煉焦煤選煤廠中矸磁尾回收精煤及工藝調(diào)整策略

李鳳濤，周 偉，王淑杰，吳念剛，李建波，劉亮亮，李 亮

(1.北京中煤煤炭洗選技術(shù)有限公司，山西 朔州 036000；2.安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001)

煤炭洗選加工是煤炭高效潔凈利用的源頭技術(shù)，目前我國(guó)有各種規(guī)模的選煤廠近1 800座，其中濕法選煤廠占主導(dǎo)地位。原煤不脫泥全粒級(jí)分選工藝是我國(guó)主要選煤工藝之一[1-2]，主洗設(shè)備主要有重介質(zhì)旋流器和跳汰機(jī)等，一般將入洗原煤分選為3個(gè)煤流走向，分別是精煤段、中煤段和矸石段；以上主洗設(shè)備的分選下限一般為0.5 mm，在工況參數(shù)良好的情況下分選下限可進(jìn)一步降低，但穩(wěn)定性偏差。總之，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，-0.5 mm粒級(jí)的煤泥未在主洗設(shè)備中得到充分有效的分選，其流向精煤段、中煤段和矸石段具有一定的隨機(jī)性。由于設(shè)備及工藝的局限，目前僅對(duì)精煤段中-0.5 mm的煤泥用浮選方法進(jìn)一步進(jìn)行分選，而中煤段和矸石段的煤泥不再進(jìn)一步進(jìn)行分選，造成煤炭資源的浪費(fèi)。為驗(yàn)證并解決目前煉焦煤選煤廠普遍存在的上述問題，以兩淮地區(qū)某中央型煉焦煤選煤廠為例，開展中、矸磁尾煤泥性質(zhì)的試驗(yàn)研究。

兩淮地區(qū)某中央型煉焦煤選煤廠是目前亞洲單體最大的煉焦煤選煤廠，該廠2007年8月投產(chǎn)，設(shè)計(jì)規(guī)模 120 Mt/a，工藝流程為：50～0.5 mm采用1 500 mm大直徑無壓三產(chǎn)品重介旋流器分選，精煤磁選尾礦采用煤泥重介質(zhì)旋流器進(jìn)行分選，細(xì)煤泥脫泥浮選，浮選精煤采用加壓過濾脫水，尾煤泥濃縮后壓濾脫水回收，實(shí)現(xiàn)選煤廠洗水閉路循環(huán)[3-4].

1 中煤和矸石磁選尾礦粒度及密度組成

判斷中煤和矸石磁選尾礦是否存在精煤損失，最簡(jiǎn)單有效的方法就是采集相關(guān)樣品，對(duì)粒度及密度進(jìn)行分析。采集上述選煤廠中煤和矸石磁選尾礦進(jìn)行篩分、浮沉、激光粒度測(cè)試等試驗(yàn)分析。

1.1 小篩分試驗(yàn)分析

中煤和矸石磁選尾礦小篩分?jǐn)?shù)據(jù)見表1，表2.

表2 矸石磁選尾礦小篩分結(jié)果表

由表1數(shù)據(jù)可知，-0.045 mm為主導(dǎo)粒級(jí)，產(chǎn)率占33.26%，灰分較高，且灰分高到73.14%；+0.5 mm含量最少，產(chǎn)率為7.65%，灰分最低為14.49%；0.25～0.045 mm累計(jì)產(chǎn)率為44.22%，平均灰分為38.00%；隨著粒徑的減小，灰分逐漸升高；說明在中煤磁選尾礦中存在精煤損失現(xiàn)象。

表1 中煤磁選尾礦小篩分結(jié)果表

矸石磁選尾礦整體呈灰白色，直觀判斷灰分較高，進(jìn)行0.045 mm濕篩、烘干后，進(jìn)行灰分測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見表2.由表2可知+0.045 mm和-0.045 mm粒級(jí)的灰分均在70%以上，說明在矸石磁選尾礦中不存在精煤損失現(xiàn)象。

1.2 激光粒度分析

由小篩分試驗(yàn)可知中煤磁選尾礦含有較多細(xì)煤泥，為得到更準(zhǔn)確的粒度組成，對(duì)0.25～0.125 mm、0.125～0.075 mm、0.075～0.045 mm和-0.045 mm這4個(gè)粒級(jí)分別進(jìn)行激光粒度測(cè)試。使用日本島津SALD-7101激光粒度測(cè)試儀，測(cè)量時(shí)將樣品與水混合均勻后，加入測(cè)量槽，由儀器自動(dòng)完成測(cè)量并給出結(jié)果，測(cè)試結(jié)果見圖1，2，3，4.

