1974年12月25日，《选煤技术》第6期刊载了一篇文章，题为《谈谈煤泥水处理问题》。该文作者是中国选煤界泰斗—中国矿业大学王祖讷教授。在刊出后的三四十年里，该文对我国炼焦煤选煤厂煤泥水工艺的变革产生了深远影响。至今，选煤工作者仍在用王祖讷教授在文中提出的方法来分析、研究和解决着选煤生产中问题。

1 文中提出的煤泥循环系数K的数学模型

上世纪70年代，我国炼焦煤选煤厂绝大多数采用的是跳汰选煤工艺，煤泥水处理沿用前苏联的浓缩浮选原则流程。图1所示是浓缩浮选的典型流程之一。

该流程的特点是：煤泥水先经过耙式浓缩机处理，底流为浓度高的、以粗颗粒为主的浮选入料，需要向其中补加清水，将其稀释到合适的浓度；溢流为浓度低的、以＜0.045mm粒级细泥为主的循环水，用于跳汰选煤。该流程的缺点是：溢流中的高灰细泥无法彻底排除，极易造成细泥积聚，在系统内恶性循环、连锁反应。

王祖讷教授首先在该文中深入浅出、定性定量地描述了这种煤泥水处理工艺的不良工作状况，即循环水浓度居高不下，严重影响分选效果和正常生产；然后，将该原则流程划分为若干个工作区，推导出了煤泥循环系数K的数学模型。

1.1 浓缩浮选流程

如图2所示：把原煤的洗选和产品脱水看做A₁作业区，从该作业区得到脱水后的精煤、中煤、矸石和煤泥水；以B₁作业区代表煤泥水澄清浓缩区，从煤泥水澄清浓缩区得到待浮选的煤泥和循环水；把煤泥浮选和过滤看做A₂工作区，从该作业区得到浮选精煤(滤饼)和尾煤；以B₂作业区代表浮选尾煤澄清浓缩区，从尾煤澄清浓缩区得到沉淀后的尾煤和溢流水。

图2中：Q为煤泥量，t/h；Q₀为进入洗水系统的新煤泥量，包括原生煤泥和次生煤泥，t/h；a₁为A₁作业区重选产物中的煤泥量Q₁占Q₀的比值(以小数表示)；b₁为B₁作业区的沉淀效率(底流固体回收率)，即底流中的煤泥量占进入该作业区煤泥量的比值(以小数表示)；b₂表示B₂作业区的沉淀效率(以小数表示)。如果b₂≈1，则表示有足够的沉淀面积或有效方法使浮选尾煤全部沉淀下来，此时溢流水浓度q≈0，即溢流为清水。图2中的虚线表示B₂作业区溢流的可能去向。

由图2可看出，进入生产系统的煤泥量Q₀等于各产物带走的煤泥量之和；进入A₁作业区的煤泥量Q等于Q₀再加上循环水中的煤泥量Q₄，即：

由式(1)可知，a₁、b₁越大，K值就越小。但a₁不能太大，因为a₁值大表明A₁作业区的重选精煤被煤泥污染程度严重；而b₁的大小与煤质、设备和生产操作因素有关。根据生产检查资料，取a₁=0.2、b₁=0.3，则K=1.87，即表明循环水中的煤泥量是进入生产系统煤泥量的1.87倍，数值较高。这说明采用浓缩浮选流程必然会导致循环水浓度偏高。

1.2 部分直接浮选流程

为了缓解浓缩浮选流程中高灰细泥在循环水中的积聚现象，王祖讷教授文中提出了部分直接浮选流程方案(图3)，即在煤泥水进入B₁作业区之前，先分流出n部分直接去浮选，也就是在闭路循环中开一个口子，让细煤泥通过浮选作业排出循环系统。

设n=0.2，由于进入B₁工作区的煤泥水量减少，其沉淀效率b₁可由0.3提高到0.35，从而可计算得到部分直接浮选流程的循环系数，K=0.87。可见，部分直接浮选流程的煤泥循环系数(0.87)较浓缩浮选流程(1.87)降低了不少。

1.3 直接浮选流程

只要浮选机有足够的煤浆处理能力，n值就可以不受限制地增加，直至n=1。此时就是直接浮选流程(图4)

