煤炭可选性评估

技术概述

煤炭可选性评估是煤炭加工利用领域中一项至关重要的基础性技术工作，其主要目的是通过系统的试验和分析，确定煤炭在重力选矿过程中分离出精煤和矸石的难易程度。这项评估工作为选煤厂的设计、工艺流程选择、设备选型以及生产操作参数的优化提供了科学依据，是煤炭洁净利用技术体系中不可或缺的环节。

煤炭可选性是指煤炭在采用重力选矿方法进行分选时，获得符合质量要求的精煤产品的可能性或难易程度。可选性的好坏直接影响到选煤厂的生产效率、精煤产率、产品质量以及经济效益。可选性好的煤炭，在相同的分选条件下，可以获得更高的精煤产率和更好的产品质量；而可选性差的煤炭，则需要采用更复杂的工艺流程或更精细的操作参数才能达到预期的分选效果。

煤炭可选性评估的核心理论基础在于煤和矸石之间的密度差异。在成煤过程中，煤中的有机质与无机矿物质形成了不同的空间分布关系。当煤中有机质与矿物质结合紧密、呈细分散状态分布时，煤与矸石之间的密度差异较小，分选难度增大，可选性变差；反之，当有机质与矿物质呈粗粒嵌布或单体解离状态时，密度差异明显，分选相对容易，可选性较好。

从技术发展历程来看，煤炭可选性评估经历了从简单的定性描述到定量评价的演变过程。早期的可选性评估主要依靠经验判断，缺乏统一的标准和方法。随着煤炭工业的发展和科学技术的进步，逐步建立了以浮沉试验为基础、以可选性曲线为表征、以可选性等级划分为结论的完整评估体系。我国已制定了相关国家标准，对可选性评估的方法、程序和评定标准做出了明确规定。

煤炭可选性评估在煤炭产业链中具有重要的战略地位。对于煤矿开发规划而言，可选性评估结果是确定煤炭产品方案和市场定位的重要依据；对于选煤厂设计建设而言，可选性评估数据是工艺流程设计和设备选型的核心依据；对于选煤生产运营而言，可选性评估结果是指导生产操作和优化分选参数的重要参考。因此，科学、准确地进行煤炭可选性评估，对于提高煤炭资源利用效率、降低生产成本、实现煤炭清洁高效利用具有重要意义。

检测样品

煤炭可选性评估的检测样品主要为具有代表性的煤样，样品的采集和制备是确保评估结果准确可靠的前提条件。根据评估目的和范围的不同，检测样品可以分为以下几类：

• 生产煤样：从采煤工作面或采区采集的代表性煤样，能够反映该采区煤炭的实际可选性特征，主要用于选煤厂设计和生产管理。
• 煤层煤样：从勘探钻孔或矿井揭露的煤层中采集的煤样，用于地质勘探阶段的可选性预测和煤炭资源评价。
• 入选原煤样：从选煤厂入选原煤中采集的煤样，用于评估实际入选煤炭的可选性变化，指导生产操作调整。
• 综合煤样：将多个采样点的煤样按规定比例混合配制的煤样，用于反映更大范围或更长时期内煤炭的可选性特征。

样品采集应严格按照国家标准的规定进行，确保样品的代表性。采样点应均匀分布，采样方法应符合随机采样原则，采样数量应满足试验需要。对于生产煤样，采样量通常较大，一般需要数吨至数十吨，以满足浮沉试验和筛分试验的样品需求。

样品制备是可选性评估的重要环节。采集的煤样需要经过破碎、筛分、掺合、缩分等工序，制备成符合试验要求的各粒级煤样。样品制备过程中应避免煤样破碎过度或产生离析，保持样品的粒度组成和密度组成特征。制备好的煤样应妥善保存，防止氧化、风化和水分变化。

样品的粒度组成是影响可选性评估的重要因素。不同粒度级别的煤炭，其可选性特征可能存在显著差异。因此，可选性评估通常需要按照不同的粒度级别分别进行，常见的粒度划分包括：大块煤（大于50mm）、中块煤（25-50mm）、小块煤（13-25mm）、末煤（6-13mm）、粉煤（0.5-6mm）等。对于炼焦煤选煤厂，通常需要评估各粒级煤的可选性；对于动力煤选煤厂，可根据产品要求确定评估的粒度范围。

样品的水分含量和灰分含量也是需要关注的重要参数。水分含量影响煤样的松散性和流动性，可能对浮沉试验的操作产生影响；灰分含量是表征煤中矿物质含量的重要指标，与可选性评估结果密切相关。在样品采集和制备过程中，应同步测定水分和灰分等基础参数。

