兩種浮游選煤精選工藝流程分析

李麗芳，張賢賢，李光輝，郝 星，閆 凱，吳大為

(1.唐山國(guó)華科技國(guó)際工程有限公司，河北 唐山 063020；2.北京國(guó)華科技集團(tuán)有限公司，北京 101300)

兩種浮游選煤精選工藝流程分析

李麗芳1，張賢賢2，李光輝1，郝 星1，閆 凱2，吳大為2

(1.唐山國(guó)華科技國(guó)際工程有限公司，河北 唐山 063020；2.北京國(guó)華科技集團(tuán)有限公司，北京 101300)

梗陽選煤廠采用煤泥二次浮選、精煤泥兩段回收工藝流程，潘一選煤廠采用煤泥全部精選工藝流程，結(jié)合生產(chǎn)檢查數(shù)據(jù)，對(duì)>0.045 mm和<0.045 mm兩個(gè)粒級(jí)的分選效果進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)分析表明：前者適用于<0.045 mm粒級(jí)灰分較低的浮選物料分選，后者僅適用于高灰細(xì)泥產(chǎn)率高的浮選物料分選。

精選工藝流程；二次浮選；兩段回收；全部精選；工藝效果

選煤廠的浮選精煤產(chǎn)量一般占總精煤產(chǎn)量的15%～30%，但其灰分卻遠(yuǎn)高于重選精煤灰分，這種現(xiàn)象完全不能適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)煉焦精煤質(zhì)量越來越高的要求。為解決這個(gè)難題，越來越多的選煤廠設(shè)置了浮游選煤精選工藝流程——煤泥二次浮選、精煤泥兩段回收工藝流程或煤泥全部精選工藝流程，這逐漸成為一種發(fā)展趨勢(shì)。筆者選取分別采用兩種分選工藝流程的梗陽選煤廠、潘一選煤廠的浮選生產(chǎn)系統(tǒng)系列檢查數(shù)據(jù)，并以>0.045 mm和<0.045 mm兩個(gè)粒級(jí)的分選效果來分析兩種精選工藝流程的工藝效果及其適應(yīng)性。

1 煤泥二次浮選、精煤泥兩段回收工藝流程

1.1 工藝流程

近年來，煤泥二次浮選、精煤泥兩段回收工藝流程(圖1)得到一定推廣[1-3]，其適用于以不脫泥方式入選、三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器為主選設(shè)備的選煤廠。按煤泥浮選工藝流程分類，其屬于部分精選工藝流程范疇。

該流程將煤泥粗選、精選和粗精煤泥回收組合為一個(gè)整體。在生產(chǎn)中，精煤磁選尾礦經(jīng)精煤泥弧形篩按浮選工藝要求分級(jí)后，篩下水作為入浮煤漿，經(jīng)煤漿預(yù)處理器處理后進(jìn)行一次浮選作業(yè)(粗選作業(yè))，分選出粗選精煤和尾煤；精煤泥弧形篩篩上物摻入粗選精煤，為保證沉降過濾式離心機(jī)正常工作，采用截粗弧形篩除去其中的粗粒和雜物，再由離心機(jī)脫水回收，脫水后的粗精煤泥摻入重選精煤；攜帶細(xì)泥的離心液(含濾液)經(jīng)煤漿預(yù)處理器處理后進(jìn)行二次浮選作業(yè)(精選作業(yè))，二次浮選尾煤與一次浮選尾煤一起進(jìn)入煤泥水處理系統(tǒng)，二次浮選精煤由壓濾機(jī)脫水回收后也摻入重選精煤。壓濾機(jī)濾液作為循環(huán)水繼續(xù)使用。

圖1 煤泥二次浮選、精煤泥兩段回收工藝流程

1.2 計(jì)算入料粒度組成

梗陽選煤廠采用煤泥二次浮選、精煤泥兩段回收工藝流程，2013年對(duì)浮選生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了系列檢查。考慮到煤泥在生產(chǎn)過程中的粉碎情況，按各精煤產(chǎn)物和尾煤產(chǎn)物的產(chǎn)率比例及各自的粒度組成，將二者折算成精煤泥弧形篩的計(jì)算入料(表1)，也就是浮選生產(chǎn)系統(tǒng)的計(jì)算入料，據(jù)此對(duì)入料粒度組成進(jìn)行分析。

