煤基氣化渣螺旋分選機(jī)回收工藝的應(yīng)用研究

王治帥，李學(xué)娟，沈 陽(yáng)，公緒文，高少鵬，翟德平

(1.威海市海王旋流器有限公司，山東 威海 264203；2.寧夏紅墩子煤業(yè)有限公司，寧夏 銀川 750002)

1 概 述

近年來，隨著能源行業(yè)的急劇發(fā)展，對(duì)煤炭清潔利用的要求日益嚴(yán)格。新型煤化工在我國(guó)的動(dòng)力煤富煤區(qū)推廣較多。但因目前煤氣化工藝中的受制于氣化爐裝備的性能水平依舊存在弊端，導(dǎo)致煤氣化行業(yè)產(chǎn)生大量的煤基氣化渣，且煤氣化渣中碳基成分含量偏高。據(jù)有關(guān)資料介紹，2018年，中國(guó)煤化工行業(yè)用煤約9 560萬t，2019年上半年煤化工行業(yè)用煤約5 570萬t，隨著煤氣化技術(shù)的推廣，氣化渣的年產(chǎn)量逐年增加，目前煤基氣化渣的處理方案依舊以填埋或堆存為主，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染與土地資源浪費(fèi)；此外，高含量的碳基氣化渣一方面嚴(yán)重制約了氣化渣在其他行業(yè)的再利用，另一方面氣化渣中的碳基成分亦具備較高的發(fā)熱量，導(dǎo)致了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)[1-2]。

煤基氣化渣的再回收利用正逐漸成為限制煤化工行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵性因素，因此亟需一種可有效、大批量消化煤基氣化渣的工藝路線。本文通過對(duì)氣化渣物化性質(zhì)的研究，確定煤基氣化渣中的碳基成分的賦存狀態(tài)與其粒度、密度的相關(guān)關(guān)系，研發(fā)了一種以螺旋分選機(jī)作為重力分選的核心設(shè)備對(duì)煤基氣化渣進(jìn)行再分選回收，對(duì)其中的碳基成分進(jìn)行有效回收，可用作電廠等動(dòng)力用煤，圖1所示為目前煤基氣化渣常用的應(yīng)用領(lǐng)域。

圖1 煤基氣化渣的應(yīng)用領(lǐng)域

2 煤基氣化渣的物化性質(zhì)

基于煤基氣化渣的研究可知，不同煤氣化技術(shù)產(chǎn)生的氣化渣的物化性質(zhì)存在一定的差異，主要表現(xiàn)在物相組成含量以及燒失量上。以寧煤集團(tuán)徳士古、GSP及四噴嘴三種煤氣化爐產(chǎn)生的氣化渣為例，其物相組成主要以SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、C，三種類型的氣化渣對(duì)應(yīng)的燒失量分別為39.27%，4.34%，13.40%。煤基氣化渣主要由非晶態(tài)物質(zhì)、部分結(jié)晶礦物質(zhì)以及部分可燃物組成。不同類型的煤氣化工藝，所用煤種不同，產(chǎn)生的氣化渣在組成成分上存在一定差異，但是均含有一定量的可燃體，且主要分布于細(xì)粒級(jí)氣化渣，圖2所示為煤氣化過程中氣化渣生成過程[3～4]。

圖2 煤氣化過程中氣化渣生成示意圖

以鄂爾多斯地區(qū)某煤化工企業(yè)產(chǎn)生的氣化渣為例，依據(jù)國(guó)標(biāo)GT/B 478—2008《煤炭浮沉試驗(yàn)方法》中小浮沉試驗(yàn)方法，以氯化鋅作為加重質(zhì)，配制1.3 g/cm3、1.4 g/cm3、1.5 g/cm3、1.6 g/cm3、1.8 g/cm3密度液；同時(shí)對(duì)煤基氣化渣進(jìn)行小篩分實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)擬通過對(duì)煤基氣化渣的粒度組成、浮沉組成進(jìn)行研究，用以確定煤基氣化渣中可燃體(碳基)的可選性及經(jīng)濟(jì)效益。表1、表2所示為氣化渣的粒度組成及密度組成情況[4-6]。

