煤产率，同时大幅度降低捕收剂用量。棉籽油促进剂中含有大量的含氧官能团，促进了油性捕收剂在煤浆中的分散效果，同时含有疏水性较强的长链烷烃和芳香结构官能团，有利于增强药剂在煤粒表面的吸附，从而增加煤粒可浮性。徐初阳等[110]采用烷基糖苷类浮选药剂作为起泡剂对淮北刘二矿、海孜矿和百善矿煤样进行浮选试验研究并取得良好的浮选效果，烷基糖苷类浮选药剂具有良好的表面活性，能够有效促进气泡的分散和捕收剂在煤泥表面的吸附，增加了气泡与煤粒的碰撞和粘附概率。

16.3.4.2煤泥水处理药剂

陈俊涛[111]将经盐酸改性后的硅藻土作为混凝剂加入到煤泥水中，提升煤泥水的沉降效果，并与聚丙烯酰胺配合使用进一步促进聚丙烯酰胺的絮凝作用。吕一波等[112]将丙烯酰胺单体AM和可溶性淀粉SS通过接枝共聚技术合成新型絮凝剂CPSA，将此新型絮凝剂与聚合硫酸铁配合使用强化煤泥水絮凝沉降。朱书全等[113]采用接枝共聚反应的方法在淀粉骨架上引入二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和丙烯酰胺(AM)单体合成了阳离子改性淀粉高分子絮凝剂(St-DMDAAC-AM)，此絮凝剂同时发挥了电中和凝聚及架桥絮凝的双重作用，有效改善了微细粒沉降与压滤效果。赵江涛等[114]用徐州泰伦特化工科技有限公司的阳离子溶液型聚合物凝聚剂和低离子度阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂对河南神火集团公司薛湖选煤的煤泥水进行沉降实践，工业应用效果表明：徐州泰伦特化工科技有限公司的药剂不但增加了该厂的煤泥水澄清效果，同时节约了生产成本，提高了该厂的经济效益。

陈晨[115]研究了疏水改性药剂对压滤脱水的助滤效果，发现改性药剂的效果显著优于十二烷基硫酸钠、阴离子1000万的高分子聚丙烯酰胺和聚合氯化铝。陈军等[116, 117]研究了季铵盐对煤泥水沉降的影响，结果表明：季铵盐能够增强颗粒表面疏水性，降低表面电负性，有利于提高煤泥的疏水聚团；季铵盐烷基链长度越长，药剂使用量越大，对颗粒的聚团效果也就越强。刘春福等[118]还发现，采用季铵盐与混凝剂复配时，可在减少药剂用量的同时获得较好的煤泥水沉降效果。

刘国强等[119]使用KD型絮凝剂对马头洗煤厂煤泥水进行絮凝沉降并取得了良好的沉降效果。杨艳超[120]采用高分子多糖复合生物絮凝剂替代聚丙烯酰胺用于伊泰集团西召选煤厂高灰细泥含量高的煤泥水的沉降处理，取得了较好的经济效益和社会效益。郑继洪等[121]采用阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)对张集和新庄孜

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选煤厂的煤泥水进行絮凝试验，相比工业阴离子型聚丙烯酰胺，CPAM对处理粒度细和灰分高的难处理煤泥水效果更为显著。张鸿波等[122]采用凝聚剂型助滤剂Fe(NO3)3和絮凝剂型助滤剂PAM作为联合助滤剂促进鸡西荣华矿选煤厂煤泥的过滤脱水效果。任建民等[123]采用泰伦特化工科技有限公司的TLT5140型助滤剂对赵固二矿选煤厂浮选精煤进行助滤脱水，降低了精煤水分，增加了加压过滤机的处理量，提升企业的经济效益。

16.3.5 选煤厂过程控制

随着工业的发展，现代化的自动化管理、检测、控制技术在选煤厂中得到广泛的应用，这些都为选煤厂的自动化发展起到很大的促进作用。其中集中自动化控制系统广泛应用于我国选煤工业，其推广在一定程度上提高了选煤厂的经济效益。

16.3.5.1 选煤厂自动化技术的内容

选煤厂自动化技术的研究内容一般包括以下三个方面：

（1）对不同生产环节中各个设备自动监控并且能够智能报警。比如，在系统重启前，通过预先设定的铃声或者定制的语音向现场的工作人员传达启动信号。

（2）对生产过程中各项工艺参数自动检测，并根据检测结果能起到一定的调节控制作用。生产过程中，对灰分、悬浮液密度、矿浆浓度等相关工艺参数快速自动检测，之后根据调节器上的数据显示，执行控制命令。

（3）完成对生产设备的集中或者就地有效的控制。自动化技术可以将选煤厂大部分机械设备集中于控制系统中，这样当设备出现故障可以根据闭锁关系依次关闭相应设备，管理方便，便于维修。

16.3.5.2 自动化技术在选煤厂的主要应用 （1）集中控制系统

根据预定程序对选煤厂参与集控的所有设备进行开车、停车、集中/就地转换等操作的控制。

选煤厂控制系统主要由设备控制站和中央控制室监控系统连接的以太网络控制，实现统一调度和监控室上位监控系统可作为上一级管理网络的一个工作站，共享信息资源。

集中控制系统主要包括数据采集和顺序控制功能，屏幕上应该能显示过程和测量参数，操作和显示控制对象的运行状态，也应该能够显示设备参数。选煤厂集中控制系统的功能有：实时对选煤厂的所有设备进行集中控制，监视其瞬时煤流量的大小生产情况及设备参数，集控室人员对生产设备进行程序自动启停系统

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转换实时闭锁和信息采集等集中操作对洗煤设备的技术指标如介质密度旋流器压力进行记录及趋势跟踪，可以实时观察参数的变化，及时做好调整，保证生产的连续性[124-135]。

