裕豐煤業(yè)煤泥深度分選工藝的技術(shù)研究

王建軍

（中煤華利山西煤炭銷售有限公司，山西 晉中 031300）

煤泥的深度分選加工是我國煤炭行業(yè)性難題。燃煤產(chǎn)生的煙塵、二氧化硫等污染物是導(dǎo)致大氣污染的重要原因，煤泥的燃燒更是重中之重。為適應(yīng)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)形勢(shì)要求，探索煤泥深度分選，通過利用前端技術(shù)提高煤炭品質(zhì)，改善中端燃燒過程，提升煤炭利用率，減少污染物排放、降低能源消耗已勢(shì)在必行[1-3]。

中煤華利裕豐煤業(yè)井田位于山西省臨汾市西南約57 km，鄉(xiāng)寧縣南部柏坡、坪頭一帶，行政區(qū)劃屬尉莊鄉(xiāng)及昌寧鎮(zhèn)管轄。井田面積9.68 km2，批準(zhǔn)開采2#、10#煤層，煤種屬于優(yōu)質(zhì)主焦煤，目前已探明儲(chǔ)量9957 萬t，保有儲(chǔ)量9440 萬t，服務(wù)年限28 a。礦井生產(chǎn)能力1.20 Mt/a，煤種為2#、10#主焦煤，煤質(zhì)優(yōu)良，低硫高黏結(jié)，是冶金、煉焦優(yōu)質(zhì)用煤[4]。

中煤華利裕豐煤業(yè)公司隨著開采時(shí)間的不斷增長，其井下采煤機(jī)械化程度不斷提高，在以旋流器為核心的選煤工藝中，煤泥含量越來越高。裕豐煤業(yè)公司原煤當(dāng)前選用脫泥+無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器+三錐角粗煤泥分選+浮選+煤泥濃縮壓濾工藝，分選后煤泥產(chǎn)率高達(dá)35.22%。對(duì)煤泥進(jìn)行浮選等提質(zhì)研究，存在效率低、成本高等問題，效果不佳。為有效解決煤泥銷售困難、煤泥頂庫停產(chǎn)、污染環(huán)境等問題，裕豐煤業(yè)公司選煤廠提出了煤泥資源化利用新途徑，通過煤泥分級(jí)深度分選工藝，回收煤泥中的中煤、精煤資源。裕豐煤業(yè)公司選煤廠在對(duì)煤泥特性分析基礎(chǔ)上提出水力旋流器分級(jí)+正-反浮選煤泥深度分選工藝，通過試驗(yàn)確定水力旋流器型號(hào)、入料壓力、正浮選和反浮選捕收劑用量等最優(yōu)工藝參數(shù)[5]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

煤泥樣品取自中煤華利裕豐煤業(yè)公司，正浮選捕收劑采用“失水山梨醇單油酸酯+柴油”混合制備的復(fù)配捕收劑，正浮選起泡劑采用“戊醇+仲醇”混合制備的混合醇起泡劑KD-1Q，反浮選采用十二胺鹽酸鹽/脂肪酸復(fù)配捕收劑（濃度0.124 mol/L），反浮選抑制劑采用糊精。試劑采自國藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑有限公司。

1.2 試驗(yàn)流程

設(shè)計(jì)的煤泥深度分選工藝流程如圖1。第一步，準(zhǔn)確稱取一定量煤泥和水，均勻攪拌后調(diào)節(jié)礦漿濃度為100 g/L，煤泥以礦漿形式進(jìn)入攪拌桶；第二步，攪拌均勻后，通過渣漿泵將煤泥水打到水力旋流器濃縮分級(jí)；第三步，水力旋流器底流作為正浮選入料，加入起泡劑和捕收劑后進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁π髌饕缌髯鳛榉锤∵x入料，加入捕收劑和抑制劑后進(jìn)行充分?jǐn)嚢?；第四步，正浮選泡沫產(chǎn)物采用精煤壓濾機(jī)回收得到合格精煤+尾煤，反浮選為富含高嶺石尾煤+精煤，將正浮選尾煤和反浮選精煤混合形成中煤產(chǎn)品[6]。

