梁 輝，靳家成，徐 賓，任 虎，李 強(qiáng)

(1.棗莊礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 濱湖煤礦，山東 滕州 277515;2.中國礦業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

棗莊礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司濱湖煤礦是該集團(tuán)自主設(shè)計、自主施工、自主安裝的一座現(xiàn)代化礦井。井田面積為44 km2，地質(zhì)儲量為7 574萬t，可采儲量為3 899萬t，為高發(fā)熱量氣肥煤。目前與濱湖煤礦配套的濱湖選煤廠入選能力為1.20 Mt/a，小時入選原煤量約為230 t。該廠生產(chǎn)采用塊煤無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選+粗煤泥回收+細(xì)煤泥浮選的聯(lián)合分選工藝。濱湖煤礦16層煤質(zhì)特性整體粒度偏細(xì)，0.50～25 mm粒級的煤泥含量較高。2021年山東能源集團(tuán)提出選煤廠“煤泥廢棄化”的技術(shù)目標(biāo)，要求選煤廠煤泥產(chǎn)品灰分達(dá)到75%以上，使煤泥成為廢棄物，不再作為產(chǎn)品銷售，從而最大程度的提高精煤回收率，提升經(jīng)濟(jì)效益。由于煤炭機(jī)械化開采程度的不斷提高，細(xì)粒煤的產(chǎn)量越來越多，同時我國主流的煤炭分選設(shè)備從以前的跳汰機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橹亟橘|(zhì)旋流器，這使得煤炭在分選加工過程中的粉碎程度大大增加，導(dǎo)致細(xì)顆粒煤的含量進(jìn)一步加大，因此如何有效地處理這些<0.5 mm粒級的細(xì)顆粒煤成為煤炭生產(chǎn)中面臨的重要問題[1-5]。目前，我國絕大多數(shù)選煤廠采用濕法選煤，且要求洗水閉路循環(huán)，選煤廠煤泥含量一般在20%～30%之間[6-8]。對于細(xì)粒級煤泥最有效、合理的處理方法就是采用浮選方法從煤泥水中分選出高質(zhì)量的精煤[9]。為了提高選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益，選煤廠都必須認(rèn)真面對并妥善解決煤泥的分選問題[10-14]。生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，跳汰機(jī)的有效分選下限在1～2 mm粒級以上，重介質(zhì)水力旋流器的有效分選下限在0.25～2 mm粒級之間，浮選機(jī)的有效分選上限可以達(dá)到0.25 mm[15]。為實(shí)現(xiàn)濱湖選煤廠“煤泥廢棄化”的目標(biāo)，對選煤廠的煤泥處理工藝系統(tǒng)進(jìn)行定量診斷，并對各產(chǎn)品性質(zhì)進(jìn)行分析，為選煤廠工藝流程的優(yōu)化和合理確定精煤產(chǎn)品結(jié)構(gòu)提供了有力的技術(shù)支持，對提高選煤廠綜合效益具有重要的指導(dǎo)意義和現(xiàn)實(shí)意義。

1 煤泥處理系統(tǒng)存在的問題

濱湖選煤廠的浮選入料來自精煤泥分級旋流器溢流和底流經(jīng)過高頻篩后的篩下水，高頻篩篩上物經(jīng)過煤泥離心機(jī)脫水后形成粗精煤泥產(chǎn)品。最終尾煤泥來自浮選尾煤和中矸煤泥分級旋流器溢流。采集精煤泥分級旋流器、高頻篩、中矸煤泥分級旋流器的入料和產(chǎn)品，采樣后的礦漿經(jīng)沉降、過濾、烘干，得到試驗(yàn)所用干煤樣。參照 GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗(yàn)方法》對各樣品進(jìn)行濕法篩分試驗(yàn)。經(jīng)過技術(shù)診斷，得到的粗煤泥回收環(huán)節(jié)中各主要設(shè)備的運(yùn)行情況。

1.1 精煤泥分級旋流器

精煤泥分級旋流器入料中>0.25 mm粒級灰分為11.79%，高于精煤灰分要求(<8%)。底流中>0.25 mm粒級產(chǎn)率為64.39%，灰分達(dá)到18.87%，遠(yuǎn)高于精煤灰分要求。溢流中>0.074 mm粒級的灰分僅為3%左右，同時溢流“跑粗”情況并不明顯。產(chǎn)品粒度特性曲線和底流分配曲線如圖1所示。

由圖1可知，精煤泥分級旋流器的分配粒度在0.069 mm時，分級效率為59.15%，溢流和底流中的錯配物含量分別為22.45%和18.40%，整體來說分級效率較低，產(chǎn)品錯配比較嚴(yán)重。

