裕丰煤业煤泥深度分选工艺的技术研究

王建军

（中煤华利山西煤炭销售有限公司，山西 晋中 031300）

煤泥的深度分选加工是我国煤炭行业性难题。燃煤产生的烟尘、二氧化硫等污染物是导致大气污染的重要原因，煤泥的燃烧更是重中之重。为适应“碳达峰”“碳中和”目标形势要求，探索煤泥深度分选，通过利用前端技术提高煤炭品质，改善中端燃烧过程，提升煤炭利用率，减少污染物排放、降低能源消耗已势在必行[1-3]。

中煤华利裕丰煤业井田位于山西省临汾市西南约57 km，乡宁县南部柏坡、坪头一带，行政区划属尉庄乡及昌宁镇管辖。井田面积9.68 km2，批准开采2#、10#煤层，煤种属于优质主焦煤，目前已探明储量9957 万t，保有储量9440 万t，服务年限28 a。矿井生产能力1.20 Mt/a，煤种为2#、10#主焦煤，煤质优良，低硫高黏结，是冶金、炼焦优质用煤[4]。

中煤华利裕丰煤业公司随着开采时间的不断增长，其井下采煤机械化程度不断提高，在以旋流器为核心的选煤工艺中，煤泥含量越来越高。裕丰煤业公司原煤当前选用脱泥+无压三产品重介质旋流器+三锥角粗煤泥分选+浮选+煤泥浓缩压滤工艺，分选后煤泥产率高达35.22%。对煤泥进行浮选等提质研究，存在效率低、成本高等问题，效果不佳。为有效解决煤泥销售困难、煤泥顶库停产、污染环境等问题，裕丰煤业公司选煤厂提出了煤泥资源化利用新途径，通过煤泥分级深度分选工艺，回收煤泥中的中煤、精煤资源。裕丰煤业公司选煤厂在对煤泥特性分析基础上提出水力旋流器分级+正-反浮选煤泥深度分选工艺，通过试验确定水力旋流器型号、入料压力、正浮选和反浮选捕收剂用量等最优工艺参数[5]。

1 试验部分

1.1 试验原料

煤泥样品取自中煤华利裕丰煤业公司，正浮选捕收剂采用“失水山梨醇单油酸酯+柴油”混合制备的复配捕收剂，正浮选起泡剂采用“戊醇+仲醇”混合制备的混合醇起泡剂KD-1Q，反浮选采用十二胺盐酸盐/脂肪酸复配捕收剂（浓度0.124 mol/L），反浮选抑制剂采用糊精。试剂采自国药集团上海化学试剂有限公司。

1.2 试验流程

设计的煤泥深度分选工艺流程如图1。第一步，准确称取一定量煤泥和水，均匀搅拌后调节矿浆浓度为100 g/L，煤泥以矿浆形式进入搅拌桶；第二步，搅拌均匀后，通过渣浆泵将煤泥水打到水力旋流器浓缩分级；第三步，水力旋流器底流作为正浮选入料，加入起泡剂和捕收剂后进行充分搅拌，水力旋流器溢流作为反浮选入料，加入捕收剂和抑制剂后进行充分搅拌；第四步，正浮选泡沫产物采用精煤压滤机回收得到合格精煤+尾煤，反浮选为富含高岭石尾煤+精煤，将正浮选尾煤和反浮选精煤混合形成中煤产品[6]。

图1 煤泥深度分选工艺流程示意图

1.3 分级试验设计

煤泥水经均匀搅拌后，输送至水力旋流器进行分级，水力旋流器运行时间5 min 后收集水力旋流器的溢流和底流。水力旋流器入料压力设置为0.12 MPa、0.24 MPa 两种情况[7]，设计采用结构和筒体直径不同（1#、 2#、3#、4#、5#）的五种水力旋流器（水力旋流器筒体直径依次减小）进行分选试验，如图2。

图2 水力旋流器分级系统

1.4 浮选试验

水力旋流器底流正浮选工艺及过程：第一步，旋流器底流加入浮选槽中，调浆2 min 后加入“失水山梨醇单油酸酯+柴油”复配捕收剂；第二步，搅拌2 min 后加入混合醇起泡剂KD-1Q；第三步，搅拌30 s 后开始刮泡，刮泡时间4 min。浆浓度设置为100 g/L，复配捕收剂用量设置为200 g/t、400 g/t、600 g/t 三种情况，混合醇起泡剂KD-1Q 用量为100 g/t，采用XFD-1.5L 挂槽型浮选机。

