复合式干法选煤工艺在澳大利亚煤炭工业中的应用前景分析

迪克·邓斯通

(澳大利亚顿斯通煤炭技术有限责任公司)

1 澳大利亚各地区的煤灰分布情况

澳大利亚是世界主要煤炭出口国。2018年，澳大利亚煤炭总产量为5.62亿t，出口3.83亿t，“非出口”煤炭用于发电。煤炭是澳大利亚国内能源供应的主要组成部分，但不用于运输业。出口煤炭品质包括硬焦煤、半硬焦煤、半软焦煤和动力煤。煤种被广泛运往欧洲、日本、中国、印度、韩国、南非和南美的多个国家。

澳大利亚有6个主要煤系覆盖大量煤矿。每个区域都有一个特定的产品，每个煤系中的矿井除了煤阶不同外，都具有相似的性质。主要煤矿位于澳洲大陆东部，其他地方煤矿生产的少量煤炭供应国内用户。只有东部煤矿的煤炭出口。其他煤种主要是低阶动力煤或褐煤。

澳大利亚的煤炭资源主要集中在新南威尔士州和昆士兰的3个主要焦煤煤系中，并通过6个港口出口。纽卡斯尔港周围的大型动力煤煤矿生产的半软焦煤产量较低。动力煤产自两个焦煤煤系之一的西部边缘。这些煤矿，连同许多生产低挥发分喷吹煤的煤矿，在以生产焦煤闻名的兰加尔煤系煤炭生产中占很大比例。悉尼盆地采煤业生产的煤种如下。

1.1 南部煤田(悉尼盆地)分布

多年来，澳大利亚南部的伊拉瓦拉一直是主要的硬炼焦煤开采区。100多年前开工的约20个矿井中，只有一家公司在两个主要煤层中经营3个矿井。另一家公司在另一个薄煤层也在同样的煤系中进行小规模作业。目前，这些煤全部未经洗选出口印度。对煤进行简单的分选处理可以节省运费，并且这些焦煤在印度洗选后的矸石也可作他用。在这些煤系中，有一些靠近利斯戈的矿井。在这一地区，煤的灰分较高，且焦化特性微弱。洗精煤用于出口，未经分选的原煤用于国内发电。这些位于伊拉瓦拉以西地区的煤炭可采用一种简单的干法选煤方法，如FGX复合式干选机进行简单分选。

1.2 亨特煤田(冈尼达盆地)分布

新南威尔士州北部的区分布有大量的煤矿，煤炭出口量超过1亿t。有两种基本煤种，即半软焦煤和电煤。半软焦煤的灰分大部分小于10%，根据来源煤层的不同，具有一系列的焦化特性，其他煤层所产煤炭仅用作电煤。北部冈尼达盆地的煤通常比亨特煤田的煤灰分低。

冈尼达盆地距离纽卡斯尔港400 km，在矿山和港口之间有一个重要的山脉。通过纽卡斯尔港出口的北部和西部煤矿，如果简单采用干法处理旁路未选煤炭，则可以节省大量的运输成本，并且可大幅度提高产品热值。

1.3 昆士兰州煤田(苏拉特盆地煤田)分布情况

苏拉特盆地煤田资源近年才得到开发。煤炭产量非常大，但受到运输和选煤能力的制约，目前只有两个正在运营的矿井。这些矿山位于农业区，水资源比较稀缺。这些矿藏位于海拔相当高的高原上，限制了运往布里斯班港的煤炭列车的运力。现阶段，开发通往更偏北的格拉德斯通港的铁路线的计划尚未收到资金支持。

该地区煤是一种经洗选后灰分相对较低的优质动力煤。由于粘性较高的泥岩层的存在，煤炭水分较大时较难分选。在传统的湿法选煤厂中排除泥岩时会产生大量的尾煤泥，而且这种煤泥很难干燥。因此在湿法洗选前，非常适合采用干法工艺去除煤中的这些泥岩。