表1 煤基氣化渣粒度組成

由表1可知：

(1)煤基氣化渣中+0.5 mm粒級(jí)的灰分較高，對(duì)應(yīng)的可燃體含量較少，不具備回收價(jià)值；

(2)煤基氣化渣中0.5～0.074 mm粒級(jí)灰分偏低，對(duì)應(yīng)的可燃體含量較高，具備回收價(jià)值。

表2 煤基氣化渣密度組成

由表2可知：

(1)煤基氣化渣中-1.5 kg/L密度級(jí)累計(jì)產(chǎn)率為11.91%，對(duì)應(yīng)的累計(jì)灰分為8.90%；-1.6 kg/L密度級(jí)累計(jì)產(chǎn)率為27.23%，累計(jì)灰分為15.95%；

(2)煤基氣化渣經(jīng)過脫泥處理后，可燃體回收率在11.91%以上，具備一定經(jīng)濟(jì)效益。

3 煤基氣化渣的螺旋分選回收工藝

3.1 螺旋分選機(jī)工作原理

礦漿進(jìn)入螺旋溜槽后，在重力、水流壓力及離心力作用下開始沿著溜槽曲面運(yùn)動(dòng)，因礦物中不同密度、不同粒級(jí)組分之間所受的力存在差異，因此在運(yùn)動(dòng)過程中逐漸產(chǎn)生分散與分層，從內(nèi)圈向外依次為：重產(chǎn)物、中間密度產(chǎn)物、輕產(chǎn)物、細(xì)泥。鑒于螺旋分選機(jī)分選密度較高，一般在1.5～1.6 kg/L，因此適用高密度分選作業(yè)。LXA120螺旋分選機(jī)結(jié)構(gòu)示意見圖3。

圖3 LXA1200螺旋分選機(jī)結(jié)構(gòu)示意

3.2 煤基氣化渣螺旋分選工藝

根據(jù)煤基氣化渣的粒度組成及密度組成情況繪制可選性曲線如圖4所示。當(dāng)洗選精煤灰分要求12%時(shí)，精煤產(chǎn)率為18.08%，分選密度1.48 kg/L，±0.1含量(不去矸石)24.43%，可選性為較難選[7]。

圖4 煤基氣化渣可選性曲線

根據(jù)煤基氣化渣的粒度及密度組成情況，推薦選用LXA1200系列螺旋分選機(jī)作為氣化渣的核心分選設(shè)備，工藝流程見圖5，洗選工藝設(shè)計(jì)如下：

圖5 煤基氣化渣螺旋分選機(jī)回收精煤泥工藝流程

(1)煤基氣化渣為粉狀原料，首先需要經(jīng)過帶式輸送機(jī)輸送至造漿水池，通過攪拌混合，形成氣化渣漿，并通過渣漿泵給入下道分選環(huán)節(jié)。

(2)煤基氣化渣經(jīng)過預(yù)先篩分，脫出粗粒級(jí)的多晶組分，該部分氣化渣灰分較高，可燃體含量較低，不具備回收價(jià)值，可通過分級(jí)篩進(jìn)行預(yù)先脫除，為洗選環(huán)節(jié)創(chuàng)造良好的分選環(huán)境。

(3)經(jīng)過分級(jí)篩處理后的篩下產(chǎn)物自流進(jìn)入旋流器入料桶，再次經(jīng)過煤泥水泵給入煤泥水分級(jí)旋流器，用以脫除細(xì)粒級(jí)以下的高灰細(xì)泥，并且為下游環(huán)節(jié)創(chuàng)造合適的入料濃度范圍。

(4)經(jīng)過水力旋流器處理后的礦漿自流給入螺旋分選機(jī)進(jìn)行分選，分選出低灰分精煤產(chǎn)品與灰分較高的中煤、矸石產(chǎn)品，并通過自流進(jìn)入脫泥脫水設(shè)備，通常為疊篩、高頻篩+煤泥離心機(jī)的組合回收，經(jīng)過脫泥脫水處理后的精煤產(chǎn)品與中煤、矸石產(chǎn)品分別輸送至產(chǎn)品倉(cāng)。

