淺談煉焦中煤二次利用現(xiàn)狀

向伯濤（中國(guó)煤炭科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司西安分公司，陜西西安　710000）

淺談煉焦中煤二次利用現(xiàn)狀

向伯濤
（中國(guó)煤炭科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司西安分公司，陜西西安710000）

煉焦用煤作為我國(guó)的稀有煤種，資源的二次利用成為提高精煤產(chǎn)率的首選。本文主要針對(duì)煉焦中煤再利用過(guò)程中由于夾矸煤的存在，導(dǎo)致的重選可選性、浮選選擇性不理想等問(wèn)題展開(kāi)討論，為煉焦中煤二次利用提供一定的理論基礎(chǔ)。

煉焦中煤可選性可浮性二次利用

煤炭作為我國(guó)的能源支柱，隨著機(jī)械化開(kāi)采程度逐步深入擴(kuò)大，賦存總量逐年降低的同時(shí)灰分上升且分選難度加大。這一現(xiàn)象對(duì)于煉焦用煤的煤種尤為嚴(yán)重。2013年～2018年期間，中國(guó)煤炭市場(chǎng)供需總體供大于求格局，煉焦原煤增至16.8億噸，年均復(fù)合增長(zhǎng)率3～4%。煉焦原煤占原煤總產(chǎn)量的36%，而這個(gè)占比有逐年減少的趨勢(shì)。雖然在煤炭用途方面，可以根據(jù)最終產(chǎn)品的要求，利用貧瘦煤等煤種對(duì)煉焦用煤進(jìn)行配煤，但仍不可有效解決我國(guó)煉焦用煤儲(chǔ)量少這一現(xiàn)狀。根據(jù)《特殊和稀缺煤類開(kāi)發(fā)利用管理暫行規(guī)定》的相關(guān)指導(dǎo)思想，通過(guò)對(duì)煉焦中煤再利用，提高煉焦精煤產(chǎn)率成為緩解我國(guó)煉焦用煤煤種儲(chǔ)量低這一矛盾的有效途徑。

1　煉焦中煤回收必要性

煉焦中煤即在選煤過(guò)程中依賴現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有工藝無(wú)法有效降低灰分而不能作為合格的精煤產(chǎn)品的選煤中間產(chǎn)品。該產(chǎn)品產(chǎn)率一般為5%～15%，灰分一般介于35%～45%，熱值較低［1］?，F(xiàn)階段，煉焦中煤因熱值低大部分直接作為燃料被用來(lái)發(fā)電，不僅對(duì)不可再生資源來(lái)講是不可逆轉(zhuǎn)的，而且在其燃燒過(guò)程中，煤中含有的重金屬元素甚至有毒元素如鎘、鉛、砷、硫等在大氣環(huán)流中影響到大氣質(zhì)量同時(shí)危害到地球土壤，重元素富集甚至危害到人類生命［2］。考慮到經(jīng)濟(jì)因素及環(huán)境因素，煉焦中煤二次利用勢(shì)在必行。

2　煉焦中煤的回收難度

對(duì)煉焦中煤進(jìn)行充分解離是實(shí)現(xiàn)中煤再利用的必要條件。目前，煉焦中煤分選的工藝主要有：①將中煤破碎至6-3（1）mm，利用重選方法回收；②利用球磨機(jī)將煤粉碎至0.5mm以下，借助浮選手段分離、回收。在分選機(jī)械合適的分選粒度范圍內(nèi)，煉焦中煤較之原煤的性質(zhì)變化較大，帶來(lái)的重選可選性差、浮選過(guò)程由于粘土礦物的含量增大所引起的浮選選擇性差等問(wèn)題嚴(yán)重制約著精煤產(chǎn)率和質(zhì)量的提高。

