龍宇洗煤廠浮選系統(tǒng)工藝優(yōu)化探索

張 財(cái)

(山西亞鑫能源集團(tuán) 呂梁龍宇洗煤有限公司，山西 臨縣 033200)

選煤是潔凈煤技術(shù)的源頭和基礎(chǔ)，是提高煤炭利用率、減少環(huán)境污染的關(guān)鍵技術(shù)。浮選是處理細(xì)粒煤泥最高效的方法之一，浮選工藝和浮選設(shè)備對浮選效果起著決定性作用，機(jī)械攪拌式浮選機(jī)、浮選柱和噴射式浮選機(jī)等是主要的浮選設(shè)備[1-3]。XJM-S系列浮選機(jī)以其對煤質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、浮選粒度范圍寬、操作簡單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)在我國得到廣泛應(yīng)用[4-8]，市場占有率約在80%以上；浮選柱主要處理超細(xì)粒煤泥，適用于易浮和極易浮煤泥，市場占有率約在10%；其他類型浮選設(shè)備的市場占有率約在10%[9-13]。為了提高煤泥浮選效果，國內(nèi)多家選煤企業(yè)在優(yōu)化浮選工藝上進(jìn)行了有益的探索。例如：呂梁市方山選煤廠入選龐龐塔難浮煤泥時(shí)，由于高灰細(xì)泥污染，致使精煤灰分偏高，因此采用二次浮選工藝有效控制精煤灰分[14]；山東能源新巨龍煤礦選煤廠采用煤泥深度浮選工藝，提高浮選尾煤掃選次數(shù)，同時(shí)對一次浮選精煤進(jìn)行精選，在確保浮選精煤灰分穩(wěn)定的條件下，滿足了浮選尾煤灰分>75%的要求。因此，結(jié)合產(chǎn)品質(zhì)量要求，制訂科學(xué)的選煤工藝和選擇合理的浮選設(shè)備是煤泥浮選成功的關(guān)鍵[15-16]。

呂梁龍宇洗煤有限公司是一座設(shè)計(jì)能力為1.80 Mt/a的重介選煤廠，入選原煤為低硫高灰、矸石含量大、可選性差的焦煤，原煤中煤泥含量達(dá)35%，且煤泥可浮性為難浮。該廠采用無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器主選+煤泥重介分選+煤泥二次浮選+尾煤濃縮壓濾聯(lián)合工藝。選煤廠經(jīng)多次技術(shù)改造，實(shí)際處理能力達(dá)到了550 t/h。該廠精煤磁選尾礦截粗后進(jìn)入浮選，按總煤泥量計(jì)算，浮選入料量約為原煤入選量的12.43%，即68.3 t/h。由于最初設(shè)計(jì)時(shí)，浮選系統(tǒng)規(guī)模較小，浮選場地小，導(dǎo)致目前浮選系統(tǒng)存在一些問題：浮選設(shè)備處理能力不足，浮選入料濃度高達(dá)100 g/L，浮選效果差；浮選精煤污染嚴(yán)重，浮選尾煤灰分低，導(dǎo)致主選精煤“背灰”嚴(yán)重；浮選尾煤跑煤，嚴(yán)重影響了選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益。上述問題使煤泥浮選系統(tǒng)優(yōu)化和產(chǎn)能提升迫在眉睫，故需深入分析生產(chǎn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，尋找瓶頸和解決問題方案，為解決選煤廠煤泥分選問題提供技術(shù)支撐。