表1 浮選生產(chǎn)系統(tǒng)計(jì)算入料粒度組成Table 1 Calculated feed size dstribution of flotation systemin Gengyang coal preparation plant %

由表1可知:

(1)精煤泥弧形篩入料為精煤脫介篩篩下水，由于原煤的單體解離程度好，且受到原煤重介質(zhì)旋流器和煤泥重介質(zhì)旋流器分選過程的影響，0.25～0.125 mm粒級(jí)的灰分為8.40%，說明該選煤廠的重力選煤分選下限已<0.125 mm。

(2)隨著煤泥粒度的減小，各粒級(jí)灰分有上升趨勢(shì)。>0.075 mm粒級(jí)的灰分增幅較平緩，<0.045 mm粒級(jí)的灰分增幅很大；與0.075～0.045 mm粒級(jí)的灰分相比，<0.045 mm粒級(jí)的灰分上升11.45個(gè)百分點(diǎn)，這說明部分高灰礦物富集在細(xì)泥中。

(3)該選煤廠的商品煤(煉焦精煤)灰分指標(biāo)隨用戶要求不同存在差異，一般在8.80%～9.30%之間。入料中>0.045 mm粒級(jí)的加權(quán)平均灰分為9.26%，基本達(dá)到精煤產(chǎn)品質(zhì)量要求。對(duì)于浮選生產(chǎn)系統(tǒng)(包括粗精煤泥回收和浮選作業(yè))而言，應(yīng)注重>0.045 mm粒級(jí)的回收，即浮選精煤可燃體回收率越高越好，同時(shí)應(yīng)重視<0.045 mm粒級(jí)的有效分選。

1.3 綜合精煤和綜合尾煤的粒度組成

根據(jù)梗陽選煤廠浮選生產(chǎn)系統(tǒng)檢查結(jié)果，計(jì)算出綜合精煤和綜合尾煤。為便于統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，分別以>0.045 mm和<0.045 mm兩個(gè)粒級(jí)來代表精煤泥和尾煤泥，二者的粒度組成如表2、表3所示。

由表2、表3可知：

(1)由沉降過濾式離心機(jī)脫水產(chǎn)物組成的粗精煤泥是浮選生產(chǎn)系統(tǒng)的主導(dǎo)產(chǎn)物，其中<0.045 mm粒級(jí)產(chǎn)率較少(為10.99%)。二次浮選泡沫脫水后產(chǎn)生的精煤濾餅的產(chǎn)率僅為前者的41.63%，且以<0.045 mm粒級(jí)為主導(dǎo)粒級(jí)，產(chǎn)率約為70%。截粗篩精煤產(chǎn)率最低，以粗粒為主。綜合精煤以>0.045 mm粒級(jí)為主導(dǎo)粒級(jí)，產(chǎn)率在70%以上，灰分不到8%。

(2)一次、二次浮選尾煤及綜合尾煤均以灰分高的<0.045 mm粒級(jí)為主，一次浮選尾煤中>0.045 mm粒級(jí)灰分高達(dá)51.88%，二次浮選尾煤中>0.045 mm粒級(jí)灰分低，但其占入料產(chǎn)率很小。

表2 精煤泥粒度組成

表3 尾煤泥粒度組成

1.4 數(shù)據(jù)分析

就煤泥二次浮選、精煤泥兩段回收工藝流程的浮選生產(chǎn)系統(tǒng)整體而言，可看作僅出兩種產(chǎn)物，即綜合精煤和綜合尾煤。

(1)對(duì)于占入料產(chǎn)率為68.25%、灰分為9.26%的>0.045 mm粒級(jí)來說，工藝上要求盡可能加大回收力度而減少損失，可采用浮選精煤可燃體回收率指標(biāo)來衡量回收效果。浮選精煤可燃體回收率計(jì)算式為：

