禾草溝煤業(yè)選煤廠煤泥水系統(tǒng)提質(zhì)增效改造探討

劉文輝，高祿江

(延安市禾草溝煤業(yè)有限公司，陜西 延安 717300)

禾草溝煤業(yè)選煤廠位于陜西省延安市子長市境內(nèi)，于2012年投產(chǎn)運行，期間經(jīng)多次技術(shù)改造目前產(chǎn)能提高到5.0 Mt/a，入選原煤為本礦5#氣煤，精煤產(chǎn)品灰分為8.5%～9.2%、硫分為0.6%、黏結(jié)指數(shù)為85，為優(yōu)質(zhì)的煉焦配煤。選煤工藝為：塊煤淺槽重介分選機預排矸+無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選+干擾床分選機分選+一段浮選+尾煤泥壓濾的聯(lián)合工藝。

1 煤泥水系統(tǒng)原則流程

2017年粗煤泥干擾床分選機分選改造完成后的煤泥水系統(tǒng)原則流程如圖1所示。

圖1 煤泥水系統(tǒng)原則流程

改造完成后，干擾床分選機溢流精煤采用振動弧形篩進行脫水脫泥效果不理想，粗精煤泥產(chǎn)品高灰細泥夾帶明顯，為降低主選重選產(chǎn)品“背灰”[1]，生產(chǎn)中干擾床分選機頂水和密度設(shè)置偏低，導致干擾床分選機底流尾礦跑粗明顯，尾礦灰分偏低。同時入選原煤矸石易泥化的特點使得洗選過程中次生煤泥量大，浮選入料粒度細、灰分高，一段浮選精煤高灰細泥夾帶明顯[2-3]，生產(chǎn)中為保證浮選精煤灰分不致太高導致尾礦灰分偏低。為減少寶貴的煉焦煤資源浪費，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，在對生產(chǎn)現(xiàn)狀分析和實驗室采樣試驗的基礎(chǔ)上，計劃采用電磁篩改善干擾床分選機溢流精礦脫泥，采用螺旋分選機對干擾床分選機尾礦進行掃選[4]，采用兩段浮選代替目前一段浮選工藝[5-7]，以穩(wěn)定精煤產(chǎn)品指標，精煤產(chǎn)率最大化。

2 生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)檢查

2.1 煤泥水來料

為掌握選煤廠煤泥水系統(tǒng)現(xiàn)狀，找準煤泥水系統(tǒng)提質(zhì)增效切入點，對煤泥水系統(tǒng)來料進行采樣，塊煤系統(tǒng)、末煤系統(tǒng)磁選尾礦的篩分、浮沉結(jié)果見表1、表2。

表1 磁選尾礦粒度組成Table 1 Size analysis of magnetic tailings %

表2 >0.125 mm粒級中煤磁尾浮沉組成Table 2 Float-and-sink analysis data of >0.125 mm middlings magnetic tailings %

由表1、表2可知：塊煤排矸系統(tǒng)磁尾>0.125 mm粒級粗煤泥產(chǎn)率為39.85%，灰分為12.30%，<0.125 mm粒級細煤泥產(chǎn)率為60.15%，灰分為59.86%，塊煤磁尾進入后續(xù)分級、分選環(huán)節(jié)處理是必要的。重介質(zhì)旋流器矸石磁尾各粒級灰分均在65%以上，總灰分達73.02%，進一步分選回收價值不大，該部分物料經(jīng)分級濃縮，粗粒脫水后摻入矸石，細粒濃縮壓濾進入尾煤泥是合理的。重介質(zhì)旋流器中煤磁尾中>0.125 mm粒級粗煤泥產(chǎn)率為49.90%，灰分為35.28%，其中<1.4 g/cm3精煤產(chǎn)率為32.27%，灰分為6.47%，<0.125 mm粒級細煤泥產(chǎn)率為50.10%，灰分為65.75%，中煤磁尾進入后續(xù)分級、分選環(huán)節(jié)處理是必要的。

2.2 粗煤泥分級、分選

干擾床分選機入料分級濃縮及分選效果見表3。

表3 干擾床分選機入料分級濃縮及分選效果Table 3 Teetered-bed separator feed classification, thickening and separation result %

