根据我国煤炭洗选加工的实际需求，结合国内外选煤科学技术的现状，阐述了世纪之交我国选煤科学技术在简化重介质选煤工艺、细粒煤分选工艺及设备、传统选煤方法的进步、极细粒煤回收脱水、煤炭深度脱硫降灰、干选及节水型选煤技术和选煤厂自动测控传感元器件及智能化等七个方面的发展，对二十一世纪初十年内我国的选煤科学技术进行了展望。
关键词 选煤科学技术 现状 发展 展望
选煤是煤炭工业生产中提高产品质量必不可少的重要环节，是综合利用资源和节约能源的重要途径，是实现煤炭洁净生产、洁净利用的重要手段，也是我国21世纪能源发展战略中洁净煤技术的重要组成部分。国家有关部门已制定了煤炭洗选加工“九五”计划及2010年发展规划。按照煤炭洗选加工“九五”计划和2010年发展规划要求，“九五”期间规划建设选煤厂223处，总设计入选原煤能力2.89亿t/a，其中新开工160处，设计入选原煤能力1.79亿t/a。“九五”期间重点改造100处选煤厂，增加入选原煤能力2000万t/a。到2000年，全国选煤厂入选原煤能力将由现在的3.06亿t达到4.5亿t，使原煤入选比例由目前占原煤产量的22％提高到30％以上。“九五”期间年平均增长入选量为4000万t以上，2000年以后，仍将保持2000～2500万t/a的增长速度。“七五”以来，选煤工业的发展速度超过了原煤增长速度，我国的煤炭洗选加工工业进入了快速发展时期。煤炭洗选加工工业快速发展的形势，必将对选煤科学技术的发展产生积极而深远的影响［1～4］。
1 选煤科学技术现状
1.1 国外选煤技术现状
发达国家历来重视煤炭的加工利用，随着洁净煤技术的兴起，作为其主导技术之一的选煤技术，在各国（包括发展中国家）都得到了迅速的发展。国外近期选煤技术的发展主要体现在以下几个方面：
1.1.1 原煤洗选比例较高，厂型趋向大型化
为了满足用户对产品品种和质量的需求及环境要求，发达国家原煤入选比例较高，各主要产煤国原煤洗选比例见图1。
图1 世界主要产煤国原煤入选比例
在加大原煤入选比例的同时，选煤厂数量减少，厂型趋向大型化。如美国选煤厂最多时（1986年）达507座，平均处理能力为486t/h，而到1996年，选煤厂数量减至340座，平均处理能力增至716t/h。
1.1.2 重介选得到较快发展
近20年来，重介质选煤工艺得到了较快发展，在解决了设备的耐磨、介质回收、工艺简化等问题后，重介质选煤的高效率、低投资优点日益突出，得到了广泛的应用。据1996年统计，美国的340座选煤厂中，有43.2％装备了重介质分选机，有51.5％装备了重介质旋流器。澳大利亚的选煤厂中60％以上采用了重介质选煤。对德国易选煤，重介质选煤也达到22.9％。在俄罗斯现有的71座选煤厂中，生产能力的42％为重介质选。各主要产煤国选煤方法上的变化，反映了国际选煤界整体技术水平的提高和高效率重介质选煤工艺的日益成熟［5］。
1.1.3 细粒级煤的分选与脱水成为研究开发的重点
（1）先进的粉煤浮选技术
Microcel微泡浮选柱。这种80年代末开发的浮选柱已成功地运用于选煤厂的生产中。目前世界上有6座选煤厂使用这种Microcel浮选柱，均取得了较好的效果。但这种浮选柱对粗粒煤泥的分选效果还有待于进一步考证［6，7］。
充填式浮选柱。这种浮选柱是美国密执安大学开发的，目前有6台在工业上应用，其中1台用于选煤，5台用于选铜矿。主要受充填物维修困难和充气量较小问题的影响，尚未在工业上广泛应用［6］。