（2）自动配煤控制系统

计算机根据在线检测出的灰分值，使用设定好的控制方法自动调节变频器的频率，调整各煤种的配煤量，确保配煤的累计灰分控制在指标之内。

利用皮带上的在线测灰仪自动检测末煤产品灰分，根据灰分测量值与灰分给定值的差值调节末矸配料插板的开度，达到调节末煤产品灰分的目的。如果灰分仪灰分在事先设置的参数范围内，则计算机不做出反应；如果超出该参数范围，偏大则给插板执行机构一个关插板的信号，偏小就发出打开插板的信号，具体关闭或开启的程度可以根据灰分仪数值与参数差值来设定；插板的执行机构就根据接收到的信号来决定插板运行状态。

自动化配煤技术的应用，提高了劳动效率，减少了煤炭副产品沸腾煤的外排量，提高了选煤厂综合生产回收率；在保证商品煤质量均质化的同时，减轻了对周边环境的污染，实现了选煤厂社会、经济效益的最大化[136-141]。

（3）跳汰机的自动排料

跳汰机在现代化的大型选煤厂的生产中占有重要的地位。它的工作过程可以简单描述为：被选物料给入跳汰机内落到筛板上，形成一个密集的物料层，这个物料层就叫作床层。在给料的同时，从跳汰机下部周期的给入交变水流，垂直变速水流透过筛孔进入床层，物料就是在这种水流中经受跳汰的分选分层过程。在每个跳汰周期结束时排料口附近的床层就应该是分好层的床层，在此进行产品分离。产品分离就是指排料，就是把分选过程中已按密度分好层的高密度、高灰分物料连续排出，从而实现煤炭分选。

为了减少煤炭损失，稳定产品质量，跳汰机的排料要求高密度物料有一个厚度适当的料层。因此对高密度料层厚度的控制精度，直接影响到跳汰分选的精度、产品质量和经济效益。所以跳汰机排料的自动控制受到了人们的重视。跳汰机自动排料的控制目的是希望通过控制排料量，维持跳汰室内床层厚度的稳定。排料系统的基本控制原理是：浮标检测跳汰室内床层厚度，然后将床层信号送入控制器，控制器根据给定的床层厚度以及实际反馈的床层厚度，经过控制算法运算后输出控制信号去控制排料闸板或排料轮，从而控制排料量，进而稳定床层厚度。

通过连续、适度地自动排料来改善跳汰分选过程，可以保持跳汰机床层及产品质量的稳定，提高精煤的回收率，增大单位面积的处理能力，充分发挥跳汰机的效能。通过各种传感器自动检测跳汰过程中的各个参数的变化，寻求适合跳汰生产的数学模型，最终实现自适应最佳运行[142-146]。

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（4）重介质选煤自动控制系统

重介质选煤是一种高效先进的选煤技术。在重介质选煤过程中，重介质悬浮液参数（包括密度、流量、磁性物含量和煤泥含量）的变化对重介质选煤的分选效果有显著的影响，如密度的波动直接影响产品的灰分；煤泥含量的增减会导致介质粘度的变化，影响分选效果。因此，对重介悬浮液参数实施快速准确的检测和稳定控制就显得极为重要。

重介工艺参数测控系统主要功能是对重介质选煤过程中的相关工艺参数进行控制。该系统将重介质选煤过程工艺参数的在线检测、自动控制及生产管理等功能集于一体。系统以PLC 为监控主机，采用高可靠性测量传感器和执行机构，保证了测量精度和控制精度。

主要对重介选煤过程中的重介悬浮液密度进行实时测量与控制，保证重介质悬浮液密度的稳定；重介悬浮液的煤泥含量通过磁性物含量计检测结果间接计算得出，进一步控制合格介质分流量，保证悬浮液中煤泥含量的稳定，既确保悬浮液的稳定性又保证悬浮液粘度不会太高；采用压力传感器测量旋流器入口的压力，并通过PLC和变频器控制介质泵的转速控制旋流器入口压力在最适宜分选的压力范围内，保证分选效果；采用超声波液位计或压力液位计对合格介质桶、稀介桶、磁选尾矿桶等液位进行检测以及限位报警，再通过集控系统调节，保证各介质桶液位在合适范围内，满足正常选煤生产。重介质选煤自动控制技术的不断完善极大提高选煤企业的生产效率和科学管理水平，增强企业的竞争力

[147-156]

。

（5）浮选自动控制系统

选煤厂浮选系统的自动控制一直是选煤研究的热点，研究主要受浮选过程参数精确测试技术的限制，目前国内浮选系统自动控制主要以流量调节和自动加药系统为主。

浮选系统流量调节主要根据入浮煤泥的实际浓度、浮选设备的额定浓度和流量，通过给料泵和补水泵的控制，保证浮选浓度的前提下尽量达到浮选设备的额定处理量；自动加药系统多用于一次加药的情况，改变以往手动控制阀门的粗放方法，通过高精度的电控阀门和流量计的配合，精确加药，并根据产品灰分高低进行反馈，进一步调整加药量。

此外，浮选过程中最重要的参数是精煤和尾煤产品的灰分，高速精确的在线测灰技术也在不断的研究中，尾矿水灰度、泡沫性质等因素均作为判断产品灰分的重要特征，但具有一定的局限性，未能实现工业化[157-166]。