由表3可知：水力旋流器溢流綜合灰分為50.50%，濃度為75.52 g/L，作為浮選入料灰分較高、濃度適中；>0.25mm粗粒級物料占6.56%溢流跑粗不明顯，<0.045 mm細粒級物料含量高達67.20%，灰分為68.06%，溢流以高灰細泥為主，該部分物料進入浮選后選擇性差，易通過夾帶進入浮選精煤[8-11]。底流中<0.125 mm細粒級物料占15.37%，灰分為69.24%，底流夾細不多，旋流器分級效果良好。現(xiàn)行干擾床分選機操作制度下(頂水小、分選密度偏低)，干擾床分選機溢流>0.25 mm粒級產(chǎn)率為39.77%，灰分為5.01%，<0.125 mm細粒級產(chǎn)率為38.83%，灰分為65%，高灰細泥含量高，溢流脫泥效果對粗精煤泥灰分影響顯著，對脫泥設(shè)備要求較高。干擾床分選機尾礦灰分為46.70%，尾礦中>0.5 mm粗粒級物料產(chǎn)率為46.94%，灰分為25.07%，底流跑粗嚴重。

增大干擾床分選機頂水、提高分選密度后重新采樣，此時干擾床分選機尾礦灰分由46.70%提高到54.17%，干擾床分選機底流浮沉試驗結(jié)果見表4，精煤泥離心機產(chǎn)品粒度組成見表5。

表4 >0.125 mm粒級干擾床分選機底流浮沉試驗結(jié)果Table 4 Float-and-sink analysis data of the>0.125 mm size underflow of teetered-bed separator %

由表4和表5可以看出：干擾床分選機尾礦灰分提高后，>0.125 mm粒級物料綜合灰分為52.40%，其中<1.8 g/cm3密度級物料產(chǎn)率為44.33%，綜合灰分為25.20%，具有進一步分選回收價值；粗精煤泥產(chǎn)品中>0.25 mm粒級灰分僅為6.15%，<0.25 mm粒級產(chǎn)率為32.99%，灰分為40.77%，總粗精煤泥灰分高達17.57%，干擾床分選機分選充分下溢流精煤振動弧形篩脫泥效果差的問題凸顯。

表5 精煤泥離心機產(chǎn)品粒度組成

2.3 浮選

子長地區(qū)原煤矸石易泥化的特點使得浮選入料粒度細、灰分高，浮選過程選擇性差、浮選精煤高灰細泥夾帶嚴重。該廠一段浮選工藝采用4臺XJM-S16(四室)浮選機，生產(chǎn)中浮選精煤灰分控制在10%～10.5%，較銷售精煤灰分高1.5%左右，尾煤泥灰分平均60%，繼續(xù)提高浮選尾煤灰分時浮選精煤灰分將進一步提高，加劇重選產(chǎn)品的“背灰”問題。

在實驗室內(nèi)通過小浮選試驗對該廠浮選入料進行了兩段浮選試驗，試驗條件為：礦漿濃度為76.45 g/L，藥劑用量為1 000 g/t，充氣量為0.25 m3/(min·m2)，攪拌轉(zhuǎn)速為1 800 r/min，浮選藥劑選擇該廠生產(chǎn)用復合藥劑，結(jié)果見表6。

表6 浮選入料兩段浮選試驗結(jié)果Table 6 Laboratory 2-stage flotation test result %

由表6可知：單次充分浮選下，浮選尾煤灰分為83.31%，浮選精煤產(chǎn)率為48.20%；受高灰細泥夾帶影響，浮選精煤灰分高達15.60%；一段浮選精煤經(jīng)二段浮選，灰分降低到8.38%，產(chǎn)率為38.39%，此時綜合尾礦灰分為77.04%，優(yōu)于目前生產(chǎn)中一次浮選控制指標。通過一段粗選、二段精選兼顧浮選精煤、浮選尾礦灰分是可行的。

番茄的生長對于土壤要求低，土質(zhì)疏松、排水性良好的砂質(zhì)土最佳，在很多地區(qū)均可以生長。土壤通透性是否良好，將直接影響到番茄種植成果，而土壤的通透性將在很大程度上影響到番茄是否可以茁壯成長。如果缺少充分的氧氣支持，土壤空氣含氧量在2%以下，將影響到番茄植株生長。所以，應(yīng)該保證生產(chǎn)基地地勢平坦、土層深厚以及排水良好，pH值在6-7。

3 改造方案及預期效果

3.1 改造方案

在改善煤泥水脫水脫泥方面，電磁振動高頻篩(以下簡稱電磁篩)以及疊篩在行業(yè)內(nèi)均有成熟應(yīng)用，結(jié)合該廠改造在空間上對疊篩的限制，計劃采用電磁篩代替現(xiàn)有振動弧形篩對干擾床分選機溢流精礦進行脫泥降灰。電磁篩通常與浮選機、壓濾機配合使用用于隔粗和粗煤泥回收，該設(shè)備整體屬于雙質(zhì)體振動系統(tǒng)，通過電磁激振器驅(qū)動，使得篩網(wǎng)產(chǎn)生高頻振動，而篩箱基本不動，具有振動頻率高、振動強度大、篩網(wǎng)自清理能力強、篩面振幅分段可調(diào)、具有一定的弱分選降灰作用等優(yōu)點[12]。