浮选旋流器也称充气式旋流器（ASH），由美国犹他州大学和美国先进选矿公司共同研制。其主要特点是处理量大，是常规浮选机的100多倍，对细粒级，尤其是对－0．15mm的细粒粉煤有较好的分选效果。这种旋流器目前在选煤厂仅以试验的方式使用了3台，尚未实现真正的工业应用，但已有177台成功地应用于其他工业部门。
（2）粉煤重力选的开发［5，6］
微细磁铁矿粉重介质旋流器工艺是美国能源部匹兹堡能源中心80年代末开发的，1996年3月开始在美国Custom煤炭总公司的选煤厂（500t/h）进行工业性试验，南非、加拿大均进行了进一步的研究。该工艺目前存在的主要问题是介质的粒度、稳定性及回收问题。Custom煤炭总公司的初步试验表明，采用微细磁铁矿粉重介质旋流器工艺可以有效地处理0.105～0．025mm级粉煤，但介质回收及未分选的高灰细泥污染精煤产品的问题尚未根本解决。南非的研究人员提出，分选－0．075mm的粉煤，介质的粒度组成中－0．01mm的产率必须大于50％才能取得良好的分选结果。加拿大研究人员认为，如果入料为－2mm，则介质的流变特性对－0．5mm粒级煤的分选指标影响较大，要高度重视介质的稳定性对细粒级煤分选的影响。
目前，国际上正在研究的其他粉煤重力分选工艺及设备主要有，采用流膜选的Mozley多密度分选机（美国），采用离心力选的Falcon选矿机（加拿大）、Kelsey离心跳汰机（澳大利亚）和Knelson选矿机（美国）等。初步试验表明，采用离心力的重选设备，分选－0．59mm的粉煤时，其Ep值一般在0.1～0．14，对＋0．01mm粒级的硫铁矿脱硫率在92％以上。采用流膜选的重选设备，分选－0．5mm粉煤时的效果明显低于离心力选。上述设备仅进行到工业性试验阶段。
（3）粉煤的脱水回收技术
近年在细粒煤的脱水回收方面取得的最大成果是加压过滤机、超高速离心机和隔膜挤压式压滤机。美国采用超高速离心机，欧洲则趋向于采用加压过滤机或隔膜挤压式压滤机，这些设备均已在工业上应用。
1.1.4 广泛使用在线监控，实现选煤厂的高度自动化［5］
由于选煤厂检测仪表近年来得到了很大的发展，使选煤厂实现高度自动化成为可能。美国、德国、英国和澳大利亚等国家相继开发成功了各种在线检测装置，如测灰、测硫、发热量、灰熔点、水分、产量、跳汰参数、介质密度和粘度、煤浆灰分和浓度、料液位等。这些检测仪表均已应用到工业生产中，实现了受煤系统、重介质系统、跳汰系统、浮选系统、干燥系统和装车系统的自动控制，选煤厂入料也实现了均质化。这些自动化装置配合计算机专家系统和全厂监控，为产品质量稳定、选煤设备的工作可靠、分选工艺和产品结构的优化、最大限度提高产品的产率、提高经济效益提供了技术上的保证。高度的自动化和高可靠性的设备，使选煤厂工作人员大大减少，处理能力为800～1500t/h的选煤厂每班操作人员一般不超过3人。
1.2 我国选煤技术的现状
我国的煤炭洗选加工技术，通过自行研究开发和引进消化，已有长足的进步。国外已有的各种分选工艺我国均已具有，在个别领域已达到国际领先水平。
1.2.1 自行研制开发的设备已能满足400万t/a选煤厂建设的需要
