浮选柱与“2+2”浮选机分选工艺的研究与应用

胡 刚，王 磊，谢 保，焦刘军，刘 帅，侯增芳，王 悦

(1.新汶矿业集团有限责任公司洗煤分公司；2.新汶矿业集团有限责任公司洗煤分公司 协庄选煤厂，山东 新泰 271221)

近年来，随着市场经济下行压力加大，煤炭市场形势严峻，企业生存压力巨大。为了增强精煤产品的竞争力，提出精煤各项指标保稳定、再提高的要求。以协庄选煤厂为例，探索在现有浮选工艺的基础上优化升级，采用浮选柱与“2+2”浮选机联合降灰工艺，增加煤泥分步释放次数，从而将浮选精煤灰分降至合格指标内，避免重介精煤为浮选精煤“背灰”现象，既稳定了精煤产品质量，又最大化提升了精煤产率。

1 浮选工艺现状及问题

协庄选煤厂为矿井型炼焦煤选煤厂，设计入洗能力1.50 Mt/a，采用“预先脱泥—有压两产品旋流器主再选—TBS+螺旋分选机—一次浮选—尾煤泥压滤”联合分选工艺。浮选环节利用浮选柱对细粒煤泥一段分选，浮选精矿利用新型穿流压滤机脱水处理后掺入精煤产品，浮选尾矿经浓缩池沉降、压滤机脱水后成为煤泥产品。

近年来，受井下开采煤层加深、机械化程度的提高，以及山东省老矿区整体煤质变差等影响，入洗原煤中原生煤泥量和次生煤泥量大幅增加，浮选入料中高灰细泥含量越来越高，导致浮选精煤灰分偏高、分选效率偏低。

(1)协庄选煤厂浮选入料中小于0.045 mm粒级含量63.99%，灰分64.28%(小筛分结果见表1)，导致浮选精矿中夹带高灰细泥较多、灰分居高不下，重选“背灰”现象严重，阻碍了精煤产率的最大化提升[1-3]。浮选柱一段分选的精矿灰分为9.78%，比精煤产品灰分7.5%高2.28个百分点。

(2)高灰细泥含量增加导致煤泥分选难度增大，出现浮选精煤和尾煤不能同时达标的情况，生产中为保证精煤灰分，尾矿灰分控制偏低；通过尾煤泥小浮沉试验，分析发现尾煤泥中存在20%～30%合格精煤，造成了优质资源的浪费和企业经济效益损失[4-6]。

表1 浮选入料小筛分试验结果

2 可行性分析

2.1 浮沉试验

按照GB/T 478—2008煤炭浮沉试验方法对煤泥进行小浮沉试验(见表2)。分析表2可知，当精煤灰分取7.35%时，理论浮物产率为20.89%，表明现浮选系统未能充分回收优质精煤资源。

表2 压滤煤泥小浮沉试验结果

2.2 分步释放试验

按照GB/T 36167—2018对浮选入料进行分步释放试验，结果见表3。

分析表3可知，将一次浮选尾矿灰分提至72.07%以上时，一次浮选精煤产率为58.68%，对应精矿灰分为17.90%；二次浮选精煤产率为47.90%，对应精矿灰分为10.06%；三次浮选精煤产率为40.58%，对应精矿灰分为7.52%。表明采用三次浮选工艺，可实现浮选精煤深度降灰，此时对应尾煤泥灰分达61.61%[7]。

表3 浮选入料分步释放试验结果

2.3 工业试验

根据浮选工业性生产调试结果(见表4)，现浮选工艺可以保证浮选尾矿在75%以上，在现有浮选工艺的基础上，进行煤泥深度分选工艺优化改造具有可行性[8]。

表4 浮选柱工业试验结果

3 浮选降灰新工艺改造

3.1 二次浮选工艺的优化探讨

目前工业化应用的浮选工艺主要包括：脱泥浮选、传统一次浮选以及二次浮选。脱泥浮选工艺是将浮选入料中的高灰细泥脱除后，再进行浮选回收，避免了高灰细泥夹带对精矿灰分的影响，但小于0.045 mm粒级中含有大量细精煤，造成了优质精煤资源的浪费[9-10]。传统一次浮选工艺则采用浮选机或浮选柱一段分选，浮选柱能强化高灰微细煤泥选择性分选回收，但高灰细泥含量较高时，一次浮选工艺仍无法避免浮选精矿中的高灰细泥夹带。二次浮选工艺通过“一次粗选、二次精选”，可有效解决高灰细泥夹带、精煤资源损失等难题[11-15]。

浮选柱产生的气泡直径小，气泡分散度高，对微细颗粒物料分选更有利；浮选机具有“多点加油、多室调整”的优势。针对入洗煤层多、煤质变化大等特点，协庄选煤厂采用“浮选柱+浮选机”二次浮选工艺，其中浮选机采用“3+1”或“2+2”式精矿调节方式，通过将二次浮选高灰精矿给入二次浮选入料，将传统“二次浮选”升级为“三次浮选”，确保浮选精煤灰分满足要求。

3.2 改造方案

浮选入料经浮选柱分选后，一次浮选精矿自流进入二浮入料桶，经矿浆预处理器调浆后进入新增的XJM-S36-4型浮选机分选，浮选机一室、二室精矿灰分满足要求，自流进入二浮精矿池；三室、四室精矿灰分较高，回到二浮入料桶循环，避免了直接进入精矿产品造成灰分超标，实现浮选精矿的深度降灰。一次浮选尾矿及二次浮选尾矿则进入φ30 m尾煤泥浓缩机浓缩沉降，由尾煤泥压滤系统脱水处理后成为煤泥产品。

为保证浮精系统处理能力，确保浮选系统高效运行，新增1台HAZ700-2580×2000-UI型单室进料空气穿流压滤机替代现2台KMGZ400型压滤机，二次浮选精矿经单室进料空气穿流压滤机脱水后成为浮选精煤。通过圆盘给料机将浮选精煤均匀给入精煤带式输送机，并由精煤混配机掺配均匀后成为精煤产品。改造完成前、后工艺流程对比见图1。

图1 改造完成前(左)、后(右)工艺流程对比

4 应用效果

浮选柱与“2+2”浮选机降灰新工艺改造完成后，一浮尾矿灰分控制在75%以上，二浮精矿灰分十级、六级分别降低至9%、7.5%左右，比改造前浮精灰分分别降低1～1.5个百分点，浮精降灰效果显著，避免了“重介背灰”现象，此工艺对类似采用浮选工艺的选煤厂具有借鉴意义。

新增浮选精矿压滤机投入使用后，浮选压滤能力提升，助力了浮选产能释放，浮选系统可全负荷运行，2021年浮选精煤产率提升3.92%；浮选精煤灰分降低后，彻底解决了“重介精煤背灰”现象，重介精煤平均灰分提升0.2%～0.5%，重介分选效率同步提升，改造完成后增加经济效益1 784万元/a。

5 结 语

协庄选煤厂结合煤质特性和厂房结构布局，创新采用浮选柱、“2+2”浮选机联合分选工艺，通过增加浮选入料分步释放次数，实现浮选精矿的深度降灰，避免了浮选柱精矿或浮选机全部精矿直接进入精矿池造成浮选精煤灰分超标的问题，同时采用新型穿流压榨压滤机+圆盘给料机+煤泥混破机均质掺配工艺，实现了精煤产率和产品质量的双提升。