在提高干擾床分選機溢流脫泥效率的基礎(chǔ)上，加大干擾床分選機頂水和分選密度，提高干擾床分選機精煤回收率及干擾床分選機尾礦灰分，同時為進一步回收尾礦有用成分，計劃采用螺旋分選機對干擾床分選機尾礦進行掃選。螺旋分選機具有結(jié)構(gòu)簡單、無運動部件、運行成本低等特點，同時適宜高密度分選契合該廠干擾床分選機尾礦排矸需要[13]。

降低浮選精煤高灰細泥夾帶可從降低機械夾帶和泡沫水夾帶兩方面入手，常用方法包括：降低浮選入料濃度、控制調(diào)漿或浮選過程機械攪拌強度、浮選機內(nèi)部增設(shè)穩(wěn)流裝置或振蕩分離裝置、增加噴淋水強化泡沫層的二次富集等[14-17]。降低浮選入料濃度在實際生產(chǎn)中應(yīng)用較廣，其他方法多處于研究探索階段。該廠浮選入料濃度在70～80 g/L濃度適宜，采用降低濃度的方法會顯著增加系統(tǒng)循環(huán)水量并不可取。此改造計劃增加二段浮選機對一段浮選機掃選浮選精煤進行精選，在二段浮選機內(nèi)經(jīng)過攪拌調(diào)漿，浮選精煤表面罩蓋夾帶高灰細泥的情況得以改善，通過藥劑競爭吸附實現(xiàn)浮選精煤與高灰細泥的分離從而降低浮選精煤灰分，兩段浮選工藝在子長礦區(qū)已有成熟應(yīng)用。

3.2 預期效果

采用電磁篩改善干擾床分選機溢流精煤脫泥效果，增加螺旋分選機對干擾床分選機底流尾礦進行再選的產(chǎn)品預測見表7。

表7 >0.125 mm粒級干擾床分選機入料和三產(chǎn)品分選結(jié)果預測Table 7 Teetered-bed separator′s>0.125 mm feed and predicted indices of 3 products %

由表7可知：粗精煤泥灰分要求9.20%時，干擾床分選機入料經(jīng)有效分選的精煤回收率為70.20%；采用螺旋分選機對干擾床分選機尾礦進一步分選，掃選密度取1.800 g/cm3時，中煤產(chǎn)率為11.79%，最終粗矸灰分為69.73%。結(jié)合小浮選試驗結(jié)果以及周邊可比選煤廠浮選工藝指標，兩段浮選改造完成后，通過調(diào)整浮選操作、藥劑制度，可使浮選精煤灰分控制在9%左右，綜合尾煤泥灰分控制在66%以上。

上述改造全部實施后，根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)合5#原煤大樣結(jié)果，對選煤廠改造前后各產(chǎn)品的數(shù)質(zhì)量預測見表8。

表8 改造前后選煤廠產(chǎn)品數(shù)質(zhì)量平衡表Table 8 Quantity and quality balance before and after renovation %

改造后產(chǎn)品銷售收入增加，精煤取820元/t，中煤取280元/t，增值稅率13%，選煤廠年入選5.0 Mt原煤，改造后年增加精煤98 896 t，增加精煤收入7 177萬元，年減少中煤11 980 t，減少中煤收入297萬元。綜合考慮改造新增和停用設(shè)備，預計系統(tǒng)凈增加裝機功率65 kW，加上新增備件、設(shè)備維修及浮選藥劑等運行成本，每年新增成本約52萬元。綜合年增加效益6 828萬元，經(jīng)濟效益顯著。

4 結(jié)語

粗煤泥直接隔粗或分選提質(zhì)回收工藝中，分級設(shè)備脫水、脫泥效果對粗精煤泥產(chǎn)品數(shù)質(zhì)量指標影響顯著，采用電磁篩或疊篩可提高脫泥效率、降低細泥污染，充分發(fā)揮粗煤泥分選設(shè)備潛力。

一段粗選、二段精選的兩段浮選工藝在行業(yè)內(nèi)應(yīng)用日趨成熟，該工藝能夠兼顧浮選精煤和尾礦灰分改善整體浮選指標，在煤炭開采深度提高、原煤中細粒物料含量增加、浮選工藝越來越普及的背景下，該工藝兼具靈活性和適用性。

隨著煤炭精細化分選的深入，選煤廠實際生產(chǎn)中需要權(quán)衡不同工藝環(huán)節(jié)產(chǎn)品的灰分，從最大精煤產(chǎn)率原則出發(fā)，盡可能降低不同分選環(huán)節(jié)的“背灰”問題。