能源矿产高效干法分选关键技术

442 编辑：中冶有色技术网来源：中国矿业大学

2024-06-25 17:04:44

项目在国家“863计划”和自然科学基金创新群体等资助下，产学研联合自主创新，开发了煤炭高效干法分选关键技术，解决了煤炭高效干法分选的世界性难题。主要科技创新有：

(1) 创立了系统的气固流态化干法分选理论，为煤炭高效干法分选关键技术提供了理论支撑。揭示了浓相高密度气固分选流态化的形成与调控机理，提出了大压降低流化数稳压布风方法和分选流态化质量的压降准数判别准则，建立了床层密度的定量调控模型。揭示了煤炭在振动与气流复合力场中的分选机制，建立了分选流态化中多组分、多尺度颗粒的动力学模型。

(2) 发明了大型复合式干法分选技术，实现了煤炭大规模干法分选提质。提出了大型复合式干法分选床的梯级布风方法，实现了大床面稳定布风;优化了格条结构，分选下限由6mm降低至1mm，分选精度提高40%;发明了大型复合式干法分选床，优化了床体结构，提高了分选机可靠性。研制了世界最大型的复合式干法分选机，处理能力达480t/h。

(3) 发明了干法重介质流化床分选技术，在国内外首次实现了煤炭高精度干法分选。发明了装配式耐磨抗堵布风技术，解决了长期以来布风板堵塞的技术难题;开发了宽粒级二元加重质的级配技术，主导粒级拓宽2.5倍;发明了加重质内循环技术，分选机外加重质循环量减少80%;研制了独立双驱动产品输送装置，单位面积处理能力提高70%。研制了干法重介质流化床分选机，分选精度E值为0.05~0.08，分选效率>90%，吨煤介耗<0.5kg。

(4) 开发了模块式高效干法选煤工艺系统，实现了我国西部干旱缺水地区煤炭的高效干法分选。由原煤准备、水分控制、粗选和精选模块组成高效干法选煤工艺，粗选提质采用大型复合式干法分选技术，精选加工采用干法重介质流化床分选技术，将筛分、干燥、分选、介质回收、产品输送、供风和除尘等优化集成。具有不用水、工艺简单、适应性强、分选精度高、成本低等特点，分选效率>90%，分选密度1.3~2.2g/cm3，吨煤加工成本降低30%~50%。

该项目对节约能源、减轻环境污染具有重大意义。已在全国29个省(市)、自治区推广应用1275套，年分选煤炭近2亿吨，并出口至美国、俄罗斯和澳大利亚等21个国家65套。获中国煤炭工业科学技术一等奖1项、教育部科技进步一等奖1项、教育部自然科学一等奖1项，授权美国等国外专利15件、中国发明专利30件，发表SCI论文85篇、EI论文131篇，被SCI引用754次。

经专家鉴定，技术水平居国际领先，是世界选煤技术的重大突破。

应用案例：

煤炭高效干法分选关键技术已在神华集团、开滦集团、冀中能源、同煤集团、潞安矿业、平煤神马集团、淮北矿业等大型煤炭企业推广应用1275套(附件2.1)，覆盖全国29个省(市)、自治区，市场占有率96%以上，年分选原煤近2亿吨。

开滦集团蔚州矿业公司单侯煤矿的年轻烟煤遇水泥化严重，采用湿法选煤技术难以进行有效分选，且煤泥水极难处理。采用煤炭高效干法分选关键技术进行原煤分选，得到精煤、中煤和矸石三种产品，精煤灰分较原煤降低17.36%，分选效率>90%。已出口至21个国家65套(附件8)，创汇1800万美元，包括世界十大产煤国家和“一带一路”倡议沿线国家，如美国、俄罗斯、澳大利亚、印度、波兰等。

美国伊利诺伊州鹰河煤炭公司(Eagle River Coal, LLC)采用该技术建成了120万吨/年的干法选煤厂，原煤灰分16%，入料粒度<80mm，精煤灰分8%，用于燃煤发电。

仅统计15家单位近三年新增销售额234亿元，新增利润24.5亿元。

煤炭在世界一次能源消费中占重要地位，水资源短缺是全球性问题，该技术对世界煤炭的干法分选提质具有重要意义。“一带一路”倡议沿线国家煤炭资源丰富，该技术具有广阔的国际应用前景，目前已出口至美国、俄罗斯、澳大利亚和南非等21个国家。

本技术还可应用于油页岩、高岭土、铁矿石、黄铁矿、铝土矿等煤炭伴生矿物和煤岩系中镓、铌、稀土等元素的干法分选富集;在应用场景方面，本技术适用于干旱缺水地区煤炭干法提质和井下煤炭干法分选。