式中：E1為浮選精煤可燃體回收率，%；γc為精煤產(chǎn)率，%；Ac為精煤灰分，%；Af入料灰分，%。

(2)對(duì)于占入料產(chǎn)率為31.75%、灰分為26.10%的<0.045 mm粒級(jí)來說，工藝上要求盡可能完善其選擇性，提高分選效果，可采用浮選完善指標(biāo)來判定工藝效果[4-5]。浮選完善指標(biāo)計(jì)算式為：

η=E1-E2，

式中：η為浮選完善指標(biāo)，%；E2為精煤非可燃體混雜率，%。

>0.045 mm粒級(jí)、<0.045 mm粒級(jí)及全粒級(jí)的工藝效果如表4所示。

表4 煤泥兩次浮選、精煤泥兩段回收工藝流程的工藝效果

由表4可知：

(1)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)從灰分為14.61%的入料中分選出產(chǎn)率為91.04%、灰分為9.26%的精煤(其灰分與全廠精煤灰分基本持平)，浮選精煤可燃體回收率在96%以上，分選指標(biāo)良好。

(2)對(duì)于占入料2/3以上的灰分為9.26%的>0.045 mm粒級(jí)來說，其本身灰分并不高，單體解離出的高灰礦物很少，工藝要求多回收精煤而不是大幅度地降灰。從該粒級(jí)最終分選出灰分為7.81%、產(chǎn)率為96.56%的精煤，同時(shí)分選出少量灰分為49.54%的尾煤，浮選精煤可燃體損失率為1.92%，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

(3)就入料灰分為26.10%的<0.045 mm粒級(jí)而言，從其中最終分選出產(chǎn)率約為80%、灰分為13.07%的精煤和灰分高達(dá)75.66%的尾煤，損失于尾煤的浮選精煤可燃體僅為6.86%，從尾煤中排出的非可燃體達(dá)60.35%，浮選完善指標(biāo)為53.49%，分選指標(biāo)良好。

由于該廠煤質(zhì)較好，精煤泥灰分容易保證，故一次、二次浮選均不添加稀釋水，入浮煤漿濃度分別為105.4、132.89 g/L；如果適當(dāng)添加稀釋水，降低入浮煤漿濃度，分選效果將會(huì)更好。

在煤泥浮選過程中，一次浮選的重點(diǎn)是提高精煤產(chǎn)率。粗選精煤(泡沫)粒度組成如表5所示。

表5 粗選精煤(泡沫)粒度組成Table 5 Size distribution of roughing flotation concentrate (froth) in Gengyang coal preparation plant %

由表5可知：>0.045 mm粒級(jí)的累計(jì)產(chǎn)率為62.56%，加權(quán)平均灰分僅為7.96%，已是“合格產(chǎn)品”；<0.045 mm粒級(jí)的產(chǎn)率為37.44%，灰分高達(dá)15.79%，致使整體精煤灰分升高2.93個(gè)百分點(diǎn)。

煤泥精選的目的就是降灰，降灰的對(duì)象只是<0.045 mm粒級(jí)細(xì)泥；采用沉降過濾式離心脫水機(jī)對(duì)精煤泥進(jìn)行一次脫水的目的之一，是將灰分不符合要求的細(xì)泥脫除。根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)系列檢查數(shù)據(jù)分析，離心機(jī)的低灰粗?；厥章蕿?1.03%，細(xì)泥脫除率為75.19%，即有3/4的細(xì)泥隨離心液(含濾液)進(jìn)行二次浮選，而產(chǎn)率在60%以上的、灰分合格的>0.045 mm粒級(jí)沒有一起再浮選。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度來看，目前的分選情況良好。

2 煤泥全部精選工藝流程

2.1 工藝流程

潘一選煤廠采用原煤不脫泥入選、三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選的洗選工藝，煤泥浮選采用我國(guó)傳統(tǒng)的煤泥全部精選工藝流程(圖2)。在生產(chǎn)中，精煤泥弧形篩篩下水由脫泥池脫除部分細(xì)泥后經(jīng)煤漿預(yù)處理器進(jìn)入粗選作業(yè)環(huán)節(jié)，全部粗選精煤再次分選后，精選泡沫由加壓過濾機(jī)脫水回收，濾餅摻入重選精煤中。過濾機(jī)濾液返回精選浮選機(jī)，粗選、精選尾煤均進(jìn)入煤泥水系統(tǒng)處理[6-7]。