圖1 0.25～0.125 mm粒級(jí)粒度分布圖

由圖1和圖2可知，0.25～0.125 mm和0.125～0.075 mm樣品中均有部分超上限的物料存在，說明物料形狀不規(guī)則且含量較多。由圖3可知，0.075～0.045 mm粒級(jí)測(cè)試產(chǎn)率約為試樣的70%，超下限物料含量小于3%，說明樣品篩分較為完全，部分超下限物料是顆粒表面互相粘附所致。由圖4可知，-0.045 mm粒級(jí)區(qū)間產(chǎn)率約為試樣的95%，說明顆粒形狀較為規(guī)則。從整體數(shù)據(jù)來看，開展小篩分實(shí)驗(yàn)，由于粗煤泥物料形狀差異較大，篩面因彈性形變存在部分超篩孔尺寸物料透篩，隨著煤泥粒徑的減小，物料形狀越趨于規(guī)則，按篩孔尺寸分級(jí)越可靠。

圖2 0.125～0.075 mm粒級(jí)粒度分布圖

圖3 0.075～0.045 mm粒級(jí)粒度分布圖

圖4 -0.045 mm粒級(jí)粒度分布圖

1.3 小浮沉試驗(yàn)分析

由上述試驗(yàn)可知，中煤磁尾0.5～0.25 mm和0.25～0.045 mm粒級(jí)是精煤損失的主導(dǎo)粒級(jí)，為了確定其密度組成，進(jìn)行小浮沉試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3，4，并繪制可選性曲線圖5，6.

表3 0.5～0.25 mm煤粉浮沉試驗(yàn)結(jié)果表

圖5 0.50～0.25 mm煤粉可選性曲線圖

圖6 0.25～0.045 mm煤粉可選性曲線圖

由表3可知，中煤磁尾0.5～0.25 mm的主導(dǎo)密度級(jí)在1.30～1.40 g/cm3密度級(jí)，產(chǎn)率達(dá)到39.91%，灰分為6.63%；-1.60 g/cm3密度級(jí)累計(jì)產(chǎn)率80.73%，平均灰分10.53%，其產(chǎn)率大，灰分低，符合產(chǎn)品質(zhì)量要求，應(yīng)側(cè)重在粗煤泥環(huán)節(jié)回收。由表4可知，中煤磁尾0.25～0.045 mm的主導(dǎo)密度級(jí)在-1.30 g/cm3密度級(jí)，產(chǎn)率達(dá)到36.75%，灰分為5.07%；1.3～1.8 g/cm3隨著密度級(jí)的升高，產(chǎn)率逐級(jí)降低，灰分逐級(jí)升高，每級(jí)增加灰分5%～6%，其粒度較細(xì)，應(yīng)采用浮選法回收。

表4 0.25～0.045 mm煤粉浮沉試驗(yàn)結(jié)果表

1.4 單元浮選試驗(yàn)分析

由上述分析可知0.25～0.045 mm粒級(jí)應(yīng)采用浮選法回收，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，開展0.25～0.045 mm粒級(jí)的單元浮選試驗(yàn)[5-6]，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5.

表5 0.25～0.045 mm煤泥單元浮選試驗(yàn)結(jié)果表

由表5可知，中煤磁尾0.25～0.045 mm粒級(jí)在不同捕收劑和起泡劑用量下均有較好的浮選結(jié)果，可燃體回收率平均值為92.04%，浮選完善指標(biāo)平均值為77.45%，進(jìn)一步說明中煤磁尾0.25～0.045 mm應(yīng)進(jìn)入浮選環(huán)節(jié)回收。

2 中煤磁選尾煤回收工藝

根據(jù)中煤磁選尾礦的物性分析及試驗(yàn)研究，中煤磁尾存在精煤損失的情況，+0.25 mm應(yīng)側(cè)重在粗煤泥環(huán)節(jié)回收，0.25～0.045 mm應(yīng)采用浮選法分選回收，-0.045 mm作為精煤質(zhì)量的污染源，應(yīng)盡早脫除。為此設(shè)計(jì)了一種中煤磁選尾煤泥浮選回收工藝(ZL201910849216.8)，主要工藝流程如下：中煤磁選尾礦先進(jìn)入分級(jí)粒度為0.045 mm的脫泥池，脫除其中的高灰細(xì)泥；脫泥池底流則進(jìn)入多層疊篩進(jìn)行分級(jí)，篩孔尺寸為0.25 mm，可以在每層篩面上噴水以強(qiáng)化分級(jí)效果，篩上物為灰分較低的粗粒級(jí)，進(jìn)入煤泥離心機(jī)脫水回收；煤泥離心機(jī)濾液和多層疊篩的篩下物進(jìn)入射流攪拌式浮選柱，浮選柱泡沫精礦用壓濾機(jī)脫水回收。工藝流程圖見圖7.

