葫芦素选煤厂混煤洗选工艺的研究

刘钢枪

(中煤天津设计工程有限责任公司，天津 300131)

1 概述及存在的主要问题

葫芦素选煤厂原设计能力13.0 Mt/a，入洗原煤为不粘煤、长焰煤，采用了大于13 mm块煤浅槽分选、末煤不入洗的分选工艺，生产精煤和混煤产品。选煤厂为煤化工项目的配套工程，精煤与混煤掺配后，以原料煤和燃料煤的形式供给煤化工项目。原料煤质量要求：640 万t/a，灰分不大于12%、水分不大于15%、发热量Qnet，ar不小于24.27 MJ/kg；燃料煤质量要求：240 万t/a，灰分不大于19%、水分不大于15%、发热量Qnet，ar不小于21.76 MJ/kg。矿井投产后，实际煤质与原设计煤质有较大的出入，并且受井下地质条件影响，矿井产能较长时间内无法突破10.0 Mt/a，导致每年需调入约335万t低灰、低水精煤，与本矿精煤、混煤掺配，才能满足原料煤、燃料煤的数量和质量要求，同时剩余大量低品位混煤需要地销，增加了运输成本，降低了产品收益，为此，选煤厂规划建设混煤洗选系统。

2 煤质分析

选煤厂2018年9月完成了生产大样试验报告，原煤灰分为33.66%，原生煤泥产率为13.70%，灰分为31.57%，各粒度级原煤灰分均较高，煤质差。其中50～0.5 mm自然级浮沉组成见表1、小浮选试验见表2。

表2 小浮选试验结果

由表1可知：① 主导密度级为小于1.4 kg/L，产率为59.68%，灰分为5.18%；② 大于2.0 kg/L密度级产率为32.00%，灰分为89.22%；③ 1.5～2.0 kg/L之间各密度级含量均较少；④ 浮沉组成具有低密度物含量高、灰分低，高密度物含量较高、灰分高，中间密度物含量少的特点，对原煤的分选十分有利。

由表2可以看出：小浮选试验采用的捕收剂为煤油，起泡剂为仲辛醇、TF4，入料浓度为100 g/L。当捕收剂用量为1.2 kg/t、起泡剂(仲辛醇)为0.2 kg/t时，浮选精煤产率为52.20%、灰分为9.94%，尾矿产率为47.80%、灰分为56.02%。通过计算，可燃体回收率为69.10%，煤泥的可浮性为中等可浮。

3 分选工艺

3.1 混煤部分入洗

本矿原煤经简单分选后，可得到低灰、高发热量的精煤产品，发热量Qnet，ar26.35～26.78 MJ/kg，远高于用户对发热量的需求，故混煤加工需采用洗配相结合的生产方式。

为减少煤泥水系统负荷、降低生产加工成本，众多选煤厂采用脱粉入洗工艺，现有的分级设备也基本满足脱粉效率。然而由于葫芦素选煤厂原煤外在水分高，在13%～15%之间，并且矸石具有泥化现象，致使混煤成粘结状态、不松散，较难实现脱粉作业，只能采用部分入洗方式。在分选工艺研究过程中，同时调研了周边其他矿井生产状况，开采其他煤层时，原煤水分相对较低，物料相对松散，故混煤洗选系统设置了脱粉通道，以备未来之需，从而降低未来洗选加工成本。

3.2 洗选方案的比选

对于混煤部分入洗，制定了2个分选方案。并从煤质特征、产品用户质量要求，混煤浮沉组成等方面，对2个分选方案进行详细比选(处理能力均按照10.0 Mt/a考虑)。方案一：13～1 mm重介旋流器分选、1～0.25 mm粗煤泥干扰床分选、小于0.25 mm细煤泥浮选；方案二：13～1 mm重介旋流器分选、1～0.25 mm粗煤泥干扰床分选、小于0.25 mm细煤泥压滤。产品方案比选见表3，经济效益比选见表4。

由表3可知，2个方案均需调入低灰、低水、高发热量精煤，与本选煤厂精煤、混煤进行掺配才能满足产品用户质量和数量的要求。方案区别为煤泥处理方式的不同，方案一细煤泥进行浮选，浮选精煤全部掺入原料煤和燃料煤，尾煤灰分高，直接排弃，每年调入精煤143.07万t，调入精煤少；方案二煤泥直接回收，压滤煤泥灰分高、水分高、发热量低，只能将32.5万t/a掺入到产品煤中，每年调入精煤156.63万t，调入精煤量大，剩余59.62万t/a煤泥需要处理，压滤煤泥成胶凝状，无产品市场，只能与矸石一并丢弃，且有自燃的风险。