（6）产品自动装车控制系统

装车自动化系统是装车环节自动控制和电子轨道衡计量系统的有机结合。其

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控制理念由三部分构成：一是粗装以量定容，以定容控制实现定量的基本要求；二是衡上称量，三是精确计量与精装添加。这三部分紧密相连，首先根据车皮型号及载重量，依据商品煤的密度，确定装煤高度，控制其平车器升降量，进行定容装车；车皮上衡后，根据其实际称量数值确定添加量，对添加仓闸门进行精确控制，从而实现按规定时间、车皮标称数量装车及平煤器平车，减少因人为因素造成的亏、涨吨现象。系统的控制原则是:前面的粗装仓保量，应加大闸门开度，以尽量短的时间完成粗装，最后一个粗装仓保平（根据前一个粗装仓的煤层高度曲线，自动控制仓下闸门开度, 为平煤做好准备），添加仓保精度[167]。

16.3.6 煤泥水处理

浮选作为矿物分选的一种重要方法，浮选设备也是研究的主要对象。近年来浮选设备的发展向浮选设备的大型化、浮选设备的节能降耗、浮选设备的多样化、浮选设备的自动化、浮选设备的多用途化发展[168]。

随着选矿厂日处理量的增大，单槽容积大于100m3的浮选设备已经大量进入工业应用，目前世界上最大规格的浮选机容积达300m3，最大规格的浮选柱容积达220m3，国内最大规格的浮选机容积达200m3。同时为了提高生产的效益最大化，并达到节能降耗的目的，研究的焦点在优化叶轮的结构，改变浮选机的外加充气方式上。

浮选设备作为一种有效的分选方式，浮选设备呈现多样化已使用于各个领域。其中，粗粒、细粒浮选设备得到快速的发展，大大增强了浮选机对不同可浮性矿物浮选的适应性。

16.3.6.1 浮选机

浮选机的关键部件即充气搅拌机构决定了浮选机的类型、特性和效能。浮选机的种类繁多，差别主要表现在充气方式和充气搅拌装置结构。

（1）机械搅拌式

利用叶轮-定子系统作为机械搅拌器实现充气和搅拌的统称为机械搅拌式浮选机。机械搅拌式浮选机是目前生产上广泛使用的一种浮选机，根据其充气作用的不同，又可分为叶轮吸气式、压气搅拌式和混合式三种。前者搅拌器在利用高速转动的叶轮进行搅拌的同时完成吸入空气，将空气分割成细小气泡，使空气与矿浆混合；压气搅拌式的叶轮仅用于搅拌和分割空气，没有吸气作用，空气是依靠外部鼓风机强制压送入；混合式除了叶轮的吸气作用外，还利用鼓风机吹入空气。上述三种浮选机，除了充气机构不同外，其他结构基本相近。

XJM-S型机械搅拌式浮选机依据国内XJM和XJX浮选机过程中研发而成的，型号有XJM-S4、XJM-S4、XJM-S5、XJM-S7、XJM-S8等，该类浮选机的

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特点是槽体容积增加，占地面积增加不多。采用矩形槽体改善了经济性能，实际功耗要比其他相近处理量的浮选机的功耗要低[169]。XJM-S16浮选机的工艺特点采用先进的入料方式—“假底底吸，周边溢流”，集直流式入料和自吸式入料的优点于一体，克服了直流式入料矿桨易发生短路的现象，解决了自吸式入料矿浆通过量小的缺点。槽内矿浆为“W”型立式循环，气泡在槽内布均匀，流态合理。XJM-S的单槽容积28m3，单位处理能力可达0.6~1.2t/(h·m3)，充气速率0~1.2m3/min。

XJM-S28是目前国内最大的机械搅拌式浮选机，该设备在我国选煤工业上取得了较好的应用，四室处理能力达到了800~1000m3/h，干煤泥处理能力达到了80~100t/h，为我国的大型化改造提供了一种选择[170]。“钱家营矿业分公司”选煤厂采用了XJM-S28（3+2）型浮选机代替了原浮选机，浮选精矿用于卧式沉降离心机以及于快开压滤机联合进行脱水作业[171]。在于入料灰分以及于精煤灰分相同的情况之下，新换浮选机以后，尾煤灰分是提高5.18%，精煤产率是提高了5.23%。该厂入浮煤泥量占用入洗原煤的25%，全厂精煤产率是提高2.02%。

（2）机械搅拌充气式浮选机

机械搅拌充气式浮选机采用了循环套筒，利用外部的低压供风系统作为浮选机的充气设施，搅拌机构仅起搅拌作用并采用大直径低转速的叶轮降低了浮选机的能耗[172]。

16.3.6.2 浮选柱

近几年随着微细粒级含量越来越高，浮选柱在选煤方面快速应用。FCMC系列旋流微泡浮选柱是中国矿业大学多年潜心开发研制的专利产品，属于承担国家重点科技攻关项目的研究成果，已获多项实用新型专利，并通过了部级鉴定。处于国际同类设备的领先水平。曾获98年煤炭部科技进步二等奖、99年国家科技进步二等奖及江苏省科技进步二等奖多项。现已形成?1000、?1500、?2000、?2500、?3000、?3500、?4000、?4500、?5000、?5500十种系列产品和规模生产。目前已在全国300多家国内企业使用。该类型浮选柱的主要特点：浮选原理和重选原理（旋流力场）相配合，提高了分选效率；单位容积处理能力大，工艺指标先进。由于浮选柱集浮选和重选于一体，在一个柱体内能完成粗选、精选和扫选作用，所以高灰细泥对精煤的污染小，精煤的灰分低，回收率高，完全适用于小于0.5mm的煤泥浮选，尤其适合于灰分高、粒度特细（-0.045mm的难选煤泥浮选；体外配置的射流自吸式节能微泡发生器，充气量大，气泡质量好，不堵塞，易调节，工作稳定，易维护和更换；柱体结构吸收充填式浮选柱精选的优点，克服了其在生产中存在的易堵塞的缺点，同时采用两段式设计，提高对物料分选精度的同时，降低了柱体高度；采用合理的柱内结构，可随时开、停机，而无须空，物料不发

