葫蘆素選煤廠混煤洗選工藝的研究

劉鋼槍

(中煤天津設計工程有限責任公司，天津 300131)

1 概述及存在的主要問題

葫蘆素選煤廠原設計能力13.0 Mt/a，入洗原煤為不粘煤、長焰煤，采用了大于13 mm塊煤淺槽分選、末煤不入洗的分選工藝，生產精煤和混煤產品。選煤廠為煤化工項目的配套工程，精煤與混煤摻配后，以原料煤和燃料煤的形式供給煤化工項目。原料煤質量要求：640 萬t/a，灰分不大于12%、水分不大于15%、發熱量Qnet，ar不小于24.27 MJ/kg；燃料煤質量要求：240 萬t/a，灰分不大于19%、水分不大于15%、發熱量Qnet，ar不小于21.76 MJ/kg。礦井投產后，實際煤質與原設計煤質有較大的出入，并且受井下地質條件影響，礦井產能較長時間內無法突破10.0 Mt/a，導致每年需調入約335萬t低灰、低水精煤，與本礦精煤、混煤摻配，才能滿足原料煤、燃料煤的數量和質量要求，同時剩余大量低品位混煤需要地銷，增加了運輸成本，降低了產品收益，為此，選煤廠規劃建設混煤洗選系統。

2 煤質分析

選煤廠2018年9月完成了生產大樣試驗報告，原煤灰分為33.66%，原生煤泥產率為13.70%，灰分為31.57%，各粒度級原煤灰分均較高，煤質差。其中50～0.5 mm自然級浮沉組成見表1、小浮選試驗見表2。

表2 小浮選試驗結果

由表1可知：① 主導密度級為小于1.4 kg/L，產率為59.68%，灰分為5.18%；② 大于2.0 kg/L密度級產率為32.00%，灰分為89.22%；③ 1.5～2.0 kg/L之間各密度級含量均較少；④ 浮沉組成具有低密度物含量高、灰分低，高密度物含量較高、灰分高，中間密度物含量少的特點，對原煤的分選十分有利。

由表2可以看出：小浮選試驗采用的捕收劑為煤油，起泡劑為仲辛醇、TF4，入料濃度為100 g/L。當捕收劑用量為1.2 kg/t、起泡劑(仲辛醇)為0.2 kg/t時，浮選精煤產率為52.20%、灰分為9.94%，尾礦產率為47.80%、灰分為56.02%。通過計算，可燃體回收率為69.10%，煤泥的可浮性為中等可浮。

3 分選工藝

3.1 混煤部分入洗

本礦原煤經簡單分選后，可得到低灰、高發熱量的精煤產品，發熱量Qnet，ar26.35～26.78 MJ/kg，遠高于用戶對發熱量的需求，故混煤加工需采用洗配相結合的生產方式。

為減少煤泥水系統負荷、降低生產加工成本，眾多選煤廠采用脫粉入洗工藝，現有的分級設備也基本滿足脫粉效率。然而由于葫蘆素選煤廠原煤外在水分高，在13%～15%之間，并且矸石具有泥化現象，致使混煤成粘結狀態、不松散，較難實現脫粉作業，只能采用部分入洗方式。在分選工藝研究過程中，同時調研了周邊其他礦井生產狀況，開采其他煤層時，原煤水分相對較低，物料相對松散，故混煤洗選系統設置了脫粉通道，以備未來之需，從而降低未來洗選加工成本。

3.2 洗選方案的比選

對于混煤部分入洗，制定了2個分選方案。并從煤質特征、產品用戶質量要求，混煤浮沉組成等方面，對2個分選方案進行詳細比選(處理能力均按照10.0 Mt/a考慮)。方案一：13～1 mm重介旋流器分選、1～0.25 mm粗煤泥干擾床分選、小于0.25 mm細煤泥浮選；方案二：13～1 mm重介旋流器分選、1～0.25 mm粗煤泥干擾床分選、小于0.25 mm細煤泥壓濾。產品方案比選見表3，經濟效益比選見表4。

由表3可知，2個方案均需調入低灰、低水、高發熱量精煤，與本選煤廠精煤、混煤進行摻配才能滿足產品用戶質量和數量的要求。方案區別為煤泥處理方式的不同，方案一細煤泥進行浮選，浮選精煤全部摻入原料煤和燃料煤，尾煤灰分高，直接排棄，每年調入精煤143.07萬t，調入精煤少；方案二煤泥直接回收，壓濾煤泥灰分高、水分高、發熱量低，只能將32.5萬t/a摻入到產品煤中，每年調入精煤156.63萬t，調入精煤量大，剩余59.62萬t/a煤泥需要處理，壓濾煤泥成膠凝狀，無產品市場，只能與矸石一并丟棄，且有自燃的風險。

