干壩子洗選廠重介質旋流器選硫實踐

于 洋

(重慶能源(貴州)煤電有限公司 黔西洗選廠，貴州 畢節 551700)

干壩子洗選廠隸屬于重慶能源南桐礦業有限公司，處理能力為1.8 Mt/a，屬于礦區型選煤廠。入廠原煤硫分高達4%～6%，屬于高硫煤，洗選加工后矸石硫分更高，達7%～11%。煤矸石中硫的主要賦存形式為黃鐵礦，黃鐵礦是生產硫酸、化肥的原料，若不能將矸石中黃鐵礦分選出來，既浪費資源，也會污染環境，同時產生環境治理費用及排污費等。為此，該廠曾采用“水介旋流器—梯形隔膜跳汰機—搖床”聯合分選工藝對煤矸石中的黃鐵礦進行回收。因洗選廠的入選原煤量逐年增加，產生的大量矸石無法得到有效處理，而且此系統占地大且生產成本高，所以，亟待對原系統進行技術改造來適應當前的生產情況。

為此，干壩子洗選廠根據化工企業對煤系黃鐵礦硫分要求在30%左右的基本要求，與科研設計單位合作，通過對矸石解離試驗的數據分析、半工業試驗結果并借鑒重介質旋流器分選磷礦技術，最終確定采用高密度重介工藝對煤矸石中的硫進行回收。

1 常用磁鐵礦粉

重介質選煤的分選介質有重液和懸浮液兩種。重液是無機鹽水溶液或有機溶液，由于難以回收未在工業中應用。懸浮液是在工業中應用最為廣泛的分選介質，它是一種兩相分散體系，即固相和液相。固相為高密度的微粒，稱加重質；液相通常為水。當加重質的粒徑<10 μm時，稱為膠體溶液；當加重質的粒徑>100 μm時，稱為懸浮液，故它也是一種粗分散體系。

1.1 分類

目前國內外普遍采用磁鐵礦粉與水配制的懸浮液作為重介質選煤的分選介質[1],可以配制成密度為1.3～2.0 g/cm3的懸浮液，并且磁鐵礦粉容易凈化回收。選煤廠常用的磁鐵礦粉主要分為兩類：原生磁鐵礦粉和煅燒磁鐵礦粉。原生磁鐵礦是自然界自然形成，并通過開采及分選后直接獲得；煅燒磁鐵礦則主要是通過煅燒手段將硫酸燒結渣或赤鐵礦等加工成磁鐵礦，煅燒產生的磁鐵礦比原生磁鐵礦泥化現象嚴重，入水后懸浮液粘度也較大。

1.2 磁鐵礦粉技術要求

在MT/T 1017—2007《選煤用磁鐵礦粉》[2]中按重介質選煤工藝的要求，將磁鐵礦粉分為四個級別：特粗、粗、細、特細。各級磁鐵礦粉技術要求見表1。

表1 磁鐵礦粉技術要求Table 1 Technical requirement on magnetite powder %

注：粒度組成、外在水分和硫分等技術要求也可根據用戶要求協商確定。

同時在GB/T 50359—2016《煤炭洗選工程設計規范》[3]中規定，當采用磁鐵礦粉作加重質時，其磁性物含量應不低于95%，密度不宜低于4.5 t/m3。磁鐵礦粉的細粒級含量應符合下列規定：用于斜(立)輪、刮板重介質分選機分選塊煤時，<0.075 mm的含量應占90%以上；用于重介質旋流器分選的磁鐵礦中<0.045 mm的含量應占85%以上[4]。

2 高密度分選黃鐵礦

對于使用磁鐵礦粉作為加重質的選煤廠來說，將分選密度控制在1.3～1.8 g/cm3即可滿足生產要求。而回收煤系黃鐵礦要求的分選密度較高，如要分選出品位為30%的硫精砂，重介質旋流器一段分選密度需達到2.25 g/cm3，旋流器二段分選密度需達到2.75 g/cm3。當要求循環介質密度>1.8 g/cm3時，高密度懸浮液則難以配置并穩定運行，如要循環介質密度達到2.3 g/cm3，最高分選密度為2.75 g/cm3時，則更難以實現。

根據干壩子洗選廠試驗數據和類似選礦廠的生產情況，經過長期摸索，最終實現了利用磁鐵礦粉將分選密度提升到2.2～2.75 g/cm3分選黃鐵礦的工藝，保證了煤矸石分選出的沸騰煤和硫精砂的產品質量，提高了煤矸石的綜合利用率。

2.1 磁鐵礦粉技術要求

保持重介懸浮液的密度穩定對重介質分選系統的正常運行至關重要[5]。干壩子洗選廠在生產期間曾選用選煤用磁鐵礦粉，無論如何都不能將分選密度穩定在2.2～2.75 g/cm3之間。因為選煤用磁鐵礦粉主要是煅燒礦，粒度細、入水后泥化嚴重、粘度增大、降低了單位容積內磁鐵礦粉的質量及在重介質旋流器中懸浮液的濃縮作用，不能形成有效的高密度懸浮液并最終影響分選效果。實現高密度分選的首要條件，就是要確保磁鐵礦粉為原生磁鐵礦粉，同時對磁鐵礦粉的各項指標也有一定要求。從煤矸石中回收硫所用磁鐵礦粉技術要求見表2。