根据式(2)可知，当n=1时，K=0，也即表明直接浮选原则流程的循环水中不会积聚煤泥。

2 意义

王祖讷教授《谈谈煤泥水处理问题》一文对于选煤生产意义重大，该文推动了我国炼焦煤选煤厂生产工艺的变革，使循环水浓度得到大幅度降低。

2.1 促进直接浮选原则流程的推广应用

当时选煤发达国家均倾向采用该流程。王祖讷教授将其优点概括为：①在煤泥水处理流程中减少了澄清浓缩作业，从而不必再设置浓缩机；②循环水中煤泥量基本为零，避免了浓缩浮选中煤泥在循环水中的反复泵送，因而显著降低了次生煤泥量；③煤泥在水中浸泡时间大为缩短，使煤泥的可浮性和选择性都得到改善。

该文对各类煤泥水原则流程煤泥循环系数数学模型的推导和分析，为直接浮选流程的推广应用提供了理论依据。

在我国，河北邢台的邢台矿选煤厂和山西霍州的辛置矿选煤厂率先进行了技术改造，于1975年将浓缩浮选流程改为直接浮选流程，并取得了良好的效果，开创了我国选煤史上清水选煤的先河。

1982年，由平顶山选煤设计院设计的年处理能力为1.8Mt/a的江苏大屯选煤厂也采用了直接浮选流程，并一次试生产成功。基本上采用同一图纸的邢台东庞矿选煤厂、淮北芦岭矿选煤厂和平顶山八矿选煤厂也陆续投产，从而将直接浮选流程工艺的应用推向高潮。

王祖讷教授还在该文中前瞻性地提出了应用直接浮选流程的四个前提条件，并取得了业内人士的高度重视。四个前提是：①跳汰选煤(A₁作业区)的用水量不可过多，否则煤泥水浓度过低，浮选机的台数就需要增加；②浮选的粒度上限需要控制好，入浮煤浆中不含质量已合格的粗精煤泥；③浮选入料池应有适当容积，以缓冲原煤中煤泥量或跳汰用水的波动；④浮选尾煤必须彻底澄清，因此需要有足够的澄清面积，并采用高效的絮凝、凝聚技术。

2.2 浓缩机浅度浓缩大排底流的操作方法

然而事物是多样性的，直接浮选原则流程并不是适应所有的炼焦煤选煤厂。当一些选煤厂因煤质原因采用主、再选跳汰工艺时，选煤吨煤水耗可达5m³，如果采用直接浮选原则流程则需要配置大量的浮选机，这对于老厂来说技术改造难度相当大。此外，当原煤中煤泥量较少时，采用直接浮选会导致入浮浓度过低(甚至低至20～30g/L)，使浮选机无法正常工作。

王祖讷教授文章在分析浓缩浮选循环系数数学模型式(1)时指出，在B₁作业区可以不做过分浓缩，增加底流的排出量，尽可能使底流浓度小一些，从而提高底流固体回收率，降低煤泥循环系数。

安徽淮北选煤厂是一座大型矿区型选煤厂，正是受到上述的启迪，从1979年起对浓缩机采用了浅度浓缩大排底流的操作方法 (也就是选煤工作者所熟知的浓缩机底流大排放操作方法)，使浓缩机底流浓度低到加入精煤过滤机滤液后就达浮选入料浓度要求，不需再添加清水稀释，并将浓缩机溢流浓度控制在30g/L的水平。对于跳汰选煤而言，30g/L的洗水浓度对分选精度影响甚小，也避免了细泥在循环水中大量积聚的现象。

达竹矿务局石板选煤厂亦采用了浅度浓缩大排底流的操作方法，取得了成功。并且，该厂根据生产试验数据，在煤泥循环系数数学模型式(1)的基础上，推导出了相关的计算式，可按照排放比值N(浓缩机底流量与入料量的体积比)，对浓缩机的底流浓度(即浮选入料浓度)、溢流浓度、底流固体回收率和煤泥循环系数等指标进行预测，从而及时指导生产操作。

上述简要回顾，佐证了文章为解决我国选煤厂循环水浓度的降低开创了一条行之有效的途径。

3 文章影响

科技论文的生命力在于对生产的服务和对科研的引领。王祖讷教授《谈谈煤泥水处理问题》一文发表至今已经40余年，影响深远。在上世纪七八十年代，高等院校自编的选煤专业教材中编入这些内容，90年代高等院校规划教材中亦是如此。时至今日，业内人士仍采用该文提出的建立煤泥循环系数K数学模型的方法在创造性地解决着选煤难题。现列举以下三例。

3.1 例1—动力煤选煤厂煤泥循环系数

笔者根据松藻矿务局金鸡岩动力煤选煤厂原设计的煤泥水流程 (图5)，将该动力煤选煤厂概括地分成三个作业区(图6)：I作业区为粗煤泥回收区，包括倾斜板斗子捞坑和兼有回收粗煤泥功用的离心脱水机；II作业区为煤泥水澄清浓缩区，耙式浓缩机的溢流作为循环水；III作业区为煤泥脱水回收区，包括二段浓缩、二段回收设备。

