煤礦選煤技術與環境保護的關系探究

呂淑芬

（黑龍江龍煤七臺河礦業有限責任公司選煤技術部煤質科，黑龍江 七臺河 154600）

由《2020 年煤炭行業發展年度報告》可知，2020 年全年我國煤炭產量達到了39.0x108t，同比增長1.40%，規模以上煤炭企業原煤產量達到了38.40x108t，同比增長0.90%。不斷擴大的煤炭產量引起了人們對煤炭資源可持續開發利用、環境污染等一系列隱憂。而煤礦選煤技術是與環境污染綠色化治理、防控息息相關的技術。因此，探究基于環境保護的煤礦選煤技術就具有非常重要的意義。

一、煤礦選煤技術與環境保護的關系

煤礦選煤技術與環境保護存在密不可分的關系。應用以浮選、重介、動篩、跳汰等先進選煤技術，配合多樣化洗選設備，可以脫除煤中所含的硫元素、灰分以及氮元素，減少燃用洗選煤氮氧化物、硫化物、煙塵排放量，為清潔空氣環境的營造提供支持。特別是通過以水循環與資源綜合利用為基礎的煤炭高效分選技術，可以實現低品質熱的利用，并將低品質熱、礦物資源的利用作為附加條件，賦予高效分選過程，實現綠色選煤。綠色選后的煤炭灰分水平可以控制在3.00%～5.00%左右，切實達成建設綠色礦山的要求[1]。

二、基于環境保護的煤礦選煤技術應用方案

（一）化學選煤技術

化學選煤技術主要是利用強氧化劑、強堿、強酸等化學試劑，與原煤展開化學反應，促使原煤中的硫成分向其他脫除難度小的形態轉變。特別是具有一定腐蝕性的強堿脫硫，可以在高溫、高壓情況下將全部黃鐵礦硫、七成以上的有機硫去除。比如，在選礦浮選過程中可以直接投加火堿或片堿，或者溶解于水內后向原煤中噴灑，達到雜質沉淀、中和煤礦中污水酸性、脫去有害氣體的效果[2]。其中片堿氫氧化鈉脫硫含量應在20%-80%之間。

在化學選煤技術應用過程中，需要首先配置母液，母液有效成分多在0.50%左右，隨后采取多級加入的方式，將母液稀釋至所需濃度。在溶液稀釋后，根據煤的浮選需要，選用轉鼓真空過濾機進行Magnafloc1017 等高分子量過濾化學助劑脫水，降低原煤中水分含量。或者在連續式壓濾機作業中加入Magnafloc156 等陰離子凝結化學助劑和Magnafloc1597 等陽離子型凝結助劑后離心，降低浮選濃縮槽中尾渣灰分子。若需要進一步降低原煤內污染成分，還可以使用1.00%～3.00%的DRIMAX1233 溶液或者超級吸水劑，提高原煤選煤效果。

（二）物理選煤技術

物理選煤技術是當前基于環境保護的煤礦選煤技術體系中最常見的一種技術，包括選擇性絮凝、微泡浮選柱、小直徑重介質旋流器、高梯度磁選、油團選煤、摩擦靜電選煤等多種類型。將上述技術應用于黃鐵礦，可以去除九成以上的灰分、硫，并提高精煤燃燒效率，減少1.0x106t/108t～1.5x106t/108t的硫排放，且成本僅為洗滌煙氣脫硫成本的10.00%左右。

以小直徑重介質旋流器為例，該技術主要適用于煤炭的精選脫硫環節，可以在部分黃鐵礦在煤中嵌入分布較細密的難選煤或極難選煤中發揮良好的效果。比如，重介質旋流器分選50～0mm（13～0.5mm、0.5～0.04mm 級）不脫泥原煤的工藝，可以選擇直徑為200mm 或100mm 的特定結果重介質旋流器作為主選設備，利用細粒或超細粒的磁性加重質+水進行懸浮液配置，可在不設浮選的情況下簡化選煤工藝，促使原煤灰分、全硫脫除率達到83.00%～90.0%之間。

