濱湖選煤廠煤泥廢棄化工藝改造

梁 輝，靳家成，徐 賓，任 虎，李 強

(1.棗莊礦業(集團)有限責任公司 濱湖煤礦，山東 滕州 277515;2.中國礦業大學 化工學院，江蘇 徐州 221116)

棗莊礦業(集團)有限責任公司濱湖煤礦是該集團自主設計、自主施工、自主安裝的一座現代化礦井。井田面積為44 km2，地質儲量為7 574萬t，可采儲量為3 899萬t，為高發熱量氣肥煤。目前與濱湖煤礦配套的濱湖選煤廠入選能力為1.20 Mt/a，小時入選原煤量約為230 t。該廠生產采用塊煤無壓三產品重介質旋流器分選+粗煤泥回收+細煤泥浮選的聯合分選工藝。濱湖煤礦16層煤質特性整體粒度偏細，0.50～25 mm粒級的煤泥含量較高。2021年山東能源集團提出選煤廠“煤泥廢棄化”的技術目標，要求選煤廠煤泥產品灰分達到75%以上，使煤泥成為廢棄物，不再作為產品銷售，從而最大程度的提高精煤回收率，提升經濟效益。由于煤炭機械化開采程度的不斷提高，細粒煤的產量越來越多，同時我國主流的煤炭分選設備從以前的跳汰機轉變為重介質旋流器，這使得煤炭在分選加工過程中的粉碎程度大大增加，導致細顆粒煤的含量進一步加大，因此如何有效地處理這些<0.5 mm粒級的細顆粒煤成為煤炭生產中面臨的重要問題[1-5]。目前，我國絕大多數選煤廠采用濕法選煤，且要求洗水閉路循環，選煤廠煤泥含量一般在20%～30%之間[6-8]。對于細粒級煤泥最有效、合理的處理方法就是采用浮選方法從煤泥水中分選出高質量的精煤[9]。為了提高選煤廠的經濟效益，選煤廠都必須認真面對并妥善解決煤泥的分選問題[10-14]。生產實踐發現，跳汰機的有效分選下限在1～2 mm粒級以上，重介質水力旋流器的有效分選下限在0.25～2 mm粒級之間，浮選機的有效分選上限可以達到0.25 mm[15]。為實現濱湖選煤廠“煤泥廢棄化”的目標，對選煤廠的煤泥處理工藝系統進行定量診斷，并對各產品性質進行分析，為選煤廠工藝流程的優化和合理確定精煤產品結構提供了有力的技術支持，對提高選煤廠綜合效益具有重要的指導意義和現實意義。

1 煤泥處理系統存在的問題

濱湖選煤廠的浮選入料來自精煤泥分級旋流器溢流和底流經過高頻篩后的篩下水，高頻篩篩上物經過煤泥離心機脫水后形成粗精煤泥產品。最終尾煤泥來自浮選尾煤和中矸煤泥分級旋流器溢流。采集精煤泥分級旋流器、高頻篩、中矸煤泥分級旋流器的入料和產品，采樣后的礦漿經沉降、過濾、烘干，得到試驗所用干煤樣。參照 GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗方法》對各樣品進行濕法篩分試驗。經過技術診斷，得到的粗煤泥回收環節中各主要設備的運行情況。

1.1 精煤泥分級旋流器

精煤泥分級旋流器入料中>0.25 mm粒級灰分為11.79%，高于精煤灰分要求(<8%)。底流中>0.25 mm粒級產率為64.39%，灰分達到18.87%，遠高于精煤灰分要求。溢流中>0.074 mm粒級的灰分僅為3%左右，同時溢流“跑粗”情況并不明顯。產品粒度特性曲線和底流分配曲線如圖1所示。

由圖1可知，精煤泥分級旋流器的分配粒度在0.069 mm時，分級效率為59.15%，溢流和底流中的錯配物含量分別為22.45%和18.40%，整體來說分級效率較低，產品錯配比較嚴重。

圖1 精煤泥分級旋流器產品粒度特性曲線和底流分配曲線

1.2 高頻篩

高頻篩篩上物中>0.25 mm粒級產率為66.39%，灰分為18.22%，遠高于精煤灰分要求；<0.25 mm粒級產率為33.61%，說明高頻篩的脫泥效果不佳，進一步拉高了篩上物灰分。高頻篩篩下物中>0.25 mm粒級產率為44.34%，說明篩下“跑粗”非常嚴重，這可能是造成浮選效果差、尾煤泥灰分偏低的重要原因。高頻篩產品粒度特性曲線和底流分配曲線如圖2所示。

由圖2可知，高頻篩的分配粒度在0.052 mm時，篩分效率為24.97%，篩上物和篩下物中的錯配物含量分別為10.96%和64.07%。整體而言，高頻篩的分級效率極低，分配粒度遠小于篩孔尺寸(0.35 mm)，尤其是篩下物的錯配物含量高達60%以上，說明高頻篩已經無法對浮選入料進行截粗。