1 浮選系統(tǒng)簡介

該廠浮選系統(tǒng)采用兩段直接浮選工藝，一段采用一臺(tái)XJM-S28(4室)型浮選機(jī)，二段采用一臺(tái)XJM-S16(4室)型浮選機(jī)。生產(chǎn)中，精煤磁選尾礦經(jīng)隔粗后，0～0.3 mm粒級煤泥全部進(jìn)入一段浮選，一段浮選精煤進(jìn)入臥式沉降離心脫水機(jī)脫水，脫水后的產(chǎn)品摻入精煤產(chǎn)品，離心液則進(jìn)入二段浮選，二段浮選精煤采用快開隔膜壓濾機(jī)脫水后摻入精煤；二段浮選尾煤與一段浮選尾煤全部進(jìn)入濃縮機(jī)濃縮，濃縮機(jī)底流經(jīng)快開隔膜壓濾機(jī)脫水后作為最終尾煤產(chǎn)品，濃縮機(jī)溢流則作為循環(huán)水。原浮選系統(tǒng)原則流程如圖1所示。

圖1 原浮選系統(tǒng)原則流程圖Fig.1 Basic process flowsheet of the original flotation system

龍宇洗煤廠最大帶煤量達(dá)到550 t/h時(shí)，重選產(chǎn)品指標(biāo)正常，但受廠房空間限制與浮選機(jī)所需占地面積較大等因素，選煤廠沒有空間增加浮選機(jī)以滿足增量煤泥的處理要求，造成現(xiàn)有浮選系統(tǒng)處理能力不足，浮選入料濃度達(dá)到了100 g/L，浮選效果差，一段浮選精煤灰分高達(dá)15.60%，最終浮選尾煤灰分最低時(shí)僅37%左右，低位發(fā)熱量在13.81～14.65 MJ/kg。原浮選系統(tǒng)生產(chǎn)指標(biāo)見表1。浮選精煤質(zhì)量不能滿足要求，浮選尾煤以地銷為主，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低，嚴(yán)重影響了選煤廠的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

表1 原浮選系統(tǒng)生產(chǎn)指標(biāo)Table 1 Production indices of the original flotation system %

2 問題分析

2.1 產(chǎn)品指標(biāo)分析

表1中最終浮選精煤灰分為14.39%，為滿足綜合精煤灰分<14%的要求，需要重介精煤“背灰”，造成重介精煤產(chǎn)率降低，經(jīng)濟(jì)效益受損。最終浮選尾煤灰分約為40%，熱量約為12.56 MJ/kg，以地銷為主，經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高。原煤增量生產(chǎn)導(dǎo)致系統(tǒng)入浮煤泥量增加，超出了原設(shè)計(jì)浮選系統(tǒng)的有效處理能力，造成一段浮選時(shí)間不足，浮選效果變差，浮選尾煤跑煤。一段浮選尾煤粒度分析結(jié)果見表2。由表2可知：一段浮選尾煤中0.335～0.125 mm粒級的灰分較低，說明這部分煤泥由于浮選機(jī)處理能力不足而沒有足夠的時(shí)間進(jìn)行有效分選，部分低灰顆粒進(jìn)入尾煤造成一段浮選尾煤灰分低。

表2 一段浮選尾煤粒度組成Table 2 Size analysis of the tailings produced by the 1st-stage flotation process %

一段浮選入料濃度偏高，入料中細(xì)粒級灰分相對較高，一段浮選入料粒度分析結(jié)果見表3。由表3可知：<0.074 mm粒級細(xì)泥灰分達(dá)到36.13%，產(chǎn)率達(dá)到28.45%，高灰細(xì)粒煤泥受比表面積影響，容易對浮選精煤造成污染。

表3 一段浮選入料粒度分析結(jié)果Table 3 Size analysis of the feed material of the 1st-stage flotation process %

一段浮選精煤粒度分析結(jié)果見表4。由表4可知：浮選精煤中<0.125 mm粒級的灰分較高，特別是<0.074 mm粒級的灰分達(dá)到20.21%，產(chǎn)率達(dá)到了23.34%，說明浮選過程中高灰細(xì)泥容易隨精煤富集到泡沫上，由于機(jī)械攪拌浮選機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的泡沫層相對較薄(約200～300 mm),氣泡挾帶的高灰細(xì)泥在上升穿越泡沫層的過程中不易從泡沫上脫落，很快到達(dá)泡沫層的表面，被精礦刮板刮入精礦槽，從而造成浮選精煤灰分升高。二段浮選入料來源于一段浮選精煤經(jīng)臥式沉降離心脫水機(jī)脫水后的離心液，入料灰分與濃度低，浮選指標(biāo)可控。

