淺談煉焦中煤二次利用現狀

向伯濤（中國煤炭科工集團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狀

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

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

煉焦中煤可選性可浮性二次利用

煤炭作為我國的能源支柱，隨著機械化開采程度逐步深入擴大，賦存總量逐年降低的同時灰分上升且分選難度加大。這一現象對于煉焦用煤的煤種尤為嚴重。2013年～2018年期間，中國煤炭市場供需總體供大于求格局，煉焦原煤增至16.8億噸，年均復合增長率3～4%。煉焦原煤占原煤總產量的36%，而這個占比有逐年減少的趨勢。雖然在煤炭用途方面，可以根據最終產品的要求，利用貧瘦煤等煤種對煉焦用煤進行配煤，但仍不可有效解決我國煉焦用煤儲量少這一現狀。根據《特殊和稀缺煤類開發利用管理暫行規定》的相關指導思想，通過對煉焦中煤再利用，提高煉焦精煤產率成為緩解我國煉焦用煤煤種儲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程中依賴現場現有工藝無法有效降低灰分而不能作為合格的精煤產品的選煤中間產品。該產品產率一般為5%～15%，灰分一般介于35%～45%，熱值較低［1］?，F階段，煉焦中煤因熱值低大部分直接作為燃料被用來發電，不僅對不可再生資源來講是不可逆轉的，而且在其燃燒過程中，煤中含有的重金屬元素甚至有毒元素如鎘、鉛、砷、硫等在大氣環流中影響到大氣質量同時危害到地球土壤，重元素富集甚至危害到人類生命［2］?？紤]到經濟因素及環境因素，煉焦中煤二次利用勢在必行。

2　煉焦中煤的回收難度

對煉焦中煤進行充分解離是實現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利用球磨機將煤粉碎至0.5mm以下，借助浮選手段分離、回收。在分選機械合適的分選粒度范圍內，煉焦中煤較之原煤的性質變化較大，帶來的重選可選性差、浮選過程由于粘土礦物的含量增大所引起的浮選選擇性差等問題嚴重制約著精煤產率和質量的提高。

2.1重選過程回收難度

煉焦中煤解離再利用是提高精煤產率的首要滿足條件。而對于以夾矸煤為主的中煤，通過破碎使煤與礦物、矸石等實現有效分離，從而使中煤分選效率提高。由此帶來粒度大幅減小、粉塵、噪音等問題突出。但是，粒度的減小對于利用重選實現提高精煤產率這一方法來講難度大大提高。理想的重選分離過程自由沉降不考慮環境中其他顆粒運動速度、分選介質的相對運動速度、分選介質粘度等因素，嚴格按照分選介質與礦物顆粒的密度進行分選。但在實際的分選過程中以上幾點表現突出，總的表現為干擾沉降。夾矸中煤重選回收難度主要體現在以下幾個方面：

（1）破碎過程中，矸石和煉焦中煤兩者均被破碎，進入重選系統的高嶺土、蒙脫土等細粒粘土礦物含量大幅增加，且兩者在水中會膨脹、破裂，導致水或者重懸浮液的粘度增大，干擾沉降現象明顯嚴重，重選不能嚴格按照密度進行分選［3］；

（2）煉焦中煤粒度經過破碎得到控制，然而，大部分礦物與煤呈散狀、浸染狀嵌布，隨著密度的增大，灰分并不會出現大范圍的階躍，即在保證精煤灰分的同時，產率極低；抑或為保證產率，但又會對原煤重選過程造成背灰壓力，使得原煤分選能力不能發揮至最大；

（3）分選設備大型化在適應選煤廠生產能力提高的同時，分選下限提高，致使細顆粒的物料無法得到有效回收，由此帶來的經濟效益并不明顯，選煤廠工藝改進的動力不足。

（4）搖床、螺旋選礦分選易選煤的優勢明顯，能夠有效回收粗粒煤泥，而對于粗粒質地緊密的夾矸中煤煤泥，可選性一般表現為難選～極難選，使其分選效果不夠理想；同時，煉焦中煤的產率得比例之高，搖床、螺旋選礦的處理能力并不能達到要求；經多次實踐證明，在諸多的粗粒煤泥分選設備中，煤泥重介旋流器和TBS對于細粒級難選的煉焦中煤分選效果較好。煤泥重介需要一套獨立的介質系統，對于選煤廠管理來講較為復雜。

