煤礦選煤技術(shù)與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系探究

呂淑芬

（黑龍江龍煤七臺河礦業(yè)有限責(zé)任公司選煤技術(shù)部煤質(zhì)科，黑龍江 七臺河 154600）

由《2020 年煤炭行業(yè)發(fā)展年度報(bào)告》可知，2020 年全年我國煤炭產(chǎn)量達(dá)到了39.0x108t，同比增長1.40%，規(guī)模以上煤炭企業(yè)原煤產(chǎn)量達(dá)到了38.40x108t，同比增長0.90%。不斷擴(kuò)大的煤炭產(chǎn)量引起了人們對煤炭資源可持續(xù)開發(fā)利用、環(huán)境污染等一系列隱憂。而煤礦選煤技術(shù)是與環(huán)境污染綠色化治理、防控息息相關(guān)的技術(shù)。因此，探究基于環(huán)境保護(hù)的煤礦選煤技術(shù)就具有非常重要的意義。

一、煤礦選煤技術(shù)與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系

煤礦選煤技術(shù)與環(huán)境保護(hù)存在密不可分的關(guān)系。應(yīng)用以浮選、重介、動(dòng)篩、跳汰等先進(jìn)選煤技術(shù)，配合多樣化洗選設(shè)備，可以脫除煤中所含的硫元素、灰分以及氮元素，減少燃用洗選煤氮氧化物、硫化物、煙塵排放量，為清潔空氣環(huán)境的營造提供支持。特別是通過以水循環(huán)與資源綜合利用為基礎(chǔ)的煤炭高效分選技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)低品質(zhì)熱的利用，并將低品質(zhì)熱、礦物資源的利用作為附加條件，賦予高效分選過程，實(shí)現(xiàn)綠色選煤。綠色選后的煤炭灰分水平可以控制在3.00%～5.00%左右，切實(shí)達(dá)成建設(shè)綠色礦山的要求[1]。

二、基于環(huán)境保護(hù)的煤礦選煤技術(shù)應(yīng)用方案

（一）化學(xué)選煤技術(shù)

化學(xué)選煤技術(shù)主要是利用強(qiáng)氧化劑、強(qiáng)堿、強(qiáng)酸等化學(xué)試劑，與原煤展開化學(xué)反應(yīng)，促使原煤中的硫成分向其他脫除難度小的形態(tài)轉(zhuǎn)變。特別是具有一定腐蝕性的強(qiáng)堿脫硫，可以在高溫、高壓情況下將全部黃鐵礦硫、七成以上的有機(jī)硫去除。比如，在選礦浮選過程中可以直接投加火堿或片堿，或者溶解于水內(nèi)后向原煤中噴灑，達(dá)到雜質(zhì)沉淀、中和煤礦中污水酸性、脫去有害氣體的效果[2]。其中片堿氫氧化鈉脫硫含量應(yīng)在20%-80%之間。

在化學(xué)選煤技術(shù)應(yīng)用過程中，需要首先配置母液，母液有效成分多在0.50%左右，隨后采取多級加入的方式，將母液稀釋至所需濃度。在溶液稀釋后，根據(jù)煤的浮選需要，選用轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)進(jìn)行Magnafloc1017 等高分子量過濾化學(xué)助劑脫水，降低原煤中水分含量?；蛘咴谶B續(xù)式壓濾機(jī)作業(yè)中加入Magnafloc156 等陰離子凝結(jié)化學(xué)助劑和Magnafloc1597 等陽離子型凝結(jié)助劑后離心，降低浮選濃縮槽中尾渣灰分子。若需要進(jìn)一步降低原煤內(nèi)污染成分，還可以使用1.00%～3.00%的DRIMAX1233 溶液或者超級吸水劑，提高原煤選煤效果。

（二）物理選煤技術(shù)

物理選煤技術(shù)是當(dāng)前基于環(huán)境保護(hù)的煤礦選煤技術(shù)體系中最常見的一種技術(shù)，包括選擇性絮凝、微泡浮選柱、小直徑重介質(zhì)旋流器、高梯度磁選、油團(tuán)選煤、摩擦靜電選煤等多種類型。將上述技術(shù)應(yīng)用于黃鐵礦，可以去除九成以上的灰分、硫，并提高精煤燃燒效率，減少1.0x106t/108t～1.5x106t/108t的硫排放，且成本僅為洗滌煙氣脫硫成本的10.00%左右。

以小直徑重介質(zhì)旋流器為例，該技術(shù)主要適用于煤炭的精選脫硫環(huán)節(jié)，可以在部分黃鐵礦在煤中嵌入分布較細(xì)密的難選煤或極難選煤中發(fā)揮良好的效果。比如，重介質(zhì)旋流器分選50～0mm（13～0.5mm、0.5～0.04mm 級）不脫泥原煤的工藝，可以選擇直徑為200mm 或100mm 的特定結(jié)果重介質(zhì)旋流器作為主選設(shè)備，利用細(xì)?；虺?xì)粒的磁性加重質(zhì)+水進(jìn)行懸浮液配置，可在不設(shè)浮選的情況下簡化選煤工藝，促使原煤灰分、全硫脫除率達(dá)到83.00%～90.0%之間。

（三）生物選煤技術(shù)

