《金基研》竹湾/作者 杨起超 时风/编审
2020年，“力争于2030年前碳达峰，于2060年前实现碳中和”的“双碳”目标被提出。而国内选煤行业使用的湿法选煤技术因苛刻的使用条件、高能耗与污染性，弊端日益显现，因此部分煤炭筛选设备的生产企业，正在探寻更加节能、环保、高效的煤炭分选技术。低能耗、高效率、低污染的干法选煤技术经过设备生产企业的智能化升级和更新迭代后，已扩展到矿业及工业等领域，而智能化工矿业设备已得到广泛应用。
天津美腾科技股份有限公司（以下简称“美腾科技”）以提供工矿业智能装备与系统为主体业务，深耕智能干选设备，已在2022年12月于上交所科创版上市。美腾科技生产的TDS智能干选设备等智能化设备，采用计算机视觉识别等智能化技术，在选煤产业得到应用后，已经拓展到矿业及工业。此外，基于对矿物加工行业的深刻理解，美腾科技在逐步实践中形成了包括智能无人装车系统及智能仪器等在内的完善的智能系统和智能化设备。
一、“双碳”目标要求高质量发展，行业寻求智能化新途径
2020年，“双碳”目标被提出，国内将力争于2030年前达到碳排放峰值，努力争取2060年前实现碳中和。长久以来，煤炭都是国内的主体能源“富煤、少气、缺油”是国内能源结构特征的概括。
在煤炭生产加工过程中，直接从矿井中开采出来的不经任何加工处理的原煤通常含有石块（称为“矸石”）与黄铁矿等杂质，通过煤炭分选技术，将煤炭分成不同质量、规格的产品，有利于煤炭的高效综合利用，且具有环保意义。
2023年数据显示，国内主流的煤炭分选方法为湿法选煤，总占比为95.76%；而干法选煤总占比为4.24%，其中智能光电选占比为3.25%，传统风选占比为0.99%。
可以看出，湿法选煤是国内选煤装备主要依赖的技术工艺方法，但随着国内对煤炭行业节能增效以及煤矿智能化要求的不断提高，湿法选煤的弊端日益凸显。
首先，在国内煤炭资源丰富但水资源相对紧缺的中西部干燥地区，湿法选煤的应用会受到水资源的严重制约；其次，对于部分易泥化的煤，湿法选煤会导致额外的煤泥产生，从而导致煤的回收率下降，造成额外的损耗；最后，从环境保护的角度看，湿法选煤技术会在应用中产生大量煤泥水，煤泥水中夹杂的细粒粘土、泥砂和煤会对环境造成污染。
另外，由于国内选煤行业长期以来的主要技术路径是以重选、浮选为代表的湿法选煤。而湿法选煤具有投资高、干旱缺水地区分选能力受限、易泥化煤炭的煤泥积聚难以沉降以及高寒地区产品水分高易冻车等问题，行业一直在寻找其他更节能有效的替代方法，而传统干法选煤由于分选精度不高，在实践中没有得到较多推广。
也就是说，使用湿法选煤对原煤进行分选，在一定程度上或是将原本排放到大气的污染物转移到水中。因此，推行智能化的干选技术是选煤业的重大趋势，同时，在保证提高煤炭的分选精度的条件下，干选技术也能缓解对环境的影响。
在“双碳”目标要求下，国内以煤炭为主体的能源结构将逐步进入高质量发展期，国内煤炭的消费比重需要下降，煤炭的质量、煤炭的利用效率需要提升，煤炭的开采、洗选、加工精细化程度需要进一步提高。
而煤炭质量、利用效率的提高，要求转变传统煤炭产业粗放的发展形势；煤炭的开采、洗选、加工的精细化程度提高，则要求智能化水平的进一步提高。
在此背景下，国内部分煤炭筛选设备的生产企业，在传统干法选煤的基础上探寻更加节能、环保、高效的煤炭分选技术。
其中，美腾科技作为一家以提供工矿业智能装备与系统为主体业务的科技企业，积极践行“精耕煤炭、进入矿业、打通工业”的战略，不断加大研发投入，在智能化设备、智能化系统方面持续、有计划地推进产品研发进程。目前，美腾科技的智能化已深入其具有工矿业特点的智能装备与系统为主体的业务，主要包括煤炭智能干选设备、矿物分选装备以及其他工矿业智能系统与仪器的研发、设计、制造和销售等。
在“碳中和”背景下，国内的煤炭消费预期将会在2021-2030进入平台期，在2031-2035年持续下降，在2051-2060年下降到相对稳定的水平。
在此背景下，美腾科技集聚原有产品感知、分析、推理、决策、控制等核心功能，向有色、非金属等矿业合工业领域扩展，已经研发出包括智能装备、智能系统与仪器两大类矿业和工业智能化设备和系统。
