燕家河選煤廠低階煤煤泥浮選現(xiàn)狀與技術(shù)探索

段建中，張新志，趙永帽，宋子英，楊建民

(1.旬邑縣中達(dá)燕家河煤礦有限公司，陜西 咸陽711302；2.山西天海玉杰選煤設(shè)備有限公司，山西 臨汾042100)

低階煤多指長焰煤、弱粘煤、不粘煤、褐煤等低變質(zhì)程度煤，我國低階煤儲量豐富，低階煤儲量占已發(fā)現(xiàn)煤炭資源儲量的40%左右[1-2]。目前，低階煤洗選加工后一般作為電煤使用，部分作為化工用煤。低階煤經(jīng)過分選后，得到塊煤(塊精煤)、末煤(末精煤、混煤等)和煤泥(粗煤泥和細(xì)煤泥)，其中粗煤泥分選后可摻入混煤銷售；對于產(chǎn)率約為10%的細(xì)煤泥，由于灰分高、水分高、發(fā)熱量低，難以實現(xiàn)有效利用。如果這部分煤泥不洗選，壓濾脫水后直接回?fù)降骄褐?，則因煤泥黏度大引起排料不連續(xù)等問題，導(dǎo)致精煤與煤泥摻混不勻，嚴(yán)重影響精煤質(zhì)量。

受煤炭經(jīng)濟(jì)形勢的影響，我國西部地區(qū)大量低階煤煤泥直接被當(dāng)作尾礦丟棄，或者堆存在礦區(qū)附近的空地內(nèi)，不僅造成煤炭資源的流失，還增加企業(yè)的管理成本，同時影響礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境。提高煤泥發(fā)熱量的途徑是脫水或降灰，脫水一般采用干燥手段，降灰一般采用浮選手段。由于低階煤的煤質(zhì)特性，煤泥干燥遇到了成本控制、安全保障、水分復(fù)吸等技術(shù)難題。

對于煤泥浮選提質(zhì)方面，由于低階煤含有豐富的含氧官能團(tuán)，且孔隙發(fā)達(dá)，疏水性差[3-4]，低階煤煤泥難以實現(xiàn)有效浮選。在浮選過程中，水分子極易在低階煤表面形成一層緊密的水化膜，阻礙捕收劑分子在煤粒表面吸附，致使其可浮性差，浮選效果不佳[5]。在浮選體系中，一般需要數(shù)十倍于焦肥煤的浮選劑用量才能獲得較理想的精煤產(chǎn)率，采用常規(guī)浮選工藝很難獲得理想的經(jīng)濟(jì)效益[6-7]。

1 低階煤煤泥難浮機理

低階煤煤粒的表面孔隙度高，側(cè)鏈含氧官能團(tuán)發(fā)達(dá)，因而其天然可浮性差，采用常規(guī)浮選工藝難以回收細(xì)粒精煤。究其原因有三個方面：一是煤粒表面含氧官能團(tuán)多，易與水分子形成氫鍵，導(dǎo)致水化膜排列緊密，烴類油不易在煤粒表面鋪展，而以油滴形式存在；二是低階煤煤粒表面孔隙度發(fā)達(dá)，毛細(xì)現(xiàn)象顯著，孔隙吸油造成藥劑用量大；三是烴類油在水中不易分散，例如：柴油具有密度高、黏度大、分散在水中的油珠尺寸大等特點[8-9]。

低階煤中的氧主要以含氧官能團(tuán)形式存在，其中褐煤氧含量在20%以上，且低階煤中含有大量的羧基等酸性基團(tuán)[10]。低階煤煤粒表面豐富的含氧官能團(tuán)易與水分子形成氫鍵，從而阻礙油分子在煤粒表面吸附。采用不同的低階煤煤樣得出的孔隙分布和孔隙特征存在一定差異，但其孔隙對低階煤煤泥浮選的影響不可否認(rèn)。

