六、 高、中浓度磨矿级配制浆工艺
(一) 高、中浓度磨矿级配制浆工艺之一
高、中浓度磨矿级配制浆工艺首先为日本日挥株式会社在中、日合资的兖日制浆厂中采用。它的基本流程结构如图2-8。它的特点是将原来的二段中浓度磨矿级配工艺中的细粒产品改为高浓度磨矿。与此同时，高浓度磨矿磨机的给料不是从中浓度磨矿产品中分流而来，而是直接来自破碎产品，这就使粗磨与细磨两个系统独立工作，避免了相互干扰。中浓度粗磨产品经过滤脱水后与高浓度产品一起捏混调浆。
兖日水煤浆厂的实践证明，这种制浆工艺所产水煤浆产品的粒度分布达到了较好的堆积效率，有利于制造出质量较好的水煤浆。但它还没有摆脱中浓度磨矿后产品要进一步过滤脱水的环节。此外，所选用的细磨球磨机的磨矿效率很低，这台4.8×13m球磨机由两台各1000kW的电机拖动，处理量不到14t（干煤）/h，吨煤电耗按装机容量计算高达143kW小时。所以也有待进一步改进。
水中浓度粗磨原 煤破 碎高浓度细磨过 滤分散剂涅 混水搅 拌杂物稳定剂搅 拌过 滤水煤浆产品
图 2-8 高、中浓度磨矿级配工艺之一
(二) 高、中浓度磨矿级配制浆工艺之二
图（2-10）是另一种高、中浓度磨矿级配制浆工艺。它与前一种工艺相反，粗磨是高浓度磨矿，细磨则是中浓度磨矿。此外，细磨的原料是由粗磨产品中分流而来，初磨产品即是最终的水煤浆产品。这样就可以除去后续的过滤脱水及捏混环节，简化了生产工艺。细磨原料不直接来自破碎后的产品而改用粗磨产品，可大大减小细磨中的破碎比，有利于提高细磨的效率。细磨产品返回入初磨磨机中的目的并不是指望能对它作进一步磨碎，而是可以改善高浓度磨矿的粗磨机中煤浆的粒度分布，从而降低煤浆的粘度，提高磨矿效率。所以这种工艺的优点是十分明显的。
根据工艺的要求，粗磨最好是选用棒磨机，也可选用球磨机；细磨可根据具体条件，选用球磨机、振动球磨机或搅拌球磨机。
水 添加剂原 煤破 碎粗 磨搅 拌杂物细 磨水过 滤水煤浆产品
图 2-9 高、中浓度磨矿级配制浆工艺之二
这种工艺虽然有许多优点，但只有在处理难制浆煤种并要求生产高质量水煤浆产品时才有优势。因为其中的细磨环节只是起到改善级配的效果，对提高处理能力作用甚微。也就是说，会使制浆的
能耗增加。所以，当采用其他工艺能制出合符用户质量要求的水煤浆时，就没有必要选用这个工艺。
(三) 高、中浓度磨矿级配制浆工艺之三
图2-10是俄罗斯建设的别洛瓦（Belovo）至新西北利亚管道输浆系统中制浆厂采用的制浆工艺。该厂共有七条生产线，每条生产线的制浆能力为50万吨/年。粗磨采用4.5×5.5m，1,100kW（或3.5
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×8.5m，1,500kW）的棒磨机。细磨采用4.0×13.5m，3,500kW（或4.5×16.5m，4,000kW）的球磨机。这种制浆工艺与前一种工艺不同的是，中浓度细磨的原料直接来自破碎后产品。这可能与该厂磨机的给料很细（3～0mm）有关。所以它的性能基本上与前一种工艺相同。
原 煤破 碎水中浓度球磨高浓度棒磨搅 拌分散剂杂物稳定剂搅 拌过 滤水煤浆产品
图 2-10 高、中浓度磨矿级配制浆工艺之三
七、结合选煤的制浆工艺
结合选煤厂建制浆厂是中国在发展水煤浆工业中创造的一个宝贵的经验，（图1-11）为张荣曾等提出的一种制浆工艺，已获发明专利。选煤厂是煤炭加工的基地，它可以根据不同用户的需要将煤炭加工成多种质量（热值、灰分、水分、硫分、粒度等）不同的产品，不但便于用户使用，而且可综合有效地充分利用煤炭资源。水煤浆是煤炭加工中的一个新产品，它不但对制浆原料的质量有一定的要求，而且要求供应的原料质量要稳定，否则很难保证生产出质量稳定的水煤浆。这一点无论对制浆厂本身或燃烧水煤浆的用户都是十分重要的。如果结合选煤建制浆厂，制浆原料的质量就有了可靠的保证。选煤厂还可以根据本矿煤炭资源的特点，合理规划产品结构，从中确定为制浆提供原料的最佳方案。此外，结合选煤厂建制浆厂还可以与选煤厂共用受煤、贮煤、铁路专用线及水、电供应等许多公用设施，从而减少基建投资。