圖2 煤泥全部精選工藝流程Fig.2 Process flowsheet of re-cleaning of all rougher coal flotation concentrate

2.2 粒度組成

2014年5月潘一選煤廠對(duì)浮選生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了系列檢查，按精煤(濾餅)和粗選、精選尾煤的產(chǎn)率比例及各自的粒度組成，折算出進(jìn)入浮選生產(chǎn)系統(tǒng)的計(jì)算入料粒度組成，如表6所示。

表6 浮選生產(chǎn)系統(tǒng)計(jì)算入料粒度組成Table 6 Calculated feed size dstribution of flotation systemin Gengyang coal preparation plant %

由表6可知：

(1)重選精煤灰分要求在10%以下時(shí)，潘一選煤廠重選的分選下限不如梗陽選煤廠，分選下限僅為0.5 mm。隨著入料粒度的減小，各粒級(jí)灰分呈緩慢增大的趨勢(shì)，但<0.045 mm粒級(jí)的灰分發(fā)生了突變，突增至46.95%，且產(chǎn)率達(dá)51.56%。這說明入選原煤中混有相當(dāng)數(shù)量的高灰礦物，這部分礦物在濕法選煤過程中形成了次生細(xì)泥，不但使入料灰分增高，而且大大增加了分選難度。

(2)>0.045 mm粒級(jí)的累計(jì)產(chǎn)率為48.44%，加權(quán)平均灰分為13.31%，對(duì)于潘一選煤廠而言，不能只注重于提高浮選精煤可燃體回收率，而且也要兼顧適當(dāng)?shù)慕祷摇?0.045 mm粒級(jí)的產(chǎn)率最大，是入料的主導(dǎo)粒級(jí)，且灰分很高，這對(duì)分選精度提出了更高要求。

2.3 數(shù)據(jù)分析

將潘一選煤廠煤泥全部精選工藝流程看作一個(gè)整體，可認(rèn)為分選出兩種產(chǎn)物，即精選精煤(濾餅)和綜合尾煤。根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)檢查的結(jié)果，計(jì)算出該選煤廠>0.045 mm粒級(jí)、<0.045 mm粒級(jí)及全粒級(jí)的工藝效果。不同粒級(jí)的工藝效果如表7所示。

表7 煤泥全部精選工藝流程的工藝效果

由表7可知：

(1)從灰分為30.65%的入浮煤泥中分選出產(chǎn)率為66.87%、灰分為10.85%的精選精煤和灰分為70.63%的尾煤，浮選精煤可燃體在尾煤中的損失率約為14%，從精煤中排除的非可燃體在3/4以上，浮選完善指標(biāo)達(dá)62.29%，分選指標(biāo)優(yōu)良。

(2)對(duì)于入料灰分為13.31%的>0.045 mm粒級(jí)，經(jīng)全部精選后最終精煤中該粒級(jí)灰分降至9.93%，即降灰幅度為3.38個(gè)百分點(diǎn)。由于入料中>0.045 mm粒級(jí)的灰分并不高，單體解離的高灰礦物少，精煤的非可燃體混雜率高屬正常現(xiàn)象。>0.045 mm粒級(jí)的浮選精煤可燃體回收率接近92%，分選指標(biāo)較好。

(3)從灰分為46.95%的<0.045 mm粒級(jí)中分選出產(chǎn)率為46.50%、灰分為12.50%的精煤及灰分為76.90%的尾煤，分選指標(biāo)很好。精煤中非可燃體混雜率僅為12.38%，即已有87.62%的非可燃體從尾煤中排除，該粒級(jí)的浮選完善指標(biāo)高達(dá)64.32%。

為了保證<0.045 mm粒級(jí)的分選效果，潘一選煤廠采用低濃度浮選的操作措施，粗選、精選的入浮煤漿濃度分別為59.2、108.5 g/L，且浮選機(jī)配置有足夠的容積。經(jīng)五次測(cè)試的粗選泡沫平均粒度組成如表8所示。