表4 一段浮選精煤粒度分析結(jié)果Table 4 Size analysis of the concentrate product of the 1st-stage flotation process %

2.2 尾煤泥滯銷

由于目前浮選尾煤采用隔膜壓濾機(jī)脫水，脫水后產(chǎn)品水分在26%～28%之間，產(chǎn)品形態(tài)為團(tuán)狀或餅狀物，無法均勻與重介中煤進(jìn)行摻配按電煤銷售，若降低壓濾煤泥水分使之成為松散煤泥，則可在不影響熱值的情況下將之摻入中煤按電煤銷售，經(jīng)濟(jì)效益可以提高。

3 半工業(yè)性試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)煤樣

試驗(yàn)煤樣為龍宇洗煤廠浮選入料與一段浮選精煤，浮選入料灰分為25%；一段浮選精煤灰分為19.5%。

3.2 儀器和設(shè)備

φ500 mm半工業(yè)型速效達(dá)快速浮選機(jī)1臺(tái)，φ500 mm半工業(yè)型空腔諧振式浮選柱1臺(tái)，接入現(xiàn)有浮選工藝系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。

3.3 試驗(yàn)流程

半工業(yè)性試驗(yàn)流程如圖2所示。速達(dá)效浮選機(jī)的來料為現(xiàn)有浮選入料，從接點(diǎn)1接入，浮選入料中<0.3 mm粒級物料產(chǎn)率為80%；浮選柱來料為一段機(jī)械式攪拌浮選機(jī)粗選精礦，從接點(diǎn)2接入。

圖2 半工業(yè)試驗(yàn)流程Fig.2 Process flowsheet of the semi-industrial test

4 結(jié)果和分析

4.1 浮選機(jī)試驗(yàn)

速效達(dá)快速浮選機(jī)半工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果見表5。由表5可知：用速效達(dá)快速浮選機(jī)作為預(yù)選能夠浮出合格的精煤，浮選精煤平均灰分為13.5%，產(chǎn)率為27.27%，有效地降低了后續(xù)浮選的入料濃度與煤泥量。

表5 浮選機(jī)半工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Flotation machine semi-industrial test result %

4.2 浮選柱試驗(yàn)

浮選柱入料為一段浮選機(jī)的精礦，粗選需確保浮出高灰尾煤，使尾煤灰分≥70%。當(dāng)一次浮選尾礦灰分≥70%時(shí)，精煤灰分約為19.50%左右，采用空腔諧振式浮選柱對“粗選”作業(yè)的精煤進(jìn)行精選，該類型浮選柱能在工作過程中產(chǎn)生微細(xì)氣泡，并能夠形成較厚的可控泡沫層，頂部的噴淋水能夠起到很好的降灰效果。浮選柱可將粗選精煤中的高灰細(xì)泥和中間物料排至尾礦產(chǎn)品，確保精煤產(chǎn)品灰分≤14%，尾煤灰分在40%左右。空腔諧振式浮選柱試驗(yàn)結(jié)果見表6。按照經(jīng)濟(jì)效益最大化原則考慮，當(dāng)精選精煤灰分在15%時(shí)，尾煤灰分為40.55%，同重介中煤灰分相近，考慮脫水后參入中煤，按電煤銷售。

表6 浮選柱半工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Flotation column semi-industrial test result %

5 解決方案

5.1 優(yōu)化流程

對圖1所示浮選流程進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的流程如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后的浮選工藝流程圖Fig.3 Process flowsheet of the optimized flotation system