圖2 高頻篩產品粒度特性曲線和底流分配曲線

1.3 中矸煤泥分級旋流器

中矸煤泥分級旋流器溢流中0.5～0.045 mm粒級灰分在25%左右，這部分中低灰顆粒主要來自中煤磁選尾礦，隨溢流進入濃縮機后，造成最終煤泥發熱量偏高。中矸煤泥分級旋流器溢流中>0.25 mm粒級產率為9.78%，溢流“跑粗”現象并不明顯。中矸煤泥分級旋流器產品粒度特性曲線和底流分配曲線如圖3所示。

圖3 中矸煤泥分級旋流器產品粒度特性曲線和底流分配曲線

由圖3可知，中矸煤泥分級旋流器的分配粒度在0.068 mm時，分級效率為59.76%，溢流和底流中的錯配物含量分別為22.53%和17.71%，整體來說分級效率較低，產品錯配比較嚴重。

通過對工藝流程的定量技術診斷，可以看出，精煤泥分級旋流器分級粒度為0.069 mm，溢流和底流中的錯配物含量分別為22.45%和18.40%，錯配物含量較多，分級效率僅為59.15%。同時，精煤泥分級旋流器在分級的同時，具有一定的分選作用，造成底流中>0.25 mm粒級灰分高，溢流中>0.25mm粒級灰分低。高頻篩的分配粒度為0.052 mm，篩分效率僅為24.97%；篩上物中有較多高灰細泥(<0.25 mm粒級產率為33.61%)，篩下顆粒“跑粗”十分嚴重，其中>0.25 mm粒級產率為44.34%，這部分粗顆粒進入浮選作業中會造成浮選的“跑粗”現象，加重浮選柱的工作負荷，惡化浮選效果。中矸煤泥分級旋流器溢流中0.25～0.045 mm粒級灰分為25%，這部分中低灰顆粒主要來自中煤稀介質磁選后的尾礦，隨溢流進入濃縮機后，造成尾煤泥發熱量偏高。

2 工藝技術改造

針對濱湖煤礦選煤廠尾煤灰分偏低、發熱量偏高的問題，通過定量技術診斷，其主要原因在于兩個方面：一是浮選入料中>0.25 mm粒級低灰粗顆粒偏多，這部分粗顆粒通過浮選難以得到有效分選，最終進入到尾煤中；二是中矸煤泥分級旋流器溢流中存在一部分中低灰的細顆粒，進入到尾煤泥后也會導致尾煤泥灰分偏低。因此，根據選煤廠現有的工藝流程，為了提高尾煤泥灰分和精煤回收率，制訂了以下改進措施：

(1)將高頻篩更換為篩分效率更高的疊層高頻細篩。疊層高頻細篩是一種高效精細分級設備，適用于細粒物的精細分級[11,16]，其具有高頻率、低振幅的振動特點和高彈性聚氨酯精細篩網，有利于物料松散和分層，促使小于分級粒度物料的分離和透篩，分級效率最高可達80%以上[17]。選用疊層高頻細篩對浮選入料隔粗已經成功在選煤廠中進行應用，例如邢臺礦區使用疊層高頻細篩優化浮選入料的粒度，減輕了浮選系統的負荷，實現了細粒煤的高效分級[2]。通過加強浮選入料隔粗，并加強浮選柱的操作管理，降低浮選柱的分選壓力，提高細煤泥的分選效果，提高浮選尾煤灰分。

(2)將中煤磁選機尾礦打入到精煤泥桶，然后通過粗煤泥回收和浮選系統回收其中的低灰顆粒，使現有中矸煤泥旋流器單獨處理矸石磁選尾礦，提高最終煤泥灰分。將這部分物料進行進一步的分選，將其中的低灰顆粒進行回收，可以增加精煤產率。

2.1 疊層高頻細篩的選型

經過測試，目前所用的高頻篩入料濃度為867 g/L，流量為55 m3/h，可計算得到干煤泥量為47.68 t/h。據此選擇疊層高頻細篩型號為FY-HVS-2520。改造采用的FY-HVS型五疊層高頻細篩結構主要由五孔分礦箱、給料器、篩箱、接料器(篩上及篩下)、機架、噴水裝置、振動電機以及激振排等構成。篩網為芳綸增強聚氨酯精細篩網，整張一次性生產成型，內置芳綸骨架，增強拉伸強度和承載負荷能力，篩孔準確不變形、不扭曲。對五疊層高頻細篩整臺篩機外部進行噴涂處理，內部過流部位采用天然耐磨橡膠處理，礦漿與鋼板沒有直接接觸的部位，提高防腐耐磨性能；懸掛式剪切橡膠彈簧，單側設11個橡膠彈簧，單臺共22個，對篩箱組合起支撐及減振作用；篩箱表面采用耐磨聚氨酯涂層全覆蓋、并呈多層布置形式，上部篩網在激振排、篩箱復合振動的作用下，每一層篩箱可單獨給料從而實現布料均衡，篩下物、篩上物單獨出料互不干擾；開孔率為42%，使用過程中不易出現堵孔；篩機通過兩次減震(一次減震通過機架與篩箱間橡膠減震彈簧實現；另外一次通過地基基礎與機架間橡膠減震彈簧實現)，從而降低設備運行過程中對地基基礎載荷，降低對地基要求。FY-HVS型五疊層高頻細篩技術參數如下：