圖7 磁選尾煤泥浮選回收工藝流程圖

該工藝采用了新型浮選設(shè)備—射流攪拌式浮選柱(圖8).該設(shè)備由浮選柱體、射流攪拌機(jī)構(gòu)和噴淋裝置組成，射流攪拌機(jī)構(gòu)結(jié)合了微泡發(fā)生器和機(jī)械攪拌系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，通過射流部分使礦漿、空氣、藥劑在混合室發(fā)生能量交換，氣、固、液三相強(qiáng)烈混合，可以形成一種活性微泡，有利于微細(xì)物料浮選；利用機(jī)械攪拌機(jī)構(gòu)保證礦粒和藥劑的分散，葉輪攪拌使氣泡被礦漿旋渦進(jìn)一步剪切分割，氣泡直徑減小、數(shù)量增多；使該型浮選柱更容易實(shí)現(xiàn)氣泡的礦化，取得良好的分選效果。

1—調(diào)漿設(shè)備 2—泵 3—噴嘴 4—混合室 5—上葉輪 6—射流攪拌機(jī)構(gòu)外殼 6a—柱體 6b—射流攪拌機(jī)構(gòu) 6c—噴淋機(jī)構(gòu) 7—下葉輪 8—電機(jī) 9—收集槽 10—假底 11—尾礦口圖8 射流攪拌式浮選柱圖

該工藝充分考慮重介質(zhì)選煤工藝技術(shù)特點(diǎn)，可以回收中煤磁選尾礦0.25～0.045 mm粒徑的低灰煤泥，是對(duì)現(xiàn)有煉焦煤浮選工藝的補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了-0.25 mm粒級(jí)煤泥全粒級(jí)浮選回收，提高精煤回收率，增加煉焦煤選煤廠經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)兩淮地區(qū)某中央型煉焦煤選煤廠的中煤和矸石磁選尾礦的物性分析，得知中煤磁尾存在精煤損失情況，由此開展小篩分、小浮沉和單元浮選試驗(yàn)，并得到以下結(jié)論：

1)由小篩分試驗(yàn)可知，精煤損失主要存在+0.045 mm粒級(jí)，其中+0.5 mm含量最少，質(zhì)量最好，產(chǎn)率為7.65%，灰分為14.49%；0.5～0.25 mm粒級(jí)灰分為18.34%，+0.25 mm粒級(jí)在重選中得到較有效分選富集，應(yīng)側(cè)重在粗煤泥環(huán)節(jié)回收；0.25～0.045 mm累計(jì)產(chǎn)率為44.22%，平均灰分為38.00%，存在精煤損失，但應(yīng)在浮選環(huán)節(jié)分選提質(zhì)。

2)由小浮沉試驗(yàn)可知，中煤磁尾0.5～0.25 mm的主導(dǎo)密度級(jí)在1.30～1.40 g/cm3密度級(jí)，產(chǎn)率達(dá)到39.91%，灰分為6.63%；-1.60 g/cm3密度級(jí)累計(jì)產(chǎn)率80.73%，平均灰分10.53%，其產(chǎn)率大，灰分低，符合產(chǎn)品質(zhì)量要求，應(yīng)側(cè)重在粗煤泥環(huán)節(jié)回收。

3)由單元浮選試驗(yàn)可知，中煤磁尾0.25～0.045 mm粒級(jí)在不同捕收劑和起泡劑用量下均有較好的浮選結(jié)果，可燃體回收率平均值為92.04%，浮選完善指標(biāo)平均值為77.45%，進(jìn)一步說明中煤磁尾0.25～0.045 mm應(yīng)進(jìn)入浮選環(huán)節(jié)回收。

4)根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)論，設(shè)計(jì)了一種中煤磁選尾煤泥浮選回收工藝，中煤磁選尾礦先脫除-0.045 mm的高灰細(xì)泥，再用多層疊篩實(shí)現(xiàn)0.25 mm分級(jí)，0.5～0.25 mm進(jìn)入粗煤泥環(huán)節(jié)回收，0.25～0.045 mm采用射流攪拌式浮選柱分選回收。