龍宇洗煤廠浮選系統工藝優化探索

張 財

(山西亞鑫能源集團 呂梁龍宇洗煤有限公司，山西 臨縣 033200)

選煤是潔凈煤技術的源頭和基礎，是提高煤炭利用率、減少環境污染的關鍵技術。浮選是處理細粒煤泥最高效的方法之一，浮選工藝和浮選設備對浮選效果起著決定性作用，機械攪拌式浮選機、浮選柱和噴射式浮選機等是主要的浮選設備[1-3]。XJM-S系列浮選機以其對煤質適應性強、浮選粒度范圍寬、操作簡單、維修方便等優點在我國得到廣泛應用[4-8]，市場占有率約在80%以上；浮選柱主要處理超細粒煤泥，適用于易浮和極易浮煤泥，市場占有率約在10%；其他類型浮選設備的市場占有率約在10%[9-13]。為了提高煤泥浮選效果，國內多家選煤企業在優化浮選工藝上進行了有益的探索。例如：呂梁市方山選煤廠入選龐龐塔難浮煤泥時，由于高灰細泥污染，致使精煤灰分偏高，因此采用二次浮選工藝有效控制精煤灰分[14]；山東能源新巨龍煤礦選煤廠采用煤泥深度浮選工藝，提高浮選尾煤掃選次數，同時對一次浮選精煤進行精選，在確保浮選精煤灰分穩定的條件下，滿足了浮選尾煤灰分>75%的要求。因此，結合產品質量要求，制訂科學的選煤工藝和選擇合理的浮選設備是煤泥浮選成功的關鍵[15-16]。

呂梁龍宇洗煤有限公司是一座設計能力為1.80 Mt/a的重介選煤廠，入選原煤為低硫高灰、矸石含量大、可選性差的焦煤，原煤中煤泥含量達35%，且煤泥可浮性為難浮。該廠采用無壓三產品重介質旋流器主選+煤泥重介分選+煤泥二次浮選+尾煤濃縮壓濾聯合工藝。選煤廠經多次技術改造，實際處理能力達到了550 t/h。該廠精煤磁選尾礦截粗后進入浮選，按總煤泥量計算，浮選入料量約為原煤入選量的12.43%，即68.3 t/h。由于最初設計時，浮選系統規模較小，浮選場地小，導致目前浮選系統存在一些問題：浮選設備處理能力不足，浮選入料濃度高達100 g/L，浮選效果差；浮選精煤污染嚴重，浮選尾煤灰分低，導致主選精煤“背灰”嚴重；浮選尾煤跑煤，嚴重影響了選煤廠的經濟效益。上述問題使煤泥浮選系統優化和產能提升迫在眉睫，故需深入分析生產系統各環節，尋找瓶頸和解決問題方案，為解決選煤廠煤泥分選問題提供技術支撐。

1 浮選系統簡介

該廠浮選系統采用兩段直接浮選工藝，一段采用一臺XJM-S28(4室)型浮選機，二段采用一臺XJM-S16(4室)型浮選機。生產中，精煤磁選尾礦經隔粗后，0～0.3 mm粒級煤泥全部進入一段浮選，一段浮選精煤進入臥式沉降離心脫水機脫水，脫水后的產品摻入精煤產品，離心液則進入二段浮選，二段浮選精煤采用快開隔膜壓濾機脫水后摻入精煤；二段浮選尾煤與一段浮選尾煤全部進入濃縮機濃縮，濃縮機底流經快開隔膜壓濾機脫水后作為最終尾煤產品，濃縮機溢流則作為循環水。原浮選系統原則流程如圖1所示。

圖1 原浮選系統原則流程圖Fig.1 Basic process flowsheet of the original flotation system

龍宇洗煤廠最大帶煤量達到550 t/h時，重選產品指標正常，但受廠房空間限制與浮選機所需占地面積較大等因素，選煤廠沒有空間增加浮選機以滿足增量煤泥的處理要求，造成現有浮選系統處理能力不足，浮選入料濃度達到了100 g/L，浮選效果差，一段浮選精煤灰分高達15.60%，最終浮選尾煤灰分最低時僅37%左右，低位發熱量在13.81～14.65 MJ/kg。原浮選系統生產指標見表1。浮選精煤質量不能滿足要求，浮選尾煤以地銷為主，經濟價值較低，嚴重影響了選煤廠的綜合經濟效益。