由表4经济效益比较可知，方案一的运输费用2 861.4 万元/a，浮选成本3 948.3万元/a，煤泥处理费用2 303万元/a，浮选精煤收入12 574.4万元/a，利润3 461.7万元/a；方案二的运输费用3 132.6万元/a，煤泥处理费用2 981万元/a，煤泥掺入原料煤和燃料煤收入7 989.5万元/a，利润1 875.9万元/a。方案一经济效益比方案二好。当然煤泥也可进行干燥处理，葫芦素选煤厂位于内蒙乌审旗，环保要求严格、本地区碳排放指标已满负荷，矿井不能新建锅炉房，无法为干燥设备提供可靠的热源，而电干燥处理能力小、使用案例少、加工成本高，因此煤泥干燥不具备实施条件，故选用方案一。

表3 产品方案比选

表4 经济效益比选

3.3 选煤方法

混煤采用预先脱泥、有压给料两产品重介旋流器进行分选，分选精度高、分选效率高、对煤质波动适应性强，非常适合本矿混煤浮沉组成特点；粗粒级煤泥总体含量较大，可选性为易选，采用干扰床分选机可取得非常好的分选效果，干扰床分选机自动化程度高、分选效率高。

对于混煤、粗煤泥分选采用的方法，在动力煤选煤厂已得到广泛的推广应用，最值得探讨的分选环节是细煤泥分选环节。本厂煤泥为中等可浮，根据小浮选试验表2分析，精煤抽出率在50%左右。2020年5月底，葫芦素选煤厂进行了再次采样，对煤泥进行再次浮选试验，验证浮选精煤抽出率、药剂消耗量和不同药剂对浮选效果的影响，选择出合适的浮选药剂，试验结果见表5。

依据不同药剂常规浮选试验数据，FDJ+Q1为最佳的浮选药剂组合，浮选精煤抽出率高、药耗低，当浮选精煤灰分为8.22%时，精煤产率可达到60%以上；由于本矿为低变质程度的不粘煤、长焰煤，煤中含氧官能团多，导致在浮选过程中，对煤的捕收能力较差，捕收剂用量偏高；通过煤泥小浮选试验、原生煤泥不同药剂常规浮选试验，充分证明选用适宜的药剂，精煤抽出率高、药剂可控制在3 kg/t。

由表6煤泥浮选效益比较可知，通过测算，(1)煤泥浮选，每年入浮煤泥为92.12万t，浮选精煤产量为46.06万t/a，掺入原料煤后产品价格为273 元/t，年销售收入为12 574.4万元，浮选成本为3 948.3万元/a，尾煤处理费用为2 303万元/a，煤泥浮选年总收入6 323.1万元；(2)煤泥直接回收，可掺入原料煤7.5 万t/a、年销售收入为2 047.5万元，可掺入燃料煤25 万t/a、年销售收入为5 942万元，剩余煤泥59.62万t/a需要处理，处理费用为2981万元/a，煤泥直接回收年总收入为5 008.5万元。煤泥浮选较直接回收，每年多创收6 323.1-5 008.5=1 314.6万元。设置浮选系统，置换出精煤产品，能减少外购精煤调入量，节约大量运输成本，也实现了煤泥减量化处理；考虑到本矿煤种变质程度、煤泥可浮性，为提高浮选精煤产率，可选用主、再浮分选工艺。

综上所述，混煤采用的分选方案为：13～0 mm混煤部分洗选，洗选工艺为13～1 mm有压两产品重介旋流器分选，1～0.25 mm干扰床分选机分选、小于0.25 mm细煤泥主再浮联合工艺。

表5 原生煤泥不同药剂常规浮选试验结果

表6 煤泥浮选效益比较

4 结 语

通过建设混煤分选系统，能够将大量的低品质混煤转化为高质量精煤，减少了混煤销售量和外购精煤调入量；混煤实行洗配相结合的生产方式，产品数量、质量有保证；对于入洗的混煤，实行三段式分选工艺，分选精度高、分效率高；设置浮选环节，置换出精煤，综合精煤产率高，企业经济效益好。