在矿业分选领域，美腾科技针对不同矿物和其他分选物质特点，不断开发新的识别技术，包括彩色图像、荧光、红外、激光、紫外线等光电识别技术，成功实现对铅锌矿、钨矿、锰矿、钼矿、磷矿、钒矿、珍珠岩、萤石、铁矿、高岭土等矿物的高精度识别和分选。
值得注意的是，美腾科技已经取得在磷矿、铝土矿、萤石、钒矿、铁矿、铅锌矿等矿物分选领域的突破，并取得工业应用，为中低品位矿物综合利用提供了新的解决方案。未来，美腾科技在铜矿等其他矿业分选领域，具有巨大的发展潜力。
二、智能化赋能产业技术，智能化干选装备助力节能减排
与传统的风选相比，使用计算机视觉识别等智能化方法进行选煤的智能干选设备，能够减少选煤过程中的环境污染，并提高选煤精度和效率。另外，矿井井下分选技术具有良好的社会经济效益，未来井下排矸应用场景也是未来拓展方向。开展井下选矿，实现矸石直接井下充填，可以避免大量矸石升井造成的能耗，减少环境污染，节约地面矸石处理费用，降低设备负荷和磨损，矸石充填能置换出大量“三下”压煤，使资源回收率最大化，具有很好的经济效益。
美腾科技的TDS智能干选设备等智能化装备，采用X射线及计算机视觉识别方法，针对不同的煤质特征建立与之相适应的分析模型，能够对煤炭与矸石进行数字化识别，且运用深度学习技术实现系统自主学习和系统自动调优以提高识别精度。在选煤过程种，其能采用有限元分析与流体力学耦合分析技术进行物块喷吹计算，保证喷吹精度。
另外，根据煤质特点及产品需求，美腾科技研发出了可将原煤分选为精煤和矸石的“两产品”TDS和可将原煤分选为精煤、中煤和矸石“三产品”TDS，提高了煤炭的分选精度和煤炭的利用率。此外，基于对TDS智能干选设备的研发，美腾科技的井下TDS智能干选机能够实现在智能化选煤之后，将块矸石在井下排放，实现矸石不升井，提升出井口原煤产量。
而美腾科技的TCS智能粗煤泥分选设备，则实现了由间歇排料到连续稳定排料的技术突破。此外，美腾科技的末煤智能梯流干选机（TGS），能够用于50-3mm粒度级煤炭分选，具有分选精度高、智能化程度高等特点。
通过TGS与TDS搭配，能够形成“全粒度级”、全干选工艺，不用水、不耗介、不产生煤泥。
值得注意的是，选煤、选矿的底层逻辑相似，但由于不同矿场、矿层的煤炭属性各不相同，因此选煤设备的技术要求显著高于各类选矿设备，选煤设备的技术具有很强的通用性，向外拓展较为容易。由此，深耕选煤设备的企业容易将技术扩展至矿业、工业设备上。
目前国内常见的选矿方法有磁选、重选、浮选等，而矿物的分选通常采用的破碎、磨矿、浮选的湿选方法，其缺点是，在破、磨的过程中，能耗、钢球消耗较高，浮选药剂消耗量较大。
基于TDS干选设备的技术基础，美腾科技的技术已经实现了从煤矿分选领域向非煤矿物领域的拓展。2023年，美腾科技进一步扩展产品领域，其智能干选业务（XRT）已经在矿业领域成熟应用，目前可以分选的非煤矿种分别为有色金属类：铅锌矿、铜矿、钼矿、铝土矿、钨矿、锑矿、锡矿、镍矿等；黑色金属类：铁矿、锰矿、钒矿等；非金属类：磷矿、萤石矿、钾长石、高岭岩、油页岩、硅石等，且在磷矿等优势矿种均处于行业领先地位。
此外，美腾科技针对矿物元素特征开发算法，利用X射线、图像、近红外、荧光等识别技术，已经成功实现了对磷矿、铝土矿、萤石、铁矿、钒矿、铅锌矿的高精度识别和智能化分选，并进行了成熟的工业应用；在金矿、铜矿、高岭土、锡矿、钨矿、锰矿等矿种分选领域的应用效果显著。
在相关技术上，美腾科技已经成功研发的智能化分矿技术，能在磨矿前将大块废石排出，可以大大降低分选成本，同时也能解决低品位矿石无法有效利用的问题，提高了矿石利用效率和矿石的品位，已经得到商业化应用。
需要指出的是，早在2022年，美腾科技就已成功研发矿物分选用MDS型智能干选机，分选粒级为12-6mm，分选粒度级进一步降低；同时主机长度缩短为3m，设备体积更小，矿物的分选效率能够得到进一步提高。
简言之，美腾科技的智能化分矿技术，已经在磷矿、铝土矿、萤石、钒矿、铁矿、铅锌矿等矿物分选领域有成熟的工业应用，为中低品位矿物综合利用提供了新的解决方案，具有广阔的成长空间。