燕家河选煤厂低阶煤煤泥浮选现状与技术探索

段建中，张新志，赵永帽，宋子英，杨建民

(1.旬邑县中达燕家河煤矿有限公司，陕西 咸阳711302；2.山西天海玉杰选煤设备有限公司，山西 临汾042100)

低阶煤多指长焰煤、弱粘煤、不粘煤、褐煤等低变质程度煤，我国低阶煤储量丰富，低阶煤储量占已发现煤炭资源储量的40%左右[1-2]。目前，低阶煤洗选加工后一般作为电煤使用，部分作为化工用煤。低阶煤经过分选后，得到块煤(块精煤)、末煤(末精煤、混煤等)和煤泥(粗煤泥和细煤泥)，其中粗煤泥分选后可掺入混煤销售；对于产率约为10%的细煤泥，由于灰分高、水分高、发热量低，难以实现有效利用。如果这部分煤泥不洗选，压滤脱水后直接回掺到精煤中，则因煤泥黏度大引起排料不连续等问题，导致精煤与煤泥掺混不匀，严重影响精煤质量。

受煤炭经济形势的影响，我国西部地区大量低阶煤煤泥直接被当作尾矿丢弃，或者堆存在矿区附近的空地内，不仅造成煤炭资源的流失，还增加企业的管理成本，同时影响矿区的生态环境。提高煤泥发热量的途径是脱水或降灰，脱水一般采用干燥手段，降灰一般采用浮选手段。由于低阶煤的煤质特性，煤泥干燥遇到了成本控制、安全保障、水分复吸等技术难题。

对于煤泥浮选提质方面，由于低阶煤含有丰富的含氧官能团，且孔隙发达，疏水性差[3-4]，低阶煤煤泥难以实现有效浮选。在浮选过程中，水分子极易在低阶煤表面形成一层紧密的水化膜，阻碍捕收剂分子在煤粒表面吸附，致使其可浮性差，浮选效果不佳[5]。在浮选体系中，一般需要数十倍于焦肥煤的浮选剂用量才能获得较理想的精煤产率，采用常规浮选工艺很难获得理想的经济效益[6-7]。

1 低阶煤煤泥难浮机理

低阶煤煤粒的表面孔隙度高，侧链含氧官能团发达，因而其天然可浮性差，采用常规浮选工艺难以回收细粒精煤。究其原因有三个方面：一是煤粒表面含氧官能团多，易与水分子形成氢键，导致水化膜排列紧密，烃类油不易在煤粒表面铺展，而以油滴形式存在；二是低阶煤煤粒表面孔隙度发达，毛细现象显著，孔隙吸油造成药剂用量大；三是烃类油在水中不易分散，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点[8-9]。

低阶煤中的氧主要以含氧官能团形式存在，其中褐煤氧含量在20%以上，且低阶煤中含有大量的羧基等酸性基团[10]。低阶煤煤粒表面丰富的含氧官能团易与水分子形成氢键，从而阻碍油分子在煤粒表面吸附。采用不同的低阶煤煤样得出的孔隙分布和孔隙特征存在一定差异，但其孔隙对低阶煤煤泥浮选的影响不可否认。

经过乳化处理的捕收剂更易在水中分散，有利于降低低阶煤煤泥浮选的药剂用量。吕玉庭等[11]的研究表明：DR煤油乳化液的捕收能力强，稳定性好，在浮选效果相近的情况下，可以节省40%左右的煤油。阮继正等[12]的研究表明：在精煤产率相同的情况下，乳化柴油用量比单纯的柴油用量少70%；在药剂用量相同的情况下，乳化柴油与柴油所捕收的精煤产率大体相同，但乳化柴油捕收的精煤灰分较低。由于烃类油等捕收剂在水中不易分散，导致煤泥浮选效果欠佳，而采用超声乳化药剂或高性能药剂等可以促进捕收剂与煤泥表面的相互作用。

2 燕家河选煤厂浮选生产现状

2.1 存在问题

燕家河选煤厂始建于2002年，是一座设计能力为2.00 Mt/a的矿井型动力煤选煤厂。入选原煤为不粘煤，具有中低灰、中低硫的特点。通过原煤煤质分析(表1)可以看出：煤样Mt为14.20%，Aad为44.60 %，Qnet,ad仅为16.82 MJ/kg，说明原煤不经洗选无法满足发电厂用煤需要。

燕家河选煤厂原煤采用重介分选工艺，没有浮选系统，原来的产品结构见表2。由表2可知：原煤经过洗选后，精煤产率和灰分分别为42%和9%，精煤产品灰分大幅降低，发热量达到25.95 MJ/kg。随着原煤入选比例的增加和原煤质量的下降，煤泥占入选原煤的比例达到25 %，灰分在40%以上。但煤泥市场销售价格偏低，不但不能创造出可观的经济效益，而且造成大量煤炭资源浪费。

