編者按：本文由王新華、夏云凱發(fā)表在《煤炭加工與綜合利用》期刊上，原標(biāo)題為“原煤水分對(duì)干選效果的影響”。本平臺(tái)選用時(shí)內(nèi)容有刪減，配圖根據(jù)內(nèi)容斟酌選取。在此，對(duì)文章作者表示感謝。

01不同種類的原煤水分分布特點(diǎn)

煤中水分按存在形態(tài)分為游離水和結(jié)晶水。游離水是以物理狀態(tài)吸附在煤顆粒內(nèi)部毛細(xì)管中，或附著在煤顆粒表面的水分；結(jié)晶水是以化合物方式同煤中礦物質(zhì)結(jié)合的水。游離水在100～110℃下經(jīng)過(guò)1～2h可蒸發(fā)掉，而結(jié)晶水通常要在200℃以上才能分解析出。煤的游離水分又分為外在水分和內(nèi)在水分。外在水分是附著在煤顆粒表面的水分，很容易在常溫下的干燥空氣中蒸發(fā)。內(nèi)在水分吸附在煤顆粒內(nèi)部毛細(xì)孔中，需在100℃以上的溫度經(jīng)過(guò)一定時(shí)間才能蒸發(fā)。

當(dāng)煤顆粒內(nèi)部毛細(xì)孔內(nèi)吸附的水分達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，煤的內(nèi)在水分達(dá)到高值，稱為高內(nèi)在水分。高內(nèi)在水分與煤的孔隙度有關(guān)，而煤的孔隙度又與煤的煤化程度有關(guān)，所以高內(nèi)在水分含量在相當(dāng)程度上能表征煤的煤化程度，尤其能更好地區(qū)分低煤化程度煤。一般褐煤外水分大于15％，年輕褐煤的高內(nèi)在水分多在25％以上，少數(shù)的如云南彌勒褐煤高內(nèi)在水分達(dá)31％。高內(nèi)在水分小于2％的煙煤，幾乎都是強(qiáng)粘性和高發(fā)熱量的肥煤和主焦煤。無(wú)煙煤的孔隙度高于煙煤，所以其高內(nèi)在水分比煙煤有所增加。

濕法分選在降低精煤灰分的同時(shí)增加了精煤水分，灰水熱值效果相抵，水洗后精煤熱值提高不明顯，甚至下降。但值得注意的是，水分和灰分對(duì)精煤熱值的影響幅度因煤種而異。對(duì)低階煤來(lái)說(shuō)，水分對(duì)熱值的影響遠(yuǎn)大于灰分對(duì)熱值的影響。下表中灰分和水分對(duì)無(wú)煙煤原煤熱值的影響幾乎相等，但對(duì)低階煤如長(zhǎng)焰煤或褐煤來(lái)說(shuō)，水分的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)灰分對(duì)熱值的影響。由于低階煤水分對(duì)熱值影響較大，因此分選低階煤時(shí)，在增加精煤熱值方面采用干選工藝比水洗工藝更具有優(yōu)勢(shì)。

02原煤外水對(duì)干選的影響

煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50539-2016）對(duì)干選機(jī)入料外水分的適宜值確定為小于7％，和實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)偏離較大，該適宜值和煤炭品種密切相關(guān)。如陽(yáng)煤五礦小于13mm粒級(jí)無(wú)煙煤末煤的全水分小于5％，松散性良好，非常適宜干選。

臨礦集團(tuán)榆樹井原煤為褐煤，全水分約為22％，內(nèi)水分約為5％，外水分已經(jīng)接近17％，但實(shí)際生產(chǎn)中仍然可采用干法分選工藝。

轉(zhuǎn)龍灣礦原煤主要為長(zhǎng)焰煤，粘結(jié)性弱，主要作為動(dòng)力和化工用煤。該廠實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，為保證干選效果，原煤外水分不超過(guò)10％時(shí)分選效果良好；當(dāng)外水分超過(guò)11.5％時(shí)，分選效果惡化；當(dāng)外水分為15％時(shí)，干選無(wú)法進(jìn)行（詳見下表）。因此干選機(jī)入料的外水分適宜值隨煤種變化而變化，原煤水分應(yīng)該分為內(nèi)水，孔隙內(nèi)表外水和表外水。對(duì)孔隙度發(fā)達(dá)的煤種來(lái)說(shuō)，毛細(xì)孔中的水分對(duì)干選沒(méi)有影響，真正對(duì)干選造成干擾和影響的是煤炭顆粒表面的水分。