目前，我国已经形成了自行设计、制造400万t/a选煤厂成套设备的能力。在规格上，跳汰机已达40m2，重介质分选机槽宽4.5m，重介质旋流器直径700mm，浮选机单槽容积16m3，筛分机面积27m2，压滤机面积1050m2，过滤机面积200m2，且已形成系列。在品种上，重介、跳汰、浮选、煤泥水处理、干燥、脱水等方面较为齐全，能适应不同工艺对设备的要求。在技术水平上，许多设备已接近或达到国际先进水平。自行研制开发的设备已能满足年处理能力400万t、不同厂型、不同煤质、不同工艺的新厂建设及老厂技术改造的需要［8］。
1.2.2 选煤工艺进一步发展，基本适应生产需求
近年来，在选煤工艺的研究开发方面有了较大发展，基本满足了不同条件选煤生产的需求。
跳汰方面，在深入进行理论和实验室研究的基础上，采用多项新技术开发了SKT系列和X系列跳汰机，其适应煤质的能力、自动化程度都可与国外同类设备相媲美，目前进一步向智能化、全自动化方向发展；自行开发的液压驱动式动筛跳汰机已初步形成系列，其技术指标、理论研究成果都接近或超过国际先进水平。
重介质方面，研究开发的大型无压、有压三产品重介质旋流器选煤系统，技术指标优于国际先进水平，且实现了大面积推广；研制的大型重介质分选机，分选指标优于同型号的“TESKA”分选机，已形成系列；在国际上率先研制成功的50～0mm重介质旋流器和随后开发的－0．5mm级煤泥重介质旋流器及其分选工艺，使选煤工艺流程得到简化并取得了良好的技术效果。我国自行开发的空气重介流化床干法选煤系统，在国际上首先应用于生产。
浮选方面，在对传统浮选工艺和设备进行进一步完善的基础上，已经形成了各种机械搅拌式、喷射旋流式浮选机系列，同时对强化细粒级浮选效果的各种浮选柱、高选择性浮选机等进行了初步的研究并取得了一定的进展。
煤泥水处理方面，在压滤机得到广泛应用的基础上，提出了强气压穿流式压滤脱水的概念，并完成了200m2强气压穿流式压滤机的工业性试验；经过二十多年的研究开发，研制成功了系列圆盘加压过滤机，技术指标与国际同类设备相近并已得到推广；研制的大型卧式沉降离心机、平带式过滤机、大型盘式真空过滤机等新型煤泥回收工艺及设备也已在工业生产中应用。
原煤准备及筛分脱水方面，已开发使用了大型多齿辊破碎机和强力分级破碎机，超过16m2的大型分级筛也已在选煤厂应用；利用模态分析技术开发了系列重心偏移式振动脱水筛并广泛推广；节能的高频振动电磁筛、各种高频筛也已在生产中应用。
此外，在复合式干法选煤、煤泥滤饼干燥破碎等方面，也取得了初步的成果；对高梯度磁选、选择性絮凝、摩擦静电选煤及微波、化学脱硫法等新技术，也进行了实验室的试验探索。
1.2.3 已能实现主要生产环节的自动测控和全厂集中控制
近年研制成功的自动化仪表及传感器、计算机软件和自控装置，已能实现选煤厂主要生产环节的自动测控和全厂集中控制。“八五”期间完成的“跳汰机主要参数自动控制”、“浮选系统产品质量在线测控技术”、“末煤重介系统产品质量在线测控技术”及“单机自动化系统和工控网络系统”，加上已在选煤厂广泛使用的重介质密度控制、计算机全厂集控系统和大量的一次仪表及传感器，使选煤厂自动化逐步由简单控制启、停车向工艺参数优化及控制方向发展。
1.2.4 与国际先进水平和生产需求相比存在一定差距
我国选煤技术有了较大发展，但与国际先进水平和国内生产需求相比，特别是与洁净煤技术的发展要求相比，还存在一定的差距。