表1 原浮選系統生產指標Table 1 Production indices of the original flotation system %

2 問題分析

2.1 產品指標分析

表1中最終浮選精煤灰分為14.39%，為滿足綜合精煤灰分<14%的要求，需要重介精煤“背灰”，造成重介精煤產率降低，經濟效益受損。最終浮選尾煤灰分約為40%，熱量約為12.56 MJ/kg，以地銷為主，經濟價值不高。原煤增量生產導致系統入浮煤泥量增加，超出了原設計浮選系統的有效處理能力，造成一段浮選時間不足，浮選效果變差，浮選尾煤跑煤。一段浮選尾煤粒度分析結果見表2。由表2可知：一段浮選尾煤中0.335～0.125 mm粒級的灰分較低，說明這部分煤泥由于浮選機處理能力不足而沒有足夠的時間進行有效分選，部分低灰顆粒進入尾煤造成一段浮選尾煤灰分低。

表2 一段浮選尾煤粒度組成Table 2 Size analysis of the tailings produced by the 1st-stage flotation process %

一段浮選入料濃度偏高，入料中細粒級灰分相對較高，一段浮選入料粒度分析結果見表3。由表3可知：<0.074 mm粒級細泥灰分達到36.13%，產率達到28.45%，高灰細粒煤泥受比表面積影響，容易對浮選精煤造成污染。

表3 一段浮選入料粒度分析結果Table 3 Size analysis of the feed material of the 1st-stage flotation process %

一段浮選精煤粒度分析結果見表4。由表4可知：浮選精煤中<0.125 mm粒級的灰分較高，特別是<0.074 mm粒級的灰分達到20.21%，產率達到了23.34%，說明浮選過程中高灰細泥容易隨精煤富集到泡沫上，由于機械攪拌浮選機運行過程中產生的泡沫層相對較薄(約200～300 mm),氣泡挾帶的高灰細泥在上升穿越泡沫層的過程中不易從泡沫上脫落，很快到達泡沫層的表面，被精礦刮板刮入精礦槽，從而造成浮選精煤灰分升高。二段浮選入料來源于一段浮選精煤經臥式沉降離心脫水機脫水后的離心液，入料灰分與濃度低，浮選指標可控。

表4 一段浮選精煤粒度分析結果Table 4 Size analysis of the concentrate product of the 1st-stage flotation process %

2.2 尾煤泥滯銷

由于目前浮選尾煤采用隔膜壓濾機脫水，脫水后產品水分在26%～28%之間，產品形態為團狀或餅狀物，無法均勻與重介中煤進行摻配按電煤銷售，若降低壓濾煤泥水分使之成為松散煤泥，則可在不影響熱值的情況下將之摻入中煤按電煤銷售，經濟效益可以提高。

3 半工業性試驗

3.1 試驗煤樣

試驗煤樣為龍宇洗煤廠浮選入料與一段浮選精煤，浮選入料灰分為25%；一段浮選精煤灰分為19.5%。

3.2 儀器和設備

φ500 mm半工業型速效達快速浮選機1臺，φ500 mm半工業型空腔諧振式浮選柱1臺，接入現有浮選工藝系統進行試驗。

3.3 試驗流程

半工業性試驗流程如圖2所示。速達效浮選機的來料為現有浮選入料，從接點1接入，浮選入料中<0.3 mm粒級物料產率為80%；浮選柱來料為一段機械式攪拌浮選機粗選精礦，從接點2接入。

圖2 半工業試驗流程Fig.2 Process flowsheet of the semi-industrial test

4 結果和分析

4.1 浮選機試驗

速效達快速浮選機半工業試驗結果見表5。由表5可知：用速效達快速浮選機作為預選能夠浮出合格的精煤，浮選精煤平均灰分為13.5%，產率為27.27%，有效地降低了后續浮選的入料濃度與煤泥量。