圖1 精煤泥分級旋流器產(chǎn)品粒度特性曲線和底流分配曲線

1.2 高頻篩

高頻篩篩上物中>0.25 mm粒級產(chǎn)率為66.39%，灰分為18.22%，遠(yuǎn)高于精煤灰分要求；<0.25 mm粒級產(chǎn)率為33.61%，說明高頻篩的脫泥效果不佳，進(jìn)一步拉高了篩上物灰分。高頻篩篩下物中>0.25 mm粒級產(chǎn)率為44.34%，說明篩下“跑粗”非常嚴(yán)重，這可能是造成浮選效果差、尾煤泥灰分偏低的重要原因。高頻篩產(chǎn)品粒度特性曲線和底流分配曲線如圖2所示。

由圖2可知，高頻篩的分配粒度在0.052 mm時，篩分效率為24.97%，篩上物和篩下物中的錯配物含量分別為10.96%和64.07%。整體而言，高頻篩的分級效率極低，分配粒度遠(yuǎn)小于篩孔尺寸(0.35 mm)，尤其是篩下物的錯配物含量高達(dá)60%以上，說明高頻篩已經(jīng)無法對浮選入料進(jìn)行截粗。

圖2 高頻篩產(chǎn)品粒度特性曲線和底流分配曲線

1.3 中矸煤泥分級旋流器

中矸煤泥分級旋流器溢流中0.5～0.045 mm粒級灰分在25%左右，這部分中低灰顆粒主要來自中煤磁選尾礦，隨溢流進(jìn)入濃縮機(jī)后，造成最終煤泥發(fā)熱量偏高。中矸煤泥分級旋流器溢流中>0.25 mm粒級產(chǎn)率為9.78%，溢流“跑粗”現(xiàn)象并不明顯。中矸煤泥分級旋流器產(chǎn)品粒度特性曲線和底流分配曲線如圖3所示。

圖3 中矸煤泥分級旋流器產(chǎn)品粒度特性曲線和底流分配曲線

由圖3可知，中矸煤泥分級旋流器的分配粒度在0.068 mm時，分級效率為59.76%，溢流和底流中的錯配物含量分別為22.53%和17.71%，整體來說分級效率較低，產(chǎn)品錯配比較嚴(yán)重。

通過對工藝流程的定量技術(shù)診斷，可以看出，精煤泥分級旋流器分級粒度為0.069 mm，溢流和底流中的錯配物含量分別為22.45%和18.40%，錯配物含量較多，分級效率僅為59.15%。同時，精煤泥分級旋流器在分級的同時，具有一定的分選作用，造成底流中>0.25 mm粒級灰分高，溢流中>0.25mm粒級灰分低。高頻篩的分配粒度為0.052 mm，篩分效率僅為24.97%；篩上物中有較多高灰細(xì)泥(<0.25 mm粒級產(chǎn)率為33.61%)，篩下顆?！芭艽帧笔謬?yán)重，其中>0.25 mm粒級產(chǎn)率為44.34%，這部分粗顆粒進(jìn)入浮選作業(yè)中會造成浮選的“跑粗”現(xiàn)象，加重浮選柱的工作負(fù)荷，惡化浮選效果。中矸煤泥分級旋流器溢流中0.25～0.045 mm粒級灰分為25%，這部分中低灰顆粒主要來自中煤稀介質(zhì)磁選后的尾礦，隨溢流進(jìn)入濃縮機(jī)后，造成尾煤泥發(fā)熱量偏高。

2 工藝技術(shù)改造

針對濱湖煤礦選煤廠尾煤灰分偏低、發(fā)熱量偏高的問題，通過定量技術(shù)診斷，其主要原因在于兩個方面：一是浮選入料中>0.25 mm粒級低灰粗顆粒偏多，這部分粗顆粒通過浮選難以得到有效分選，最終進(jìn)入到尾煤中；二是中矸煤泥分級旋流器溢流中存在一部分中低灰的細(xì)顆粒，進(jìn)入到尾煤泥后也會導(dǎo)致尾煤泥灰分偏低。因此，根據(jù)選煤廠現(xiàn)有的工藝流程，為了提高尾煤泥灰分和精煤回收率，制訂了以下改進(jìn)措施：