圖1 煤泥深度分選工藝流程示意圖

1.3 分級(jí)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

煤泥水經(jīng)均勻攪拌后，輸送至水力旋流器進(jìn)行分級(jí)，水力旋流器運(yùn)行時(shí)間5 min 后收集水力旋流器的溢流和底流。水力旋流器入料壓力設(shè)置為0.12 MPa、0.24 MPa 兩種情況[7]，設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)和筒體直徑不同（1#、 2#、3#、4#、5#）的五種水力旋流器（水力旋流器筒體直徑依次減小）進(jìn)行分選試驗(yàn)，如圖2。

圖2 水力旋流器分級(jí)系統(tǒng)

1.4 浮選試驗(yàn)

水力旋流器底流正浮選工藝及過程：第一步，旋流器底流加入浮選槽中，調(diào)漿2 min 后加入“失水山梨醇單油酸酯+柴油”復(fù)配捕收劑；第二步，攪拌2 min 后加入混合醇起泡劑KD-1Q；第三步，攪拌30 s 后開始刮泡，刮泡時(shí)間4 min。漿濃度設(shè)置為100 g/L，復(fù)配捕收劑用量設(shè)置為200 g/t、400 g/t、600 g/t 三種情況，混合醇起泡劑KD-1Q 用量為100 g/t，采用XFD-1.5L 掛槽型浮選機(jī)。

水力旋流器溢流反浮選工藝及過程：第一步，旋流器底溢流加入到浮選槽中，調(diào)漿2 min 后加入十二胺鹽酸鹽/脂肪酸復(fù)配捕收劑；第二步，攪拌2 min 后加入糊精抑制劑；第三步，攪拌30 s 后開始刮泡，刮泡時(shí)間3 min。漿濃度設(shè)置為60 g/L，復(fù)配捕收劑用量設(shè)置為800 g/t、1200 g/t、1600 g/t 三種情況，糊精用量為1000 g/t，采用XFD-1.5L 掛槽型浮選機(jī)。

2 結(jié)果與討論

2.1 煤泥性質(zhì)分析結(jié)果

中煤華利裕豐煤業(yè)公司洗選加工后得到的煤泥工業(yè)分析結(jié)果見表1。洗選加工后煤泥灰分高達(dá)34.22%，其中含有大量的精煤，造成大量精煤損失如將含大量精煤的煤泥直接燃燒處理，既浪費(fèi)了資源又增加了環(huán)保壓力，因此有必要對(duì)煤泥進(jìn)行深度分選[8]。

表1 煤泥工業(yè)分析結(jié)果 %

采用D8ADVANCE 型X-射線衍射儀對(duì)煤泥進(jìn)行礦物組成分析，XRD 分析結(jié)果如圖3，煤泥XRF分析結(jié)果見表2。從表2 和圖3 數(shù)據(jù)分析可知，裕豐煤業(yè)煤泥中主化學(xué)成分主要為二氧化硅和三氧化二鋁，成分分別為17.33%和13.01%。經(jīng)分析可知純高嶺石中三氧化二鋁與二氧化硅的理論摩爾比為2:1，這一數(shù)據(jù)表明在煤泥中不僅含有高嶺石，還應(yīng)該單獨(dú)含有石英。煤泥的礦物主體為石英和高嶺石。

表2 煤泥XRF 分析結(jié)果 %

裕豐煤業(yè)煤泥粒度組成如表3 所示。＜0.045 mm 粒 級(jí) 產(chǎn) 率 達(dá) 到64.52%， 灰 分 為41.01%；0.074～0.045 mm 粒 級(jí) 產(chǎn) 率 達(dá) 到6.98%，灰 分 為19.68%；0.125～0.074 mm 粒級(jí)產(chǎn)率達(dá)到7.08%，灰分為18.01%。綜上，煤泥粒度主要由細(xì)顆粒組成，在煤泥水中含有大量的泥化礦物。結(jié)合以往研究結(jié)果可知，細(xì)顆粒主要為高嶺石，能采用水力旋流器來實(shí)現(xiàn)高嶺石富集。