生物選煤技術(shù)主要是在酸堿值為3～6 的環(huán)境下，利用自養(yǎng)性氧化硫桿菌浸濾含硫礦漿，加速溶解煤中的硫鐵礦，促使硫鐵礦氧化分解為硫酸、鐵離子，將硫酸溶解于水后將其從煤炭中排除。在溶解后進(jìn)行原煤分選可以保證脫硫率（含無機(jī)硫、有機(jī)硫）在五成以上、七成以下，且具有裝置簡單的優(yōu)良特點(diǎn)，僅需在原煤堆（或空氣攪拌式反應(yīng)器、水平轉(zhuǎn)筒式反應(yīng)器、管道式反應(yīng)器內(nèi)）上均勻撒施含自養(yǎng)性氧化硫桿菌的水，利用水的浸潤作用，就可以在原煤中實(shí)現(xiàn)微生物脫硫，而脫去的硫也可以在原煤堆底部富集。但由于微生物對溫度較為敏感，且自養(yǎng)性氧化硫桿菌生長速度較慢，處理周期長達(dá)數(shù)周，同時(shí)需要進(jìn)行煤粉的破碎處理，成本較高，尚無工業(yè)方面的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)[3]。

除基于自養(yǎng)性氧化硫桿菌浸濾的選煤技術(shù)外，還可以選擇微生物浮選脫硫技術(shù)（又可稱之為微生物表面處理法）。該方法主要是基于在煤粉已破碎為微粒且與水混合后，利用懸浮液下通微細(xì)氣泡附著于原煤、黃鐵礦表面，在空氣浮力帶動(dòng)下，原煤、黃鐵礦可以共同上浮到水面這一原理。在上述原理支持下，可以將氧化亞鐵硫桿菌等對黃鐵礦較為敏感且專一性較強(qiáng)的微生物加入到懸浮液內(nèi)，在該微生物加入到懸浮液后會粘附在黃鐵礦表面，促使黃鐵礦表面由以往的疏水性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，而原煤顆粒表面仍然為疏水性。此時(shí)，原煤顆粒會在空氣、浮力帶動(dòng)下上浮到水面，黃鐵礦則向下沉，實(shí)現(xiàn)黃鐵礦脫離效果。這一技術(shù)具有處理時(shí)間短（數(shù)秒內(nèi)）、脫硫率高但煤炭回收率低的特點(diǎn)。

三、基于環(huán)境保護(hù)的煤礦選煤技術(shù)展望

（一）循環(huán)綜合加工

未來的煤礦選煤，不單單可以進(jìn)行選煤加工，而且可以發(fā)展成為黑龍江龍煤七臺河井下產(chǎn)出固體、氣體、液體產(chǎn)品的循環(huán)綜合加工利用基地。即發(fā)揮企業(yè)一體化運(yùn)營管理調(diào)控作用，依據(jù)能源資源利用效率最大化、經(jīng)濟(jì)效益最大化方針，將產(chǎn)生于煤礦開擦過程的氣體、固體、液體產(chǎn)品，進(jìn)行綜合加工利用。比如，對于煤礦中生產(chǎn)的煤礦、矸石等固體，在選煤環(huán)節(jié)分選的基礎(chǔ)上，于坑口設(shè)置有利用價(jià)值矸石的就地發(fā)電模塊；對于煤礦生產(chǎn)中產(chǎn)生的礦井水等液體產(chǎn)品，除部分商業(yè)外送外，還可在凈化后用于選煤廠日常工業(yè)操作；對于煤礦井下生產(chǎn)中所產(chǎn)生的地?zé)?、抽排瓦斯等氣體產(chǎn)品，進(jìn)行發(fā)電、供熱模塊應(yīng)用，形成一個(gè)分級分質(zhì)利用的煤炭產(chǎn)品循環(huán)綜合加工體系，最大限度降低選煤副產(chǎn)物對生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響。

（二）洗選深加工

在現(xiàn)有選煤環(huán)節(jié)分級、分質(zhì)利用各種產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，加大投入，發(fā)展以煤矸石、煤泥為原料的綜合利用熱電廠，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自備自用電、集中供暖以及礦區(qū)環(huán)節(jié)質(zhì)量的改善。同時(shí)籌備建設(shè)更大的煤泥電廠，進(jìn)一步壓縮煤泥向外部輸運(yùn)商品煤中的摻入量，為外運(yùn)商品煤質(zhì)量、煤炭資源利用率同步提升提供依據(jù)。同時(shí)利用煤矸石、粉煤灰回收的高附加值產(chǎn)品，如氧化鋁等，發(fā)展新型建材業(yè)。

（三）礦井水和瓦斯綜合利用

未來，煤礦選煤技術(shù)將延伸到保水開采方面，即根據(jù)區(qū)域情況，完善礦井水設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行礦井地下水庫的建設(shè)，降低工程投資。同時(shí)將井下抽放瓦斯發(fā)電作為煤炭選煤階段瓦斯開發(fā)利用的首選，逐漸提高瓦斯發(fā)電總裝機(jī)能力，降低高瓦斯煤礦溫室氣體排放量。

總結(jié)

綜上所述，基于環(huán)境保護(hù)的煤礦選煤技術(shù)應(yīng)用的本質(zhì)是以煤炭洗選加工為基礎(chǔ)，從凈化煤煙型大氣污染、土壤污染為目標(biāo)，綜合利用生物、物理、化學(xué)等技術(shù)對原煤進(jìn)行洗選加工。通過原煤的洗選加工操作，可以大量壓縮原煤中硫分、灰分以及其他有毒微量元素的量，降低煤礦開發(fā)、原煤使用對自然生態(tài)環(huán)境的污染，為環(huán)境保護(hù)助力。