南梁選煤廠利用微泡浮選柱回收低階煤泥的生產實踐

劉文欣，沈 陽，馬志國

(1.濱海金地礦業工程技術(北京)有限公司，北京 100027；2.寧夏紅墩子煤業有限公司，寧夏 銀川 750000)

中煤能源集團鄂爾多斯分公司南梁選煤廠位于陜西榆林市府谷縣老高川鄉，建設規模3.00 Mt/a。設計選煤工藝：塊煤重介淺槽、末煤重介旋流器、粗煤泥螺旋分選機、細煤泥板框壓濾機。主要入選煤層為3-1、4-2、5-2等煤層，煤種為低灰、低硫、高發熱量、低有害元素的優質不粘煤。

南梁選煤廠實際入洗能力800 t/h，入洗原煤發熱量17.57 MJ/kg，洗后精煤發熱量19.25～19.66 MJ/kg。細煤泥小時生產量約60 t/h，折合年產量36 萬t。煤泥灰分45%～50%，煤泥發熱量10.88～11.72 MJ/kg。目前，選煤廠細煤泥采用板框壓濾機回收，回收后的細煤泥存在水分高、灰分高、發熱量低等問題，摻入產品煤用戶無法接受，當地銷售常年無人問津，大部分處于廢棄狀態，既嚴重浪費煤炭資源，也造成大量占地和環境污染問題。

為解決落地煤泥的出路，中煤能源鄂爾多斯分公司經過調研論證，最終決定采用最新開發的高效微泡浮選柱(機)技術對選煤廠的高灰低階煤泥進行浮選加工，并配套最新型的高效穿流式板框壓濾機對精煤泥產品進行深度脫水，從廢棄的煤泥中回收低灰、低硫、高發熱量的優質精煤泥產品。

浮選系統由中煤(天津)洗選科技有限公司采用BOT模式承建。煤泥浮選系統于2019年7月投產，所有設備和藥劑均為中煤(天津)洗選科技有限公司成套提供。本系統是中煤(天津)洗選公司第二個投產業績，第一個業績在山東肥城礦業集團投產，效果良好。

1 浮選工藝系統

浮選工藝系統采用調漿機(表面改質機)+三段微泡浮選柱(機)+板框壓濾聯合工藝流程。其中，一、二段微泡浮選柱(機)直徑φ5 m，三段浮選柱φ3 m。實際生產運行第三段浮選始終未開，具體工藝流程為一段粗選、二段掃選。

微泡浮選柱(機)入料礦漿配套采用調漿機(表面改質機)進行礦漿準備，通過強力分室攪拌，強化入料煤漿的預先礦化作用，縮短浮選時間、降低浮選過程的藥劑耗量。調漿機直徑2 500 mm、單臺礦漿通過量800～1 000 m3/h，總功率90 kW。

浮選精煤脫水采用穿流式板框壓濾機。該機專為降低煤泥水分，取代煤泥干燥而開發的新一代板框壓濾機產品，與普通板框壓濾機的主要區別是增加了高壓風“穿流”工藝環節，利用高壓風穿透煤泥濾餅，擠壓并帶走煤泥濾餅孔隙中的水分，從而達到大幅度降低水分的目的。

穿流壓濾機主要規格參數：2臺、工作面積450 m2，濾板規格2000mm×2000mm×35mm，穿流風壓1.0 MPa、穿流風量10～15 m3/min。

系統總裝機容量900 kW，總投資約2 500萬元，含浮選系統和壓濾系統(新增2臺450穿流式隔膜壓濾機)。

2 運行效果

選煤廠細煤泥微泡浮選工藝系統投產后取得了比較理想的效果。主要表現在：

(1)浮選前煤泥灰分45%～50%，發熱量10.88～11.72 MJ/kg左右。浮選后的浮選精煤灰分Ad小于12%、浮選精煤設計回收率49%，實際回收率45%～55%，平均50%左右。