03矸石泥化對(duì)干選的影響

煤炭的泥化程度主要受矸石礦物組成、煤的變質(zhì)程度與含水量的影響。如煤矸石的礦物組成為層狀硅酸鹽礦物，這些礦物硬度都很小，易沿層間解理，造成矸石泥化。石英為架狀氧化礦物，硅、氧原子通過(guò)共價(jià)鍵連接，結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，因此，若矸石中石英含量較大，則其泥化程度較弱。

對(duì)于易泥化煤，如果含水量較大，伴生矸石泥化后形成類似粘結(jié)劑的作用，會(huì)導(dǎo)致煤炭顆粒之間粘連，影響干選效果。另外，在易泥化煤干燥時(shí)，過(guò)多水分還會(huì)使煤產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致碎裂發(fā)生。如河南郁山煤礦煤種為貧瘦煤，屬高硫動(dòng)力煤，煤層較薄，含有矸石夾層，開采時(shí)帶有大量矸石且矸石易泥化，原煤低位發(fā)熱量為14.65～15.07MJ/Kg，全水分不足10％，硫分為3.3％。該煤水分雖然不高，但由于易泥化矸石原煤粘連嚴(yán)重，難以直接干選。

黑龍江省雙陽(yáng)礦原煤為1/3焦煤，塊煤矸石含量高且易泥化。該礦原煤顆粒外觀潮濕，泥團(tuán)包裹煤塊，結(jié)團(tuán)嚴(yán)重，易粘結(jié)。由于硅酸鹽質(zhì)的易泥化矸石存在，即使末原煤全水較低（7％），仍然難以直接干選。因此，原煤存在易泥化硅酸鹽矸石時(shí)，干選的適宜水分大幅下降。原煤水分對(duì)干選的影響，不但取決于外水大小，還取決于煤炭變質(zhì)程度和伴生矸石泥化性質(zhì)。

04干選前后煤炭產(chǎn)品水分的變化

干選過(guò)程中，一定數(shù)量的矸石被排除后，由于原煤中高密度矸石的水分一般較低，因而精煤產(chǎn)品水分相對(duì)原煤水分會(huì)有所增加。同時(shí)由于風(fēng)選過(guò)程中存在強(qiáng)烈空氣流和煤粒之間的對(duì)流現(xiàn)象，氣流會(huì)帶走一部分煤炭顆粒外在水分，所以煤炭分選前后水分總量也會(huì)有所下降。

以同煤集團(tuán)色連一礦原煤分選后水分變化為例，原煤水分為22.88％，排矸量為7.83％，矸石水分較低。選后精煤水分達(dá)到23.87％，比原煤水分增加了0.99％，詳見下表。

05粒度對(duì)分選精煤產(chǎn)品水分的影響

濕法分選和干選工藝比較的一個(gè)重要參數(shù)是如何確定分選后精煤水分的變化值。按照煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范，濕法分選后大于13mm粒級(jí)塊煤脫水篩后產(chǎn)品外水分取值為8％～10％，13～0.5mm末煤離心機(jī)脫水后產(chǎn)品外水分取值為6％～8％。

統(tǒng)計(jì)不同末煤和煤泥離心機(jī)脫水后的精煤產(chǎn)品外水分取值經(jīng)驗(yàn)數(shù)值如下圖所示。由圖中可見，粒度越細(xì)，精煤水分越高。當(dāng)入料粒度大于5mm時(shí)，精煤脫水后外水分取值為2％～3％；入料粒度為1～5mm時(shí)，精煤脫水后外水分取值為4％～8％，入料粒度小于3mm時(shí)，精煤脫水后外水分取值8％～12％。