流程優(yōu)化后，“精選”出的精煤與“預(yù)選”作業(yè)的精煤混合進(jìn)入臥式沉降式離心脫水機(jī)脫水，在脫水過程中，因部分細(xì)粒級高灰煤泥被脫除，因此脫水后的精煤灰分能降低約0.5個(gè)百分點(diǎn)；離心液進(jìn)入現(xiàn)有的二段浮選機(jī)進(jìn)行掃選，浮出其中的低灰精煤，由隔膜壓濾機(jī)脫水后與臥式沉降式離心脫水機(jī)脫水后的精煤成為最終浮選精煤。掃選作業(yè)尾煤與粗選作業(yè)尾煤一并進(jìn)入濃縮機(jī)，經(jīng)脫水后成為最終浮選尾煤。二段浮選尾礦脫水后摻入中煤。

5.2 指標(biāo)對比

優(yōu)化前后產(chǎn)品指標(biāo)見表7。由表7可知，浮選流程優(yōu)化后，產(chǎn)品質(zhì)量得到了提高，同時(shí)尾煤產(chǎn)率大幅下降，精煤產(chǎn)率增加了2.15個(gè)百分點(diǎn)，中煤產(chǎn)率增加了1.18個(gè)百分點(diǎn)。

表7 優(yōu)化前后最終指標(biāo)對比Table 7 Comparison of the production indices before and after flotation system optimization %

5.3 效益分析

為確保產(chǎn)品質(zhì)量合格，產(chǎn)率效益最大化，將浮選柱的尾礦產(chǎn)品(灰分接近于重介中煤灰分、熱值為12.97 MJ/kg)由隔膜壓濾脫水改為臥式沉降離心機(jī)脫水，產(chǎn)品水分從26%～28%降到了13.5%左右，產(chǎn)品由原來的餅狀或團(tuán)狀物變?yōu)樯蠲耗?，完全能夠滿足摻配中煤的條件。

通過浮選系統(tǒng)的優(yōu)化改造，浮選精煤產(chǎn)率提高了2.15個(gè)百分點(diǎn)，尾煤產(chǎn)率降低了3.33個(gè)百分點(diǎn)，中煤產(chǎn)率增加了1.18個(gè)百分點(diǎn)。根據(jù)當(dāng)前的煤炭市場價(jià)格進(jìn)行效益對比分析，結(jié)果見表8。由表8可知：浮選系統(tǒng)優(yōu)化后，噸原煤可增加銷售收入21.75元。按照原煤入選量為200萬t/a計(jì)算，年銷售收入增加了4 350萬元。

表8 優(yōu)化前后效益對比分析Table 8 Comparison of sales revenues before and after optimization of flotation system

6 結(jié)語

呂梁龍宇洗煤有限公司針對煤泥浮選系統(tǒng)存在的問題，為保證浮選精煤質(zhì)量合格，浮選尾煤產(chǎn)品減量，從而達(dá)到提質(zhì)增效的目標(biāo)，采用半工業(yè)性試驗(yàn)，制訂合理方案，對煤泥浮選工藝系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，滿足精煤灰分≤14%、尾煤灰分≥65%的要求，同時(shí)產(chǎn)出了灰分在40%左右的中煤產(chǎn)品。經(jīng)測算，精煤產(chǎn)率增加2.15個(gè)百分點(diǎn)(全級)，中煤產(chǎn)率增加1.18個(gè)百分點(diǎn)(全級)，噸原煤增加收益為21.75元。經(jīng)工藝優(yōu)化和系統(tǒng)升級，整個(gè)洗煤廠工藝系統(tǒng)暢通，生產(chǎn)正常，極大地減少了尾煤產(chǎn)品數(shù)量，保證了精煤產(chǎn)品質(zhì)量，提高了產(chǎn)品的利用價(jià)值，更好地適應(yīng)當(dāng)前市場需求，緩解了尾煤泥產(chǎn)品滯銷問題，使選煤廠經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。