劉金明，孫靖彪，齊 恒，張孝松，張軍強

(1.中煤科工集團開采研究院有限公司，北京 100013；2.遼寧工程技術大學 礦業(yè)學院，遼寧 阜新 123032;3.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；4.河北省煤炭洗選工程技術研究中心,河北 唐山 063012)

助濾劑是指在過濾物料過程中添加的能提高過濾速度或者降低濾餅水分的化學藥劑。有些助濾劑能提高過濾效率，有些則能降低濾餅水分，還有些可同時起到這兩方面的作用[1-3]。常用的助濾劑類型有：無機鹽類助濾劑、表面活性劑類助濾劑、高分子絮凝劑類助濾劑、固體顆粒型助濾劑[4-6]。近年來，隨著部分煤礦原煤中的矸石泥化問題愈加嚴重，使選煤廠高灰細泥脫水問題日益凸顯，促使我國的研究人員對助濾劑進行了深入研究[7-9]。由于各選煤廠煤泥水性質千差萬別，因此助濾劑的應用需要有針對性，某一選煤廠某種助濾劑的成功應用并不一定適合在大范圍內推廣，助濾劑的研究和應用要結合各廠的具體情況(煤泥水的性質、生產工藝和設備性能等)，通過采取綜合措施來解決高灰細泥脫水困難，煤泥壓濾設備處理能力降低等實際問題[10-12]。

黑龍溝選煤廠為礦井型動力煤選煤廠，設計生產能力為5.0 Mt/a，選煤工藝為:塊煤(200～20 mm)采用淺槽重介分選機分選，末煤(20～1.5 mm)采用有壓兩產品重介質旋流器分選，粗煤泥(1.5～0.25 mm)經分級旋流器分級后采用螺旋分選機分選，細煤泥(0.25～0 mm)經濃縮、壓濾后烘干。該廠煤泥水處理系統(tǒng)使用的絮凝劑為陰離子型聚丙烯酰胺(分子量為1 800萬)，助濾劑為聚合氯化鋁。

1 助濾劑成本偏高的原因

1.1 助濾劑成本現(xiàn)狀

2015—2016年黑龍溝煤礦以開采2-2煤層為主，這一時期原煤煤質好，煤泥灰分低，壓濾機入料時間短；從2017年至今，黑龍溝煤礦以開采3-1煤層為主，因原煤中泥巖含量增大在洗選過程中矸石泥化嚴重，導致煤泥在壓濾機中成餅困難，壓濾機入料時間延長，需要在壓濾機入料攪拌桶中加入大量助濾劑來改善煤泥壓濾效果，從而造成助濾劑消耗量偏大。2015—2019年煤泥水藥耗指標統(tǒng)計見表1。

表1 2015—2019年煤泥水藥耗指標統(tǒng)計

由表1可知：2017—2019年，黑龍溝選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)助濾劑成本占煤泥水藥耗成本的84.55%，占總加工成本的23.02%，因此降低助濾劑成本，是降低黑龍溝選煤廠總加工成本的關鍵。

1.2 原因分析

2017—2019年黑龍溝選煤廠噸原煤的助濾劑平均耗量為512 g，針對助濾劑噸原煤耗量偏高的問題，對黑龍溝選煤廠及其附近煤質類似的石巖溝選煤廠的壓濾煤泥采樣進行了小篩分試驗，試驗結果見表2。

表2 煤泥小篩分試驗結果對比

由表2可知：黑龍溝選煤廠各粒級煤泥灰分均高于石巖溝選煤廠煤泥，黑龍溝選煤廠煤泥中各粒級的灰分均比原煤灰分(28.37%)高，煤泥中<0.045 mm粒級產率為68.00%，灰分高達68.52%，說明矸石泥化現(xiàn)象非常嚴重，煤泥中泥巖成分占比較高，大量高灰細泥不僅在煤泥水中難以沉淀，更難以壓濾脫水；石巖溝選煤廠也存在煤泥壓濾困難的問題，需要在壓濾入料中添加助濾劑(聚合氯化鋁)，當煤泥灰分超過50%時，壓濾入料中添加的聚合氯化鋁的用量最高曾達到500 g/t。

黑龍溝選煤廠原煤哈氏可磨性指數(shù)在50～60之間，可磨性(HGI)為較難磨；煤的抗碎強度(SS)屬Ⅰ級高強度煤；由于該煤硬度大，抗碎能力強，煤泥中精煤含量低，因此煤泥中>0.045 mm粒級灰分偏高，即煤泥中高灰分矸石顆粒占比較大，而矸石顆粒表面屬于親水性表面，對水分子吸附作用較強，故會導致脫水相對困難[13-15]。

