禾草沟煤业选煤厂煤泥水系统提质增效改造探讨

刘文辉，高禄江

(延安市禾草沟煤业有限公司，陕西 延安 717300)

禾草沟煤业选煤厂位于陕西省延安市子长市境内，于2012年投产运行，期间经多次技术改造目前产能提高到5.0 Mt/a，入选原煤为本矿5#气煤，精煤产品灰分为8.5%～9.2%、硫分为0.6%、黏结指数为85，为优质的炼焦配煤。选煤工艺为：块煤浅槽重介分选机预排矸+无压给料三产品重介质旋流器分选+干扰床分选机分选+一段浮选+尾煤泥压滤的联合工艺。

1 煤泥水系统原则流程

2017年粗煤泥干扰床分选机分选改造完成后的煤泥水系统原则流程如图1所示。

图1 煤泥水系统原则流程

改造完成后，干扰床分选机溢流精煤采用振动弧形筛进行脱水脱泥效果不理想，粗精煤泥产品高灰细泥夹带明显，为降低主选重选产品“背灰”[1]，生产中干扰床分选机顶水和密度设置偏低，导致干扰床分选机底流尾矿跑粗明显，尾矿灰分偏低。同时入选原煤矸石易泥化的特点使得洗选过程中次生煤泥量大，浮选入料粒度细、灰分高，一段浮选精煤高灰细泥夹带明显[2-3]，生产中为保证浮选精煤灰分不致太高导致尾矿灰分偏低。为减少宝贵的炼焦煤资源浪费，提高企业经济效益，在对生产现状分析和实验室采样试验的基础上，计划采用电磁筛改善干扰床分选机溢流精矿脱泥，采用螺旋分选机对干扰床分选机尾矿进行扫选[4]，采用两段浮选代替目前一段浮选工艺[5-7]，以稳定精煤产品指标，精煤产率最大化。

2 生产系统技术检查

2.1 煤泥水来料

为掌握选煤厂煤泥水系统现状，找准煤泥水系统提质增效切入点，对煤泥水系统来料进行采样，块煤系统、末煤系统磁选尾矿的筛分、浮沉结果见表1、表2。

表1 磁选尾矿粒度组成Table 1 Size analysis of magnetic tailings %

表2 >0.125 mm粒级中煤磁尾浮沉组成Table 2 Float-and-sink analysis data of >0.125 mm middlings magnetic tailings %

由表1、表2可知：块煤排矸系统磁尾>0.125 mm粒级粗煤泥产率为39.85%，灰分为12.30%，<0.125 mm粒级细煤泥产率为60.15%，灰分为59.86%，块煤磁尾进入后续分级、分选环节处理是必要的。重介质旋流器矸石磁尾各粒级灰分均在65%以上，总灰分达73.02%，进一步分选回收价值不大，该部分物料经分级浓缩，粗粒脱水后掺入矸石，细粒浓缩压滤进入尾煤泥是合理的。重介质旋流器中煤磁尾中>0.125 mm粒级粗煤泥产率为49.90%，灰分为35.28%，其中<1.4 g/cm3精煤产率为32.27%，灰分为6.47%，<0.125 mm粒级细煤泥产率为50.10%，灰分为65.75%，中煤磁尾进入后续分级、分选环节处理是必要的。

2.2 粗煤泥分级、分选

干扰床分选机入料分级浓缩及分选效果见表3。

表3 干扰床分选机入料分级浓缩及分选效果Table 3 Teetered-bed separator feed classification, thickening and separation result %