1.4 博恩盆地的采煤业

伯恩盆地煤矿已运营多年。最早建设的矿井和后来建设的矿井目前正在开采较难分选的煤层。这些是薄煤层或者有夹矸的煤层，剥采比正在上升，为了努力回收所有可利用的煤炭资源，增加了入选量，但导致进入选煤厂的原煤可选性变差，精煤产率更低。这是由于煤层内夹矸或采煤过程混入的矸石为泥岩，这种岩石在水中迅速破碎泥化，导致高灰煤泥黑水，磁铁矿介质消耗较高，浮选效果较差。

基于这些原因，选煤厂正在使用复合式干法选煤设备进行分选试验，将劣质煤运至干法选煤厂，并将矸石运回露天矿坑，以改善选煤厂的性能，降低运输成本。

在伯恩盆地，许多煤矿和个别的动力煤煤矿均采用FGX分选机排矸，从而大幅度提高最终产品质量，尤其是去除菱铁矿物(一种铁碳矿物，这种矿物在锅炉热交换管道上容易结渣而给电站带来问题)效果显著。其他直销未经洗选原煤的矿井也面临着煤层越来越薄，灰分上升的问题。

1.5 里德顶层煤层

里德顶煤层是伯恩盆地西部边缘的一些优质动力煤煤层。这些煤只在煤系南端的一个小矿井中开采过，另外还存在其他煤田，均适合利用复合式干法选煤来控制煤质。

1.6 其他分散的煤田

在伯恩盆地之外，其他煤系的小盆地中也有许多重要的煤藏。其中至少有1个煤田已经开采多年，煤质还是较差。剩下的这些矿床为低阶煤，且含水量较高。

(1)加里勒盆地。加里勒盆地位于博文盆地主要煤矿区的西北部。这是一个非常大的煤矿区，许多公司正计划在那里开发煤矿。由于该地区气候干燥，每年有几个月没有降雨，因此有人反对开采这些煤田。此外，该地区含有大量的水体可能会受到煤矿的潜在影响。该地区的第一座矿山正在建设中，设计产能将超过3 500万t。这个地区的煤是一种灰分中等、含水量相对较高的煤。该地区的资源量估计很大，预计未来将成为一个主要的矿业省。

(2)费尔希尔煤系。费尔希尔煤系在博恩盆地很有名，位于兰格煤系正下方。它也被称为伯恩格罗夫组和库珀堡煤系。这种煤系是一套带状分布的高灰分煤层，具有很好的炼焦性能。然而，洗精煤的灰分含量很少低于12%。某矿小的区域洗精煤灰分洗到8.5%，展现出了良好的结焦性能。由于其他地区煤灰分含量高得多，因此不再开采。在许多方面，这些煤与莫桑比克的巨大矿藏相似。

2 FGX复合式干法选煤的潜力

2.1 分选精煤

由于许多澳大利亚矿山都是露天煤矿，因此在回收煤炭或清洁开采之间总会有一个折衷妥协的方案，以避免从煤层顶部或底部混入大量矸石。清洁开采会造成煤炭损失，开采时要回收最大数量的煤炭，就必须将大量的矸石输送到选煤厂。澳大利亚煤炭通常与泥岩共伴生，泥岩遇水易分解，因此，如果进入传统的水洗工厂，将给工厂的浓缩机、浮选和细煤泥分选带来严重问题，导致工厂处理能力下降。

复合式干法选煤处理物料粒度上限为100 mm，这一能力是很有用的，因为大多数澳大利亚煤较软，矸石也为软岩类型。如果用处理粒度上限为50 mm(有时更细)的水洗设备分选，会将岩石从100 mm粉碎至50 mm，将优先粉碎甚至研磨岩石，从而增加了主要成分为岩石的细粉料。使用FGX复合式干法选煤工艺处理受污染的“洁净煤”将降低输往选煤厂的成本，并提高选煤厂的入料能力。对该设备的运行测试是澳大利亚目前的一个工作重点。如果由于采矿作业而造成煤炭损失，则作业成本可能会很大。采矿造成的煤炭损失通常估计约为8%。在一个毛煤年产量为1 000万t的普通矿山，这损失将达到4 000万美元，精煤产率为50%。

