煉焦煤選煤廠中矸磁尾回收精煤及工藝調整策略

李鳳濤，周 偉，王淑杰，吳念剛，李建波，劉亮亮，李 亮

(1.北京中煤煤炭洗選技術有限公司，山西 朔州 036000；2.安徽理工大學，安徽 淮南 232001)

煤炭洗選加工是煤炭高效潔凈利用的源頭技術，目前我國有各種規模的選煤廠近1 800座，其中濕法選煤廠占主導地位。原煤不脫泥全粒級分選工藝是我國主要選煤工藝之一[1-2]，主洗設備主要有重介質旋流器和跳汰機等，一般將入洗原煤分選為3個煤流走向，分別是精煤段、中煤段和矸石段；以上主洗設備的分選下限一般為0.5 mm，在工況參數良好的情況下分選下限可進一步降低，但穩定性偏差。總之，在實際生產過程中，-0.5 mm粒級的煤泥未在主洗設備中得到充分有效的分選，其流向精煤段、中煤段和矸石段具有一定的隨機性。由于設備及工藝的局限，目前僅對精煤段中-0.5 mm的煤泥用浮選方法進一步進行分選，而中煤段和矸石段的煤泥不再進一步進行分選，造成煤炭資源的浪費。為驗證并解決目前煉焦煤選煤廠普遍存在的上述問題，以兩淮地區某中央型煉焦煤選煤廠為例，開展中、矸磁尾煤泥性質的試驗研究。

兩淮地區某中央型煉焦煤選煤廠是目前亞洲單體最大的煉焦煤選煤廠，該廠2007年8月投產，設計規模 120 Mt/a，工藝流程為：50～0.5 mm采用1 500 mm大直徑無壓三產品重介旋流器分選，精煤磁選尾礦采用煤泥重介質旋流器進行分選，細煤泥脫泥浮選，浮選精煤采用加壓過濾脫水，尾煤泥濃縮后壓濾脫水回收，實現選煤廠洗水閉路循環[3-4].

1 中煤和矸石磁選尾礦粒度及密度組成

判斷中煤和矸石磁選尾礦是否存在精煤損失，最簡單有效的方法就是采集相關樣品，對粒度及密度進行分析。采集上述選煤廠中煤和矸石磁選尾礦進行篩分、浮沉、激光粒度測試等試驗分析。

1.1 小篩分試驗分析

中煤和矸石磁選尾礦小篩分數據見表1，表2.

表2 矸石磁選尾礦小篩分結果表

由表1數據可知，-0.045 mm為主導粒級，產率占33.26%，灰分較高，且灰分高到73.14%；+0.5 mm含量最少，產率為7.65%，灰分最低為14.49%；0.25～0.045 mm累計產率為44.22%，平均灰分為38.00%；隨著粒徑的減小，灰分逐漸升高；說明在中煤磁選尾礦中存在精煤損失現象。

表1 中煤磁選尾礦小篩分結果表

矸石磁選尾礦整體呈灰白色，直觀判斷灰分較高，進行0.045 mm濕篩、烘干后，進行灰分測試，試驗結果見表2.由表2可知+0.045 mm和-0.045 mm粒級的灰分均在70%以上，說明在矸石磁選尾礦中不存在精煤損失現象。

1.2 激光粒度分析

由小篩分試驗可知中煤磁選尾礦含有較多細煤泥，為得到更準確的粒度組成，對0.25～0.125 mm、0.125～0.075 mm、0.075～0.045 mm和-0.045 mm這4個粒級分別進行激光粒度測試。使用日本島津SALD-7101激光粒度測試儀，測量時將樣品與水混合均勻后，加入測量槽，由儀器自動完成測量并給出結果，測試結果見圖1，2，3，4.

圖1 0.25～0.125 mm粒級粒度分布圖

由圖1和圖2可知，0.25～0.125 mm和0.125～0.075 mm樣品中均有部分超上限的物料存在，說明物料形狀不規則且含量較多。由圖3可知，0.075～0.045 mm粒級測試產率約為試樣的70%，超下限物料含量小于3%，說明樣品篩分較為完全，部分超下限物料是顆粒表面互相粘附所致。由圖4可知，-0.045 mm粒級區間產率約為試樣的95%，說明顆粒形狀較為規則。從整體數據來看，開展小篩分實驗，由于粗煤泥物料形狀差異較大，篩面因彈性形變存在部分超篩孔尺寸物料透篩，隨著煤泥粒徑的減小，物料形狀越趨于規則，按篩孔尺寸分級越可靠。

圖2 0.125～0.075 mm粒級粒度分布圖

圖3 0.075～0.045 mm粒級粒度分布圖

圖4 -0.045 mm粒級粒度分布圖

1.3 小浮沉試驗分析

由上述試驗可知，中煤磁尾0.5～0.25 mm和0.25～0.045 mm粒級是精煤損失的主導粒級，為了確定其密度組成，進行小浮沉試驗，試驗數據見表3，4，并繪制可選性曲線圖5，6.