为了合理利用煤炭资源，并减少制浆中磨矿的能耗，结合选煤厂建制浆厂时应尽可能利用其中的细粒煤炭。如果是用粒度小于13或6mm的末煤（包括原煤与精煤）制浆，它的制浆工艺与独立的制浆厂并没有两样。最有前途是利用选煤厂或矿区粒度小于1～0.5mm的浮选精煤或煤泥制浆。因为这部分煤泥粒度细、水分高（接近高浓度水煤浆中的含水量），不管是作为单独的产品或掺入其他产品，装、储、运都有困难，而且不受用户欢迎。有不少选煤厂往往因为这些煤泥甚至是浮选精煤无法处理而制约了生产。但是如果用它来制浆，则因其粒度细、水分适中而正恰到好处。
这种含水量在30%左右的煤泥，既不可能干燥后再用干法去制浆，也不应该稀释至中浓度去制浆，只能采用高浓度制浆工艺。是否还要经过磨矿，则应视煤泥的细度与粒度分布而定。在大多数情况下，这种煤泥（包括浮选精煤）的粒度上限都超过常规水煤浆要求的300微米，而且很难保证它的粒度分布都会达到较高的堆积效率，所以对这种煤泥或浮选精煤，合理的制浆工艺为图（2-11）。 其中的磨矿环节用以控制粒度上限和调整粒度分布。最早采用这种制浆工艺的是1985年中国枣庄矿业集团八一煤矿选煤厂，该厂因浮选精煤灰分高、水分大、粒度细，掺入水洗精煤造成最终精煤水分超标问题而困扰。如果建干燥车间不但投资大，吨煤干燥费用高，采用这种工艺后，不但生产出了高质量的水煤浆，而且使该厂最终精煤的水分降低了4%（水分绝对值），灰分降低了0.5%～1.0%，显著地提高了企业的经济效益。
当利用矿区煤泥制备供就地燃用的水煤浆时，对煤浆质量没有严格的要求，只要满足燃烧需要即可。为了降低成本，甚至可不使用磨矿环节（如图中虚线途径）、不加添加剂。该项技术已在若干矿区应用，既提高了煤炭资源利用率，增加煤炭企业的经济效益，又改善了矿区环境，取得良好效果。
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水分散剂浮选精煤煤 泥脱 水涅 混搅 拌磨 矿稳定剂杂物搅 拌过 滤水煤浆产品图 2-11 煤泥或浮选精煤制浆工艺
第五节 主要设备
一、破碎设备
制浆厂的破碎作业是为了将原料煤破碎至磨机给料所需要的粒度。给料粒度细一些对磨矿虽有利，但过细也不利于破碎和储运，通常破碎至13mm以下。原则上所有煤用细碎机都可采用。高浓度水煤浆磨矿工艺希望给料粒度分布宽一些、堆积效率高一些，这样可以提高煤浆在磨机中的流动性，改善磨矿效果。所以，靠击碎破碎作用的锤式与反击式破碎机优于靠压碎、劈裂破碎作用的对辊与齿面辊碎机。图（2-12）与（2-13）为这两种破碎机结构简图。
表（2-4）与表（2-6）分别列出了这两种破碎机实测的产品粒度分布数据，结果表明，反击式破碎机更佳。
图 2-12 锤式破碎机 图 2-13 反击式破碎机
反击式破碎机的生产量除查阅生产厂家给出的数据与参考生产实践数据外，也可以参考式（2-14）进行计算。
Q?60?K?N?(h?e)L?d?n?? （2-14） 式中 Q － 反击破碎机生产量，t/h ; K － 系数，K≈1； N － 转子上板锤数目； n － 转子每分钟的转数； γ－ 物料的松容重，t/m3 。
表2-5 锤碎机产品 表2-6反击式破碎机产品 序号 1 2 3 4
粒度μm 6,000 3,000 1,000 500 筛下累计 % 100 91.92 59.06 37.78 13
序号 1 2 3 4 粒度μm 10000.00 6000.00 3000.00 1000.00 筛下累计 % 98.98 96.73 89.96 70.62