检测项目

煤炭可选性评估的检测项目涵盖多个方面，主要包括以下内容：

• 筛分试验：将煤样按不同粒度级别进行筛分，测定各粒级的产率和质量特征，为后续浮沉试验提供粒度基础数据。
• 浮沉试验：将各粒级煤样在不同密度的重液中进行浮沉分离，测定各密度级物料的产率和质量，是可选性评估的核心试验项目。
• 灰分测定：测定各粒级、各密度级物料的灰分含量，建立密度与灰分的关系，为可选性曲线绘制提供数据。
• 硫分测定：测定各粒级、各密度级物料的硫分含量，评估脱硫效果和精煤硫分控制的可能性。
• 可选性曲线绘制：根据浮沉试验数据绘制可选性曲线，包括浮物曲线、沉物曲线、密度曲线、密度物曲线和特性曲线。
• 可选性等级评定：根据可选性评定标准，确定煤炭的可选性等级，给出可选性好坏的定性评价。

筛分试验是可选性评估的基础性试验。通过筛分试验，可以获得煤样的粒度组成信息，了解各粒级的分布情况。筛分试验通常采用标准筛序进行，筛孔尺寸的选择应根据煤样粒度范围和试验目的确定。筛分试验结果以粒度组成表的形式表达，列出各粒级的产率、累计产率、灰分等数据。

浮沉试验是可选性评估的核心试验项目。浮沉试验的原理是利用煤和矸石在不同密度重液中的浮沉行为差异，将煤样分离成不同密度级的物料。试验时，将煤样依次放入由低到高不同密度的重液中，分别收集浮物和沉物，称量并测定其质量指标。重液密度的选择应根据煤样的密度分布特征确定，常用的密度级包括1.30、1.35、1.40、1.45、1.50、1.55、1.60、1.70、1.80等。

可选性曲线是表征煤炭可选性特征的图形化工具。通过绘制可选性曲线，可以直观地展示煤炭的分选特性，为分选参数的确定提供依据。可选性曲线包括五条曲线：浮物曲线（β曲线）表示浮物累计产率与灰分的关系；沉物曲线（θ曲线）表示沉物累计产率与灰分的关系；密度曲线（δ曲线）表示浮物累计产率与分选密度的关系；密度物曲线（ε曲线）表示分选密度与该密度物产率的关系；特性曲线（λ曲线）表示单位密度物的灰分与产率的关系。

可选性等级评定是可选性评估的最终结论。根据国家标准的规定，采用分选密度±0.1含量法评定煤炭可选性等级。该方法以分选密度为中心，计算密度级在分选密度±0.1范围内的物料含量，根据含量大小确定可选性等级。可选性等级分为易选、中等可选、较难选、难选、极难选五个等级，分别对应不同的含量范围。

检测方法

煤炭可选性评估的检测方法以国家标准为依据，主要包括以下几种方法：

筛分试验方法按照相关国家标准执行。试验采用套筛进行，筛分顺序由大孔径到小孔径依次进行。将煤样置于筛网上，采用人工或机械振动方式筛分，直至筛净为止。筛分过程中应注意防止煤样破碎和损失。筛分完成后，分别称量各粒级物料的质量，计算产率，并取样测定灰分等质量指标。筛分试验的粒级划分应根据煤样特征和评估目的确定，通常采用标准筛序。

浮沉试验方法是可选性评估的核心方法。试验在浮沉试验装置中进行，装置主要包括浮沉桶、捞勺、重液配制系统等。试验前首先配制不同密度的重液，常用的重液介质包括氯化锌溶液、四氯化碳与甲苯混合液等。重液密度采用密度计或波美计测定，密度精度应控制在±0.01g/cm³范围内。

浮沉试验的操作程序如下：首先将煤样在最低密度重液中进行浮沉分离，收集浮物和沉物；然后将沉物在次低密度重液中继续浮沉分离；依次进行，直至最高密度重液分离完成。每次浮沉分离时，应充分搅拌使煤样松散，静置足够时间使浮沉分离完全，用捞勺分别收集浮物和沉物。各密度级物料收集后，应冲洗去除表面重液，烘干后称量并取样测定质量指标。

大浮沉试验和小浮沉试验是两种常用的浮沉试验方式。大浮沉试验适用于粗粒煤样，试验煤样量较大，通常在浮沉桶中进行；小浮沉试验适用于细粒煤样，试验煤样量较小，可在烧杯或分液漏斗中进行。两种试验的原理相同，操作方法略有差异，试验结果应具有一致性。

可选性曲线绘制方法基于浮沉试验数据。以浮物累计产率为横坐标，灰分为纵坐标绘制浮物曲线；以沉物累计产率为横坐标，灰分为纵坐标绘制沉物曲线；以浮物累计产率为横坐标，分选密度为纵坐标绘制密度曲线；以分选密度为横坐标，该密度物产率为纵坐标绘制密度物曲线。特性曲线可通过浮物曲线微分求得或直接绘制。曲线绘制可采用手工绘图或计算机辅助绘图。