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生沉积堵塞；能使用普通浮选药剂，用量也基本相同。

FCMC系列旋流微泡式浮选柱在我国已得到现场应用。四川重庆中梁山选煤厂脱硫示范工程中使用1m直径浮选柱，效果很好。大屯选煤厂使用3.0m直径浮选柱，其浮选效果明显优于浮选机，浮选入料灰分为24.53%，精煤灰分为7.85%；尾煤灰分为52.29%，精煤实际产率为62.46%，尾煤产率为37.54%。根据分步释放试验，可知精煤灰分为7.85%时的理论产率为64.01%；浮选数量效率达到97.59%。云南南桐选煤厂使用的FCMC-3000浮选柱分选效果均较好[173]。

通过旋流段结构优化的旋流微泡浮选柱日益向大型化方向发展，并成功应用。如浮选柱4.5m旋流微泡浮选在大武口选煤厂成功应用，在电耗降低的前提下，精煤灰分更低，尾煤灰分达到55%，较该厂先前采用的浮选柱尾煤灰分可提高10个百分点[174]。直径5m浮选柱在贵州盘江老屋基选煤厂浮选技术改造中，结果表明：正常生产过程中，浮选精煤灰分要求11.00%，原用浮选机的浮精灰分为13.58%，而采用浮选柱精煤灰分可达到10%左右，浮选柱降灰效果明显优于浮选机。在霍尔辛赫选煤厂，5.5m直径、处理量为700m3/h，外加充气的浮选柱处，对50g/L入料浓度，-200目含90%，灰分14-15%的入料分选后，尾煤灰分可达到50%以上，精煤灰分8%以下。在太西选煤厂超纯煤的试验中，浮选柱分选试验取得了较理想的结果，最终精煤灰分可以控制在1%以下(取样的平均灰分为0.98%)，产率则在36.72%左右，降灰率为92.06%，用微泡浮选柱制备超净煤在技术上都是可行的。

由中国矿业大学研究开发的浮选床的规格有FCSMC-3000×6000、FCSMC-6000×6000等其他不定规格浮选床。目前已有神火煤电集团、山西焦煤集团等多家国内企业使用，并出口越南和印尼，成为国际上应用最多的浮选柱

[175]

。

神火集团煤电公司选煤厂应用浮选床后，浮选出的精煤灰分可控制在10%，

入料粒度0.5 mm以下，单台机处理量可达50～75 t/h。0.125～0.075mm与0.075～0.045mm范围内精煤回收率极高，灰分也特低，二者加权灰分6.70%，0.250～0.045 mm之间的浮选精煤灰分明显降低(15.24%-9.64%=5.60%)。

同时，FCSMC3000×6000中矿分离的工业型两段式柱分选设备在开滦中煤分选得到应用，FCSMC1000×2000两段式柱分选试验装置的矿浆小时处理量在55-60m3/h，大于FCSMC1000×1000单段浮选柱的处理能力的两倍（40～50 m3/h），在精煤灰分相当的情况下，两段柱式浮选过程可获得66.59%的精煤可燃体回收率，高于单段浮选柱5.25个百分点。工业应用实践表明，FCSMC3000×6000工业型两段式柱分选设备指标先进，加强了粗颗粒的回收，在单段式浮选柱的基础上提高了设备的处理能力，矿浆处理能力达到500m3/h，干煤泥量达

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40-45t/h。

16.3.6.3 脱水设备的现状和发展方向

首先，大型化是现今洗煤厂的发展趋势，因为大型、大处理量的设备不仅在生产能力上能满足洗煤厂的要求，并且能够减少设备数量，节约空间，降低维护成本。同时，节能、环保一直是社会发展的需要，开发并研制低能耗的离心脱水设备是今后需要努力的方向。

第二，设备的使用是影响企业生产、管理和经营的重要因素，长期以来离心机筛蓝寿命短一直是困扰离心机发展的一大障碍，为了提高筛蓝使用寿命，研发或寻找新型耐磨材料和新的筛蓝制造工艺，则设备昂贵、运营成本高。所以，设计并制造可靠性高、筛蓝寿命长和维护成本低的脱水设备，对提高洗煤厂的生产效率和经济效益有很大帮助。

最后，现有各类离心机都有其入料粒度的严格要求，开发物料粒度适应性广，产品水分低的离心脱水设备也是今后的主攻方向。

（1）立式螺旋刮刀卸料离心脱水机

为了满足现今选煤厂大型化的生产要求，节约厂房空间，降低维护成本。目前国内规格和处理能力最大的LLL1200×650B型粗煤泥离心脱水机。LLL1200×650B型立式粗煤泥离心脱水机属过滤式螺旋卸料类型，其筛篮大端直径为1200mm，筛篮高度为650mm，设备处理量为35~50t/h，脱水产物水分低，可靠性强，生产工艺指标先进，于国外进口的同类设备。独立的整体差速器安装结构，大幅度减少了斜齿轮、轴承的检修作业时间。我国传统的立式螺旋刮刀卸料离心机，如LL3-9型，其差速装置各零部件是安装在离心机机座内的，一旦其中任何一个零件出现故障，都要在设备现场将差速装置解体检查。由于生产车间狭窄、环境差，从而加大了维修工作量及检修难度。而LLL1200×650B型离心机的差速装置制作成独立部件，一旦出现故障，可以整体更换，拆卸下来的差速器整体送往机械检修车间维修，既简单方便又可以保证检修质量。洗煤厂停机时间大大缩短，现场维修时间可减少80%～90%[176]。