經(jīng)過乳化處理的捕收劑更易在水中分散，有利于降低低階煤煤泥浮選的藥劑用量。呂玉庭等[11]的研究表明：DR煤油乳化液的捕收能力強，穩(wěn)定性好，在浮選效果相近的情況下，可以節(jié)省40%左右的煤油。阮繼正等[12]的研究表明：在精煤產(chǎn)率相同的情況下，乳化柴油用量比單純的柴油用量少70%；在藥劑用量相同的情況下，乳化柴油與柴油所捕收的精煤產(chǎn)率大體相同，但乳化柴油捕收的精煤灰分較低。由于烴類油等捕收劑在水中不易分散，導(dǎo)致煤泥浮選效果欠佳，而采用超聲乳化藥劑或高性能藥劑等可以促進(jìn)捕收劑與煤泥表面的相互作用。

2 燕家河選煤廠浮選生產(chǎn)現(xiàn)狀

2.1 存在問題

燕家河選煤廠始建于2002年，是一座設(shè)計能力為2.00 Mt/a的礦井型動力煤選煤廠。入選原煤為不粘煤，具有中低灰、中低硫的特點。通過原煤煤質(zhì)分析(表1)可以看出：煤樣Mt為14.20%，Aad為44.60 %，Qnet,ad僅為16.82 MJ/kg，說明原煤不經(jīng)洗選無法滿足發(fā)電廠用煤需要。

燕家河選煤廠原煤采用重介分選工藝，沒有浮選系統(tǒng)，原來的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)見表2。由表2可知：原煤經(jīng)過洗選后，精煤產(chǎn)率和灰分分別為42%和9%，精煤產(chǎn)品灰分大幅降低，發(fā)熱量達(dá)到25.95 MJ/kg。隨著原煤入選比例的增加和原煤質(zhì)量的下降，煤泥占入選原煤的比例達(dá)到25 %，灰分在40%以上。但煤泥市場銷售價格偏低，不但不能創(chuàng)造出可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而且造成大量煤炭資源浪費。

表1 燕家河選煤廠原煤煤質(zhì)

表2 燕家河選煤廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

由于燕家河選煤廠選煤工藝不夠完善，缺少針對煤泥的分選工藝，由此帶來了一系列問題，主要表現(xiàn)如下：

(1)<0.5 mm粒級粉煤含量多，占入選原煤總量的25%；<0.5 mm粒級煤泥采用濃縮-壓濾工藝回收，壓濾產(chǎn)品作為尾煤銷售，造成大量煤炭資源浪費。

(2)<0.5 mm粒級煤泥采用濃縮-壓濾工藝回收，由于尾煤數(shù)量多，所需壓濾時間長，導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本增加，且不利于選煤廠的高效管理。

(3)在銷售不暢的情況下，煤泥大量堆積，不但占用大量土地資源，而且容易產(chǎn)生粉塵，對選煤廠周邊環(huán)境造成污染，不利于現(xiàn)場作業(yè)人員的身體健康。

2.2 浮選生產(chǎn)現(xiàn)狀

經(jīng)過多方調(diào)研和論證，結(jié)合燕家河選煤廠的發(fā)展需要，決定對選煤工藝進(jìn)行改造?？紤]到<0.5 mm粒級煤泥產(chǎn)率高、灰分高的問題，為了減輕直接濃縮-壓濾帶來的煤炭資源浪費等問題，采用浮選-濃縮-壓濾工藝對其進(jìn)行處理。其中，采用真空加壓過濾機對浮選精煤進(jìn)行脫水，浮選尾煤經(jīng)過濃縮后采用真空加壓過濾機脫水。為此，引入1臺XJM-S 28浮選機，2臺真空加壓過濾機，構(gòu)建浮選系統(tǒng)。

燕家河選煤廠的煤泥粒度組成見表3。由表3可知：<0.045 mm粒級是煤泥的主導(dǎo)粒級，產(chǎn)率為51.90%，灰分高達(dá)47.15%，主導(dǎo)粒級的粒度偏細(xì)對浮選生產(chǎn)不利；<0.045 mm粒級灰分大于平均灰分，說明矸石易于泥化。