水力旋流器溢流反浮选工艺及过程：第一步，旋流器底溢流加入到浮选槽中，调浆2 min 后加入十二胺盐酸盐/脂肪酸复配捕收剂；第二步，搅拌2 min 后加入糊精抑制剂；第三步，搅拌30 s 后开始刮泡，刮泡时间3 min。浆浓度设置为60 g/L，复配捕收剂用量设置为800 g/t、1200 g/t、1600 g/t 三种情况，糊精用量为1000 g/t，采用XFD-1.5L 挂槽型浮选机。

2 结果与讨论

2.1 煤泥性质分析结果

中煤华利裕丰煤业公司洗选加工后得到的煤泥工业分析结果见表1。洗选加工后煤泥灰分高达34.22%，其中含有大量的精煤，造成大量精煤损失如将含大量精煤的煤泥直接燃烧处理，既浪费了资源又增加了环保压力，因此有必要对煤泥进行深度分选[8]。

表1 煤泥工业分析结果 %

采用D8ADVANCE 型X-射线衍射仪对煤泥进行矿物组成分析，XRD 分析结果如图3，煤泥XRF分析结果见表2。从表2 和图3 数据分析可知，裕丰煤业煤泥中主化学成分主要为二氧化硅和三氧化二铝，成分分别为17.33%和13.01%。经分析可知纯高岭石中三氧化二铝与二氧化硅的理论摩尔比为2:1，这一数据表明在煤泥中不仅含有高岭石，还应该单独含有石英。煤泥的矿物主体为石英和高岭石。

表2 煤泥XRF 分析结果 %

裕丰煤业煤泥粒度组成如表3 所示。＜0.045 mm 粒 级 产 率 达 到64.52%， 灰 分 为41.01%；0.074～0.045 mm 粒 级 产 率 达 到6.98%，灰 分 为19.68%；0.125～0.074 mm 粒级产率达到7.08%，灰分为18.01%。综上，煤泥粒度主要由细颗粒组成，在煤泥水中含有大量的泥化矿物。结合以往研究结果可知，细颗粒主要为高岭石，能采用水力旋流器来实现高岭石富集。

表3 煤泥试样的粒度组成

2.2 水力旋流器分级试验结果

从1#～5#水力旋流器，其筒体直径是逐渐变小的，其分级粒度从偏粗逐渐转变为偏细，处理量从较大逐渐转变为较小。1#水力旋流器筒体直径较大，分级粒度偏粗；5#水力旋流器筒体直径较小，分级粒度偏细，但是处理量较小。综合分级粒度及处理量两方面因素，确定选择筒体直径偏小的2#、3#、4#水力旋流器作为试验设备，试验结果见表4、表5。

表4 不同入料压力条件下水力旋流器分级结果

表5 不同粒度条件下水力旋流器分级结果

从分级试验可知，随着旋流器筒体直径减小（从2#旋流器至4#旋流器），溢流产率表现为逐渐减小趋势，灰分表现为逐渐增加趋势。主要原因：溢流中含的细颗粒矿物主要为微细高岭石（不可燃），随旋流器直径减小溢流中二氧化硅与三氧化二铝的摩尔比逐渐减小，表明煤泥中一部分石英进入底流，微细高岭石在溢流中产生富集；分级粒度表现为逐渐减小趋势。综合对比可知，当采用4#水力旋流器，入料压力为0.24 MPa 时，溢流灰分达39.63%，脱泥效果较好。因此入料压力确定为0.24 MPa。

2.3 正浮选试验结果

确定其他试验条件一致的情况下，采用2#、3#、4#水力旋流器在“失水山梨醇单油酸酯+柴油”复配捕收剂用量不同（200 g/t、400 g/t、600 g/t）时分别进行正浮选试验，得到精煤产率和精煤灰分数据，见表6。

表6 “失水山梨醇单油酸酯+柴油”复配捕收剂用量对正浮选效果的影响

试验结果表明：当复配捕收剂用量从200 g/t 增大至600 g/t 时，三种水力旋流器精煤产率和精煤灰分均表现为增大趋势；当复配捕收剂用量一定时，水力旋流器筒体直径越小，精煤产率越低，水力旋流器筒体直径越大，精煤产率越高。2#水力旋流器筒体直径较大，其精煤产率最高（分别为76%、82%、89%），其底流产物中细颗粒含量最小。当复配捕收剂用量为200 g/t 时，4#水力旋流器精煤灰分最小为11.95%。综上所述，确定正浮选试验复配捕收剂用量为200 g/t 较为合理。