表3 煤泥試樣的粒度組成

2.2 水力旋流器分級(jí)試驗(yàn)結(jié)果

從1#～5#水力旋流器，其筒體直徑是逐漸變小的，其分級(jí)粒度從偏粗逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠?xì)，處理量從較大逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檩^小。1#水力旋流器筒體直徑較大，分級(jí)粒度偏粗；5#水力旋流器筒體直徑較小，分級(jí)粒度偏細(xì)，但是處理量較小。綜合分級(jí)粒度及處理量兩方面因素，確定選擇筒體直徑偏小的2#、3#、4#水力旋流器作為試驗(yàn)設(shè)備，試驗(yàn)結(jié)果見表4、表5。

表4 不同入料壓力條件下水力旋流器分級(jí)結(jié)果

表5 不同粒度條件下水力旋流器分級(jí)結(jié)果

從分級(jí)試驗(yàn)可知，隨著旋流器筒體直徑減?。◤?#旋流器至4#旋流器），溢流產(chǎn)率表現(xiàn)為逐漸減小趨勢(shì)，灰分表現(xiàn)為逐漸增加趨勢(shì)。主要原因：溢流中含的細(xì)顆粒礦物主要為微細(xì)高嶺石（不可燃），隨旋流器直徑減小溢流中二氧化硅與三氧化二鋁的摩爾比逐漸減小，表明煤泥中一部分石英進(jìn)入底流，微細(xì)高嶺石在溢流中產(chǎn)生富集；分級(jí)粒度表現(xiàn)為逐漸減小趨勢(shì)。綜合對(duì)比可知，當(dāng)采用4#水力旋流器，入料壓力為0.24 MPa 時(shí)，溢流灰分達(dá)39.63%，脫泥效果較好。因此入料壓力確定為0.24 MPa。

2.3 正浮選試驗(yàn)結(jié)果

確定其他試驗(yàn)條件一致的情況下，采用2#、3#、4#水力旋流器在“失水山梨醇單油酸酯+柴油”復(fù)配捕收劑用量不同（200 g/t、400 g/t、600 g/t）時(shí)分別進(jìn)行正浮選試驗(yàn)，得到精煤產(chǎn)率和精煤灰分?jǐn)?shù)據(jù)，見表6。

表6 “失水山梨醇單油酸酯+柴油”復(fù)配捕收劑用量對(duì)正浮選效果的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)復(fù)配捕收劑用量從200 g/t 增大至600 g/t 時(shí)，三種水力旋流器精煤產(chǎn)率和精煤灰分均表現(xiàn)為增大趨勢(shì)；當(dāng)復(fù)配捕收劑用量一定時(shí)，水力旋流器筒體直徑越小，精煤產(chǎn)率越低，水力旋流器筒體直徑越大，精煤產(chǎn)率越高。2#水力旋流器筒體直徑較大，其精煤產(chǎn)率最高（分別為76%、82%、89%），其底流產(chǎn)物中細(xì)顆粒含量最小。當(dāng)復(fù)配捕收劑用量為200 g/t 時(shí)，4#水力旋流器精煤灰分最小為11.95%。綜上所述，確定正浮選試驗(yàn)復(fù)配捕收劑用量為200 g/t 較為合理。

1）隨著復(fù)配捕收劑用量的增加，精煤的產(chǎn)率和灰分也增加。隨著礦漿中復(fù)配捕收劑濃度增加，更多的顆粒尤其灰分高的顆粒吸附了捕收劑，造成精煤灰分逐漸增加。2）在復(fù)配捕收劑相同條件下，水力旋流器筒體直徑增大，其精煤產(chǎn)率逐漸增大。水力旋流器的分級(jí)粒度隨著筒體直徑的增大而增大。3）細(xì)顆粒的比表面積大，在浮選過程中會(huì)吸附更多的藥劑，因此在相同的藥劑用量下，4#水力旋流器底流的浮選產(chǎn)率要低于2#和3#水力旋流器。4）因礦漿中細(xì)顆粒含量增加，細(xì)泥罩蓋和競(jìng)爭吸附，造成精煤產(chǎn)率下降。

2.4 反浮選試驗(yàn)結(jié)果

確定其他試驗(yàn)條件一致的情況下，采用2#、3#、4#水力旋流器在十二胺鹽酸鹽/脂肪酸復(fù)配捕收劑用量不同（800 g/t、1200 g/t、1600 g/t）時(shí)分別進(jìn)行反浮選試驗(yàn)，得到精煤產(chǎn)率和精煤灰分、尾煤產(chǎn)率和尾煤灰分?jǐn)?shù)據(jù)，見表7。