同时，立式螺旋刮刀卸料离心脱水机，可靠性明显提高，使用寿命长。但是，立式刮刀卸料离心机相对其他离心机机型，耐磨易损件多，主要有筛篮、刮刀、钟形罩、出口保护环、布料锥及入料口等，这就增加了立式离心机的维护成本，因此，提高易损件的寿命是要解决的主要问题。提高易损件的寿命可从材质上入手，如在出口保护环和布料锥材料中，填加了Cr、Mo金属元素，钟形罩材质由ZG35改为ZG40Mn2，刮刀叶片采用超级耐磨钢板等措施，大大提高了使用寿命。LLll030型煤泥离心机物料分配盘的改进设计，分配盘上加有布料导向板，可加速入料预旋转，其分配盘的顶角角度为163°，给料较平缓，有利于降低入料轴

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向速度，从而延长了物料在脱水区的停留时间，降低了产品水分。筛篮倾角为20°，提高了整机的处量能力。

设置独立的润滑用电动机，开机时，首先启动油泵电机，在保证差速器内有充足的润滑油流时，主机才能启动，从而保证被润滑件的润滑可靠[175]。而老式的LL3-9型离心机油泵是靠主轴通过V型带轮带动润滑油泵离心机启动，油泵随之启动，所以，开始时油压较低，供油不及时，从而造成差速装置内的斜齿轮、轴承干摩擦。另外，传动胶带的松紧也会造成油泵油压的较大变化，而且由于油泵摩擦轮与胶带的摩擦，大大降低了胶带的使用寿命。

（2）卧式振动卸料离心脱水机

卧式振动卸料离心脱水机入料上限高、处理量大、适应性广。目前，卧式振动离心机筛篮最大直径可达1500mm，筛篮锥角在20°~36°之间，分离因数为60-180，筛篮振幅15~10mm，单机处理能力最大可达400t/h。

WZL1200卧式离心机人料粒度范围大，可达0.5-50mm甚至更高。通过调整振动电机两端的配重来调节振幅，一般调整范围为2-6mm，因而可根据煤的性质(如煤种、粒度等)，灵活地调节离心机的振幅，使煤流在筛篮上滞留的时间达到最佳值，提高脱水效率。WZL1400大型卧式振动离心脱水机筛篮直径为1400mm，筛篮高度为810mm，分离因数为90g[176]。因此，其特点是筛篮直径大、筛蓝高度高，分离因数强脱水效率高。

（3）沉降式和沉降过滤式离心脱水机

对于沉降式离心脱水机的技术改造体现可靠性、关键部位的耐磨性、减振、隔振、无渗漏油、报警等方面采取了有效措施。如通化矿业(集团)道清选煤厂是由唐山国华科技有限公司设计的炼焦煤选煤厂，LWZ900×1800型沉降过滤式离心，该设备定位于脱水回收以> 0.045mm粒度为主的物料，采用了较低转速的工作参数和短转鼓体的结构参数，这样就减少了电力消耗和设备体积，延长了部件的使用寿命，增加了设备的可靠性，降低了设备价格。增设沉降过滤式离心机生产系统后，精煤产率由过去的36%提高到38.5%，增幅达2.5百分点[177]。

沉降过滤式离心分离过程的不同阶段优化组合在一个有限的空间内完成，即优化不同阶段的脱水过程以提高离心机的脱水效果，BSB1420的卧式沉降过滤式离心脱水机(以下简称BSB1420离心机)，用于处理中煤、矸石磁选尾矿一段浓缩底流。该设备的使用缓解了煤泥水回收系统的压力，为煤泥回收和洗水闭路循环创造了良好条件。其主要工作流程如下：（1）传动过程。主电动机一变频器。三角皮带、转鼓、行星齿轮差速器、螺旋。（2）具体的运转阶段。混合与加速阶段一澄清阶段、压缩阶段、过滤阶段、排料阶段。BSB1420离心机在脱水的同时起到了回收>0.045mm粒级、脱除细泥的功能，且回收效果良好。BSB1420离

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心机产品水分平均在21.31%，而青海木里煤泥灰分<11.50%，因而可直接掺入精煤，从而提高了煤泥的经济价值，为企业增加了经济效益。

同时，改变离心机内部结构来提高可靠性和分选效果。LWZ1200× 1800型沉降过滤式离心脱水机采用较小的离心强度和长径比结构参数。将LWZ1218离心机的离心强度确定为200～300之间，长径比确定为1.5，优化了大扭矩行星齿轮差速器。因此提高了设备的分选效果，同时也降低了设备的故障的发生率[178]。

16.3.6.4 煤泥水技术与发展方向

现有的煤泥水处理方法有混凝法、气浮法和矿物-硬度法等几种。 （1）混凝法

水的混凝原理一直是水处理与化学工作者们关心的课题，迄今还没有一个统一的认识。在化学和工程的词汇中，对凝聚、絮凝和混凝这三个词意常有不同解释，有时又含混相同。一般认为，凝聚是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程；絮凝则指胶体脱稳后（或由于高分子物质的吸附架桥作用）聚结成大颗粒絮体的过程；混凝则包括凝聚与絮凝两种过程。凝聚是瞬时的，只需将化学药剂扩散到全部水中的时间即可。絮凝则与凝聚作用不同，它需要一定的时间去完成，但一般情况下两者很难区分。

絮凝原理与絮凝剂的结构相关联。絮凝剂通常为有机高分子化合物，由高分子骨架和活性基团构成。絮凝作用由它们共同完成。活性基团与颗粒表面通过不同的键合作用形成解稳颗粒。高分子骨架的架桥作用把解稳颗粒联结在一起形成絮团，于是完成了絮凝过程。此外，过量高分子又将包裹颗粒而形成稳定颗粒，不利于与其他颗粒作用，削弱絮凝作用。