可选性评定方法采用分选密度±0.1含量法。首先确定理论分选密度，通常以精煤灰分要求为依据，从可选性曲线上查得对应的分选密度。然后计算密度在分选密度±0.1范围内的物料含量，该含量即为可选性评定指标。根据国家标准的规定，含量小于10%为易选，10%-20%为中等可选，20%-30%为较难选，30%-40%为难选，大于40%为极难选。

对于不同粒级煤样的可选性评估，应分别进行浮沉试验和可选性评定，给出各粒级的可选性等级。综合评定时，可采用加权平均法计算综合可选性指标，或根据主导粒级的可选性确定综合可选性等级。

检测仪器

煤炭可选性评估需要使用多种检测仪器和设备，主要包括以下几类：

• 筛分设备：包括标准套筛、振筛机、筛分机等。标准套筛由不同孔径的标准筛组成，用于实验室筛分试验；振筛机用于提高筛分效率；筛分机用于大样筛分。
• 浮沉试验设备：包括浮沉桶、捞勺、漏斗、支架等。浮沉桶通常采用耐腐蚀材料制作，容积根据试验煤样量确定；捞勺用于捞取浮物，孔径应小于煤样最小粒度。
• 重液配制设备：包括重液配制槽、搅拌器、密度计、波美计等。重液配制槽用于配制和储存重液；密度计或波美计用于测定重液密度，精度应达到0.001g/cm³。
• 称量设备：包括电子天平、台秤、地磅等。根据称量对象的不同选择合适的称量设备，精度应满足试验要求。
• 干燥设备：包括电热鼓风干燥箱、红外干燥箱等。用于干燥浮沉试验后的各密度级物料，干燥温度通常控制在105-110℃。
• 灰分测定设备：包括马弗炉、灰皿、分析天平等。用于测定各粒级、各密度级物料的灰分含量。
• 硫分测定设备：包括测硫仪、高温燃烧炉等。用于测定各粒级、各密度级物料的硫分含量。
• 数据处理设备：包括计算机、绘图仪、打印机等。用于试验数据处理、可选性曲线绘制和报告编制。

浮沉桶是浮沉试验的核心设备，其规格和数量应根据试验煤样量和密度级数量确定。常用的浮沉桶容积有10L、20L、50L等规格。浮沉桶应具有足够的深度，保证浮沉分离有足够的静置空间；桶壁应标有刻度，便于观察和控制液面高度；材质应耐腐蚀，表面光滑便于清洗。

捞勺是捞取浮物的专用工具，由勺体和手柄组成。勺体通常采用铜丝网或不锈钢丝网制作，网孔应小于煤样最小粒度，防止煤粒漏失。捞勺的直径应与浮沉桶相匹配，操作方便。一套浮沉试验设备通常配备多个捞勺，便于不同密度级浮物的捞取。

重液密度测定仪器是保证试验准确性的关键设备。密度计的测量范围应覆盖试验所需的密度范围，通常为1.20-2.20g/cm³；测量精度应达到0.001g/cm³。波美计也可用于重液密度测定，通过波美度与密度的换算关系求得密度值。重液密度测定应在恒温条件下进行，温度变化会影响重液密度。

电子天平是试验称量的主要设备。根据称量对象的不同，需要配备不同量程和精度的电子天平。对于小煤样称量，应使用分析天平，精度达到0.001g；对于较大煤样称量，可使用精密天平或台秤，精度达到0.1g或1g。称量前应校准天平，称量时应扣除容器重量。

干燥设备用于干燥浮沉试验后的各密度级物料。电热鼓风干燥箱是常用的干燥设备，干燥温度可调，通常设定为105-110℃。干燥时间根据物料量和水分含量确定，应保证物料干燥至恒重。干燥过程中应注意防止物料氧化和损失。

现代可选性评估已逐步采用自动化试验设备，提高了试验效率和数据准确性。自动浮沉试验装置可实现重液密度自动控制、浮沉分离自动操作、物料自动收集等功能；计算机数据处理系统可自动完成试验数据处理、可选性曲线绘制、评定指标计算等工作，大大提高了评估工作效率。

应用领域

煤炭可选性评估在煤炭工业的多个领域具有广泛的应用，主要包括以下方面：

在地质勘探领域，可选性评估是煤炭资源评价的重要内容。通过勘探钻孔煤样的可选性评估，可以了解勘探区煤炭的可选性特征和变化规律，为煤炭资源开发利用提供基础数据。可选性评估结果影响煤炭资源储量分类、矿井设计生产能力确定、煤炭产品方案制定等重要决策。在地质报告中，可选性评估结果是必不可少的组成部分。