表7 十二胺鹽酸鹽/脂肪酸復(fù)配捕收劑用量對(duì)反浮選效果的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)復(fù)配捕收劑用量從800 g/t 增大至1600 g/t 時(shí)，三種水力旋流器精煤產(chǎn)率、精煤灰分、尾煤灰分均表現(xiàn)為降低趨勢(shì)，尾煤產(chǎn)率表現(xiàn)為升高趨勢(shì)。在復(fù)配捕收劑用量為800 g/t 時(shí)，2#、3#、4#水力旋流器的精煤產(chǎn)率分別為62.25%、63.05%、64.31%， 精 煤 灰 分 分 別 為15.11%、16.24%、17.09%；當(dāng)復(fù)配捕收劑用量一定時(shí)，水力旋流器筒體直徑越小，精煤產(chǎn)率、精煤灰分、尾煤灰分均表現(xiàn)為越大趨勢(shì)，而尾煤產(chǎn)率表現(xiàn)為越小趨勢(shì)；復(fù)配捕收劑用量從800 g/t 增大至1600 g/t 時(shí)，4#水力旋流器反浮選精煤灰分從17.09%降低到15.30%，反浮選尾煤灰分從75.43%降低到59.32%；復(fù)配捕收劑用量為800 g/t 時(shí)，4#水力旋流器反浮選尾煤煅燒后SiO2、Al2O3含量分別為53.45%、42.42%，為優(yōu)質(zhì)工業(yè)原料。綜上所述，確定反浮選試驗(yàn)復(fù)配捕收劑用量為800 g/t。

2.5 產(chǎn)品綜合分析

確定試驗(yàn)條件：入料壓力0.24 MPa，正浮選復(fù)配捕收劑用量為200 g/t，反浮選復(fù)配捕收劑用量為800 g/t 時(shí)。2#、3#、4#水力旋流器產(chǎn)品產(chǎn)率及灰分見表8。從表8 數(shù)據(jù)可知，采用4#水力旋流器做為煤泥深度分選設(shè)備，正浮選獲得的合格精煤產(chǎn)率達(dá)34.42%、灰分為10.88%，反浮選獲得含有高嶺石的尾煤其產(chǎn)率為14.37%。對(duì)比以往直接含34.22%灰分的煤泥，采用4#水力旋流器+正-反浮選聯(lián)合處理煤泥工藝，可以有效地起到對(duì)煤泥的減量化處理，提出了一種煤泥資源化利用新途徑，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。

表8 2#、3#、4#水力旋流器產(chǎn)品產(chǎn)率及灰分 %

3 結(jié)論

煤泥主要指選煤廠生產(chǎn)過程中伴生的副產(chǎn)品，根據(jù)選煤工藝不同，分為浮選尾煤和其他煤泥。當(dāng)前我國選煤廠的煤泥產(chǎn)量大、污染嚴(yán)重。針對(duì)裕豐煤業(yè)煤泥特性，提出了一種采用水力旋流器分級(jí)+正-反浮選的煤泥深度分選提質(zhì)的新思路，通過試驗(yàn)確定了最優(yōu)工藝參數(shù)為：4#水力旋流器，入料壓力0.24 MPa，正浮選復(fù)配捕收劑用量為200 g/t，混合醇起泡劑KD-1Q 用量100 g/t，反浮選復(fù)配捕收劑用量為800 g/t 時(shí)，糊精用量為1000 g/t。可回收產(chǎn)率達(dá)34.42%、灰分為10.88%的合格精煤，回收產(chǎn)率為24.17 %、灰分17.01%的中煤，回收產(chǎn)率為14.37%的高嶺石尾煤，經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)效益顯著。通過對(duì)裕豐煤業(yè)煤泥的水力旋流器分級(jí)+正-反浮選的煤泥深度分選新工藝，實(shí)現(xiàn)了煤泥減量化，降低生產(chǎn)成本，該技術(shù)可為同類型企業(yè)的煤泥減量化提供借鑒。