表8 潘一選煤廠粗選精煤平均粒度組成

由表8可知：>0.25、0.25～0.125、0.125～0.075、0.075～0.045 mm 四個(gè)粒級(jí)的灰分均隨粒度減小而增大，但增幅較平緩。>0.045 mm粒級(jí)的累計(jì)產(chǎn)率達(dá)67.29%，加權(quán)平均灰分為10.82%，此灰分小于潘一選煤廠對(duì)浮選精煤灰分的要求(<11%)。粗選精煤灰分高達(dá)13.26%，這是灰分為18.28%的細(xì)泥造成的。

為了進(jìn)一步將約占1/3的細(xì)泥灰分降低，不得不將2/3以上的、灰分合格的>0.045 mm粒級(jí)一起再次精選，這就需要承擔(dān)精選作業(yè)的浮選設(shè)備容積相應(yīng)增大。但是精選過程中這些低灰顆粒不可能得到百分之百的回收，必然有部分損失在尾煤中，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性分析，這不太合理。從目前技術(shù)水平來看，對(duì)于含有大量高灰細(xì)泥的浮選入料全部精選，這只能算無奈的選擇[8-9]。

3 結(jié)語

我國(guó)的煤泥可浮性較差，絕大多數(shù)煉焦煤選煤廠都存在重選精煤為浮選精煤“背灰”的現(xiàn)象。為適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)精煤產(chǎn)品質(zhì)量越來越高的要求，在選煤廠設(shè)置煤泥精選工藝逐漸成為我國(guó)當(dāng)前選煤技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)之一。

浮選精煤灰分之所以居高不下，絕大多數(shù)是因?yàn)榫褐?0.045 mm粒級(jí)灰分高。梗陽選煤廠采用煤泥二次浮選、精煤泥兩段回收工藝流程，在此工藝流程中沉降過濾式離心脫水機(jī)兼有脫泥作用，將其離心液(含濾液)攜帶的細(xì)泥進(jìn)行二次浮選，可進(jìn)一步降低浮選精煤灰分。此工藝流程已在我國(guó)260余座選煤廠得到成功運(yùn)用，不但能提高精煤產(chǎn)品質(zhì)量，而且能增加煤炭資源的有效回收率。

對(duì)于<0.045 mm粒級(jí)灰分高、產(chǎn)率高的煤泥，因受制于沉降過濾式離心脫水機(jī)的脫泥率(僅為75%)，以及出于徹底杜絕高灰細(xì)泥的混雜考慮，仍要采用傳統(tǒng)的煤泥全部精選工藝流程。潘一選煤廠采用低濃度的操作措施和設(shè)置足夠容積的浮選設(shè)備，對(duì)含有高灰分、高產(chǎn)率的細(xì)泥浮選，取得良好的分選指標(biāo)。但要指出的是，將粗選精煤中大部分>0.045 mm粒級(jí)灰分已合格者與細(xì)泥一起再選，只能算是不得已的辦法。

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Analysis of two coal flotation cleaning processes

LI Li-fang1, ZHANG Xian-xian2, Li Guang-hui1, HAO Xing1, YAN Kai2, WU Da-wei2

(1. Tangshan Guohua International Engineering Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063020, China；2. Beijing Guohua Technology Group Ltd., Beijing 101300, China)

While two-stage flotation process for coal slime & two-stage recovery technology for clean coal slime is used in Gengyang coal preparation, cleaning process for all coal slime is employed in Panyi coal preparation. According to production data, comparing separation effect between plus 0.045 mm slime and minus 0.045mm materials, the former technology is appropriate for the minus 0.045mm materials, and the latter is only applied to high-ash fine slime.

cleaning process; two-stage flotation; two-stage recovery; cleaning for all; process effect

TD943

A

1001-3571(2015)04-0037-05

2015-05-19

10.16447/j.cnki.cpt.2015.04.010

李麗芳(1980—)，女，河北省邢臺(tái)市人，工程師，從事選煤廠新建、改造設(shè)計(jì)與調(diào)試工作。

E-mail: llf@ghkj.cn Tel: 0315-5913445