(1)將高頻篩更換為篩分效率更高的疊層高頻細(xì)篩。疊層高頻細(xì)篩是一種高效精細(xì)分級設(shè)備，適用于細(xì)粒物的精細(xì)分級[11,16]，其具有高頻率、低振幅的振動特點(diǎn)和高彈性聚氨酯精細(xì)篩網(wǎng)，有利于物料松散和分層，促使小于分級粒度物料的分離和透篩，分級效率最高可達(dá)80%以上[17]。選用疊層高頻細(xì)篩對浮選入料隔粗已經(jīng)成功在選煤廠中進(jìn)行應(yīng)用，例如邢臺礦區(qū)使用疊層高頻細(xì)篩優(yōu)化浮選入料的粒度，減輕了浮選系統(tǒng)的負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)了細(xì)粒煤的高效分級[2]。通過加強(qiáng)浮選入料隔粗，并加強(qiáng)浮選柱的操作管理，降低浮選柱的分選壓力，提高細(xì)煤泥的分選效果，提高浮選尾煤灰分。

(2)將中煤磁選機(jī)尾礦打入到精煤泥桶，然后通過粗煤泥回收和浮選系統(tǒng)回收其中的低灰顆粒，使現(xiàn)有中矸煤泥旋流器單獨(dú)處理矸石磁選尾礦，提高最終煤泥灰分。將這部分物料進(jìn)行進(jìn)一步的分選，將其中的低灰顆粒進(jìn)行回收，可以增加精煤產(chǎn)率。

2.1 疊層高頻細(xì)篩的選型

經(jīng)過測試，目前所用的高頻篩入料濃度為867 g/L，流量為55 m3/h，可計算得到干煤泥量為47.68 t/h。據(jù)此選擇疊層高頻細(xì)篩型號為FY-HVS-2520。改造采用的FY-HVS型五疊層高頻細(xì)篩結(jié)構(gòu)主要由五孔分礦箱、給料器、篩箱、接料器(篩上及篩下)、機(jī)架、噴水裝置、振動電機(jī)以及激振排等構(gòu)成。篩網(wǎng)為芳綸增強(qiáng)聚氨酯精細(xì)篩網(wǎng)，整張一次性生產(chǎn)成型，內(nèi)置芳綸骨架，增強(qiáng)拉伸強(qiáng)度和承載負(fù)荷能力，篩孔準(zhǔn)確不變形、不扭曲。對五疊層高頻細(xì)篩整臺篩機(jī)外部進(jìn)行噴涂處理，內(nèi)部過流部位采用天然耐磨橡膠處理，礦漿與鋼板沒有直接接觸的部位，提高防腐耐磨性能；懸掛式剪切橡膠彈簧，單側(cè)設(shè)11個橡膠彈簧，單臺共22個，對篩箱組合起支撐及減振作用；篩箱表面采用耐磨聚氨酯涂層全覆蓋、并呈多層布置形式，上部篩網(wǎng)在激振排、篩箱復(fù)合振動的作用下，每一層篩箱可單獨(dú)給料從而實(shí)現(xiàn)布料均衡，篩下物、篩上物單獨(dú)出料互不干擾；開孔率為42%，使用過程中不易出現(xiàn)堵孔；篩機(jī)通過兩次減震(一次減震通過機(jī)架與篩箱間橡膠減震彈簧實(shí)現(xiàn)；另外一次通過地基基礎(chǔ)與機(jī)架間橡膠減震彈簧實(shí)現(xiàn))，從而降低設(shè)備運(yùn)行過程中對地基基礎(chǔ)載荷，降低對地基要求。FY-HVS型五疊層高頻細(xì)篩技術(shù)參數(shù)如下：

篩面面積/m2

8.76

篩面尺寸/(mm×mm)

1 250×702

處理能力/(t·h-1)

50

篩孔尺寸/mm

0.3

篩網(wǎng)開孔率/%

>42

篩面傾角/(°)

17.5

功率/kW

1.8

2.2 中煤磁選尾礦流程改造

在中煤篩下水進(jìn)入中矸桶前增加閥門和三通，另一路進(jìn)入精礦桶。在原中矸旋流器底流管道增加三通，分別進(jìn)入中煤篩和矸石篩，達(dá)到中矸分離目的。按照中煤泥量是精煤泥量的10%計算，中煤泥占全樣產(chǎn)率為2.20%，中煤泥的小時處理量為5.06 t。中煤泥進(jìn)入精煤泥系統(tǒng)后，精煤泥分級旋流器、擬更換的疊層高頻細(xì)篩、煤泥離心機(jī)以及旋流微泡浮選柱仍可以滿足處理量的要求以及中煤泥進(jìn)入精煤泥系統(tǒng)后的處理要求。