由表4經濟效益比較可知，方案一的運輸費用2 861.4 萬元/a，浮選成本3 948.3萬元/a，煤泥處理費用2 303萬元/a，浮選精煤收入12 574.4萬元/a，利潤3 461.7萬元/a；方案二的運輸費用3 132.6萬元/a，煤泥處理費用2 981萬元/a，煤泥摻入原料煤和燃料煤收入7 989.5萬元/a，利潤1 875.9萬元/a。方案一經濟效益比方案二好。當然煤泥也可進行干燥處理，葫蘆素選煤廠位于內蒙烏審旗，環保要求嚴格、本地區碳排放指標已滿負荷，礦井不能新建鍋爐房，無法為干燥設備提供可靠的熱源，而電干燥處理能力小、使用案例少、加工成本高，因此煤泥干燥不具備實施條件，故選用方案一。

表3 產品方案比選

表4 經濟效益比選

3.3 選煤方法

混煤采用預先脫泥、有壓給料兩產品重介旋流器進行分選，分選精度高、分選效率高、對煤質波動適應性強，非常適合本礦混煤浮沉組成特點；粗粒級煤泥總體含量較大，可選性為易選，采用干擾床分選機可取得非常好的分選效果，干擾床分選機自動化程度高、分選效率高。

對于混煤、粗煤泥分選采用的方法，在動力煤選煤廠已得到廣泛的推廣應用，最值得探討的分選環節是細煤泥分選環節。本廠煤泥為中等可浮，根據小浮選試驗表2分析，精煤抽出率在50%左右。2020年5月底，葫蘆素選煤廠進行了再次采樣，對煤泥進行再次浮選試驗，驗證浮選精煤抽出率、藥劑消耗量和不同藥劑對浮選效果的影響，選擇出合適的浮選藥劑，試驗結果見表5。

依據不同藥劑常規浮選試驗數據，FDJ+Q1為最佳的浮選藥劑組合，浮選精煤抽出率高、藥耗低，當浮選精煤灰分為8.22%時，精煤產率可達到60%以上；由于本礦為低變質程度的不粘煤、長焰煤，煤中含氧官能團多，導致在浮選過程中，對煤的捕收能力較差，捕收劑用量偏高；通過煤泥小浮選試驗、原生煤泥不同藥劑常規浮選試驗，充分證明選用適宜的藥劑，精煤抽出率高、藥劑可控制在3 kg/t。

由表6煤泥浮選效益比較可知，通過測算，(1)煤泥浮選，每年入浮煤泥為92.12萬t，浮選精煤產量為46.06萬t/a，摻入原料煤后產品價格為273 元/t，年銷售收入為12 574.4萬元，浮選成本為3 948.3萬元/a，尾煤處理費用為2 303萬元/a，煤泥浮選年總收入6 323.1萬元；(2)煤泥直接回收，可摻入原料煤7.5 萬t/a、年銷售收入為2 047.5萬元，可摻入燃料煤25 萬t/a、年銷售收入為5 942萬元，剩余煤泥59.62萬t/a需要處理，處理費用為2981萬元/a，煤泥直接回收年總收入為5 008.5萬元。煤泥浮選較直接回收，每年多創收6 323.1-5 008.5=1 314.6萬元。設置浮選系統，置換出精煤產品，能減少外購精煤調入量，節約大量運輸成本，也實現了煤泥減量化處理；考慮到本礦煤種變質程度、煤泥可浮性，為提高浮選精煤產率，可選用主、再浮分選工藝。

綜上所述，混煤采用的分選方案為：13～0 mm混煤部分洗選，洗選工藝為13～1 mm有壓兩產品重介旋流器分選，1～0.25 mm干擾床分選機分選、小于0.25 mm細煤泥主再浮聯合工藝。

表5 原生煤泥不同藥劑常規浮選試驗結果

表6 煤泥浮選效益比較

4 結 語

通過建設混煤分選系統，能夠將大量的低品質混煤轉化為高質量精煤，減少了混煤銷售量和外購精煤調入量；混煤實行洗配相結合的生產方式，產品數量、質量有保證；對于入洗的混煤，實行三段式分選工藝，分選精度高、分效率高；設置浮選環節，置換出精煤，綜合精煤產率高，企業經濟效益好。