浮選柱與“2+2”浮選機(jī)分選工藝的研究與應(yīng)用

胡 剛，王 磊，謝 保，焦劉軍，劉 帥，侯增芳，王 悅

(1.新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司洗煤分公司；2.新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司洗煤分公司 協(xié)莊選煤廠，山東 新泰 271221)

近年來(lái)，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下行壓力加大，煤炭市場(chǎng)形勢(shì)嚴(yán)峻，企業(yè)生存壓力巨大。為了增強(qiáng)精煤產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，提出精煤各項(xiàng)指標(biāo)保穩(wěn)定、再提高的要求。以協(xié)莊選煤廠為例，探索在現(xiàn)有浮選工藝的基礎(chǔ)上優(yōu)化升級(jí)，采用浮選柱與“2+2”浮選機(jī)聯(lián)合降灰工藝，增加煤泥分步釋放次數(shù)，從而將浮選精煤灰分降至合格指標(biāo)內(nèi)，避免重介精煤為浮選精煤“背灰”現(xiàn)象，既穩(wěn)定了精煤產(chǎn)品質(zhì)量，又最大化提升了精煤產(chǎn)率。

1 浮選工藝現(xiàn)狀及問(wèn)題

協(xié)莊選煤廠為礦井型煉焦煤選煤廠，設(shè)計(jì)入洗能力1.50 Mt/a，采用“預(yù)先脫泥—有壓兩產(chǎn)品旋流器主再選—TBS+螺旋分選機(jī)—一次浮選—尾煤泥壓濾”聯(lián)合分選工藝。浮選環(huán)節(jié)利用浮選柱對(duì)細(xì)粒煤泥一段分選，浮選精礦利用新型穿流壓濾機(jī)脫水處理后摻入精煤產(chǎn)品，浮選尾礦經(jīng)濃縮池沉降、壓濾機(jī)脫水后成為煤泥產(chǎn)品。

近年來(lái)，受井下開(kāi)采煤層加深、機(jī)械化程度的提高，以及山東省老礦區(qū)整體煤質(zhì)變差等影響，入洗原煤中原生煤泥量和次生煤泥量大幅增加，浮選入料中高灰細(xì)泥含量越來(lái)越高，導(dǎo)致浮選精煤灰分偏高、分選效率偏低。

(1)協(xié)莊選煤廠浮選入料中小于0.045 mm粒級(jí)含量63.99%，灰分64.28%(小篩分結(jié)果見(jiàn)表1)，導(dǎo)致浮選精礦中夾帶高灰細(xì)泥較多、灰分居高不下，重選“背灰”現(xiàn)象嚴(yán)重，阻礙了精煤產(chǎn)率的最大化提升[1-3]。浮選柱一段分選的精礦灰分為9.78%，比精煤產(chǎn)品灰分7.5%高2.28個(gè)百分點(diǎn)。

(2)高灰細(xì)泥含量增加導(dǎo)致煤泥分選難度增大，出現(xiàn)浮選精煤和尾煤不能同時(shí)達(dá)標(biāo)的情況，生產(chǎn)中為保證精煤灰分，尾礦灰分控制偏低；通過(guò)尾煤泥小浮沉試驗(yàn)，分析發(fā)現(xiàn)尾煤泥中存在20%～30%合格精煤，造成了優(yōu)質(zhì)資源的浪費(fèi)和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益損失[4-6]。

表1 浮選入料小篩分試驗(yàn)結(jié)果

2 可行性分析

2.1 浮沉試驗(yàn)

按照GB/T 478—2008煤炭浮沉試驗(yàn)方法對(duì)煤泥進(jìn)行小浮沉試驗(yàn)(見(jiàn)表2)。分析表2可知，當(dāng)精煤灰分取7.35%時(shí)，理論浮物產(chǎn)率為20.89%，表明現(xiàn)浮選系統(tǒng)未能充分回收優(yōu)質(zhì)精煤資源。

表2 壓濾煤泥小浮沉試驗(yàn)結(jié)果

2.2 分步釋放試驗(yàn)

按照GB/T 36167—2018對(duì)浮選入料進(jìn)行分步釋放試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

分析表3可知，將一次浮選尾礦灰分提至72.07%以上時(shí)，一次浮選精煤產(chǎn)率為58.68%，對(duì)應(yīng)精礦灰分為17.90%；二次浮選精煤產(chǎn)率為47.90%，對(duì)應(yīng)精礦灰分為10.06%；三次浮選精煤產(chǎn)率為40.58%，對(duì)應(yīng)精礦灰分為7.52%。表明采用三次浮選工藝，可實(shí)現(xiàn)浮選精煤深度降灰，此時(shí)對(duì)應(yīng)尾煤泥灰分達(dá)61.61%[7]。

表3 浮選入料分步釋放試驗(yàn)結(jié)果

2.3 工業(yè)試驗(yàn)

根據(jù)浮選工業(yè)性生產(chǎn)調(diào)試結(jié)果(見(jiàn)表4)，現(xiàn)浮選工藝可以保證浮選尾礦在75%以上，在現(xiàn)有浮選工藝的基礎(chǔ)上，進(jìn)行煤泥深度分選工藝優(yōu)化改造具有可行性[8]。