(2)一段微泡浮選柱尾煤灰分50%～60%，二段微泡浮選柱尾煤灰分60%～70%，最終浮選尾煤灰分達到了廢棄標準。

(3)浮選精煤泥經過穿流式壓濾機回收后，精煤泥水分小于25%，發熱量19.25～20.50 MJ/kg，平均發熱量20.08 MJ/kg左右。煤泥產品完全呈現松散狀態。回收的精煤泥可摻入最終精煤產品銷售，精煤泥折合售價最高可達400元/t左右。

(4)浮選系統噸煤電耗8～10 kW·h，噸煤藥劑消耗約3 kg。

(5)該微泡浮選柱(機)礦漿通過量達到800～900 m3/(臺·h)，與常規浮選柱相比，在同等直徑條件下，礦漿通過量幾乎提高一倍。

3 項目工藝設備特點

(1)浮選煤泥采用預先調漿技術。一般認為，良好的調漿效果可提升浮選精煤回收率3%～7%。但傳統的調漿機(表面改質機)通常采用臥式攪拌結構，設備體積大、運行功率高、造價昂貴，應用受到很大限制。本項目采用的調漿機為立式攪拌結構、體積小、運行功率小、礦漿通過量大，調漿效果好。

(2)近年來，以引進的德國普浮樂微泡浮選機、澳大利亞杰姆森浮選槽為代表的國外短柱型浮選柱在我國部分選煤廠的應用不太成功，其應用前景不再被看好，部分選煤廠引進的浮選柱也被傳統的國產機械攪拌式浮選機取代。以微泡浮選機(柱)為代表的低高度、短柱型浮選柱近些年已經很少采用。

國內目前廣泛應用的是由中國礦業大學開發的高柱型浮選柱。這種浮選柱分為粗選段、精選段、掃選段，機體高度大，煤泥分選充分，一定程度上解決了浮選柱普遍存在的浮選時間短、浮選尾煤灰分低的問題。

本項目采用的微泡浮選柱(機)吸收了德國普浮樂微泡浮選機(柱)和澳大利亞杰姆森浮選槽二種機型的技術優勢，在總結二種機型實際使用經驗教訓的基礎上，再經過綜合技術改進重新開發的短柱型微泡浮選柱(機)。其與常用的高柱型浮選柱相比，柱體高度降低40%、總高度降低20%，通過量提高50%～100%。從現場觀察的使用情況看，新型浮選柱的工作效果非常理想。微泡浮選柱的泡沫層穩定、微泡比例高、分布非常致密，泡沫層幾乎沒有起伏、翻花等現象。而且，浮選速度非常快，泡沫層流動性非常好，沒有泡沫層“發死”的流動性差問題，呈現穩定、快速的特點。

本項目實際生產中，新型浮選柱浮選工藝按粗選+掃選二段配置，還可根據入浮煤泥的煤質變化、用戶要求的煤泥產品質量高低等因素進行靈活調整。這種二段浮選組合工藝一方面可適應產品煤低灰分的要求，另一方面可保證最終尾煤灰分達到70%以上，保證資源不浪費，適應性非常強。

(3)細煤泥回收采用的新型穿流式板框壓濾機，工作效果也非常理想。這種壓濾機采用角進料濾板設計，工作過程分為給料、壓榨、穿流3個階段。穿流工作時，將壓縮空氣引入各過濾工作室(0.6～0.8 MPa)，使壓縮空氣均勻透過濾餅和濾布，高壓強風會將濾餅中殘余的液相物質帶出，吹干濾餅。

該壓濾機采用箱式雙面進料匯水模式，進料時間更短。濾室深度從15～50 mm可供選擇，可以適應難過濾、低濃度物料過濾，適應范圍廣。濾板沒有設置隔膜，實現了無隔膜壓榨，簡化了濾板的結構，也降低了造價。

該機獨創的濾布再生系統(利用高壓空氣反吹，無需水洗，無需占用過濾時間)，可解決由于物料中細粘顆粒逐步堵塞濾布孔隙，導致濾布過濾性能下降的問題。壓濾機采用濾液暗流排出設計，配置的濾布破損判斷系統設計非常巧妙，可以利用肉眼觀察快速準確判斷濾布破損的具體位置，便于及時更換破損濾布。

