煤矿选煤技术与环境保护的关系探究

吕淑芬

（黑龙江龙煤七台河矿业有限责任公司选煤技术部煤质科，黑龙江 七台河 154600）

由《2020 年煤炭行业发展年度报告》可知，2020 年全年我国煤炭产量达到了39.0x108t，同比增长1.40%，规模以上煤炭企业原煤产量达到了38.40x108t，同比增长0.90%。不断扩大的煤炭产量引起了人们对煤炭资源可持续开发利用、环境污染等一系列隐忧。而煤矿选煤技术是与环境污染绿色化治理、防控息息相关的技术。因此，探究基于环境保护的煤矿选煤技术就具有非常重要的意义。

一、煤矿选煤技术与环境保护的关系

煤矿选煤技术与环境保护存在密不可分的关系。应用以浮选、重介、动筛、跳汰等先进选煤技术，配合多样化洗选设备，可以脱除煤中所含的硫元素、灰分以及氮元素，减少燃用洗选煤氮氧化物、硫化物、烟尘排放量，为清洁空气环境的营造提供支持。特别是通过以水循环与资源综合利用为基础的煤炭高效分选技术，可以实现低品质热的利用，并将低品质热、矿物资源的利用作为附加条件，赋予高效分选过程，实现绿色选煤。绿色选后的煤炭灰分水平可以控制在3.00%～5.00%左右，切实达成建设绿色矿山的要求[1]。

二、基于环境保护的煤矿选煤技术应用方案

（一）化学选煤技术

化学选煤技术主要是利用强氧化剂、强碱、强酸等化学试剂，与原煤展开化学反应，促使原煤中的硫成分向其他脱除难度小的形态转变。特别是具有一定腐蚀性的强碱脱硫，可以在高温、高压情况下将全部黄铁矿硫、七成以上的有机硫去除。比如，在选矿浮选过程中可以直接投加火碱或片碱，或者溶解于水内后向原煤中喷洒，达到杂质沉淀、中和煤矿中污水酸性、脱去有害气体的效果[2]。其中片碱氢氧化钠脱硫含量应在20%-80%之间。

在化学选煤技术应用过程中，需要首先配置母液，母液有效成分多在0.50%左右，随后采取多级加入的方式，将母液稀释至所需浓度。在溶液稀释后，根据煤的浮选需要，选用转鼓真空过滤机进行Magnafloc1017 等高分子量过滤化学助剂脱水，降低原煤中水分含量。或者在连续式压滤机作业中加入Magnafloc156 等阴离子凝结化学助剂和Magnafloc1597 等阳离子型凝结助剂后离心，降低浮选浓缩槽中尾渣灰分子。若需要进一步降低原煤内污染成分，还可以使用1.00%～3.00%的DRIMAX1233 溶液或者超级吸水剂，提高原煤选煤效果。

（二）物理选煤技术

物理选煤技术是当前基于环境保护的煤矿选煤技术体系中最常见的一种技术，包括选择性絮凝、微泡浮选柱、小直径重介质旋流器、高梯度磁选、油团选煤、摩擦静电选煤等多种类型。将上述技术应用于黄铁矿，可以去除九成以上的灰分、硫，并提高精煤燃烧效率，减少1.0x106t/108t～1.5x106t/108t的硫排放，且成本仅为洗涤烟气脱硫成本的10.00%左右。

以小直径重介质旋流器为例，该技术主要适用于煤炭的精选脱硫环节，可以在部分黄铁矿在煤中嵌入分布较细密的难选煤或极难选煤中发挥良好的效果。比如，重介质旋流器分选50～0mm（13～0.5mm、0.5～0.04mm 级）不脱泥原煤的工艺，可以选择直径为200mm 或100mm 的特定结果重介质旋流器作为主选设备，利用细粒或超细粒的磁性加重质+水进行悬浮液配置，可在不设浮选的情况下简化选煤工艺，促使原煤灰分、全硫脱除率达到83.00%～90.0%之间。