表2 選硫用磁鐵礦粉技術要求

2.2 磁選機精礦技術要求

重介質選煤的磁鐵礦粉都是經磁選機回收[6]。磁選機在重介系統不只是起到凈化回收的作用，磁選精礦返回到合格介質桶也起到對懸浮液密度的調節作用，這同樣適用于高密度分選環境。為保證分選密度控制在2.2～2.75 g/cm3，則磁選機的磁選精礦漿密度也要保持在2.6 g/cm3以上，一旦低于2.5 g/cm3，分選密度就很難穩定在高位運行。因此，磁選機的運行參數調節也很重要，包括對磁偏角、排料間隙、筒體與槽體間隙的調節，既要滿足磁選精礦的密度，又要保證磁選尾礦不跑介[7]。

2.3 合理的重介質旋流器參數

將黃鐵礦從煤矸石中回收主要是在重介質旋流器的二段，因此重懸浮液在一段旋流器內的濃縮情況直接影響二段的分選效果。旋流器二段的懸浮液密度不能得到保證，也就無法分選出合格的產品，實現高密度分選更加凸顯重介質旋流器一段的結構參數的重要性。經過試驗確定旋流器一段為圓臺形狀，而不是常規選煤用的圓柱形，參數也得到了一定優化，在旋流器一段就開始加強對懸浮液的濃縮作用，保證二段懸浮液密度能夠達到2.75 g/cm3。

2.4 穩定合格介質桶內介質密度

高密度懸浮液因磁鐵礦粉含量高、密度大、煤泥含量低、懸浮液中磁鐵礦粉沉淀速度快，且沉淀后需較長時間才能再次將其攪拌均勻，因此，在重介系統開車前必須保證合格介質桶桶內的介質循環，時間一般長于重介選煤的介質循環時間，在介質循環與鼓風的共同作用下，使懸浮液得到充分攪拌，達到所需的密度；停車后繼續開啟桶內介質循環，保證介質泵入料口不會因為停車而被堵塞。如較長時間不使用該系統，需經常對合格介質桶進行鼓風來攪拌介質，防止介質板結。

3 分選效果

3.1 工藝效果

產品要求低熱值煤硫分<4.5%，硫精砂硫分>28%，現改造后的有壓三產品重介旋流器分選工藝與原有分選工藝分選效果見表3。

從不同工藝的產品質量來看，有壓三產品重介旋流器分選工藝生產出的硫精砂基本滿足要求，低熱值煤硫分較低，更方便組織生產與銷售，而“水介旋流器—梯形隔膜跳汰機—搖床”分選工藝生產出的硫精砂雖然質量較好，但二者硫精砂售價差別不大。然而低熱值煤硫分未達要求，需要摻配更多的低硫分動力煤來確保銷售產品的質量，增加了生產組織的難度。

表3 不同分選工藝產品質量情況Table 3 Quality of products of different separation processes %

3.2 經濟及社會效益

干壩子洗選廠全年入選原煤140萬t，產生矸石量約45萬t。廢棄的矸石不僅占用大量的土地，而且矸石中的硫氧化生成二氧化硫形成酸雨，也污染大氣。煤矸石高密度分選黃鐵礦不但解決了此問題，還提高了煤矸石的綜合利用率，經分選后產出的沸騰煤和黃鐵礦全年創收700余萬元。

4 結語

隨著機械化開采的推廣，煤礦開采出的煤炭含矸量不斷上升，高硫煤地區的矸石中硫分也隨之上升。干壩子洗選廠的生產實踐表明，利用磁鐵礦實現高密度分選是切實可行的，同時彌補了我國煤矸石全重介分選的空白。通過合理的對煤矸石脫硫，既獲得了寶貴的黃鐵礦資源，又可生產出沸騰煤作為綜合利用電廠的發電用煤，實現煤矸石的綜合利用。

參考文獻：

[1] 戴少康.選煤工藝設計實用技術手冊[M]. 北京：煤炭工業出版社，2010.

[2] 全國煤炭標準化技術委員會. 選煤用磁鐵礦粉：MT/T 1017—2007[S].北京：煤炭工業出版社，2007.

[3] 中國煤炭建設協會.煤炭洗選工程設計規范：GB/T 50359—2016[S].北京：中國計劃出版社，2016.

[4] 鐘小偉.淺析重介洗煤中磁鐵礦粉的要求與控制[J].科技情報開發與經濟，2007(3)：274-275.

[5] 劉立文.重介質選煤廠的生產管理[J].煤礦機械，2008(11)：218-220.

[6] 曹 道，劉雨苗.望峰崗選煤廠降低介耗的實踐[J].煤炭工程，2017(1)：21-23.

[7] 王占山，李瑩瑩.重介質選煤廠介耗影響因素分析[J].煤炭加工與綜合利用，2016(1)：44-45.