表3 0.5～0.25 mm煤粉浮沉試驗結果表

圖5 0.50～0.25 mm煤粉可選性曲線圖

圖6 0.25～0.045 mm煤粉可選性曲線圖

由表3可知，中煤磁尾0.5～0.25 mm的主導密度級在1.30～1.40 g/cm3密度級，產率達到39.91%，灰分為6.63%；-1.60 g/cm3密度級累計產率80.73%，平均灰分10.53%，其產率大，灰分低，符合產品質量要求，應側重在粗煤泥環節回收。由表4可知，中煤磁尾0.25～0.045 mm的主導密度級在-1.30 g/cm3密度級，產率達到36.75%，灰分為5.07%；1.3～1.8 g/cm3隨著密度級的升高，產率逐級降低，灰分逐級升高，每級增加灰分5%～6%，其粒度較細，應采用浮選法回收。

表4 0.25～0.045 mm煤粉浮沉試驗結果表

1.4 單元浮選試驗分析

由上述分析可知0.25～0.045 mm粒級應采用浮選法回收，設計正交試驗，開展0.25～0.045 mm粒級的單元浮選試驗[5-6]，試驗數據見表5.

表5 0.25～0.045 mm煤泥單元浮選試驗結果表

由表5可知，中煤磁尾0.25～0.045 mm粒級在不同捕收劑和起泡劑用量下均有較好的浮選結果，可燃體回收率平均值為92.04%，浮選完善指標平均值為77.45%，進一步說明中煤磁尾0.25～0.045 mm應進入浮選環節回收。

2 中煤磁選尾煤回收工藝

根據中煤磁選尾礦的物性分析及試驗研究，中煤磁尾存在精煤損失的情況，+0.25 mm應側重在粗煤泥環節回收，0.25～0.045 mm應采用浮選法分選回收，-0.045 mm作為精煤質量的污染源，應盡早脫除。為此設計了一種中煤磁選尾煤泥浮選回收工藝(ZL201910849216.8)，主要工藝流程如下：中煤磁選尾礦先進入分級粒度為0.045 mm的脫泥池，脫除其中的高灰細泥；脫泥池底流則進入多層疊篩進行分級，篩孔尺寸為0.25 mm，可以在每層篩面上噴水以強化分級效果，篩上物為灰分較低的粗粒級，進入煤泥離心機脫水回收；煤泥離心機濾液和多層疊篩的篩下物進入射流攪拌式浮選柱，浮選柱泡沫精礦用壓濾機脫水回收。工藝流程圖見圖7.

圖7 磁選尾煤泥浮選回收工藝流程圖

該工藝采用了新型浮選設備—射流攪拌式浮選柱(圖8).該設備由浮選柱體、射流攪拌機構和噴淋裝置組成，射流攪拌機構結合了微泡發生器和機械攪拌系統的優點，通過射流部分使礦漿、空氣、藥劑在混合室發生能量交換，氣、固、液三相強烈混合，可以形成一種活性微泡，有利于微細物料浮選；利用機械攪拌機構保證礦粒和藥劑的分散，葉輪攪拌使氣泡被礦漿旋渦進一步剪切分割，氣泡直徑減小、數量增多；使該型浮選柱更容易實現氣泡的礦化，取得良好的分選效果。

1—調漿設備 2—泵 3—噴嘴 4—混合室 5—上葉輪 6—射流攪拌機構外殼 6a—柱體 6b—射流攪拌機構 6c—噴淋機構 7—下葉輪 8—電機 9—收集槽 10—假底 11—尾礦口圖8 射流攪拌式浮選柱圖

該工藝充分考慮重介質選煤工藝技術特點，可以回收中煤磁選尾礦0.25～0.045 mm粒徑的低灰煤泥，是對現有煉焦煤浮選工藝的補充，實現了-0.25 mm粒級煤泥全粒級浮選回收，提高精煤回收率，增加煉焦煤選煤廠經濟效益。

3 結 語

通過對兩淮地區某中央型煉焦煤選煤廠的中煤和矸石磁選尾礦的物性分析，得知中煤磁尾存在精煤損失情況，由此開展小篩分、小浮沉和單元浮選試驗，并得到以下結論：

1)由小篩分試驗可知，精煤損失主要存在+0.045 mm粒級，其中+0.5 mm含量最少，質量最好，產率為7.65%，灰分為14.49%；0.5～0.25 mm粒級灰分為18.34%，+0.25 mm粒級在重選中得到較有效分選富集，應側重在粗煤泥環節回收；0.25～0.045 mm累計產率為44.22%，平均灰分為38.00%，存在精煤損失，但應在浮選環節分選提質。

2)由小浮沉試驗可知，中煤磁尾0.5～0.25 mm的主導密度級在1.30～1.40 g/cm3密度級，產率達到39.91%，灰分為6.63%；-1.60 g/cm3密度級累計產率80.73%，平均灰分10.53%，其產率大，灰分低，符合產品質量要求，應側重在粗煤泥環節回收。

3)由單元浮選試驗可知，中煤磁尾0.25～0.045 mm粒級在不同捕收劑和起泡劑用量下均有較好的浮選結果，可燃體回收率平均值為92.04%，浮選完善指標平均值為77.45%，進一步說明中煤磁尾0.25～0.045 mm應進入浮選環節回收。

4)根據上述試驗結論，設計了一種中煤磁選尾煤泥浮選回收工藝，中煤磁選尾礦先脫除-0.045 mm的高灰細泥，再用多層疊篩實現0.25 mm分級，0.5～0.25 mm進入粗煤泥環節回收，0.25～0.045 mm采用射流攪拌式浮選柱分選回收。