（1）原煤入选比例低，精煤灰分高，生产工效低。全国平均入选比例为22％，其中国有重点煤矿为46％，地方国有煤矿为15％，乡镇煤矿不足6％，远远低于国外50％～95％的水平。我国炼焦精煤和商品动力煤平均灰分分别为9.88％和22.43％，而同期美国仅为7％和17％。由于自动化程度较低，设备可靠性不高，造成我国选煤厂用人多、工效低，工效仅为国外的1／5～1／10。
（2）大型设备及自动化检测仪表的可靠性有待提高。由于整体工业水平较低，使得大型选煤设备和自动化元器件的原材料、制造工艺落后，设备可靠性不佳，严重制约着选煤工业的发展。
（3）适用于干旱缺水地区、变质程度低易泥化煤种分选的干法分选技术有待进一步开发、完善。
（4）高硫煤矿区煤炭深度脱硫降灰和综合利用技术尚未配套，没有形成完整的技术体系。
（5）极细粒煤的分选及脱水研究刚刚起步，缺乏经济有效的技术途径。
（6）共伴生矿物的分选、提纯和综合利用技术尚不成熟，煤系非金属矿产资源没有得到有效的利用。
（7）基础理论研究薄弱，对新的分选方法、设备的探索不够有力，影响选煤技术水平的进一步提高。
2 跨世纪我国选煤技术的发展
跨世纪我国选煤技术，将在不断完善常规分选方法、发展干法选煤和继续开展选煤新方法探索研究的基础上，进一步围绕提高选煤的经济性、细粒煤的分选与脱水和提高大型设备的可靠性等方面求得新的发展。
2.1 简化重介质选煤工艺
简化重介质选煤工艺，降低建厂投资，提高重介质选煤的经济性，适应我国众多高硫难选煤的分选需要，使高效的重介质选煤工艺在更大范围内推广。
三产品重介质旋流器分选工艺的简化及设备大型化。到本世纪末，将研究成功采用一种介质完成100～0．1mm原煤有效分选并生产多产品的简化工艺系统。为此，将开发出直径为1200／850mm的大型三产品重介质旋流器和直径为200mm的煤泥重介质旋流器、洗选－0．1mm粉煤的高效微泡浮选柱、高效脱介设备及与之配套的简化工艺和自动控制技术，使重介—浮选系统的投资大大低于跳汰—浮选系统，工效达100t/工，电耗降到6kW*h/t左右，重介质选煤的经济性大大提高。
块煤三产品重介质分选工艺及设备。采用一种密度的重介质悬浮液分选块原煤，同时产出三种产品的大型浅槽重介质分选机将在世纪之交研制成功，实现简化重介质选煤工艺，降低选煤厂建厂投资和生产费用的目的。
2.2 研究开发有效的细粒煤分选工艺及设备
细粒煤的分选在相当一个时期将是选煤技术的主攻方向，以适应洁净煤技术发展的需要。到本世纪末，将在下述四方面取得初步的进展：
（1）微细磁铁矿粉重介质旋流器分选－0．5mm级粉煤的工艺与设备。在对0.5～0．15mm级粉煤采用小直径重介质旋流器分选进行初步研究并取得成功的基础上，进一步研究采用微细磁铁矿粉作介质，使分选下限达到0.04mm以下，并解决与之配套的介质净化回收问题，以满足深度脱硫降灰的需求。
（2）选择性絮凝分选－0．5mm级粉煤的工艺与设备。在已完成的选择性絮凝半工业性试验的基础上，进一步完成选择性絮凝分选－0．5mm粉煤的工业性试验工作，寻求价廉、有效的絮凝剂，研究有效的絮凝工艺及设备，实现工业意义上－0．5mm粉煤的有效絮凝分选。
（3）离心力—重力复合选煤工艺及设备。研究采用离心力—重力复合的离心跳汰机等选煤方法，取代浮选用于高硫煤和氧化粉煤的分选。
（4）微泡浮选柱分选细粒粉煤技术将进一步成熟，并在一定范围内推广使用。