（三）生物选煤技术

生物选煤技术主要是在酸碱值为3～6 的环境下，利用自养性氧化硫杆菌浸滤含硫矿浆，加速溶解煤中的硫铁矿，促使硫铁矿氧化分解为硫酸、铁离子，将硫酸溶解于水后将其从煤炭中排除。在溶解后进行原煤分选可以保证脱硫率（含无机硫、有机硫）在五成以上、七成以下，且具有装置简单的优良特点，仅需在原煤堆（或空气搅拌式反应器、水平转筒式反应器、管道式反应器内）上均匀撒施含自养性氧化硫杆菌的水，利用水的浸润作用，就可以在原煤中实现微生物脱硫，而脱去的硫也可以在原煤堆底部富集。但由于微生物对温度较为敏感，且自养性氧化硫杆菌生长速度较慢，处理周期长达数周，同时需要进行煤粉的破碎处理，成本较高，尚无工业方面的应用经验[3]。

除基于自养性氧化硫杆菌浸滤的选煤技术外，还可以选择微生物浮选脱硫技术（又可称之为微生物表面处理法）。该方法主要是基于在煤粉已破碎为微粒且与水混合后，利用悬浮液下通微细气泡附着于原煤、黄铁矿表面，在空气浮力带动下，原煤、黄铁矿可以共同上浮到水面这一原理。在上述原理支持下，可以将氧化亚铁硫杆菌等对黄铁矿较为敏感且专一性较强的微生物加入到悬浮液内，在该微生物加入到悬浮液后会粘附在黄铁矿表面，促使黄铁矿表面由以往的疏水性转变为亲水性，而原煤颗粒表面仍然为疏水性。此时，原煤颗粒会在空气、浮力带动下上浮到水面，黄铁矿则向下沉，实现黄铁矿脱离效果。这一技术具有处理时间短（数秒内）、脱硫率高但煤炭回收率低的特点。

三、基于环境保护的煤矿选煤技术展望

（一）循环综合加工

未来的煤矿选煤，不单单可以进行选煤加工，而且可以发展成为黑龙江龙煤七台河井下产出固体、气体、液体产品的循环综合加工利用基地。即发挥企业一体化运营管理调控作用，依据能源资源利用效率最大化、经济效益最大化方针，将产生于煤矿开擦过程的气体、固体、液体产品，进行综合加工利用。比如，对于煤矿中生产的煤矿、矸石等固体，在选煤环节分选的基础上，于坑口设置有利用价值矸石的就地发电模块；对于煤矿生产中产生的矿井水等液体产品，除部分商业外送外，还可在净化后用于选煤厂日常工业操作；对于煤矿井下生产中所产生的地热、抽排瓦斯等气体产品，进行发电、供热模块应用，形成一个分级分质利用的煤炭产品循环综合加工体系，最大限度降低选煤副产物对生态环境的负面影响。

（二）洗选深加工

在现有选煤环节分级、分质利用各种产品的基础上，加大投入，发展以煤矸石、煤泥为原料的综合利用热电厂，同时实现自备自用电、集中供暖以及矿区环节质量的改善。同时筹备建设更大的煤泥电厂，进一步压缩煤泥向外部输运商品煤中的掺入量，为外运商品煤质量、煤炭资源利用率同步提升提供依据。同时利用煤矸石、粉煤灰回收的高附加值产品，如氧化铝等，发展新型建材业。

（三）矿井水和瓦斯综合利用

未来，煤矿选煤技术将延伸到保水开采方面，即根据区域情况，完善矿井水设计方案，进行矿井地下水库的建设，降低工程投资。同时将井下抽放瓦斯发电作为煤炭选煤阶段瓦斯开发利用的首选，逐渐提高瓦斯发电总装机能力，降低高瓦斯煤矿温室气体排放量。

总结

综上所述，基于环境保护的煤矿选煤技术应用的本质是以煤炭洗选加工为基础，从净化煤烟型大气污染、土壤污染为目标，综合利用生物、物理、化学等技术对原煤进行洗选加工。通过原煤的洗选加工操作，可以大量压缩原煤中硫分、灰分以及其他有毒微量元素的量，降低煤矿开发、原煤使用对自然生态环境的污染，为环境保护助力。