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，壓濾脫水后直接回摻到精煤中，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，且孔隙發(fā)達，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)鏈含氧官能團發(fā)達，因而其天然可浮性差，采用常規(guī)浮選工藝難以回收細粒精煤。究其原因有三個方面：一是煤粒表面含氧官能團多，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，毛細現(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[10]。低階煤煤粒表面豐富的含氧官能團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-壓濾工藝對其進行處理。其中，采用真空加壓過濾機對浮選精煤進行脫水，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47.15%，主導(dǎo)粒級的粒度偏細對浮選生產(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，有助于促進選煤廠地可持續(xù)發(fā)展，選煤廠的經(jīng)濟效益得到提高。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細粒煤含量高，以<0.045 mm粒級為主導(dǎo)粒級，灰分高達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，表面極性基團含量多，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。