键合作用包括：①静电键合。静电键合主要由双电层的静电作用引起。离子型絮凝剂一般密度较高，带有大量荷电基团，即使用量很小，也能中和颗粒表面电荷，降低其电动电位，甚至变号。②氢键键合。当絮凝剂分子中有—NH2和—OH基团时，可与颗粒表面电负性较强的氧进行作用，形成氢键。虽然氢键键能较弱，但由于絮凝剂聚合度很大，氢键键合的总数也大，所以该项能量不可忽视。③共价键合。高分子絮凝剂的活性基团在矿物表面的活性区吸附，并与表面粒子产生共价键合作用。此种键合，常可在颗粒表面生成难溶的表面化合物或稳定的络合物、螯合物，并能导致絮凝剂的选择性吸附。三种键合可以同时起作用，也可仅一种或两种起作用，具体视颗粒—聚合物体系的特性和水溶液的性质而定。

由于凝聚剂是靠改变颗粒表面的电性质来实现凝聚作用，当用它处理粒度大、荷电量大的颗粒时，耗量较大，导致生产成本增加。但凝聚剂对荷电量小的微细颗粒作用较好，而且得到的澄清水和沉淀物的质量都很高。絮凝剂用于处理煤泥水时，由于它不改变颗粒表面的电性质，颗粒间的斥力仍然存在，产生的絮

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团蓬松，其间含有大量的水，澄清水中还含有细小的粒子，但絮凝剂的用量却较低。由此可见，凝聚剂和絮凝剂在处理煤泥水时都各有优缺点。实践表明，把两者配合起来使用将获得较理想的效果。作用原理是：凝聚剂先把细小颗粒凝聚成较大一点的颗粒，这些颗粒荷的电性较小，容易参与絮凝剂的架桥作用，且颗粒与颗粒间的斥力变小，产生的絮团比较压实。由于细小的颗粒都被凝聚成团，产生的澄清水质量也较高。

我国一些选煤厂的生产实践也表明：对于单独使用高分子絮凝剂效果不佳的煤泥水，如果首先加入一定量的无机电解质凝聚剂进行凝聚，以压缩颗粒表面双电层，然后加入高分子絮凝剂进行絮凝，这些颗粒才能很好地絮凝沉降。所以目前越来越多的选煤厂采用先加无机电解质凝聚剂、后加高分子絮凝剂的联合加药方式。由于细泥颗粒表面通常呈负电荷，所以通常选择的无机电解质凝聚剂有明矾、三氯化铁、石灰、电石粉等。

（2）气浮法

气浮法净水是设法在水中通入或产生大量微小气泡，利用这些高度分散的微小气泡作为载体去粘附水中的污染物，使气泡粘附于杂质絮粒上，造成整体密度低于水的密度，靠浮力上浮至水面，并加以除去，从而造成固液分离。气浮法分离的对象是疏水性微细固体悬浮物以及乳化油。

气浮法作为净水的一种手段已在许多行业应用，实践证明气浮法是沉降法难以取代的一种新颖独特的水处理技术，它对分离密度近似于水的微细悬浮颗粒、油类、纤维等非常有效。因为当水中欲分离的悬浮物密度接近于水时，上浮和下沉都很难。如果用沉降法处理，分离时间会很长，而其还有相当数量微细粒残留水中。采用气浮法时，高度分散的微小气泡粘附于欲分离的悬浮物上，形成气絮团，大大降低了悬浮物的视密度，造成整体密度小于水(空气密度仅为水密度的1/775)，使悬浮物的上浮速度远远超过原来的沉降速度，大大缩短了分离时间，达到净化水的目的。

（3）矿物-硬度法

矿物—硬度法的基本原理是通过准确调节控制煤泥水水质硬度至某一水平，在这一硬度水平条件下煤泥水中主要的难沉降物质—粘土颗粒和煤颗粒可发生凝聚沉降，同时煤泥浮选能够达到选煤厂的要求。这种方法的基本理论为传统的胶体脱稳理论。

通过加入外来水质硬度调整剂，提高水质硬度并达到临界硬度是煤泥水实现澄清的重要途径，也是形成两种硬度两种生产煤泥水运行体系的关键所在。但以下问题导致在煤泥水系统中提高水体硬度成为难题：

1）水体硬度的提升幅度大。特别是初始的水体硬度调整，必须能够大幅度

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提升水质硬度至临界硬度，提升幅度得到30-50德国度，这是解决难沉降煤泥水澄清问题的关键。

2）大容量水体硬度提升的现实性。选煤厂煤泥水水量大，一般都在数百甚至数千方水循环，无论是初始的水体硬度调整，还是正常生产的维持，都需要大量的水质调整剂量（初始调整一次可达到几十吨）。

3）快速提升水质硬度的可能性。浮选与煤泥水浓缩是两个直接相连的作业，浮选尾矿进入煤泥水澄清的浓缩机的路径与时间都会非常短，而这个过程是添加水质调整剂的最佳时期，因此，水质调整剂溶解速度，特别是选择矿物质作为水质调整剂就变得非常关键。

4）调整水体的经济性。鉴于煤炭生产成本的限制，水质调整剂价格必须低廉。

针对上述问题，经过不断探索和尝试，形成了适用于煤泥水硬度调控的系列水质硬度调整剂，主要包括矿物型凝聚剂、高硬度工业废水、工业盐类废渣等。当然，不论何种调整剂，总体必须满足以下要求：