(5)其中環(huán)節(jié)(3)中的分級(jí)旋流器溢流、疊篩或高頻篩的篩下水、離心機(jī)的離心液均給入濃縮池，濃縮池溢流作為循環(huán)水使用，濃縮池底流經(jīng)過壓濾成為尾礦。

4 氣化渣分選工藝設(shè)備

根據(jù)工藝流程以及煤基氣化渣的物化性質(zhì)，確定相關(guān)設(shè)備選型及設(shè)備參數(shù)配置情況，其中設(shè)備參數(shù)選型僅適用于案例中的煤基氣化渣，圖6為氣化渣螺旋分選工藝設(shè)備聯(lián)系圖。

圖6 煤基氣化渣螺旋分選工藝設(shè)備聯(lián)系示意

(1)根據(jù)煤基氣化渣的粒度組成，確定分級(jí)篩的篩縫選擇為0.5 mm，分級(jí)篩推薦型號(hào)為ZKJ系列直線振動(dòng)篩，用以脫除+0.5 mm粒級(jí)的高灰組分，篩下給入煤泥水旋流器入料桶；該種類型的直線振動(dòng)篩適用于物料的高效篩分作業(yè)，針對(duì)不同類型的物料可選擇不同的篩面傾角；采用雙電機(jī)自同步振動(dòng)器，提高篩機(jī)分級(jí)效率；篩機(jī)采用耐磨聚氨酯篩板，篩板具有開孔率高、分級(jí)效率高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

(2)篩下水通過渣漿泵給入分級(jí)旋流器，推薦選用FX500型號(hào)的水力分級(jí)旋流器，此型號(hào)的旋流器分級(jí)粒度在0.1～0.15 mm，可有效脫除-0.15 mm的高灰細(xì)泥。

(3)分級(jí)旋流器底流經(jīng)過調(diào)漿后給入螺旋分選機(jī)。LXA1200系列高效螺旋分選機(jī)采用復(fù)合曲線形狀，可最大程度的提高精煤回收率，并在螺旋的第3圈位置設(shè)置預(yù)先排矸出口，針對(duì)氣化渣高灰組分含量偏高的特點(diǎn)，可提前將此部分排出，為螺旋分選機(jī)的第3、4圈創(chuàng)造最佳的分選環(huán)境，提高螺旋分選機(jī)的分選精度[8-9]。

(4)經(jīng)過螺旋分選處理后的精煤產(chǎn)品仍含有高灰細(xì)泥，可通過選用高頻篩或疊篩進(jìn)行脫泥處理，推薦選用ZKJ-D系列疊層振動(dòng)篩，篩縫選擇為0.15 mm或0.2 mm。該系列疊層高頻振動(dòng)細(xì)篩采用進(jìn)口Martin振動(dòng)電機(jī)，篩機(jī)振動(dòng)加速度可達(dá)4～6 g；選用柔性聚氨酯篩網(wǎng)，篩網(wǎng)開孔率高達(dá)32%～45%，篩網(wǎng)使用壽命大于6個(gè)月，分級(jí)效率≥80%，適用于濕式細(xì)粒物料的高效篩分[10]。

(5)經(jīng)過高頻篩或疊篩處理后的螺旋精煤選用煤泥離心機(jī)進(jìn)一步脫泥、脫水，保證產(chǎn)品灰分與水分合格。

5 結(jié) 語

目前，以螺旋分選機(jī)為核心分選設(shè)備的煤基氣化渣分選回收工藝已成功在工業(yè)中應(yīng)用，運(yùn)行數(shù)據(jù)如下：煤基氣化渣來料灰分在50%～60%時(shí)，通過該工藝可實(shí)現(xiàn)螺旋精煤產(chǎn)品灰分在12%～14%，精煤產(chǎn)率在8%～12%，且螺旋尾礦灰分可在85%以上，多數(shù)可達(dá)90%，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤基氣化渣中碳基成分最大程度的回收利用。