（三）生物選煤技術

生物選煤技術主要是在酸堿值為3～6 的環境下，利用自養性氧化硫桿菌浸濾含硫礦漿，加速溶解煤中的硫鐵礦，促使硫鐵礦氧化分解為硫酸、鐵離子，將硫酸溶解于水后將其從煤炭中排除。在溶解后進行原煤分選可以保證脫硫率（含無機硫、有機硫）在五成以上、七成以下，且具有裝置簡單的優良特點，僅需在原煤堆（或空氣攪拌式反應器、水平轉筒式反應器、管道式反應器內）上均勻撒施含自養性氧化硫桿菌的水，利用水的浸潤作用，就可以在原煤中實現微生物脫硫，而脫去的硫也可以在原煤堆底部富集。但由于微生物對溫度較為敏感，且自養性氧化硫桿菌生長速度較慢，處理周期長達數周，同時需要進行煤粉的破碎處理，成本較高，尚無工業方面的應用經驗[3]。

除基于自養性氧化硫桿菌浸濾的選煤技術外，還可以選擇微生物浮選脫硫技術（又可稱之為微生物表面處理法）。該方法主要是基于在煤粉已破碎為微粒且與水混合后，利用懸浮液下通微細氣泡附著于原煤、黃鐵礦表面，在空氣浮力帶動下，原煤、黃鐵礦可以共同上浮到水面這一原理。在上述原理支持下，可以將氧化亞鐵硫桿菌等對黃鐵礦較為敏感且專一性較強的微生物加入到懸浮液內，在該微生物加入到懸浮液后會粘附在黃鐵礦表面，促使黃鐵礦表面由以往的疏水性轉變為親水性，而原煤顆粒表面仍然為疏水性。此時，原煤顆粒會在空氣、浮力帶動下上浮到水面，黃鐵礦則向下沉，實現黃鐵礦脫離效果。這一技術具有處理時間短（數秒內）、脫硫率高但煤炭回收率低的特點。

三、基于環境保護的煤礦選煤技術展望

（一）循環綜合加工

未來的煤礦選煤，不單單可以進行選煤加工，而且可以發展成為黑龍江龍煤七臺河井下產出固體、氣體、液體產品的循環綜合加工利用基地。即發揮企業一體化運營管理調控作用，依據能源資源利用效率最大化、經濟效益最大化方針，將產生于煤礦開擦過程的氣體、固體、液體產品，進行綜合加工利用。比如，對于煤礦中生產的煤礦、矸石等固體，在選煤環節分選的基礎上，于坑口設置有利用價值矸石的就地發電模塊；對于煤礦生產中產生的礦井水等液體產品，除部分商業外送外，還可在凈化后用于選煤廠日常工業操作；對于煤礦井下生產中所產生的地熱、抽排瓦斯等氣體產品，進行發電、供熱模塊應用，形成一個分級分質利用的煤炭產品循環綜合加工體系，最大限度降低選煤副產物對生態環境的負面影響。

（二）洗選深加工

在現有選煤環節分級、分質利用各種產品的基礎上，加大投入，發展以煤矸石、煤泥為原料的綜合利用熱電廠，同時實現自備自用電、集中供暖以及礦區環節質量的改善。同時籌備建設更大的煤泥電廠，進一步壓縮煤泥向外部輸運商品煤中的摻入量，為外運商品煤質量、煤炭資源利用率同步提升提供依據。同時利用煤矸石、粉煤灰回收的高附加值產品，如氧化鋁等，發展新型建材業。

（三）礦井水和瓦斯綜合利用

未來，煤礦選煤技術將延伸到保水開采方面，即根據區域情況，完善礦井水設計方案，進行礦井地下水庫的建設，降低工程投資。同時將井下抽放瓦斯發電作為煤炭選煤階段瓦斯開發利用的首選，逐漸提高瓦斯發電總裝機能力，降低高瓦斯煤礦溫室氣體排放量。

總結

綜上所述，基于環境保護的煤礦選煤技術應用的本質是以煤炭洗選加工為基礎，從凈化煤煙型大氣污染、土壤污染為目標，綜合利用生物、物理、化學等技術對原煤進行洗選加工。通過原煤的洗選加工操作，可以大量壓縮原煤中硫分、灰分以及其他有毒微量元素的量，降低煤礦開發、原煤使用對自然生態環境的污染，為環境保護助力。