2.1重選過(guò)程回收難度

煉焦中煤解離再利用是提高精煤產(chǎn)率的首要滿足條件。而對(duì)于以?shī)A矸煤為主的中煤，通過(guò)破碎使煤與礦物、矸石等實(shí)現(xiàn)有效分離，從而使中煤分選效率提高。由此帶來(lái)粒度大幅減小、粉塵、噪音等問(wèn)題突出。但是，粒度的減小對(duì)于利用重選實(shí)現(xiàn)提高精煤產(chǎn)率這一方法來(lái)講難度大大提高。理想的重選分離過(guò)程自由沉降不考慮環(huán)境中其他顆粒運(yùn)動(dòng)速度、分選介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、分選介質(zhì)粘度等因素，嚴(yán)格按照分選介質(zhì)與礦物顆粒的密度進(jìn)行分選。但在實(shí)際的分選過(guò)程中以上幾點(diǎn)表現(xiàn)突出，總的表現(xiàn)為干擾沉降。夾矸中煤重選回收難度主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）破碎過(guò)程中，矸石和煉焦中煤兩者均被破碎，進(jìn)入重選系統(tǒng)的高嶺土、蒙脫土等細(xì)粒粘土礦物含量大幅增加，且兩者在水中會(huì)膨脹、破裂，導(dǎo)致水或者重懸浮液的粘度增大，干擾沉降現(xiàn)象明顯嚴(yán)重，重選不能嚴(yán)格按照密度進(jìn)行分選［3］；

（2）煉焦中煤粒度經(jīng)過(guò)破碎得到控制，然而，大部分礦物與煤呈散狀、浸染狀嵌布，隨著密度的增大，灰分并不會(huì)出現(xiàn)大范圍的階躍，即在保證精煤灰分的同時(shí)，產(chǎn)率極低；抑或?yàn)楸ＷC產(chǎn)率，但又會(huì)對(duì)原煤重選過(guò)程造成背灰壓力，使得原煤分選能力不能發(fā)揮至最大；

（3）分選設(shè)備大型化在適應(yīng)選煤廠生產(chǎn)能力提高的同時(shí)，分選下限提高，致使細(xì)顆粒的物料無(wú)法得到有效回收，由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益并不明顯，選煤廠工藝改進(jìn)的動(dòng)力不足。

（4）搖床、螺旋選礦分選易選煤的優(yōu)勢(shì)明顯，能夠有效回收粗粒煤泥，而對(duì)于粗粒質(zhì)地緊密的夾矸中煤煤泥，可選性一般表現(xiàn)為難選～極難選，使其分選效果不夠理想；同時(shí)，煉焦中煤的產(chǎn)率得比例之高，搖床、螺旋選礦的處理能力并不能達(dá)到要求；經(jīng)多次實(shí)踐證明，在諸多的粗粒煤泥分選設(shè)備中，煤泥重介旋流器和TBS對(duì)于細(xì)粒級(jí)難選的煉焦中煤分選效果較好。煤泥重介需要一套獨(dú)立的介質(zhì)系統(tǒng)，對(duì)于選煤廠管理來(lái)講較為復(fù)雜。

綜上幾點(diǎn)可以看出，煉焦中煤利用重選實(shí)現(xiàn)二次利用難度較大，主要原因在于煤與礦物的嵌布形式、分選設(shè)備的分選能力等因素的限制及影響。資源的后期利用應(yīng)嚴(yán)格遵循煤質(zhì)性質(zhì)原則，選擇目前技術(shù)條件下最為合適的設(shè)備，配合高效的管理，方有望利用重選對(duì)煉焦中煤進(jìn)行有效分離。

2.2浮選過(guò)程回收難度

不同于市場(chǎng)對(duì)于動(dòng)力煤的粒度要求，煉焦煤在于最大程度的提高精煤產(chǎn)率，使煉焦用煤資源利用實(shí)現(xiàn)最大化。煉焦中煤占原煤比例之高，對(duì)于提高精煤產(chǎn)率這一目標(biāo)來(lái)講，是極大的阻礙。

在經(jīng)濟(jì)成本合理范圍內(nèi)，煉焦中煤經(jīng)破碎達(dá)到最大程度解離。此時(shí)，較之利用密度差異進(jìn)行分選，浮選依據(jù)表面物理化學(xué)性質(zhì)差異成為煉焦中煤最有效的回收利用手段。煉焦中煤本身與黃鐵礦、蒙脫土、高嶺土等礦物呈浸染狀分布，因此，在煉焦中煤浮選階段仍存在較大的困難，主要存在以下難點(diǎn)：