5 300 6 210 7 100 8 75 9 38 10 19 11 9.4 12 4.7 － － － － 平均粒度,μm 堆积效率,% 25.91 15.06 10.92 8.72 5.32 3.38 2.33 1.78 － － 1,262.15 68.16
5 500.00 6 300.00 7 212.00 8 150.00 9 75.00 10 38.00 11 19.00 12 9.40 13 4.70 14 2.40 平均粒度, μm 堆积效率,% 56.09 45.89 39.55 33.82 24.23 17.13 11.86 8.09 5.51 3.78 1064.89 85.43
二、磨矿设备
(一)磨机选型
磨矿是制备水煤浆中的关键环节。水煤浆磨矿与其它工业磨矿不同之处，在于它不但要求产品达到一定的细度，更重要的是要求产品有较好的粒度分布，因此对磨矿设备的选择很重要。
湿法制浆工艺常用的磨机有：球磨机（图2-14）、棒磨机（图2-15）与振动磨机。球磨机与棒磨机的主体是一个转动的筒体，筒体由钢板卷成，内装有衬板，制浆时一般都使用橡胶衬板。筒内装有磨介，磨介随筒体旋转上升至一定高度后下落，将物料砸碎。同时，磨介转动时又能将其间的物料研碎。顾名思义，球磨机的磨介是球，棒磨机的磨介是棒。
表2-7 反击式破碎机型号规格与技术性能 型号 PF-54 PF-107 PF-1210 PF-1416 PF-1614 2PF-1212 2PF-1416 2PF-1820 规格 φ500×400 φ1000×700 φ1250×1000 φ1400×1600 φ1600×1400 φ1250×1250 φ1400×1600 φ1800×2000 最大给矿 粒度,mm 100 250 250 850 排料 粒度,mm 20～0 30～0 50～0 20～0 处理量 t/h 4～10 15～30 40～80 80～150 电机功率 kW 7.5 37 95 155 155 130, 155 2×155 2×280 主机重 t 1.35 5.54 15.25 35.473 35.631 58.0 54.098 82.998 制造 厂家 海矿，北通 上重 上重 上重 上重 上重 上重 上重
图 2-14 球磨机 图 2-15 棒磨机
球与棒的差异是：球与球之间是点接触，棒与棒之间是线接触，论打击力，棒比球大；球的比表面比棒大得多，所以球磨的研磨效果比棒磨高。此外，棒磨总是先集中破碎其间的粗粒，细粒则被粗粒阻隔从缝隙中溜过而不被破碎。因此，棒磨产品的粒度分布较球磨均匀。表（2-8）与表（2-9）分别是高浓度磨矿球磨机产品（八一水煤浆厂燃料用水煤浆），与棒磨机产品（渭河化肥厂德士古造气用水煤浆）的粒度分布。从表中可以看出：球磨产生的微细颗粒显著地多于棒磨，这说明球磨的研磨效果比棒磨高；尽管在这个示例中，棒磨机的产品粒度上限比球磨机大很多，对提高堆积效率有利，但它的粒度分布堆积效率仍低于球磨产品，这说明棒磨产品的粒度比球磨均匀。此外，这两
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种水煤浆的流动性也有明显的差别，燃料用水煤浆的粒度细，堆积效率也高，将它倾倒在玻璃板上，可较快地铺开；而目前造气用水煤浆的粒度较粗，尽管堆积效率也不低，但倾倒在玻璃板上就不能很好地铺开，说明它们的流动性有明显的差异。这种差异用常规的粘度计测出的粘度是难以分辨的，因为粒度这么粗的造气用水煤浆，用粘度计测出的粘度值已失去它本来的意义。对于这两种用途的水煤浆在粒度与磨机选型上为什么有这么大差异，可能是由于下游工艺的要求不同与传统习惯造成的。作者认为，如果造气用水煤浆也按燃料用水煤浆的方法来制备，由于粒度细、流动性好，也许会更有利于气化反应。