3 改造效果及效益測算

3.1 改造效果分析

通過本次煤泥浮選工藝優(yōu)化，基本解決了浮選入料粒度分級的問題，使浮選效果得到很大的改善，并實(shí)現(xiàn)了對中煤泥中低灰精煤的有效回收。通過加強(qiáng)浮選入料隔粗并優(yōu)化浮選柱的操作參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對入浮煤泥的高效分選，在浮選精煤灰分不超標(biāo)的同時，大幅提高浮選尾煤灰分。浮選尾煤灰分由原來的58.71%提高至80%以上，使浮選精煤產(chǎn)率達(dá)到60%以上。在保障精煤質(zhì)量的同時，提高了綜合精煤回收率，促進(jìn)了煤炭資源的高效充分利用。最終煤泥的綜合灰分可以達(dá)到75%以上，達(dá)到廢棄化的標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)中煤磁尾的篩分與浮沉試驗(yàn)結(jié)果，中煤磁選尾礦中>0.25 mm粒級產(chǎn)率為24.65%，灰分18.58%，與現(xiàn)有的粗精煤泥灰分接近。中煤磁選尾礦<1.5 g/cm3密度級累計產(chǎn)率為48.98%，灰分為9.33%，可通過粗煤泥回收和浮選系統(tǒng)回收其中的低灰精煤，這樣可以提高精煤回收率，并降低尾煤泥發(fā)熱量。預(yù)計中煤泥通過粗煤泥分選和浮選系統(tǒng)可回收的精煤產(chǎn)率為40%左右，綜合精煤回收率可提高約0.88%。

通過本次定量技術(shù)診斷，對煤泥處理工藝進(jìn)行優(yōu)化和改造，基本解決了浮選入料“跑粗”的問題，使浮選效果得到很大的改善，并實(shí)現(xiàn)了對中煤泥中低灰精煤的有效回收，提高了尾煤泥灰分。使煤泥可以實(shí)現(xiàn)廢棄化處理，在保障精煤質(zhì)量的同時，提高了綜合精煤回收率，促進(jìn)了煤炭資源的高效充分利用。同時，經(jīng)過工藝優(yōu)化，縮短了煤泥在系統(tǒng)內(nèi)的滯留時間，使整個工藝系統(tǒng)簡單高效，為今后生產(chǎn)管理提供了極大方便。

3.2 改造效益測算

表1、表2分別為2020年7月與2021年7月選煤廠產(chǎn)品產(chǎn)率和產(chǎn)量對比結(jié)果。

表1 產(chǎn)率對比結(jié)果Table 1 Comparison of yields of products(July 2020—July 2021) %

表2 產(chǎn)量對比結(jié)果Table 2 Comparison of outputs of products(July 2020—July 2021) 萬t

由于生產(chǎn)工藝的改變，對所生產(chǎn)的精煤水分會產(chǎn)生一定的影響。2021年7月份相比于2020年7月生產(chǎn)的精煤，全水超過10%的有4.43萬t。按全水份11%計算，超1%。按照2021年7月入選原煤量計算，與2020年7月相比：新增精煤收入為11.62×2.34%×987=275.66萬元；水分超標(biāo)減少收入為4.43×1%×987=43.72萬元；洗混煤(即中煤)減少的收入為11.62×1.08%×379=47.53萬元；煤泥減少的收入為11.62×9.98%×14.13=16.39萬元。因此，去煤泥化新增月收入為275.66-43.72-47.53-16.39=168.02萬元。

由此可見，經(jīng)過去煤泥化改造，將尾煤泥廢棄化處理，增加的精煤收入遠(yuǎn)高于減少的煤泥收入，每月可為選煤廠增加約168萬元的收益，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

4 結(jié)語

針對精煤泥旋流器和高頻篩“跑粗”現(xiàn)象嚴(yán)重，浮選柱對粗顆粒分選效果差，導(dǎo)致粗顆粒進(jìn)入浮選尾煤，使其灰分降低，中矸煤泥分級旋流器錯配比較嚴(yán)重，部分低灰顆粒進(jìn)入溢流，最終進(jìn)入煤泥造成了煤泥灰分低，發(fā)熱量高的問題，濱湖選煤廠對選煤工藝流程和工藝設(shè)備進(jìn)行改造，將高頻篩更換為疊層高頻細(xì)篩，減少篩下物中粗顆粒的錯配。將中煤磁尾打入到精煤泥桶，通過粗煤泥回收系統(tǒng)和浮選系統(tǒng)回收其中的低灰顆粒，提高最終煤泥灰分。改進(jìn)后的工藝可以實(shí)現(xiàn)煤泥的廢棄化處理。不僅促進(jìn)了煤炭資源的高效綜合利用，同時可以為選煤廠帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。