1）矿物型凝聚剂或工业盐类废渣等含钙或镁的盐类矿物，必须有一定的溶解能力。

2）工业废水水质硬度必须足够高。 加负担。

4）来源广泛，价格低廉。

3）不引起二次污染，随水质硬度调整剂进入系统的杂质不会对洗选过程增

16.3.7 综合回收

煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石的岩石种类主要包括粘土岩、砂岩、碳酸岩和铝质岩等。由于各地煤矸石所含矿物的不同，其化学组成较为复杂，大约含有十几种元素，一般以硅、铝为主要成分；其化学组成除含碳外，一般以氧化物为主，如SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等，此外还有少量稀有元素如矾、硼、镍、铍等。目前，煤矿的排矸量约占煤炭开釆量的8%-20%，已成为我国累计堆积量和占用场地最多的工业废弃物，全国煤矸石的总积存量约45亿t，而且仍在逐年增长，矸石山几乎成为我国煤矿的标志。而且煤矸石中通常含有残煤、碳质泥岩、硫铁矿等可燃物质，在长期露天堆积后常会产生自燃，排放大量CO、CO2、SO2、H2S等有害气体，同时，矸石淋溶水将污染周围土壤和地下水，给周边环境和人体健康带来一系列的危害。因此，解决煤矸石污染环境的问题己成为人们关注的焦点。

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煤矸石中氧化铝的含量占到25%左右，是一种可以利用的资源。程芳琴等[179]以山西潞安煤矿的煤矸石为原料，采用正交试验的方法，研究了盐酸作为酸浸介质浸取煤矸石中氧化铝。主要影响因素为煅烧温度、酸量、固液比及酸浸时间，最佳工艺条件为：煅烧温度为650℃，酸量为225ml（按照煤矸石中氧化铝和盐酸反应的摩尔比为1:6计）、固液比为1:3、酸浸时间为3h，单因素重复试验结果和正交实验的结果相符，在最佳条件下，氧化铝的溶出试验验证结果表明，三氧化二铝溶出率为71.49%。本研究对实现煤矸石的资源化综合利用具有重要的意义。

为了解决汾西集团新阳煤矿存在的大量“三下”压煤问题，提高资源采出率，新阳煤矿决定采用矸石、粉煤灰作为充填材料进行充填开采工业性试验工作。郭振兴等[180]系统介绍了新阳煤矿矸石、粉煤灰试验充填工作面管路布置、充填工艺、充填流程等关键技术。针对充填工作面存在的顶板支护以及采煤与充填工艺相矛盾等问题，特别研制了ZCY7200/16/26型两柱掩护式充填液压支架，对采煤与充填工作面空间顶板进行有效支护。采空区矸石、粉煤灰充填开采技术在新阳煤矿的应用与实践，将为我国大量的“三下”压煤进行充填开采提供经验与技术依据，并在地表开采沉陷控制、矿区环境保护等方面探索出一套成功的示范模式。

包洪光[181]以低品质煤（包括烟煤和煤矸石）的综合利用为出发点，在充分了解低品质煤（矸石）的原料特性的基础上，系统研究了烟煤深度脱灰及煤矸石金属杂质与硅的分离工艺，进而探索了以超低灰烟煤和超低金属杂质含量的煤矸石为原料合成SiC的可行性，获得了如下研究成果：（1）采用低温酸碱联合法研究了烟煤深度脱灰工艺。结果表明，当碱煤比为0.35:1、碱浸温度为180℃、碱浸时间为8h、烟煤粒度为-200目，以及酸煤比1:1、酸浸温度为55℃、酸浸时间为1h、液固比为12:1的条件下，烟煤的灰分可以从28.37%降低到0.17%。（2）研究了以超低灰烟煤为碳源，以石英砂为硅源，采用碳热还原法研究了SiC粉体的合成工艺。结果表明，在球磨时间为2h，焙烧温度为1550℃、保温时间为4h的条件下可以制备出粒度分布在5-20μm（平均粒径约9.70μm）、平均比表面积约为2969 cm2/g的超细SiC粉，一次合成产率可达90%以上。（3）采用低温酸浸法研究了煤矸石中金属杂质与硅的分离工艺。结果表明，以超细球磨煤矸石粉为原料，在酸煤比为3:1、酸浸温度和时间分别为180℃和4h的条件下，煤矸石中的金属杂质可以从47.48%降低到0.6%以下。（4）研究了以除杂后的煤矸石作为硅源制备SiC微粉的工艺。结果表明，在碳过量系数为10%、球磨时间为2h、合成温度及保温时间分别为1550℃和4h的条件下，SiC的合成产率达78.27%，且粒度分布在1-15 μm，比表面积为6750 cm2/g。

张燕青[182]研究了将煤矸石用作路基材料时污染物的析出特性。由于煤矸石

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中含有大量重金属和酸根离子等有毒有害物质，经过长时间的雨水冲刷和浸泡，污染物质容易析出并入渗至路基沿线的土壤和地下水中，对环境可能产生二次污染。因此，有必要对煤矸石中污染物的析出特性进行研究，并进一步釆取有效措施以降低污染物对土壤和地下水的影响。