由表3可知：水力旋流器溢流综合灰分为50.50%，浓度为75.52 g/L，作为浮选入料灰分较高、浓度适中；>0.25mm粗粒级物料占6.56%溢流跑粗不明显，<0.045 mm细粒级物料含量高达67.20%，灰分为68.06%，溢流以高灰细泥为主，该部分物料进入浮选后选择性差，易通过夹带进入浮选精煤[8-11]。底流中<0.125 mm细粒级物料占15.37%，灰分为69.24%，底流夹细不多，旋流器分级效果良好。现行干扰床分选机操作制度下(顶水小、分选密度偏低)，干扰床分选机溢流>0.25 mm粒级产率为39.77%，灰分为5.01%，<0.125 mm细粒级产率为38.83%，灰分为65%，高灰细泥含量高，溢流脱泥效果对粗精煤泥灰分影响显著，对脱泥设备要求较高。干扰床分选机尾矿灰分为46.70%，尾矿中>0.5 mm粗粒级物料产率为46.94%，灰分为25.07%，底流跑粗严重。

增大干扰床分选机顶水、提高分选密度后重新采样，此时干扰床分选机尾矿灰分由46.70%提高到54.17%，干扰床分选机底流浮沉试验结果见表4，精煤泥离心机产品粒度组成见表5。

表4 >0.125 mm粒级干扰床分选机底流浮沉试验结果Table 4 Float-and-sink analysis data of the>0.125 mm size underflow of teetered-bed separator %

由表4和表5可以看出：干扰床分选机尾矿灰分提高后，>0.125 mm粒级物料综合灰分为52.40%，其中<1.8 g/cm3密度级物料产率为44.33%，综合灰分为25.20%，具有进一步分选回收价值；粗精煤泥产品中>0.25 mm粒级灰分仅为6.15%，<0.25 mm粒级产率为32.99%，灰分为40.77%，总粗精煤泥灰分高达17.57%，干扰床分选机分选充分下溢流精煤振动弧形筛脱泥效果差的问题凸显。

表5 精煤泥离心机产品粒度组成

2.3 浮选

子长地区原煤矸石易泥化的特点使得浮选入料粒度细、灰分高，浮选过程选择性差、浮选精煤高灰细泥夹带严重。该厂一段浮选工艺采用4台XJM-S16(四室)浮选机，生产中浮选精煤灰分控制在10%～10.5%，较销售精煤灰分高1.5%左右，尾煤泥灰分平均60%，继续提高浮选尾煤灰分时浮选精煤灰分将进一步提高，加剧重选产品的“背灰”问题。

在实验室内通过小浮选试验对该厂浮选入料进行了两段浮选试验，试验条件为：矿浆浓度为76.45 g/L，药剂用量为1 000 g/t，充气量为0.25 m3/(min·m2)，搅拌转速为1 800 r/min，浮选药剂选择该厂生产用复合药剂，结果见表6。

表6 浮选入料两段浮选试验结果Table 6 Laboratory 2-stage flotation test result %

由表6可知：单次充分浮选下，浮选尾煤灰分为83.31%，浮选精煤产率为48.20%；受高灰细泥夹带影响，浮选精煤灰分高达15.60%；一段浮选精煤经二段浮选，灰分降低到8.38%，产率为38.39%，此时综合尾矿灰分为77.04%，优于目前生产中一次浮选控制指标。通过一段粗选、二段精选兼顾浮选精煤、浮选尾矿灰分是可行的。

番茄的生长对于土壤要求低，土质疏松、排水性良好的砂质土最佳，在很多地区均可以生长。土壤通透性是否良好，将直接影响到番茄种植成果，而土壤的通透性将在很大程度上影响到番茄是否可以茁壮成长。如果缺少充分的氧气支持，土壤空气含氧量在2%以下，将影响到番茄植株生长。所以，应该保证生产基地地势平坦、土层深厚以及排水良好，pH值在6-7。

3 改造方案及预期效果

3.1 改造方案

在改善煤泥水脱水脱泥方面，电磁振动高频筛(以下简称电磁筛)以及叠筛在行业内均有成熟应用，结合该厂改造在空间上对叠筛的限制，计划采用电磁筛代替现有振动弧形筛对干扰床分选机溢流精矿进行脱泥降灰。电磁筛通常与浮选机、压滤机配合使用用于隔粗和粗煤泥回收，该设备整体属于双质体振动系统，通过电磁激振器驱动，使得筛网产生高频振动，而筛箱基本不动，具有振动频率高、振动强度大、筛网自清理能力强、筛面振幅分段可调、具有一定的弱分选降灰作用等优点[12]。