綜上可知，黑龍溝選煤廠藥劑成本高是因為助濾劑耗量偏高，根本原因是黑龍溝選煤廠煤泥中高灰細泥含量偏大。

2 改進措施

2.1 增設助濾劑自動添加系統(tǒng)

黑龍溝選煤廠原設計生產工藝中無助濾劑添加系統(tǒng)，由于2017年黑龍溝煤礦開采3-1煤層，原煤中極易泥化的矸石含量增大，導致煤泥中高灰細泥含量增多，煤泥濾餅透水性變差，導致壓濾機入料時間延長，造成壓濾機處理能力降低。為保證生產，選煤廠采取臨時在煤泥攪拌桶內人工添加助濾劑(聚合氯化鋁)固體粉末的方法，以改善煤泥濾餅透水效果，提高壓濾機處理能力。但該方法存在添加不均勻，添加過程中產生有害粉塵，以及現(xiàn)場工人的勞動強度大的問題。

針對原工藝系統(tǒng)存在的問題，本著最大限度縮短施工周期和減少工程量，盡可能利用原有設備的改造原則，對現(xiàn)有工藝系統(tǒng)進行改造。將主廠房三樓原絮凝劑緩沖箱隔離改造為助濾劑攪拌箱，并在攪拌箱底部加設高壓風管，采用高壓風對助濾劑進行攪拌，促進助濾劑的溶解；同時，在攪拌箱上增設管路向二樓煤泥攪拌桶入料管內添加助濾劑溶液；此外，在加藥管路上增設手動閥門控制加藥量的同時，還加設了一個氣動閥門并與濃縮底流泵聯(lián)鎖，實現(xiàn)助濾劑的自動添加。

2.2 改變煤泥帶式輸送機的傾角

黑龍溝選煤廠原設計煤泥帶式輸送機的傾角為12°，在生產時經常出現(xiàn)煤泥在輸送帶上打滑而無法運輸?shù)膯栴}，嚴重影響煤泥水系統(tǒng)的正常運行。經研究分析，煤泥在輸送帶上打滑時的水分為29.5%(滿足甲方要求)，僅比不打滑時的煤泥水分高0.5個百分點，而若使煤泥降低0.5個百分點的水分，需要通過延長壓濾機的入料時間或增加助濾劑的用量來解決。造成煤泥打滑的主要原因是煤泥濾餅夾帶的少量煤泥水落到輸送帶上起到了潤滑劑的作用。由于煤泥中高灰細泥含量大，隨著煤泥濾餅的增厚，透水性變差，其夾帶的水分通過濾餅滲透排出的難度增大，要想進一步降低水分，只能通過延長壓濾時間或加大助濾劑的用量來解決。

針對存在的上述問題，對煤泥帶式輸送機進行改造，將煤泥帶式輸送機機尾抬高1.5 m，使帶式輸送機傾角由原來的12°降低到10°，達到減小煤泥下滑力的效果，實現(xiàn)了在保證煤泥不打滑的前提下可適當提高煤泥水分，從而減少入料時間或降低助濾劑消耗的目的。

2.3 更換助濾劑

目前業(yè)內對部分助濾劑的助濾機理研究還不夠深入，且市場上助濾劑的品種有限，找到適合工藝和煤質要求的助濾劑難度較大。國內選煤廠常用的助濾劑大多為陽離子型助濾劑。經市場調研分析，黑龍溝選煤廠選取六水氯化鎂與正在使用的聚合氯化鋁進行對比試驗。兩種助濾劑的性能對比試驗結果見表3。

表3 兩種助濾劑性能對比試驗結果

由表3可知：在原煤煤質不變，入料時間相等，加入助濾劑形態(tài)一致，助濾劑耗量接近時，煤泥產品水分十分接近。試驗說明六水氯化鎂與聚合氯化鋁的助濾效果相當，但聚合氯化鋁單價為1 380元/t，六水氯化鎂單價為910元/t，六水氯化鎂單價比聚合氯化鋁低34.06%，選用六水氯化鎂可大大降低生產成本。

2.4 優(yōu)化煤泥粒度組成

煤泥的粒度組成決定了壓濾機壓濾時間的長短，由于黑龍溝選煤廠煤泥中高灰細泥和矸石顆粒含量相對較高，壓濾機入料時間長(有時入料時間高達5 000 s以上)，致使煤泥處理能力急劇下降，嚴重制約了生產。為不影響生產，在壓濾機入料煤泥中添加助濾劑，以改善壓濾機煤泥濾餅的脫水性，縮短入料時間，提高煤泥系統(tǒng)處理能力，但助濾劑的大量使用，易造成藥劑成本偏高。生產實踐表明，通過“摻粗”方式可優(yōu)化煤泥的粒度組成，改善因濾餅致密、透水性差而導致的過濾速度慢的問題。