首先，通过模拟自然降雨淋溶试验对煤矸石中的几种重金属及酸根离子的淋溶特性进行分析研究。通过改变浸泡时间、固液比和浸泡液pH值进行浸泡试验；通过改变空隙率（煤矸石、粘土和砂砾的质量比）进行动态淋溶试验。浸泡试验表明，金属及酸根离子污染物的浸泡平衡时间为48h；当固液比和pH值降低时，煤矸石中的污染物越容易析出。动态淋溶试验结果表明，煤矸石的空隙率越低时，金属及酸根离子等有毒有害物质的溶出率越高，越容易对环境造成二次污染。在此基础上，结合电动力学（EK）原位修复技术和渗透性反应墙（PRB）原位修复技术，能去除土壤中90%以上的金属及酸根离子等污染物，主要是通过改变PRB中的反应介质提高动电技术对金属及酸根离子的修复效率，比较所提出的静电纺丝聚丙烯腈（PAN）、壳聚糖（CTS）及甲醛-环氧氯丙烷改性壳聚糖（MCTS） PRB与电动力学技术联用修复的可行性和高效修复效果。EK/PAN纳米纤维膜PRB系统通过改变初始条件的电压，污染初始浓度，土壤pH值等进行修复试验。当电压为25V，初始离子（Zn2+，Fe3+，Ca2+，SO42-和NO3-）浓度为10，25，250，400，500 mg·L-1，土壤初始 pH值为1.2时，金属离子的修复率均达到94%以上，酸根离子的修复率接近80%。以壳聚糖及甲醛-环氧氯丙烷改性壳聚糖为反应介质的EK/PRB修复系统在改变反应介质质量的情况下，其酸根离子的修复效果好于EK/PAN纳米纤维膜PRB系统。改性后的壳聚糖机械强度增加，对离子的吸附性能有所提高，EK/MCTS PRB系统的酸根离子修复率均接近90%。

李莹英[183]研究了煤矸石、煤泥和添加剂相配合生产洁净型煤的技术。利用煤泥的热值，添加一些功能性的添加剂，将煤泥、煤矸石等通过配煤制备成洁净型煤，使其在燃烧过程中减少烟尘、SO2以及有害物质的排放。研究内容包括以下两方面：一方面开发高效型煤添加剂，将煤泥、煤矸石等制备成型煤供民用锅炉使用；另一方面研究高效的固硫添加剂，以解决煤炭在燃烧过程中产生大量SO2，对环境造成污染。研究结果表明：（l）通过对煤泥、煤矸石的工业分析，在充分利用热值的条件下，型煤中添加氧化淀粉、膨润土、有机硅防水剂等，制备成多功能的洁净型煤。试验研究表明：当氧化淀粉添加量为0.4%，膨润土的添加量为2%，有机硅防水剂的添加量为2%时，型煤的抗压强度可达到2MPa以上，跌落强度可达到95%以上，湿强度也可达到95%以上，且型煤灰分、挥发分、热值等各项指标均满足型煤产品标准。（2）通过分别对钙基、镁基固硫剂的固硫效果比较以及各种添加剂固硫促进作用的比较，研究表明钙基固硫剂的固

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硫活性优于镁基固硫剂，但高温（>1000℃）固硫产物发生分解释放大量SO2；在以钙基固硫剂为主固硫剂的基础上，添加剂Fe2O3、SiO2、CuO、ZnO等物质都表现出了一定的固硫促进作用，以上试验结果为使用煤矸石和粉煤灰作为型煤固硫添加剂提供了理论依据。（3）单纯以MgO作为型煤固硫剂，固硫率较低，CaO和MgO作复合固硫剂后，可显著提高型煤固硫率；通过对煤矸石和粉煤灰成分的分析，试验将煤矸石和粉煤灰作为型煤固硫添加剂，研究结果表明在此基础上添加少量煤矸石，煤矸石中的SO2和Al2O3等物质在高于900℃时可与CaSO4作用生成热稳定性高和结构致密的新物相Ca5(SiO4)2(SO4)，从而抑制了含硫物相的分解而提高了型煤的固硫率；而粉煤灰则可能以惰性玻璃体形式存在，SiO2、Al2O3等物质难与固硫剂在高温下形成新的物相。（4）为进一步提高粉煤灰的活性，本研究利用氢氧化钙对粉煤灰进行活化，作为型煤固硫添加剂。结果表明：氢氧化钙能够破坏粉煤灰玻璃微珠的结构，将惰性的硅、铝、铁物质等激活，在高温下这些物质与固硫产物CaSO4发生了反应，生成了一种热稳定性较高的Ca5(SiO4)2SO4的物质，提高了硫酸盐的分解温度，减少了SO2的释放；添加活化粉煤灰后型煤的固硫率提升了6.28%。（5）在以上试验结论的基础上，研究进一步考察了固硫影响因素对型煤固硫效果的影响。结果表明：当Mg/Ca质量比为l:l，且(Mg+Ca)/S摩尔比为2:l时，型煤固硫效果最佳；活化粉煤灰添加量为3%和煤矸石添加量为2%时，型煤的固硫率可分别提高5.85%和3.72%，但随着添加量的继续增加，煤矸石自身含硫较高，型煤的固硫率开始下降；煤矸石和活化粉煤灰随燃烧温度的升高，其固硫促进作用下降；还原气氛下，煤矸石和活化粉煤灰高温抑制分解的作用不能得到表现；煤矸石和活化粉煤灰对型煤固硫抑制作用也不会受时间的影响。

16.4 煤炭分选存在的问题及发展趋势

（1）选煤理论的发展逐渐由宏观向微观转换，如旋流器内流体动力学特性的研究，并不仅仅依靠模拟或简单的产物分析来进行研究，而需要不断深入的，加入微观领域的研究策略，如颗粒、流体在选矿设备中的运动轨迹及其运动特性研究。在细粒煤炭分选及后续处理理论的研究方面，研究工作越来越需要高尖端的仪器设备对其进行机理的分析，借助科技的进步，准确描述和建立煤炭选矿领域的基本原理。

（2）煤的破碎过程非常复杂，破碎机理仍然处于假说阶段；分级破碎机是目前国内煤炭破碎的主要设备，可准确控制产品粒度、过粉碎低，具有破碎、分级的双重功效，设备的大型化是其研究发展方向；潮湿细颗粒煤炭的干法精确筛分依然是世界性的难题，特别是3mm以下煤的干法筛分目前还没有应用；中煤

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