模块式高效干法选煤系统

研发背景

煤炭是我国的主体能源。我国煤炭资源禀赋差，灰分和硫分高，加工利用程度低。20世纪末，我国原煤入选率仅为26%，大量动力煤不经过分选加工直接燃烧，带来了严重的资源浪费和环境污染问题。选煤能够提高煤炭质量、提高燃烧效率、减少烟尘和SO2排放，是煤炭清洁利用的基础。二百多年来，选煤以湿法为主，以水作为分选介质，又称“洗煤”，分选1吨煤用水1~3m3。我国2/3以上的煤炭分布在西部干旱缺水地区，难以采用湿法选煤技术，褐煤等遇水易泥化的低阶煤不宜采用湿法分选，迫切需要高效的干法选煤技术。2007年，国家发改委发布的《煤炭产业政策》要求：“发展高效干法选煤技术”。

进入21世纪，美国、俄罗斯、加拿大和日本等国家加快了干法选煤技术的研究。传统干法选煤技术以空气作为分选介质，分选密度与介质密度差异大，难以形成稳定的分选环境。攻克干法选煤技术分选精度差、效率低、分选下限高、适应性差等难题成为首要技术挑战;同时，分选工艺系统的稳定性与装备的大型化是煤炭大规模干法分选提质必须解决的关键技术问题。

作用原理

(1) 揭示了浓相高密度气固分选流态化的形成与调控机理

大压降低流化数稳压布风方法：提出了分选流态化的大压降低流化数布风原则(N=1.2~1.6)，建立了分选流态化质量压降准数(Cp)判别准则，，当0

床层密度的定量调控模型：浓相高密度气固分选流化床以煤粉和磁铁矿粉为加重质，建立了床层密度的计算模型，通过调节煤粉和磁铁矿粉的相对含量，实现床层密度的精确调控。

(2) 提出了气固分选流态化中多尺度多组分颗粒分离方法

复合力场协同作用及颗粒行为：研究了振动力场和气流场协同作用的复合力场分选机制，揭示了振动能量在床层中的传递及对颗粒系统力学特性的作用机理，发现了复合力场强化煤炭颗粒按密度梯级分离的作用规律。

流态化分选的颗粒分离机制：发现了多尺度多组分颗粒在气固分选流态化中的分布规律，建立了宽粒级多组分煤炭颗粒在流化床中的分选动力学模型，协同优化了分选过程的宏观返混与干扰沉降的交互作用，抑制错配效应，实现了煤炭颗粒的高效分选。

市场分析

该项目突破了湿法选煤和传统的干法风力选煤技术，提出了气固流态化干法分选理论，发明了大型复合式干法分选技术和干法重介质流化床分选技术，开发了模块式高效干法选煤工艺系统，形成了煤炭高效干法分选关键技术，解决了煤炭干法分选处理能力小、精度和效率低、适应性和可靠性差等难题，破解了长期制约干法选煤的技术瓶颈。是国际选煤技术的重大突破，引领了世界选煤技术的发展，提升了我国煤炭洗选设备研发水平，确立了我国高效干法选煤技术在世界矿物加工领域的领先地位，对推动我国煤炭工业进步具有重大意义。

该项目解决了煤炭高效干法分选的世界性难题，为干旱缺水地区煤炭的分选提质提供了有效新途径，提高了煤炭产品质量，对减轻大气污染具有重要意义。每入选1亿吨原煤，可排除矸石2000万吨，黄铁矿硫150万吨，减少二氧化硫排放50万吨，节约铁路运力108亿吨公里。煤炭经分选提质后燃烧，燃烧效率可提高10~15%。

煤炭高效干法分选关键技术对实现煤炭清洁高效利用具有重大意义，符合国家中长期能源发展规划。近年来，国家出台了一系列相关政策，要求发展干法选煤技术。2016年国家发展改革委员会和国家能源局发布的《能源技术革命创新行动计划》将“高效干法选煤技术”列入能源技术革命重点创新行动路线中。中国煤炭工业协会《关于推进煤炭工业“十三五”科技发展的指导意见》的“重点领域科技发展”中提出：重点研发高效干法选煤技术。“一带一路”倡议沿线国家煤炭资源丰富、水资源短缺，为煤炭高效干法分选技术的发展提供了机遇，应用前景广阔。

该技术应用于油页岩和高岭土提质分选，低品位铁矿石、铜矿石、铝土矿等矿物选前抛尾工艺环节，并具有具好的应用应景。