表5 浮選機半工業試驗結果Table 5 Flotation machine semi-industrial test result %

4.2 浮選柱試驗

浮選柱入料為一段浮選機的精礦，粗選需確保浮出高灰尾煤，使尾煤灰分≥70%。當一次浮選尾礦灰分≥70%時，精煤灰分約為19.50%左右，采用空腔諧振式浮選柱對“粗選”作業的精煤進行精選，該類型浮選柱能在工作過程中產生微細氣泡，并能夠形成較厚的可控泡沫層，頂部的噴淋水能夠起到很好的降灰效果。浮選柱可將粗選精煤中的高灰細泥和中間物料排至尾礦產品，確保精煤產品灰分≤14%，尾煤灰分在40%左右。空腔諧振式浮選柱試驗結果見表6。按照經濟效益最大化原則考慮，當精選精煤灰分在15%時，尾煤灰分為40.55%，同重介中煤灰分相近，考慮脫水后參入中煤，按電煤銷售。

表6 浮選柱半工業試驗結果Table 6 Flotation column semi-industrial test result %

5 解決方案

5.1 優化流程

對圖1所示浮選流程進行優化，優化后的流程如圖3所示。

圖3 優化后的浮選工藝流程圖Fig.3 Process flowsheet of the optimized flotation system

流程優化后，“精選”出的精煤與“預選”作業的精煤混合進入臥式沉降式離心脫水機脫水，在脫水過程中，因部分細粒級高灰煤泥被脫除，因此脫水后的精煤灰分能降低約0.5個百分點；離心液進入現有的二段浮選機進行掃選，浮出其中的低灰精煤，由隔膜壓濾機脫水后與臥式沉降式離心脫水機脫水后的精煤成為最終浮選精煤。掃選作業尾煤與粗選作業尾煤一并進入濃縮機，經脫水后成為最終浮選尾煤。二段浮選尾礦脫水后摻入中煤。

5.2 指標對比

優化前后產品指標見表7。由表7可知，浮選流程優化后，產品質量得到了提高，同時尾煤產率大幅下降，精煤產率增加了2.15個百分點，中煤產率增加了1.18個百分點。

表7 優化前后最終指標對比Table 7 Comparison of the production indices before and after flotation system optimization %

5.3 效益分析

為確保產品質量合格，產率效益最大化，將浮選柱的尾礦產品(灰分接近于重介中煤灰分、熱值為12.97 MJ/kg)由隔膜壓濾脫水改為臥式沉降離心機脫水，產品水分從26%～28%降到了13.5%左右，產品由原來的餅狀或團狀物變為散狀煤泥，完全能夠滿足摻配中煤的條件。

通過浮選系統的優化改造，浮選精煤產率提高了2.15個百分點，尾煤產率降低了3.33個百分點，中煤產率增加了1.18個百分點。根據當前的煤炭市場價格進行效益對比分析，結果見表8。由表8可知：浮選系統優化后，噸原煤可增加銷售收入21.75元。按照原煤入選量為200萬t/a計算，年銷售收入增加了4 350萬元。

表8 優化前后效益對比分析Table 8 Comparison of sales revenues before and after optimization of flotation system

6 結語

呂梁龍宇洗煤有限公司針對煤泥浮選系統存在的問題，為保證浮選精煤質量合格，浮選尾煤產品減量，從而達到提質增效的目標，采用半工業性試驗，制訂合理方案，對煤泥浮選工藝系統進行優化，滿足精煤灰分≤14%、尾煤灰分≥65%的要求，同時產出了灰分在40%左右的中煤產品。經測算，精煤產率增加2.15個百分點(全級)，中煤產率增加1.18個百分點(全級)，噸原煤增加收益為21.75元。經工藝優化和系統升級，整個洗煤廠工藝系統暢通，生產正常，極大地減少了尾煤產品數量，保證了精煤產品質量，提高了產品的利用價值，更好地適應當前市場需求，緩解了尾煤泥產品滯銷問題，使選煤廠經濟效益顯著提高。