在矿井设计和建设领域，可选性评估是选煤厂设计的主要依据。选煤厂的工艺流程选择、设备选型、生产能力确定等均以可选性评估结果为基础。可选性好的煤炭可选用简单的跳汰选或重介选工艺；可选性差的煤炭可能需要采用复合工艺或精细控制工艺。选煤厂设计前必须进行详细的可选性评估，评估结果的准确性直接影响选煤厂的建设投资和生产效果。

在选煤厂生产运营领域，可选性评估是指导生产操作的重要工具。通过定期对入选原煤进行可选性评估，可以了解原煤可选性的变化情况，及时调整分选参数，保证精煤产品质量和产率。当入选原煤可选性变差时，应采取降低处理量、提高分选精度等措施；当可选性变好时，可适当提高处理量或放宽分选要求，提高生产效率。

在煤炭贸易领域，可选性评估是煤炭质量评价的重要方面。对于炼焦煤等优质煤炭资源，可选性是影响煤炭价值的重要因素。可选性好的煤炭，精煤产率高、加工成本低，市场价值更高；可选性差的煤炭，加工成本高、精煤产率低，市场价值相对较低。煤炭贸易合同中常对可选性指标提出要求，可选性评估结果是重要的质量证明依据。

在煤炭科学研究领域，可选性评估是煤炭可选性理论研究和方法开发的基础。通过大量煤样的可选性评估试验，研究煤炭可选性与煤质特征、地质因素的关系，建立可选性预测模型，开发新的可选性评定方法。可选性评估数据是煤炭科学数据库的重要组成部分，为煤炭加工利用技术研究提供数据支撑。

在煤炭资源综合利用领域，可选性评估为煤炭分级分质利用提供依据。通过可选性评估，了解不同粒级、不同密度级煤炭的质量特征，确定合理的分级分选方案，实现煤炭资源的梯级利用。对于难选煤和极难选煤，可选性评估结果可指导选择适宜的综合利用途径，如煤化工、煤矸石综合利用等。

常见问题

煤炭可选性评估工作中常遇到以下问题：

样品代表性不足是影响评估结果准确性的主要问题。采样点选择不当、采样方法不规范、样品制备过程损失或污染等都会导致样品代表性不足。解决方法是严格按照标准规定进行采样和制备，建立采样质量控制制度，必要时增加采样点和采样数量，确保样品能够真实反映评估对象的特征。

浮沉试验操作误差是影响评估结果可靠性的重要因素。重液密度配制不准确、浮沉分离不彻底、物料收集损失、称量误差等都会引入试验误差。解决方法是加强操作人员培训，规范操作程序，定期校准仪器设备，建立试验质量控制程序，必要时进行平行试验验证结果可靠性。

重液的选择和配制是浮沉试验的技术难点。常用的氯化锌重液配制方便但粘度较大，影响细粒煤的浮沉分离效果；有机重液粘度小但成本高、挥发性强、有一定毒性。应根据煤样特征和试验条件选择合适的重液类型，配制时注意密度准确和均匀稳定，试验时注意安全和环保。

可选性曲线绘制和判读需要一定的专业技能。手工绘图精度受绘图技能影响，曲线判读存在主观性。解决方法是加强技术培训，提高绘图技能，采用计算机辅助绘图提高精度，建立曲线判读规范减少主观误差。对于复杂煤样，应结合多条曲线综合分析，准确把握可选性特征。

可选性等级与实际分选效果的关系是常被关注的问题。可选性等级是基于理想分选条件下的理论评定结果，实际分选效果还受设备性能、操作水平、入料条件等多种因素影响。可选性等级为分选难度提供了参考，但不能直接等同于实际分选效果。在实际应用中，应结合设备性能和操作条件，合理确定分选指标。

不同粒级煤可选性差异的处理是综合评定中的难点。各粒级煤可选性可能存在较大差异，简单的加权平均可能掩盖某些粒级的问题。解决方法是分别评定各粒级可选性，针对不同粒级确定不同的分选策略，综合评定时充分考虑各粒级的影响权重和工艺可行性。

可选性评估结果的时效性是需要关注的问题。煤炭开采过程中，煤层条件可能发生变化，入选原煤可选性也随之变化。一次评估结果不能长期使用，应定期进行评估或根据需要及时评估，保持评估结果与实际情况的一致性。对于生产选煤厂，建议建立常规评估制度，定期监测原煤可选性变化。

可选性评估与其他煤质指标的关系是综合评价中需要考虑的问题。可选性与灰分、硫分、挥发分等煤质指标存在一定关系，但又具有独立性。高灰煤不一定难选，低灰煤不一定易选，可选性取决于煤中矿物质的分布特征而非含量。综合评价煤炭加工特性时，应将可选性与其他煤质指标统筹考虑，全面把握煤炭质量特征。