（1）煤泥罩蓋嚴(yán)重。浮選主要依賴于表面物理化學(xué)性質(zhì)的差異，集中體現(xiàn)在與氣泡的有效碰撞及粘附功方面。當(dāng)浮選環(huán)境中存在大量的泥化矸石，高嶺土、蒙脫土等層狀硅酸鹽在水中膨脹，羥基逐漸消失，生成大量的自由基，并均勻的粘附在疏水性差異較大的目的礦物與矸石表面［4］，因此，在氣泡有效碰撞前提下，礦化氣泡形成，但最后泡沫產(chǎn)物中氣泡夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重，造成精煤灰分偏高。

（2）離子溶出現(xiàn)象突出。礦物解離過(guò)程中，黃鐵礦等矸石被破碎，比表面積明顯增大，在水中電離、水解過(guò)程較之于大顆粒速度加快，水中離子種類及數(shù)量呈數(shù)量級(jí)的增大，主要離子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Al3+［5］?，F(xiàn)場(chǎng)的浮選環(huán)境一般呈堿性，二價(jià)陽(yáng)離子在決定煤泥水硬度的同時(shí)，Ca2+生成Ca（OH）2沉淀會(huì)與黏土類礦物發(fā)生吸附會(huì)使顆粒間形成“非選擇性”的靜電架橋，浮選精煤產(chǎn)量高且灰分高4%～5%。硅酸鹽表面及其電離出的Al3+則在煤泥浮選體系中與表面呈負(fù)電性的煤粒發(fā)生靜電作用甚至化學(xué)吸附，由此導(dǎo)致的煤泥罩蓋不易消除。

從以上兩點(diǎn)可以看出，粘土類礦物罩蓋、離子溶出尤其是Ca2+及浮選環(huán)境酸堿性、三者的綜合效應(yīng)對(duì)煉焦中煤回收有明顯的影響。此外，在選煤廠用水閉路循環(huán)的環(huán)境要求下，浮選用水多為循環(huán)3煉焦中煤二次利用展望

用水，其離子濃度、粘度及硬度也在很大程度上決定了煉焦中煤的回收效率。

對(duì)于粗顆粒的解離中煤選擇重選工藝則需要添加脫泥環(huán)節(jié)，降低高嶺土等泥巖對(duì)重選干擾的程度，或者開(kāi)發(fā)新型針對(duì)此類煉焦中煤回收的粗粒煤泥回收設(shè)備；浮選環(huán)節(jié)則需對(duì)循環(huán)水質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格管理，減少離子溶出對(duì)可燃體回收率的影響。如采用重—浮聯(lián)合工藝，預(yù)先脫泥，篩上產(chǎn)品利用分級(jí)旋流器等進(jìn)行分級(jí)處理，底流采用重選工藝，溢流與脫泥篩下產(chǎn)品進(jìn)入絮凝-浮選工藝，此方案可有效降低重選階段的干擾沉降作用，同時(shí)能抑制浮選過(guò)程細(xì)泥罩蓋和離子溶出現(xiàn)象。

煉焦中煤作為我國(guó)煉焦用煤的中間產(chǎn)品，其經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益不可被忽視。從基礎(chǔ)上提升對(duì)煉焦中煤中嵌布礦物種類、形式等方面的認(rèn)識(shí)，對(duì)其可選性、可浮性進(jìn)行系統(tǒng)、全面的探索，嚴(yán)把選煤廠的工藝，加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)督和管理，重視人才培養(yǎng)和發(fā)展，對(duì)于煉焦煤選煤廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。

［1］朱向楠，何亞群，謝衛(wèi)寧，等.煉焦中煤礦物學(xué)特征及再選試驗(yàn)研究［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，2:125-128.

［2］傅書桓，朱書全，王祖訥.主焦中煤再分選的必要性與可行性［J］.中國(guó)煤炭，1996，3:40-41.

［3］謝廣元，張明旭，邊炳鑫，等.選礦學(xué)［M］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社.徐州. 2005，1:110-117.

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