基本信息
- 项目名称：
- 基于过程强化的高灰难选煤泥分选技术及装备
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 煤泥分选是煤炭资源合理利用的关键。现有分选技术缺乏合理的过程设计，能耗高，污染重，处理能力低。基于过程强化的高灰难选煤泥分选技术根据矿物在分选过程中可浮性的变化来设计分选过程，易浮物料优先浮出，难浮物料高能量强制回收，连生体煤岩解离后回收。应用于开滦、神火等矿厂，仅薛湖选煤厂年增精煤18万吨，年增产值2亿元，精煤回收率提高12个百分点；应用于中原矿业有限公司钼、钨、铁共生矿，钼回收率提高7.3%。
- 详细介绍：
- 随着我国采煤机械化程度的提高、煤田地质条件的恶化、选煤厂大型化建设及重介质分选技术的广泛应用，高灰难选细粒煤比例急剧增加，入浮粒度呈微细化，煤泥可浮性变差。细粒煤泥得不到有效分选已严重影响了整个煤炭分选过程和精煤产品质量，煤泥分选问题已经制约了煤炭工业的进步。 现有的煤泥分选技术与装备，如浮选机、浮选柱，其分选过程缺乏强化设计，没有从整体来考虑浮选问题，忽视了物料的矿化反应特性随着分选过程变得愈来愈差这一核心问题。煤泥浮出过程设计不合理，导致分选设备处理能力低，功耗大，精煤资源大量损失，并且恶化了选煤厂的洗水闭路循环，严重污染了矿区周围的环境，煤泥分选与资源高效回收、矿区生态环境保护的矛盾更加突出。鉴于上述存在的问题和不足，提出了基于过程强化的高灰难选煤泥分选技术。 该技术通过高效调浆与高效矿化、非线性过程耦合、系统集成与优化的技术途径和方法，开发高剪切强制混合调浆设备与两段式强力分选床。根据煤泥在浮选过程中可浮性的非线性变化设计非均衡过程，体现在浮选过程中的阶段能量匹配输入上，易浮物料优先浮出，难浮物料高能量输入强制回收。提出了高灰难选煤泥的两段式磨浮分选新工艺，通过中煤煤岩解离，实现精煤的高效回收。该技术已在开滦集团钱家营矿洗煤厂完成了中试试验，结果表明：在同样精煤灰分条件下，采用基于过程强化的高灰难选煤泥分选技术及装备，精煤回收率比现有分选工艺提高10个百分点以上，实现了高灰难选煤泥高效调浆与分选技术的突破，形成了具有自主知识产权的高灰难选煤泥分选技术体系。 同时，该技术进行了工业化推广。应用于神火集团薛湖选煤厂单段搅拌桶和浮选床的技术改造，通过强制调浆和两段浮选改造，浮选精煤产率比改造前提高12个百分点，精煤产量增加18万吨/年，浮选药剂节省72吨/年，增加产值2.16亿元/年。过程强化的技术理念同时在鹤煤集团中山选煤厂、神火集团刘河选煤厂、河南龙宇能源股份有限公司陈四楼选煤厂等厂成功应用，浮选尾煤灰分均在50%以上，煤泥分选指标稳定，浮选药剂量大大节省。 金属矿、非金属矿的浮选过程同样存在矿物可浮性变化的问题。大量的试验研究表明，金属矿、非金属矿物料随着浮选的进行矿物的可浮性也愈来愈差。与煤炭的分选过程类似，这一规律的发现为本技术在非煤领域的推广奠定了有力的理论依据。目前该技术已在中国黄金集团中原矿业有限公司钼、钨、铁等共生金属矿上应用，结果表明：目的矿物硫化钼的品位由18.39%提高到23.61%，作业回收率提高了7.35个百分点。中原矿业有限公司单日泥钼精矿金属量增加0.053t，年增加金属量17.47t。按照当前市场行情，仅泥钼精矿一项可为该公司增加利润349.4万元/年，经济效益与社会效益显著。 经过科技查新，得出 “国内外公开发表的文献中，未见有与本课题‘基于过程强化的高灰难选煤泥分选技术及装备’查新点完全相同的文献报道” 的结论。