該機還設有獨特的稱重系統，可以起到控制濾餅水分的作用。采用壓力變送器稱重方式更加可靠耐用，保證設備每次能夠充滿給料，壓榨吹干更加充分，濾餅含水率得以保證。

4 經濟效益分析

南梁選煤廠煤泥浮選回收項目投產后，各項工藝效果達到了設計要求，下面對項目的經濟效益進行簡單測算。

(1)煤泥產量：按照實際生產約36萬t/a測算；

(2)銷售價格：浮選精煤摻入產品煤對外銷售折合售價約為400元/t，本地銷售實際價格按照300元/t測算；

(3)成本：① 原生煤泥灰分很高，發熱量低，無法銷售，不考慮售價；② 藥劑成本：噸煤浮選藥劑消耗量按3 kg、藥劑價格按2 萬元/t計算，則噸煤藥劑成本60元；③ 用電成本：電費按照0.8 元/(kW·h)計算，噸煤電費約為8元；④ 人工及耗材成本3元/t。

(4)南梁選煤廠煤泥浮選工程實際運行的噸煤泥經濟效益測算見表1。

表1 噸煤泥就地銷售經濟效益測算結果表

根據表中測算，噸煤泥創造的經濟效益可達64元，本項目每年可獲得經濟效益36萬t×64元/t=2304萬元，項目投產2 a左右即可收回全部投資，經濟效益非常好。

5 結 語

(1)本項目采用了新型立式調漿機、新型微泡浮選柱(機)、新型穿流式板框壓濾機等一系列新型選煤設備，具有較高的創新性。除了第三段浮選柱沒有投入生產使用外，絕大部分新型設備使用效果比較好，部分技術對今后的選煤工藝設計具有較高的借鑒意義，應該引起重視。

(2)本地區部分煤層的泥化程度比較嚴重，造成煤泥具有灰分高、水分高、發熱量低的煤質特性，大部分煤泥無法直接銷售，只能就地廢棄。南梁選煤廠采用新型微泡浮選柱(機)煤泥浮選工藝回收低灰、低硫、高發熱量的優質低階煤煤泥產品，解決了煤炭資源浪費問題，也取得了非常好的經濟效益，非常值得本地區的選煤廠借鑒。

(3)過去，絕大多數動力煤選煤廠的煤泥是不浮選的，大量高灰分、高水分煤泥只能就地廢棄。部分動力煤選煤廠的低灰煤泥則采用火力干燥脫水后摻入產品煤或就地銷售。但近年來，火力干燥受到日益嚴格的環保政策制約，建廠越來越困難，部分選煤廠的煤泥干燥系統甚至被關停。而高效煤泥浮選柱(機)聯合穿流式壓濾進行低灰煤泥分選回收工藝為此提供了可行的技術途徑。

(4)本項目采用的煤泥浮選藥劑為專門生產，價格較高，基本上相當于普通浮選藥劑價格的2.5～3倍，這也造成本項目煤泥浮選工藝的成本偏高，折合噸原生煤泥成本約64元，折合浮選精煤的噸煤成本高約140元。

本項目取得非常好的經濟效益，是由于高灰濕煤泥在本地區無法銷售，原料煤泥成本幾乎可以忽略不計的條件下取得的。據推算，如果選煤廠的原生煤泥售價較高，精煤泥售價提升幅度有限，則煤泥浮選不會有好的經濟效益，不同地區需要結合當地的實際情況重新進行技術經濟評估。

本項目成功的意義非常重大。一方面打破了動力煤選煤廠一般不浮選的慣例，證明動力煤只要煤質條件合適、市場有需求，也可以取得非常好的經濟效益；另一方面，需要我們對短柱型微泡浮選柱應用的工藝效果重新進行認識。該機是我國近年來在浮選柱設備方面的一項重要技術突破，顯示了非常大的優越性，應該具有非常好的應用前景。