近年来国家政策倾向于支持煤炭清洁利用技术，作为煤炭清洁利用的重要方面，煤气化技术得到广泛应用[1]。煤气化渣是煤气化不可避免的一种工业固废。随着煤气化行业的发展，煤气化渣也会大量产生。我国每年产生数百万吨的煤气化渣成为工业固废，堆放占用土地的同时也造成了严重的环境污染[2]。因此，煤气化渣综合利用方面的研究是非常有必要的。

煤气化渣包括粗渣(气化炉底渣)和细渣(飞灰及黑水滤饼等)两部分，灰渣成分与气化原料煤灰分含量、组成及气化工艺等相关，主要为残余碳、SiO2、Al2O3、CaO等[3]。煤气化渣中的残余碳具有可观的发热量，而碳含量降低后的煤气化渣可以作为水泥和混凝土原料使用。根据GB/T 1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》规定，粉煤灰烧失量不大于15%时可归为Ⅲ级粉煤灰用作为水泥、混凝土原料[4]。而由于煤气化渣化学组成和物理性质与粉煤灰相似，特别是残余碳在表面疏水性方面与其他灰分矿物有非常大差别，借用粉煤灰浮选方面的经验，采用浮选方法对煤气化渣脱碳的方案最先被提出[5]。但是由于煤气化细渣浮选药剂消耗较大，经济效益不佳，该方法的工业化推广困难很大[4]。

对煤气化渣的组分分析表明，各组分间除表面性质差异外，残余碳与其他灰分矿物的密度之间也有较大差异。有文献研究表明，煤气化渣中灰分矿物的密度在2.70 g/cm3左右，而残碳的密度在1.27 g/cm3左右[6，7]，因此利用煤气化渣中残碳与灰分矿物的密度差，采用重选方法来脱碳是一种可行的解决方案。FBS作为近年来在细粒煤泥分选领域应用效果非常好的重选设备，可以推广应用到煤气化渣脱碳领域中。与浮选工艺相比，FBS代表的重选工艺具有明显的成本优势。

1 FBS流化床分选机工作原理

FBS流化床分选机是利用固体颗粒在上升水流作用下形成一定密度干扰床层来进行分选的重选设备[8]。该设备目前被广泛应用于选煤厂的细粒煤分选工艺中[9]。

1.1 结构

流化床分选机的结构如图1所示，其中主要包括入料井、执行机构、密度传感器、底流阀、弥散板、紊流板、控制系统等[10]。

图1 FBS结构示意

1.2 工作原理

补加水按照一定的压力和流速从流化床分选机底部的弥散孔排出，向上运动形成均匀的上升水流。从入料井给入的物料在上升水流作用下逐渐形成干扰床层。流化床分选机通过密度传感器来检测床层密度，通过调节执行机构的阀门开度来控制床层密度，从而形成了一个稳定密度的干扰床层。低于这个密度的颗粒会上浮从溢流堰排出，高于这个密度的颗粒会下沉从底流排料阀排出。

2 可选性分析试验

2.1 筛分试验

将煤气化渣样品低温(低于100 ℃)烘干后进行筛分试验，测定不同粒级产率和各自灰分。小筛分试验数据如表1所示，筛分数据分析如图2所示。

表1 煤气化渣筛分试验数据粒度/mm产率/%灰分/%筛上累计/%产率灰分筛下累计/%产率灰分>.～～0..～<.合计

表1中筛分数据显示，各粒级整体灰分偏高，均在40%以上，平均灰分60.49%，因此无法通过筛分的方式直接获得灰分不大于30%的精煤产品；图2中各粒级产率分布及灰分分布均呈现“马鞍状”。灰分最高的粒级是小于0.074 mm，其灰分为83.60%，仍然达不到Ⅲ级粉煤灰灰分不低于85%的要求。因此无法通过筛分的方式直接获得灰分不低于85%的产品。

图2 煤气化渣各粒级产率及灰分分布

2.2 浮沉试验

依据国标GT/B 478-2008《煤炭浮沉试验方法》中小浮沉试验方法，以氯化锌作为加重质，配制1.3 g/cm3、1.4 g/cm3、1.5 g/cm3、1.6 g/cm3、1.8 g/cm35个密度重液。浮沉试验数据如表2所示，由此绘制的可选性曲线如图3所示。

图3 可选性曲线

表2 浮沉试验数据密度级/(g·cm-3)产率/%灰分/%浮物累计产率/%灰分/%沉物累计产率/%灰分/%含量密度/(g·cm-3)产率/%< ～ ～1.59.34 59.28 50.18 29.18 ～ 60.44 36.46 49.82 89.28 ～1.811.47 84.47 39.56 93.74 > 1.807.00合计

依据GB/T —2011《煤炭可选性评定方法》对浮沉试验数据分析可知：① 该物料具有分选密度越高，可选性越好的趋势，小于1.3 g/cm3时可选性为极难选(含量超过40.0%)，1.3～1.8 g/cm3密度区间为中等可选性(含量在10.1%～20.0%)，大于1.8 g/cm3时可选性为易选(含量小于10.0%)；② 精煤产品灰分达到30%时，理论分选密度1.505 g/cm3，理论精煤产率为51.47%含量为19.17%，其可选性为中等可选性；③ 从该物料理论分选密度和较难选的可选性评定来看，适合使用FBS分选。

文章来源：《中国资源综合利用》 网址: http://www.zgzyzhly.cn/qikandaodu/2021/0317/928.html