（见附加材料） 该技术申请发明专利2项（已公开），正在申请发明专利3项，发表论文16篇，其中第一作者9篇，EI收录6篇，EI源刊7篇，承担**省普通高校研究生科研创新计划资助项目（CX10B_150Z）一项、中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(JGX101870)一项。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的主要是由于煤炭是我国的主要能源，但又是不洁净能源。《国家中长期科学和技术发展规划纲要2006-2020年》中明确指出：要“促进煤炭的清洁高效利用，降低环境污染”。特别是占煤炭产量约20%的高灰难选细粒煤还不能得到有效的分选，且高灰难选细粒煤比例急剧增加，并呈现恶化趋势，而目前现有细粒煤分选技术还远不能满足细尺度高灰难选煤泥高效分选的要求，还不能解决煤泥中的精煤损失问题和煤泥水的环境污染问题。所以针对细尺度的难选煤泥，研究其分选过程特点，并通过技术手段强化其分选过程显得重要而又迫切。 总体思路是通过研究煤泥可浮性的分选过程特征，采取高效调浆、易浮入料快速浮选、难浮物料强力回收、连生体矿物解离分选的技术手段，提高煤泥的分选效率。 创新点是浮选矿化前期多段混合强制调浆方法的实现，提高药剂与矿浆的混合分散；基于煤泥可浮性变化的浮选过程设计，提高了设备的处理能力和分选效率；中煤连生体煤岩解离后大循环分选的中煤回收工艺，释放了中煤中的精煤，提高精煤产率。 技术关键点在于解决微细粒煤泥浮出速度快、浮出量大与高选择性、精确分选的矛盾，煤岩解离过程中细泥污染以及合适解离尺度的确定，易浮物料与难浮物料分选所需的能量分配问题，以及浮选过程中多因素、复杂过程状态的系统控制。 主要技术指标是针对开滦集团钱家营矿选煤厂高灰难选细粒煤泥，在精煤灰分与现有技术水平相同时，精煤回收率提高10个百分点，干煤泥加工成本小于25元/吨。
科学性、先进性
- 1科学性 （1）理论依据：煤泥分选过程中，物料的可浮性随着浮选过程的进行变得愈来愈差。 （2）现有技术的突破点：现有技术对细泥的分散性、选择性及高效矿化问题都缺乏应有的适应性，忽视了物料的矿化反应特性随分选过程变得愈来愈差的规律，未综合考虑流体环境、微泡制造方式、微细粒矿化等影响因素。 （3）急需解决的关键问题：细尺度问题、合理的过程耦合和分离过程设计、系统控制与优化。 2先进性 提出了高剪切改质调浆方法及装置，实现了药剂分散、煤泥活化及药剂与煤有效接触；揭示了煤泥可浮性的非线性过程特征，进行了与煤泥可浮性耦合的梯级强化的过程设计，研制出静态快浮-强力回收分选装置；建立了高灰难选煤泥分选新工艺，形成两段式煤泥分选体系，分步释放低灰成分；快浮段回收易浮物料，回收段回收难浮物料，中煤连生体煤岩解离回收，在精煤灰分与现有技术水平相同时，精煤回收率提高10个百分点。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年5月过程强化技术在神火集团薛湖选煤厂调浆桶和浮选床上应用； 2010年7月过程强化技术在神火集团刘河选煤厂浮选柱上应用； 2010年9月过程强化技术在鹤煤集团中山选煤厂浮选柱上应用； 2010年11月过程强化技术在河南龙宇能源股份有限公司陈四楼选煤厂浮选柱上应用； 2010年7月过程强化技术在中国黄金集团中原矿业有限公司钼、钨、铁共生矿上应用。 经过科技查新，得出 “国内外公开发表的文献中，未见有与本课题‘基于过程强化的高灰难选煤泥分选技术及装备’查新点完全相同的文献报道” 的结论。 基于过程强化的分选技术及装备发表论文16篇，第一作者9篇，EI收录6篇，EI源刊7篇，申请发明专利2项（已公开），获**省普通高校研究生科研创新计划资助项目（CX10B_150Z）一项、中央高校基本科研业务费专项资金资助(JGX101870)一项。