2.3 传统选煤方法进一步完善，设备可靠性进一步提高
传统选煤方法将更多地采用高新技术。用新技术武装的自动化跳汰机进入实用阶段，并逐步向智能化方向发展。目前的重介、浮选将配之以产品数质量回控系统。传统的选煤方法将在扩大适应性、降低生产费用、提高分选精度等方面进一步发展。
由于对设备结构的进一步改善和耐磨材料更广泛地应用，选煤设备，尤其是大型选煤设备的可靠性将进一步提高。
2.4 细粒煤脱水技术有新的发展
目前研制成功的加压过滤技术、强气压穿流式压滤技术和沉降离心脱水技术将得到广泛的应用并实现设备的大型化，提高设备的可靠性。120m2加压过滤机和400m2强气压穿流式压滤机的研究成功，可以实现细粒煤泥脱水设备的合理大型化，进一步降低选煤产品的水分。
2.5 高硫煤矿区煤炭脱硫降灰和综合利用技术取得阶段成果
采用多产品低下限重介质旋流器脱除高硫炼焦煤中无机硫的示范选煤厂和采用高硫动力煤合理分选工艺及设备的示范选煤厂将建成并投入工业生产，综合加工方案最佳化及选后副产品的合理分选研究也将完成，初步构筑起高硫煤矿区煤炭脱硫降灰和综合利用技术的基本框架。
2.6 干法选煤和节水型选煤技术得到进一步推广
复合干选工艺及技术在已完成的1m2、3m2和6m2干选机的基础上，开发出大型（12m2）干选设备并实现工程化。研究开发的新型床体、供风系统和操作工艺制度将入料水分对分选效果的影响降到最低限度，工艺参数得到进一步优化。
空气重介干法选煤技术有望克服目前的困难，技术上进一步完善。
节水型的动筛跳汰机技术将形成液压和机械式两个系列，液压驱动式动筛跳汰机因其调整简单、单位面积处理量大、分选效果好的优点而得到较大范围的推广，并形成3.6m2以下系列；机械驱动式动筛跳汰机以其廉价的优势，也将在地方中小煤矿得到进一步应用。
2.7 实现选煤厂的部分智能监控，检测仪表的可靠性大大提高
通过努力，“九五”末期将实现选煤厂部分设备的智能监控，如跳汰系统、浮选系统的智能控制等；全厂集控系统具备对参控设备的可靠性诊断和工况参数监控管理功能；开发一批高可靠性的一次仪表和传感器，对现有仪表和传感器进行提高整机及关键元器件可靠性的研究工作，使选煤厂自动化水平再上新台阶。
3 选煤科学技术展望
在“九五”科技攻关并取得成果的基础上，通过下世纪前十年的继续努力，到2010年我国选煤科学技术有望达到以下水平：
（1）选煤厂的大型设备及自动测控传感元器件的可靠性得到稳定提高，设备寿命明显延长，充分满足我国大型选煤厂生产和建设的需要。
（2）干法及节水型选煤技术进一步成熟，制约我国西部干旱缺水地区发展煤炭洗选加工工业的问题将得到根本解决。
（3）极细粒煤降灰脱硫及脱水技术在工业上将得到推广应用；以煤代油、以煤制油为目标的超低灰、低硫精煤分选技术和煤岩分选技术将走上产业化，基本解决燃煤的硫污染问题。
（4）高效并可分选我国众多高硫、难选煤的重介质选煤工艺得到合理简化和更广泛的应用，选煤厂建厂的投资及生产费用将降低1／2～1／4。
（5）选煤厂主要参数自动测控和全厂集中控制技术进入新的发展阶段，将出现全自动化“无人”选煤厂，产品结构和主要工艺指标实现最优化。
（6）与煤共伴生矿物资源得到综合利用，选煤厂将成为多产品结构、无工业污染、高经济效益的企业。
（7）我国煤炭洗选加工的主要技术将达到国际领先水平。