2.2 在带状夹矸分布煤层中的应用

在较新的采区，特别是苏拉特盆地，许多矿山都有带状夹矸分布煤层。这些煤层蕴藏着丰富的煤炭资源，但采用湿法分选时会产生很多问题。通常煤层带有大量矸石，由于矸石量大，易造成重介质旋流器过载，从而需要降低原煤入料量。因此，在水洗设备洗选前，用复合式干法选煤工艺预排矸石会节省很多成本。

如果产品是动力煤，一些煤层在复合式干法选煤处理后产品就适宜出口。这可能导致的问题是：有些煤层薄且带状，产生很大比例的中煤。如果有这种情况，则可以通过轻度中煤破碎和中煤FGX再选的方法来显著提高产品回收率。

苏拉特盆地煤有时含有相当比例的菱铁矿。这种矿物具有很差的灰分熔融特性，但密度高，如果已经和煤充分解离，则洗选时会被从煤中快速排出。

2.3 对旁路不选煤炭的应用

澳大利亚的许多经营矿山生产的是未经洗选的煤炭产品。一般来说，这些产品都受到好评，但有两个问题亟待解决。首先，当煤作电煤时，矸石混在煤中会影响煤炭外观，另外更重要的是，增加运输成本，造成矿井经济损失。如果煤炭热值较低，那么该产品价值可能远低于的澳大利亚动力煤市场的价格。这种价格下降会非常显著，导致矿山经济效益下降。采用FGX复合式干法选煤工艺便宜、简捷，可以改变这种情况。另外，由于消除了夹矸的影响，铁路和港口的运力也会有所增加。目前有一个矿井正在进行该项目的试验研究。

未洗选的焦煤也有类似情况。这些产品通常受到限制，因为夹矸会导致煤堆上明显的大块岩石而出现“外观”问题，或只能供应少量质量勉强合格(按规格)焦煤，灰分含量(有时可能是其他性质)稍微超标。当这种情况发生时，水洗之前采用干选去除少量夹矸会导致未经湿法处理的煤炭数量增加，可以显著节约成本和降低水分。

2.4 在电煤产品分选中的应用

一定规格要求的焦煤产品生产通常需要一个比FGX分选机更低的湿法分选密度(上述旁路煤除外)。然而，当生产动力煤时，产品通常明确规定确保所有煤炭都得到利用。通常电煤灰分有一个范围，是影响热值的主要因素。如果发生这种情况，则认为原煤通过复合式干法选煤时，灰分含量略有增加，水分也略有减少，分选效果和水洗是等效的。当煤是低阶、高水分煤时，这种效果尤为明显。在澳大利亚，有一些煤矿出口的煤炭，其原煤水分为12%～16%，通过湿法洗选水分将上升3%～5%。湿法分选降灰效果抵消不了水分增加的效果。加利利盆地的矿井情况也证明了这一观点。

2.5 在缺水区域的应用

在澳大利亚，只限于几个地区可用水洗煤。苏拉特盆地和加利利盆地的一些地区，特别是伯恩盆地和亨特山谷，受季节变化的影响较大，常常会限制用水(这是由于严重干旱造成的)。当这种情况发生时，可能会造成成本剧增，或者可能需要限制选煤厂生产。

2.6 避免建造尾矿坝

在澳大利亚，矿山投产的要求通常非常高。其中一个主要许可证是建造和维护尾矿坝的环境许可证。对于煤质要求不严的动力煤来说，非常希望避免建造尾矿坝。尾矿不易干涸，在尾矿进入大坝的整个过程中，致使细粒物料保持潮湿，不易处理。当大坝不再使用时，需要等很长一段时间，才能使用机器修复区域。

尾矿坝是矿山基础设施中昂贵的一部分，复合式干法选煤不需要筑坝，因为颗粒是循环输送的，干燥的粗粒矸石会被传递到产品中。

2.7 在薄煤层中的应用

在澳大利亚，有许多未洗煤(通常是低阶煤)出口用于发电。这些矿山普遍存在的问题是，作业中的煤层或煤层某段煤质低于最终产品要求。这导致了矿井生产能力的降低。

3 结 语

目前澳大利亚有关部门正在进行评估，以确定使用FGX复合式干法选煤处理部分未分选原煤，以低的成本增加资源回收率，提高矿山产能。