表1 燕家河选煤厂原煤煤质

表2 燕家河选煤厂产品结构

由于燕家河选煤厂选煤工艺不够完善，缺少针对煤泥的分选工艺，由此带来了一系列问题，主要表现如下：

(1)<0.5 mm粒级粉煤含量多，占入选原煤总量的25%；<0.5 mm粒级煤泥采用浓缩-压滤工艺回收，压滤产品作为尾煤销售，造成大量煤炭资源浪费。

(2)<0.5 mm粒级煤泥采用浓缩-压滤工艺回收，由于尾煤数量多，所需压滤时间长，导致企业生产成本增加，且不利于选煤厂的高效管理。

(3)在销售不畅的情况下，煤泥大量堆积，不但占用大量土地资源，而且容易产生粉尘，对选煤厂周边环境造成污染，不利于现场作业人员的身体健康。

2.2 浮选生产现状

经过多方调研和论证，结合燕家河选煤厂的发展需要，决定对选煤工艺进行改造。考虑到<0.5 mm粒级煤泥产率高、灰分高的问题，为了减轻直接浓缩-压滤带来的煤炭资源浪费等问题，采用浮选-浓缩-压滤工艺对其进行处理。其中，采用真空加压过滤机对浮选精煤进行脱水，浮选尾煤经过浓缩后采用真空加压过滤机脱水。为此，引入1台XJM-S 28浮选机，2台真空加压过滤机，构建浮选系统。

燕家河选煤厂的煤泥粒度组成见表3。由表3可知：<0.045 mm粒级是煤泥的主导粒级，产率为51.90%，灰分高达47.15%，主导粒级的粒度偏细对浮选生产不利；<0.045 mm粒级灰分大于平均灰分，说明矸石易于泥化。

表3 燕家河选煤厂煤泥粒度组成[13]

在增加浮选系统后，在添加捕收剂和起泡剂的条件下，配置药剂乳化装置，对<0.5 mm粒级煤泥分选，得到了产率为55.56%、灰分为16.00%的浮选精煤，对应的浮选尾煤灰分高达75%，产品发热量由原来的13.81 MJ/kg提高到现在的22.63 MJ/kg，能够很好地满足生产需要(表4)。煤泥通过浮选提质后，尾煤产量大大减少，有助于促进选煤厂地可持续发展，选煤厂的经济效益得到提高。此外，采用浓缩-压滤工艺对浮选尾煤处理后，尾煤压滤时间减少，压滤效率大幅提高。

表4 燕家河选煤厂煤泥浮选主要技术指标

增加浮选系统前后的主要技术经济指标对比结果见表5。从表5可知：增加浮选系统后，部分精煤得到回收，目前回收的精煤数量约为15万t；按目前的煤炭产品销售价格，在煤泥入浮量相同的情况下，每年销售收入增加1 875万元，经济效益相当可观。

表5 增加浮选系统前后的主要技术经济指标对比结果

3 低阶煤煤泥浮选技术探索

目前，国内低阶煤煤泥浮选较少，燕家河选煤厂对低阶煤煤泥的成功浮选，开辟了我国低阶煤煤泥浮选的先河[13]，对同类选煤厂的煤泥浮选具有重要参考价值。研究燕家河选煤厂低阶煤煤泥成功浮选的原因，主要有以下两方面：

(1)浮选系统设计合理。燕家河选煤厂原煤中<0.5 mm细粒煤含量高，以<0.045 mm粒级为主导粒级，灰分高达47.15%，且矸石易于泥化，传统的煤泥直接浓缩-压滤等工艺难以实现这类煤泥的有效回收。为此，采用浮选-浓缩-压滤工艺对其进行处理，且XJM- S28 浮选机、真空加压过滤机适应能力强，能够有效实现这类煤泥的有效分选和回收。

(2)柴油采用乳化方式给药。在浮选生产过程中，为了实现低阶煤煤泥的高效提质，需要综合考虑低阶煤的表面特性和浮选剂性质。低阶煤表面粗糙，孔隙发达，表面极性基团含量多，许多亲水性黏土矿物等易粘附在煤粒表面，导致低阶煤煤粒亲水性提高。因此，传统的烃类油捕收剂难以在低阶煤煤粒表面高效铺展，一般药剂用量不能很好地捕收这类煤粒。考虑柴油在水中分散后油滴尺寸大、黏度高等问题，采用乳化柴油作为捕收剂，使柴油分子在水中充分分散，以提高其捕收性能。

4 结语

在合理的系统设计和具有针对性的设备选型及乳化柴油的配合下，低阶煤煤泥实现了成功浮选，并为燕家河选煤厂带来了可观的经济效益，对其他企业的低阶煤浮选具有借鉴意义。但低阶煤煤泥浮选过程中出现的问题必须重视，如低阶煤煤质具有特殊性，采用传统浮选剂时药剂用量偏大，因此未来需要研制高性能的浮选剂，以满足这类煤泥浮选的需要。