1）随着复配捕收剂用量的增加，精煤的产率和灰分也增加。随着矿浆中复配捕收剂浓度增加，更多的颗粒尤其灰分高的颗粒吸附了捕收剂，造成精煤灰分逐渐增加。2）在复配捕收剂相同条件下，水力旋流器筒体直径增大，其精煤产率逐渐增大。水力旋流器的分级粒度随着筒体直径的增大而增大。3）细颗粒的比表面积大，在浮选过程中会吸附更多的药剂，因此在相同的药剂用量下，4#水力旋流器底流的浮选产率要低于2#和3#水力旋流器。4）因矿浆中细颗粒含量增加，细泥罩盖和竞争吸附，造成精煤产率下降。

2.4 反浮选试验结果

确定其他试验条件一致的情况下，采用2#、3#、4#水力旋流器在十二胺盐酸盐/脂肪酸复配捕收剂用量不同（800 g/t、1200 g/t、1600 g/t）时分别进行反浮选试验，得到精煤产率和精煤灰分、尾煤产率和尾煤灰分数据，见表7。

表7 十二胺盐酸盐/脂肪酸复配捕收剂用量对反浮选效果的影响

试验结果表明：当复配捕收剂用量从800 g/t 增大至1600 g/t 时，三种水力旋流器精煤产率、精煤灰分、尾煤灰分均表现为降低趋势，尾煤产率表现为升高趋势。在复配捕收剂用量为800 g/t 时，2#、3#、4#水力旋流器的精煤产率分别为62.25%、63.05%、64.31%， 精 煤 灰 分 分 别 为15.11%、16.24%、17.09%；当复配捕收剂用量一定时，水力旋流器筒体直径越小，精煤产率、精煤灰分、尾煤灰分均表现为越大趋势，而尾煤产率表现为越小趋势；复配捕收剂用量从800 g/t 增大至1600 g/t 时，4#水力旋流器反浮选精煤灰分从17.09%降低到15.30%，反浮选尾煤灰分从75.43%降低到59.32%；复配捕收剂用量为800 g/t 时，4#水力旋流器反浮选尾煤煅烧后SiO2、Al2O3含量分别为53.45%、42.42%，为优质工业原料。综上所述，确定反浮选试验复配捕收剂用量为800 g/t。

2.5 产品综合分析

确定试验条件：入料压力0.24 MPa，正浮选复配捕收剂用量为200 g/t，反浮选复配捕收剂用量为800 g/t 时。2#、3#、4#水力旋流器产品产率及灰分见表8。从表8 数据可知，采用4#水力旋流器做为煤泥深度分选设备，正浮选获得的合格精煤产率达34.42%、灰分为10.88%，反浮选获得含有高岭石的尾煤其产率为14.37%。对比以往直接含34.22%灰分的煤泥，采用4#水力旋流器+正-反浮选联合处理煤泥工艺，可以有效地起到对煤泥的减量化处理，提出了一种煤泥资源化利用新途径，具有较好的经济效益、环境效益和社会效益。

表8 2#、3#、4#水力旋流器产品产率及灰分 %

3 结论

煤泥主要指选煤厂生产过程中伴生的副产品，根据选煤工艺不同，分为浮选尾煤和其他煤泥。当前我国选煤厂的煤泥产量大、污染严重。针对裕丰煤业煤泥特性，提出了一种采用水力旋流器分级+正-反浮选的煤泥深度分选提质的新思路，通过试验确定了最优工艺参数为：4#水力旋流器，入料压力0.24 MPa，正浮选复配捕收剂用量为200 g/t，混合醇起泡剂KD-1Q 用量100 g/t，反浮选复配捕收剂用量为800 g/t 时，糊精用量为1000 g/t。可回收产率达34.42%、灰分为10.88%的合格精煤，回收产率为24.17 %、灰分17.01%的中煤，回收产率为14.37%的高岭石尾煤，经济、环境、社会效益显著。通过对裕丰煤业煤泥的水力旋流器分级+正-反浮选的煤泥深度分选新工艺，实现了煤泥减量化，降低生产成本，该技术可为同类型企业的煤泥减量化提供借鉴。