按磨机筒体的长 L 径 D 比可分为短筒、长筒与管磨机（L / D ＝ 3～6）。为使磨介在筒内保持均衡，管磨机筒体内往往分成2～3个隔仓，前仓球大于后仓，如图（1－15）。高浓度制浆均采用管磨机。按排料方式可分为溢流型、格子型与周边排料型三种。溢流型磨机的排矿轴颈直径比给矿轴颈大，磨机内给矿端与排矿端的矿浆面形成一个高差，使矿浆自流溢出。格子型磨机是在排矿端设有一个格子板，挡住球与粗颗粒通过，矿浆则可透过格子板上的孔眼排至格子板与端盖间的隔室中，由固定在端盖上的若干簸箕板随磨机转动不断提升从轴颈卸出。格子球磨机的特点是矿浆面比溢流型低，对钢球的缓冲作用弱，可以多装球和便于装小球，强制排矿的速度快，所以处理能力可比同规格的溢流磨机高10％～25％。此外，由于矿浆在磨机中停留时间比溢流磨短，不容易泥化和过粉碎，但溢流磨机结构较简单，价格较低。棒磨机为便于棒的装卸，只能采用溢流排矿方式。
表2-8 球磨机产品 表2-9 棒磨机产品 序号 粒度μm 1 309.60 2 213.20 3 146.80 4 101.10 5 76.43 6 52.63 7 43.66 8 30.07 9 20.70 10 14.26 11 10.78 12 5.11 13 2.01 － － 平均粒度,μm 堆积效率,% 筛下累计 % 99.97 98.39 94.01 87.01 80.46 71.17 66.34 56.98 48.54 40.75 35.56 23.59 13.64 － 43. 87 79. 41
序号 粒度μm 1 1633.00 2 636.40 3 367.00 4 268.80 5 167.30 6 110.20 7 78.00 8 56.00 9 37.79 10 25.46 11 14.08 12 9.48 13 5.24 14 2.38 平均粒度, μm 堆积效率,% 筛下累计 % 98.06 88.34 72.01 59.18 48.14 39.20 35.54 27.20 21.18 15.82 8.94 5.72 2.86 0.94 285.07 73.46
制备水煤浆时，如属中浓度磨矿工艺，可直接选用选矿磨机。例如，引进的北京与兖日浆厂的中浓度磨矿环节即如此。高浓度制浆时，由于磨机中矿浆的固体容积浓度远高于选矿与水泥行业，所以磨机的结构需要改进。此外，为了使矿浆在磨矿过程和产品中获得较好的粒度分布，还应该根据物料的可磨性与粒度组成，合理选择磨机的运行参数。为此，中国矿业大学北京校区先后与常州矿机厂、亚特机械制造公司及焦作矿机厂合作研制出制浆专用磨机系列产品。目前，中国所有的燃料用水煤浆制备厂采用的都是他们的产品，其中以亚特机械制造公司的成品市场占有率最高，达到95％以上。表（2-10）是这种制浆专用球磨机产品型号规格与技术性能。
制备造气用水煤浆时，所用棒磨机均属配套从国外引进。例如渭河化肥厂采用的是3台美国ALLIS-CHALMERS公司的 3200×4800米（10.5’×16’），功率为525 kW的溢流棒磨机。表（2－11）是中国湿式溢流型棒磨机产品规格。
振动磨机的工作单元是一个筒体。筒内装有球形、园柱形或棒状磨介与被磨物料。筒体支承在弹性机座上，由激振装置带动在垂直于筒体轴线的平面上作园形或近似于园形振动。在筒体振动作用下，筒内每个磨介和其中的颗粒都将与筒体一样，在筒内空间作旋转运动。旋转的角速度及半径可近似地认为与筒体相同。当磨介所受离心力大于重力后，磨介沿着旋转的切线方向向空间作抛射运动。结果，在磨介之间、磨介与筒壁间，以及磨介与物料间产生的剧烈的击碎作用。此外，受磨擦力的带动，磨介沿筒体相同的回旋方向剧烈地自转，在磨介间产生强烈的研磨作用。磨介在磨筒内的运动情况如图(2-16)。（a）是示意图，（b）为其中每个磨介旋转动运动的受力分析。
表2-10 制浆专用球磨机产品型号规格与技术性能 型 号
筒体直 筒体长 给料粒 最大装 15
浆产量 电机功 主机 制 造