表4 浮選柱工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果

3 浮選降灰新工藝改造

3.1 二次浮選工藝的優(yōu)化探討

目前工業(yè)化應(yīng)用的浮選工藝主要包括：脫泥浮選、傳統(tǒng)一次浮選以及二次浮選。脫泥浮選工藝是將浮選入料中的高灰細(xì)泥脫除后，再進(jìn)行浮選回收，避免了高灰細(xì)泥夾帶對(duì)精礦灰分的影響，但小于0.045 mm粒級(jí)中含有大量細(xì)精煤，造成了優(yōu)質(zhì)精煤資源的浪費(fèi)[9-10]。傳統(tǒng)一次浮選工藝則采用浮選機(jī)或浮選柱一段分選，浮選柱能強(qiáng)化高灰微細(xì)煤泥選擇性分選回收，但高灰細(xì)泥含量較高時(shí)，一次浮選工藝仍無(wú)法避免浮選精礦中的高灰細(xì)泥夾帶。二次浮選工藝通過(guò)“一次粗選、二次精選”，可有效解決高灰細(xì)泥夾帶、精煤資源損失等難題[11-15]。

浮選柱產(chǎn)生的氣泡直徑小，氣泡分散度高，對(duì)微細(xì)顆粒物料分選更有利；浮選機(jī)具有“多點(diǎn)加油、多室調(diào)整”的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)入洗煤層多、煤質(zhì)變化大等特點(diǎn)，協(xié)莊選煤廠采用“浮選柱+浮選機(jī)”二次浮選工藝，其中浮選機(jī)采用“3+1”或“2+2”式精礦調(diào)節(jié)方式，通過(guò)將二次浮選高灰精礦給入二次浮選入料，將傳統(tǒng)“二次浮選”升級(jí)為“三次浮選”，確保浮選精煤灰分滿足要求。

3.2 改造方案

浮選入料經(jīng)浮選柱分選后，一次浮選精礦自流進(jìn)入二浮入料桶，經(jīng)礦漿預(yù)處理器調(diào)漿后進(jìn)入新增的XJM-S36-4型浮選機(jī)分選，浮選機(jī)一室、二室精礦灰分滿足要求，自流進(jìn)入二浮精礦池；三室、四室精礦灰分較高，回到二浮入料桶循環(huán)，避免了直接進(jìn)入精礦產(chǎn)品造成灰分超標(biāo)，實(shí)現(xiàn)浮選精礦的深度降灰。一次浮選尾礦及二次浮選尾礦則進(jìn)入φ30 m尾煤泥濃縮機(jī)濃縮沉降，由尾煤泥壓濾系統(tǒng)脫水處理后成為煤泥產(chǎn)品。

為保證浮精系統(tǒng)處理能力，確保浮選系統(tǒng)高效運(yùn)行，新增1臺(tái)HAZ700-2580×2000-UI型單室進(jìn)料空氣穿流壓濾機(jī)替代現(xiàn)2臺(tái)KMGZ400型壓濾機(jī)，二次浮選精礦經(jīng)單室進(jìn)料空氣穿流壓濾機(jī)脫水后成為浮選精煤。通過(guò)圓盤給料機(jī)將浮選精煤均勻給入精煤帶式輸送機(jī)，并由精煤混配機(jī)摻配均勻后成為精煤產(chǎn)品。改造完成前、后工藝流程對(duì)比見(jiàn)圖1。

圖1 改造完成前(左)、后(右)工藝流程對(duì)比

4 應(yīng)用效果

浮選柱與“2+2”浮選機(jī)降灰新工藝改造完成后，一浮尾礦灰分控制在75%以上，二浮精礦灰分十級(jí)、六級(jí)分別降低至9%、7.5%左右，比改造前浮精灰分分別降低1～1.5個(gè)百分點(diǎn)，浮精降灰效果顯著，避免了“重介背灰”現(xiàn)象，此工藝對(duì)類似采用浮選工藝的選煤廠具有借鑒意義。

新增浮選精礦壓濾機(jī)投入使用后，浮選壓濾能力提升，助力了浮選產(chǎn)能釋放，浮選系統(tǒng)可全負(fù)荷運(yùn)行，2021年浮選精煤產(chǎn)率提升3.92%；浮選精煤灰分降低后，徹底解決了“重介精煤背灰”現(xiàn)象，重介精煤平均灰分提升0.2%～0.5%，重介分選效率同步提升，改造完成后增加經(jīng)濟(jì)效益1 784萬(wàn)元/a。

5 結(jié) 語(yǔ)

協(xié)莊選煤廠結(jié)合煤質(zhì)特性和廠房結(jié)構(gòu)布局，創(chuàng)新采用浮選柱、“2+2”浮選機(jī)聯(lián)合分選工藝，通過(guò)增加浮選入料分步釋放次數(shù)，實(shí)現(xiàn)浮選精礦的深度降灰，避免了浮選柱精礦或浮選機(jī)全部精礦直接進(jìn)入精礦池造成浮選精煤灰分超標(biāo)的問(wèn)題，同時(shí)采用新型穿流壓榨壓濾機(jī)+圓盤給料機(jī)+煤泥混破機(jī)均質(zhì)摻配工藝，實(shí)現(xiàn)了精煤產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量的雙提升。