黑龍溝選煤廠原煤泥水工藝中粗精煤弧形篩篩下煤泥水與粗精煤離心機離心液混合后進入稀介質桶，由于存在未被分選的煤泥(粒度<0.25 mm)在系統(tǒng)內循環(huán)，因此導致煤泥桶液位偏高，造成脫泥、脫介工藝環(huán)節(jié)加水量受限；如果將該混合煤泥水全部或部分引入濃縮機，由于在粗精煤離心機篩籃磨損后，又會造成粗顆粒精煤進入尾煤泥，導致粗精煤損失。基于上述情況，將粗煤泥弧形篩篩下煤泥水與粗精煤離心機離心液分開，使離心液進入稀介質桶；將部分粗精煤弧形篩下煤泥水(粒度<0.25 mm)引入濃縮機，另一部分引入稀介質桶，根據(jù)現(xiàn)場需要通過閥門調節(jié)引流量，從而實現(xiàn)在符合工藝技術指標的前提下，改變煤泥的粒度組成，提高煤泥的透水性。通過上述調整，煤泥的粒度組成得到優(yōu)化，煤泥的透水性提高，入料時間縮短。改造前后煤泥粒度組成對比見表4。

表4 改造前后煤泥粒度組成對比

由表4可知：改造前后，煤泥的粒度組成發(fā)生較大變化，改造后0.25～0.125 mm粒級產率增加了10.21個百分點，灰分增加了13.20個百分點。因為粗煤泥分選設備螺旋分選機實際分選下限在0.25 mm左右，所以將粒度<0.25 mm以下不能進行有效分選的粗煤泥弧形篩篩下煤泥水直接排入濃縮機并不會造成精煤產品損失。

3 改造效果

3.1 工藝系統(tǒng)更加靈活、完善

增設助濾劑自動添加系統(tǒng)，實現(xiàn)了助濾劑的自動添加，使藥量添加更為均勻、穩(wěn)定、可控，不僅提高了藥劑利用率，有利于助濾劑的節(jié)約，而且減輕了崗位工人的勞動強度，同時還避免了添加干粉過程中產生的粉塵危害。通過對煤泥水管路進行改造，使煤泥水工藝系統(tǒng)更加靈活，對各種煤質的適應性增強。

3.2 提高壓濾機處理能力，降低助濾劑成本

改造后，在入料時間不變的情況下，可減少助濾劑耗量為180 g/t(在加藥量不變的情況下，可縮短壓濾機的入料時間900 s左右，從而提高壓濾機處理能力30%以上)，按照設計入選能力為5.0 Mt/a，助濾劑價格為1 380元/t計算，可節(jié)約成本124.20萬元/a。而通過更換助濾劑品種,助濾劑單價降低34.06%,可節(jié)約成本120.32萬元/a,合計每年可為企業(yè)節(jié)約加工成本240余萬元。改造前后入料時間對比見表5，改造后助濾劑成本降低情況統(tǒng)計見表6。

表5 改造前后壓濾機入料時間的對比

表6 改造后助濾劑成本降低情況統(tǒng)計

4 結語

黑龍溝選煤廠通過增設助濾劑自動添加系統(tǒng),降低煤泥轉載帶式輸送機膠帶傾角,更換助濾劑,粗煤泥弧形篩下水“摻粗”的措施，按設計入洗能力測算，每年可為企業(yè)節(jié)約加工成本240余萬元。關于降低助濾劑消耗成本的有益探索和實踐，希望能為存在類似情況的選煤廠提供有限的借鑒和參考，并提出以下建議：

(1)GB 50359—2016《煤炭洗選工程設計規(guī)范》對煤泥脫水工藝中助濾劑添加系統(tǒng)未作出明確要求，由于我國各地區(qū)煤質差異較大，對于入選原料煤中矸石含量較大且極易泥化的選煤廠設計而言，增設助濾劑自動添加系統(tǒng)非常必要。

(2)對高灰細泥含量高，煤泥壓濾時間長的選煤廠，建議煤泥轉載運輸設備盡量選用刮板輸送機，若選用帶式輸送機則盡可能減小輸送機的傾角。

(3)各選煤廠的煤泥水性質千差萬別，尋找到適宜的且針對性更好的助濾劑對提高壓濾效率、降低助濾劑消耗意義重大。

(4)對于高灰細泥含量較大的煤泥水，在工藝技術條件允許且不影響經濟效益的前提下，可通過“摻粗”方式，改善煤泥的粒度組成，提高煤泥透水性。