作品所处阶段
- 已完成中试试验和强力浮选床工业设备安装，进入调试，过程强化技术已在煤炭、钼、钨、铁共生矿工业应用。
技术转让方式
- 主动许可方式
作品可展示的形式
- 模型，图纸，现场演示，图片，录像，样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1技术特点和优势 多段强制调浆设备、两段式浮选设备、中煤再磨再选的煤泥浮选新工艺的实现，强化了微细粒煤泥分散，粗颗粒连生体中煤解离分选，保证了精煤产率和质量，较现有技术处理能力大，抗煤质波动能力强，能耗低。 2适应范围及推广前景 适应范围：适合炼焦煤、无烟煤及高灰高硫难选煤泥的分选，同时也适用于金属矿、非金属矿等非煤矿物的浮选调浆作业。 推广前景：回收了煤泥中损失的精煤资源，提高经济效益，降低选煤能耗，在煤泥分选方面有较好的应用前景；解决了煤泥水中未回收的煤泥颗粒对选煤工业洗水闭路循环的影响，减轻煤泥水对环境的污染，环境效益好；加强了金属矿、非金属矿调浆作业的微细粒分散和目的矿物回收，在金属矿、非金属矿的浮选和调浆也有很好的应用前景。 3市场分析：涉及的煤泥分选、矿产资源综合利用领域深系国民经济发展，市场前景好。 4经济效益预测：与现有技术相比，实现了煤炭的低成本加工和高效回收，吨煤净增收60元左右，一个200万吨/年的炼焦煤选煤厂每年增收可达1.2亿元。
同类课题研究水平概述
- 1矿浆预处理及调浆方面 目前的调浆设备有搅拌桶、矿浆预处理器等，主要倾向于采用搅拌、药剂乳化及其混合方式实现矿浆的预处理。但这些方法都是依靠浮选药剂覆盖在煤炭表面使其表面发生物理—化学变化，只能起到辅助调浆的作用，都难以满足高分散、强活化、高效碰撞接触的要求。同时外加力场也被应用到调浆作业中，如利用磁化处理技术促进柴油在煤表面的固着程度。近年来，又开发出一种煤炭表面改质的矿浆预处理新设备，它利用强力搅拌作用，达到提高煤泥可浮性的目的。但由于该设备能量消耗大，同时强烈搅拌使煤粒泥化对后续的脱水处理设备能力产生影响。 2煤泥分选方面 现有的重力分选、离心分选和泡沫分选还远不能实现我国高灰难选煤泥的高效分选。近几年，浮选机多样化发展，如维姆科浮选机、奥托昆普浮选机、充填式浮选机、喷射浮选机等。复合力场被逐步引入到浮选机中，研制了基于离心力场和重力场共同作用的离心浮选机。但此类设备存在单位体积、时间颗粒和气泡碰撞次数受离心力场强度影响较大的缺陷，并且仅依靠采用增加槽体数量来提高煤泥分选效率，对于细颗粒物料的回收效果不佳。同时研究工作主要局限在单个设备上，从根本上忽视了物料的矿化反应性随着分选过程变得愈来愈差这一核心问题。 在微细粒物料分选方面，浮选柱占有显著的优势。如充填式浮选柱（美国）、Jameson浮选柱（澳大利亚）和微泡浮选柱（美国）。到目前为止，前两种设备在我国都没有工业应用，后者投产以来基本没有正常运行。其共同问题是尾矿灰分低，分选效率低。近年来，一批新型浮选柱脱颖而出。如喷射式浮选柱、充填浮选柱、静态浮选柱和旋流-静态微泡浮选柱（床），以及加拿大CPT浮选柱、德国KHD浮选柱、美国Flotair浮选柱、MTU型充填介质浮选柱和利兹浮选柱等。柱分选技术的设备处理能力偏低，浮选尾煤灰分偏低是其所面临的突出问题。 3煤泥水分散与系统优化控制方面 目前，选煤厂浮选过程的控制上仍依靠人工操作。人工对浮选过程的控制主要是依据观测的浮选泡沫表层状态来判断浮选过程的好坏，并对浮选过程调节。在实际生产中，浮选泡沫层有着极其重要的作用，它直接反映了煤、气、水、药等诸多因素的调配。关于这方面的研究报道还不多见。国内研究人员将数字图像处理系统应用于煤泥浮选泡沫图像的特征提取和识别，但目前还没有进入工业应用。