按照王祖讷教授在文中提出的煤泥循环系数K的数学模型的推导步骤，可得：

a、b、c三个数值中，b为主要矛盾方面。底流固体回收率高了，循环水浓度这一主要矛盾就解决了，其他问题也就迎刃而解。

通过优化试验，选用适宜的絮凝剂，该厂II作业区耙式浓缩机工作效果大为提高，溢流浓度降至0.5g/L以下，使b≈1，从而实现了清水选煤。同时，也使倾斜板斗子捞坑功能得到发挥，使大量粗煤泥沉淀下来，溢流中细泥产率几乎占70%。由于＜0.045mm粒级细泥不适合沉降过滤式离心脱水机回收，于是将III作业区中的二段浓缩+二段回收流程简化为一段浓缩+一段回收流程(图7)。

因此，对于动力煤选煤厂的煤泥水流程也可以通过建立煤泥循环系数K的数学模型来进行分析，从而对流程进行简化和调整，在短时间内实现清水选煤、洗水闭路循环，杜绝煤泥水外排污染环境，做到少投入、多产出，提高社会效益和企业经济效益。该项产校合作的科研成果获得了原煤炭工业部科技进步三等奖。

3.2 例2—尾煤浓缩机溢流中携带煤泥时的煤泥循环系数

对于炼焦煤选煤厂的煤泥水原则流程，业内人士基本上已有共识。本世纪以来，重介质选煤工艺得到大面积推广。选前不分级、不脱泥的三产品重介质旋流器工艺选煤厂普遍采用了直接浮选原则流程(图8)，即精煤泥弧形筛筛下水直接去浮选。由于精煤泥弧形筛筛下水浓度通常在150g/L左右，所以在煤浆预处理作业中，为将入浮煤浆浓度调配到适宜浓度，还必须加入稀释水。

生产实践表明，因各种生产条件制约，这类选煤厂尾煤浓缩机溢流中或多或少携带细泥。针对此情况，研究者黄淮北推导出更贴近生产实际的煤泥循环系数K的数学模型。当尾煤浓缩机溢流中携带煤泥时，其煤泥循环系数K的数学模型为：

式中：a为A₁作业区重选产物中煤泥量Q₁占原煤中煤泥量Q₀的比值(以小数表示)；c为A₂作业区的尾煤产率(以小数表示)；d为B₂作业区溢流中煤泥占其入料的比值(以小数表示)。

3.3 例3—煤泥水小循环的煤泥循环系数

《谈谈煤泥水处理问题》一文发表37年之后，选煤后继者在对煤泥水流程中小循环存在的弊病进行评述时，对离心脱水机－煤泥筛作业(图9)的离心液小循环和浮选机－加压过滤机作业(图10)的滤液小循环也按照该文的方法和步骤建立了各自的煤泥循环系数模型，并进行了定量分析。

离心脱水机－煤泥筛作业的煤泥循环系数为：

产物的固体回收率(以小数表示)。

4 结语

王祖讷教授《谈谈煤泥水处理问题》一文是在我国公开发表的第一篇倡导在炼焦煤选煤厂推行直接浮选工艺的科技论文。该文重点介绍了建立煤泥循环系数数学模型的方法和步骤，并可以此对各类煤泥水原则流程的优劣进行定量分析，为浮选工艺的优化提供了理论依据。该文提出的方法为解决中国炼焦煤选煤厂循环水浓度居高不下的难题开辟了一条行之有效的途径。选煤领域的后继者们至今还在运用该文提出的煤泥循环系数数学模型建立方法来研究、分析、解决生产中的难题。

当前选煤的热点是建设智能化选煤厂，其先决条件之一是要建立诸多工艺系统的数学模型，其中就包括有关各类循环系数的数学模型。例如：合格介质悬浮液是由磁性物、煤泥、水三种物质组成的混合物，要想掌握这三种物质的定量循环状况，就需要建立起各自的循环系数数学模型，才能实现智能控制。

回顾王祖讷教授毕生为煤炭洗选加工学科所作的贡献，文章所介绍的只是其中的冰山一角。王祖讷教授及中国老一辈选煤知识分子的思想光芒将永远引领选煤后继者在建设选煤强国的道路上前行！

◎作者简介：吴大为(1940—)，男，上海人，教授，长期从事浮选、煤泥水处理领域的教学和科研工作。

◎引用格式：吴大为，于一栋，苑金朝，等.《谈谈煤泥水处理问题》一文的意义和影响［J］.选煤技术，2019(1)：1－6.