篩面面積/m2

8.76

篩面尺寸/(mm×mm)

1 250×702

處理能力/(t·h-1)

50

篩孔尺寸/mm

0.3

篩網開孔率/%

>42

篩面傾角/(°)

17.5

功率/kW

1.8

2.2 中煤磁選尾礦流程改造

在中煤篩下水進入中矸桶前增加閥門和三通，另一路進入精礦桶。在原中矸旋流器底流管道增加三通，分別進入中煤篩和矸石篩，達到中矸分離目的。按照中煤泥量是精煤泥量的10%計算，中煤泥占全樣產率為2.20%，中煤泥的小時處理量為5.06 t。中煤泥進入精煤泥系統后，精煤泥分級旋流器、擬更換的疊層高頻細篩、煤泥離心機以及旋流微泡浮選柱仍可以滿足處理量的要求以及中煤泥進入精煤泥系統后的處理要求。

3 改造效果及效益測算

3.1 改造效果分析

通過本次煤泥浮選工藝優化，基本解決了浮選入料粒度分級的問題，使浮選效果得到很大的改善，并實現了對中煤泥中低灰精煤的有效回收。通過加強浮選入料隔粗并優化浮選柱的操作參數，可以實現對入浮煤泥的高效分選，在浮選精煤灰分不超標的同時，大幅提高浮選尾煤灰分。浮選尾煤灰分由原來的58.71%提高至80%以上，使浮選精煤產率達到60%以上。在保障精煤質量的同時，提高了綜合精煤回收率，促進了煤炭資源的高效充分利用。最終煤泥的綜合灰分可以達到75%以上，達到廢棄化的標準。

根據中煤磁尾的篩分與浮沉試驗結果，中煤磁選尾礦中>0.25 mm粒級產率為24.65%，灰分18.58%，與現有的粗精煤泥灰分接近。中煤磁選尾礦<1.5 g/cm3密度級累計產率為48.98%，灰分為9.33%，可通過粗煤泥回收和浮選系統回收其中的低灰精煤，這樣可以提高精煤回收率，并降低尾煤泥發熱量。預計中煤泥通過粗煤泥分選和浮選系統可回收的精煤產率為40%左右，綜合精煤回收率可提高約0.88%。

通過本次定量技術診斷，對煤泥處理工藝進行優化和改造，基本解決了浮選入料“跑粗”的問題，使浮選效果得到很大的改善，并實現了對中煤泥中低灰精煤的有效回收，提高了尾煤泥灰分。使煤泥可以實現廢棄化處理，在保障精煤質量的同時，提高了綜合精煤回收率，促進了煤炭資源的高效充分利用。同時，經過工藝優化，縮短了煤泥在系統內的滯留時間，使整個工藝系統簡單高效，為今后生產管理提供了極大方便。

3.2 改造效益測算

表1、表2分別為2020年7月與2021年7月選煤廠產品產率和產量對比結果。

表1 產率對比結果Table 1 Comparison of yields of products(July 2020—July 2021) %

表2 產量對比結果Table 2 Comparison of outputs of products(July 2020—July 2021) 萬t

由于生產工藝的改變，對所生產的精煤水分會產生一定的影響。2021年7月份相比于2020年7月生產的精煤，全水超過10%的有4.43萬t。按全水份11%計算，超1%。按照2021年7月入選原煤量計算，與2020年7月相比：新增精煤收入為11.62×2.34%×987=275.66萬元；水分超標減少收入為4.43×1%×987=43.72萬元；洗混煤(即中煤)減少的收入為11.62×1.08%×379=47.53萬元；煤泥減少的收入為11.62×9.98%×14.13=16.39萬元。因此，去煤泥化新增月收入為275.66-43.72-47.53-16.39=168.02萬元。

由此可見，經過去煤泥化改造，將尾煤泥廢棄化處理，增加的精煤收入遠高于減少的煤泥收入，每月可為選煤廠增加約168萬元的收益，經濟效益十分可觀。

4 結語

針對精煤泥旋流器和高頻篩“跑粗”現象嚴重，浮選柱對粗顆粒分選效果差，導致粗顆粒進入浮選尾煤，使其灰分降低，中矸煤泥分級旋流器錯配比較嚴重，部分低灰顆粒進入溢流，最終進入煤泥造成了煤泥灰分低，發熱量高的問題，濱湖選煤廠對選煤工藝流程和工藝設備進行改造，將高頻篩更換為疊層高頻細篩，減少篩下物中粗顆粒的錯配。將中煤磁尾打入到精煤泥桶，通過粗煤泥回收系統和浮選系統回收其中的低灰顆粒，提高最終煤泥灰分。改進后的工藝可以實現煤泥的廢棄化處理。不僅促進了煤炭資源的高效綜合利用，同時可以為選煤廠帶來良好的經濟效益。