表3 燕家河選煤廠煤泥粒度組成[13]

在增加浮選系統(tǒng)后，在添加捕收劑和起泡劑的條件下，配置藥劑乳化裝置，對<0.5 mm粒級煤泥分選，得到了產(chǎn)率為55.56%、灰分為16.00%的浮選精煤，對應(yīng)的浮選尾煤灰分高達(dá)75%，產(chǎn)品發(fā)熱量由原來的13.81 MJ/kg提高到現(xiàn)在的22.63 MJ/kg，能夠很好地滿足生產(chǎn)需要(表4)。煤泥通過浮選提質(zhì)后，尾煤產(chǎn)量大大減少，有助于促進(jìn)選煤廠地可持續(xù)發(fā)展，選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益得到提高。此外，采用濃縮-壓濾工藝對浮選尾煤處理后，尾煤壓濾時間減少，壓濾效率大幅提高。

表4 燕家河選煤廠煤泥浮選主要技術(shù)指標(biāo)

增加浮選系統(tǒng)前后的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比結(jié)果見表5。從表5可知：增加浮選系統(tǒng)后，部分精煤得到回收，目前回收的精煤數(shù)量約為15萬t；按目前的煤炭產(chǎn)品銷售價格，在煤泥入浮量相同的情況下，每年銷售收入增加1 875萬元，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

表5 增加浮選系統(tǒng)前后的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比結(jié)果

3 低階煤煤泥浮選技術(shù)探索

目前，國內(nèi)低階煤煤泥浮選較少，燕家河選煤廠對低階煤煤泥的成功浮選，開辟了我國低階煤煤泥浮選的先河[13]，對同類選煤廠的煤泥浮選具有重要參考價值。研究燕家河選煤廠低階煤煤泥成功浮選的原因，主要有以下兩方面：

(1)浮選系統(tǒng)設(shè)計合理。燕家河選煤廠原煤中<0.5 mm細(xì)粒煤含量高，以<0.045 mm粒級為主導(dǎo)粒級，灰分高達(dá)47.15%，且矸石易于泥化，傳統(tǒng)的煤泥直接濃縮-壓濾等工藝難以實現(xiàn)這類煤泥的有效回收。為此，采用浮選-濃縮-壓濾工藝對其進(jìn)行處理，且XJM- S28 浮選機、真空加壓過濾機適應(yīng)能力強，能夠有效實現(xiàn)這類煤泥的有效分選和回收。

(2)柴油采用乳化方式給藥。在浮選生產(chǎn)過程中，為了實現(xiàn)低階煤煤泥的高效提質(zhì)，需要綜合考慮低階煤的表面特性和浮選劑性質(zhì)。低階煤表面粗糙，孔隙發(fā)達(dá)，表面極性基團(tuán)含量多，許多親水性黏土礦物等易粘附在煤粒表面，導(dǎo)致低階煤煤粒親水性提高。因此，傳統(tǒng)的烴類油捕收劑難以在低階煤煤粒表面高效鋪展，一般藥劑用量不能很好地捕收這類煤粒?？紤]柴油在水中分散后油滴尺寸大、黏度高等問題，采用乳化柴油作為捕收劑，使柴油分子在水中充分分散，以提高其捕收性能。

4 結(jié)語

在合理的系統(tǒng)設(shè)計和具有針對性的設(shè)備選型及乳化柴油的配合下，低階煤煤泥實現(xiàn)了成功浮選，并為燕家河選煤廠帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，對其他企業(yè)的低階煤浮選具有借鑒意義。但低階煤煤泥浮選過程中出現(xiàn)的問題必須重視，如低階煤煤質(zhì)具有特殊性，采用傳統(tǒng)浮選劑時藥劑用量偏大，因此未來需要研制高性能的浮選劑，以滿足這類煤泥浮選的需要。