在提高干扰床分选机溢流脱泥效率的基础上，加大干扰床分选机顶水和分选密度，提高干扰床分选机精煤回收率及干扰床分选机尾矿灰分，同时为进一步回收尾矿有用成分，计划采用螺旋分选机对干扰床分选机尾矿进行扫选。螺旋分选机具有结构简单、无运动部件、运行成本低等特点，同时适宜高密度分选契合该厂干扰床分选机尾矿排矸需要[13]。

降低浮选精煤高灰细泥夹带可从降低机械夹带和泡沫水夹带两方面入手，常用方法包括：降低浮选入料浓度、控制调浆或浮选过程机械搅拌强度、浮选机内部增设稳流装置或振荡分离装置、增加喷淋水强化泡沫层的二次富集等[14-17]。降低浮选入料浓度在实际生产中应用较广，其他方法多处于研究探索阶段。该厂浮选入料浓度在70～80 g/L浓度适宜，采用降低浓度的方法会显著增加系统循环水量并不可取。此改造计划增加二段浮选机对一段浮选机扫选浮选精煤进行精选，在二段浮选机内经过搅拌调浆，浮选精煤表面罩盖夹带高灰细泥的情况得以改善，通过药剂竞争吸附实现浮选精煤与高灰细泥的分离从而降低浮选精煤灰分，两段浮选工艺在子长矿区已有成熟应用。

3.2 预期效果

采用电磁筛改善干扰床分选机溢流精煤脱泥效果，增加螺旋分选机对干扰床分选机底流尾矿进行再选的产品预测见表7。

表7 >0.125 mm粒级干扰床分选机入料和三产品分选结果预测Table 7 Teetered-bed separator′s>0.125 mm feed and predicted indices of 3 products %

由表7可知：粗精煤泥灰分要求9.20%时，干扰床分选机入料经有效分选的精煤回收率为70.20%；采用螺旋分选机对干扰床分选机尾矿进一步分选，扫选密度取1.800 g/cm3时，中煤产率为11.79%，最终粗矸灰分为69.73%。结合小浮选试验结果以及周边可比选煤厂浮选工艺指标，两段浮选改造完成后，通过调整浮选操作、药剂制度，可使浮选精煤灰分控制在9%左右，综合尾煤泥灰分控制在66%以上。

上述改造全部实施后，根据生产统计数据结合5#原煤大样结果，对选煤厂改造前后各产品的数质量预测见表8。

表8 改造前后选煤厂产品数质量平衡表Table 8 Quantity and quality balance before and after renovation %

改造后产品销售收入增加，精煤取820元/t，中煤取280元/t，增值税率13%，选煤厂年入选5.0 Mt原煤，改造后年增加精煤98 896 t，增加精煤收入7 177万元，年减少中煤11 980 t，减少中煤收入297万元。综合考虑改造新增和停用设备，预计系统净增加装机功率65 kW，加上新增备件、设备维修及浮选药剂等运行成本，每年新增成本约52万元。综合年增加效益6 828万元，经济效益显著。

4 结语

粗煤泥直接隔粗或分选提质回收工艺中，分级设备脱水、脱泥效果对粗精煤泥产品数质量指标影响显著，采用电磁筛或叠筛可提高脱泥效率、降低细泥污染，充分发挥粗煤泥分选设备潜力。

一段粗选、二段精选的两段浮选工艺在行业内应用日趋成熟，该工艺能够兼顾浮选精煤和尾矿灰分改善整体浮选指标，在煤炭开采深度提高、原煤中细粒物料含量增加、浮选工艺越来越普及的背景下，该工艺兼具灵活性和适用性。

随着煤炭精细化分选的深入，选煤厂实际生产中需要权衡不同工艺环节产品的灰分，从最大精煤产率原则出发，尽可能降低不同分选环节的“背灰”问题。