由此可見，一定粒度原煤水洗后的精煤水分取決于精煤粒度分布，平均粒度越細(xì)，洗后水分增加值越高。

我國(guó)傳統(tǒng)動(dòng)力煤選煤廠大多采用濕法分選工藝。許多長(zhǎng)焰煤和褐煤選煤廠采用了塊煤部分入洗或全粒級(jí)水洗工藝，帶來(lái)了精煤產(chǎn)品水分過(guò)高的問(wèn)題。如同煤集團(tuán)色連一礦原煤為易泥化褐煤，可選性為易選。原選煤工藝設(shè)計(jì)為13mm粒級(jí)以上塊煤采用重介質(zhì)淺槽洗選，小于13mm粒級(jí)末煤不洗直接摻入產(chǎn)品銷售。此工藝分選過(guò)程中存在原煤水分大、粘性大，13mm粒級(jí)分級(jí)困難，進(jìn)入淺槽的煤泥量大，精煤水分增加，熱值提升不明顯，精煤產(chǎn)率下降的現(xiàn)象。色連一礦現(xiàn)采用分選工藝流程為大于25mm重介質(zhì)淺槽分選，小于25mm粒級(jí)末煤旁路不選，塊精煤破碎后混入末原煤作為混煤銷售。實(shí)際生產(chǎn)表明，采用此工藝流程后，塊精煤水分增加2％～3％，煤泥量增加約5％～10％。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，水洗時(shí)，大于25mm粒級(jí)原煤由于矸石含量的波動(dòng)，全水分處在21.66％～23.69％范圍內(nèi)。重介質(zhì)淺槽分選密度穩(wěn)定，波動(dòng)小，產(chǎn)品不帶矸石，大于25mm粒級(jí)塊精煤基本為小于1.5g/cm3密度物，熱值18.83MJ/Kg左右。全年平均原煤熱值為16.06MJ/Kg，混煤平均熱值為17.50MJ/Kg。水洗后熱值提高約1.44MJ/Kg，灰分下降8.26％，硫分基本不變。

同期大于25mm粒級(jí)塊煤的干選試驗(yàn)結(jié)果表明，干選精煤質(zhì)量較為穩(wěn)定，大于25mm粒級(jí)干選精煤灰分接近重介質(zhì)淺槽，但干選精煤和濕法分選后的精煤水分存在較大差異，干選精煤水分在24.5％左右，低于水洗塊精煤水分（28％），雖然干選精煤灰分略高，但干選塊精煤熱值反而比重介質(zhì)精煤的熱值高。如將原煤破碎到小于80mm，干選后的精煤水分相對(duì)原煤增加1個(gè)百分點(diǎn)，熱值相對(duì)原煤提高2.74MJ/Kg。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，部分易泥化煤重介質(zhì)選煤廠產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者對(duì)精煤產(chǎn)品水分的取值和實(shí)際生產(chǎn)數(shù)值有較大差異（見下表）。塊精煤和末精煤水分預(yù)測(cè)誤差分別在4％～8％和2％～8％范圍內(nèi)，精煤水分設(shè)計(jì)值嚴(yán)重偏離實(shí)際生產(chǎn)數(shù)值。因此在分選孔隙發(fā)達(dá)、吸水性較強(qiáng)的長(zhǎng)焰煤和低階煤時(shí)，按照煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范中精煤脫水后產(chǎn)品外水參考值來(lái)取值，可能會(huì)給部分選煤廠設(shè)計(jì)帶來(lái)誤導(dǎo)。

對(duì)鄂爾多斯易泥化長(zhǎng)焰煤干選和濕法分選工藝進(jìn)行比對(duì)時(shí)，可參考下表取值。

06粘濕煤炭雙干分選

為解決水分大、矸石易泥化的粘濕煤難以直接干選的問(wèn)題，可采用雙干（干燥預(yù)處理去水＋干選排矸）工藝進(jìn)行分選提質(zhì)。該種方案是將振動(dòng)混流干燥設(shè)備與復(fù)合式干法分選機(jī)聯(lián)合裝配，協(xié)同作業(yè)，形成了煤炭雙干（干燥＋干選）提質(zhì)系統(tǒng)。振動(dòng)混流干燥設(shè)備適用于各種密度、粒度不均的混合物料干燥，主要采用低溫大風(fēng)量熱煙氣對(duì)粘濕物料進(jìn)行干燥處理。振動(dòng)混流干燥設(shè)備通過(guò)機(jī)械振動(dòng)將濕物料分散疏松，使氣流均勻通過(guò)多層干燥床面，提高了物料與氣流的接觸面積和接觸時(shí)間；主機(jī)中的振動(dòng)床可以多層布置，層高較低，大大提高了干燥器的容積產(chǎn)量。

河南郁山煤礦所產(chǎn)原煤為易泥化高灰、高硫煤，末煤含量大，其中小于6mm粒級(jí)含量占總產(chǎn)量的60％以上，水分小于10％，但原煤粘連嚴(yán)重，難以直接干選。采用雙干系統(tǒng)將水分去除2％～3％后，原煤松散，粘性消失，干選效果良好，選后原煤硫分從3.21％降至1.82％，發(fā)熱量由16.78ＭＪ／ｋｇ提升至18.70MJ/Kg。

07結(jié)論

干選技術(shù)的發(fā)展主要是為了解決動(dòng)力煤濕法難以分選或洗選效果不佳的問(wèn)題。在濕法分選和干選工藝比較論證過(guò)程中，必須對(duì)不同分選工藝的精煤水分做理論分析和準(zhǔn)確估算，為選擇合理的分選工藝提供可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)。