綜上幾點可以看出，煉焦中煤利用重選實現二次利用難度較大，主要原因在于煤與礦物的嵌布形式、分選設備的分選能力等因素的限制及影響。資源的后期利用應嚴格遵循煤質性質原則，選擇目前技術條件下最為合適的設備，配合高效的管理，方有望利用重選對煉焦中煤進行有效分離。

2.2浮選過程回收難度

不同于市場對于動力煤的粒度要求，煉焦煤在于最大程度的提高精煤產率，使煉焦用煤資源利用實現最大化。煉焦中煤占原煤比例之高，對于提高精煤產率這一目標來講，是極大的阻礙。

在經濟成本合理范圍內，煉焦中煤經破碎達到最大程度解離。此時，較之利用密度差異進行分選，浮選依據表面物理化學性質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：

（1）煤泥罩蓋嚴重。浮選主要依賴于表面物理化學性質的差異，集中體現在與氣泡的有效碰撞及粘附功方面。當浮選環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，但最后泡沫產物中氣泡夾帶現象嚴重，造成精煤灰分偏高。

（2）離子溶出現象突出。礦物解離過程中，黃鐵礦等矸石被破碎，比表面積明顯增大，在水中電離、水解過程較之于大顆粒速度加快，水中離子種類及數量呈數量級的增大，主要離子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Al3+［5］?，F場的浮選環境一般呈堿性，二價陽離子在決定煤泥水硬度的同時，Ca2+生成Ca（OH）2沉淀會與黏土類礦物發生吸附會使顆粒間形成“非選擇性”的靜電架橋，浮選精煤產量高且灰分高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電性的煤粒發生靜電作用甚至化學吸附，由此導致的煤泥罩蓋不易消除。

從以上兩點可以看出，粘土類礦物罩蓋、離子溶出尤其是Ca2+及浮選環境酸堿性、三者的綜合效應對煉焦中煤回收有明顯的影響。此外，在選煤廠用水閉路循環的環境要求下，浮選用水多為循環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。

對于粗顆粒的解離中煤選擇重選工藝則需要添加脫泥環節，降低高嶺土等泥巖對重選干擾的程度，或者開發新型針對此類煉焦中煤回收的粗粒煤泥回收設備；浮選環節則需對循環水質進行嚴格管理，減少離子溶出對可燃體回收率的影響。如采用重—浮聯合工藝，預先脫泥，篩上產品利用分級旋流器等進行分級處理，底流采用重選工藝，溢流與脫泥篩下產品進入絮凝-浮選工藝，此方案可有效降低重選階段的干擾沉降作用，同時能抑制浮選過程細泥罩蓋和離子溶出現象。

煉焦中煤作為我國煉焦用煤的中間產品，其經濟效益、環境效益不可被忽視。從基礎上提升對煉焦中煤中嵌布礦物種類、形式等方面的認識，對其可選性、可浮性進行系統、全面的探索，嚴把選煤廠的工藝，加強設備運行的監督和管理，重視人才培養和發展，對于煉焦煤選煤廠技術經濟發展有著深遠的影響。

［1］朱向楠，何亞群，謝衛寧，等.煉焦中煤礦物學特征及再選試驗研究［J］.煤炭科學技術，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］.中國煤炭，1996，3:40-41.

［3］謝廣元，張明旭，邊炳鑫，等.選礦學［M］.中國礦業大學出版社.徐州. 2005，1:110-117.

［4］張明青，劉炯天，單愛琴，劉漢湖.煤泥水中Ca2+在黏土礦物表面的作用［J］.煤炭學報，2005，30（5）.637-641.

［5］張明青，劉炯天，王永田.水質硬度對煤泥水中煤和高嶺石顆粒分散行為的影響［J］.煤炭學報，2008，33（9）:1058-1062.