浮選柱與“2+2”浮選機分選工藝的研究與應用

胡 剛，王 磊，謝 保，焦劉軍，劉 帥，侯增芳，王 悅

(1.新汶礦業集團有限責任公司洗煤分公司；2.新汶礦業集團有限責任公司洗煤分公司 協莊選煤廠，山東 新泰 271221)

近年來，隨著市場經濟下行壓力加大，煤炭市場形勢嚴峻，企業生存壓力巨大。為了增強精煤產品的競爭力，提出精煤各項指標保穩定、再提高的要求。以協莊選煤廠為例，探索在現有浮選工藝的基礎上優化升級，采用浮選柱與“2+2”浮選機聯合降灰工藝，增加煤泥分步釋放次數，從而將浮選精煤灰分降至合格指標內，避免重介精煤為浮選精煤“背灰”現象，既穩定了精煤產品質量，又最大化提升了精煤產率。

1 浮選工藝現狀及問題

協莊選煤廠為礦井型煉焦煤選煤廠，設計入洗能力1.50 Mt/a，采用“預先脫泥—有壓兩產品旋流器主再選—TBS+螺旋分選機—一次浮選—尾煤泥壓濾”聯合分選工藝。浮選環節利用浮選柱對細粒煤泥一段分選，浮選精礦利用新型穿流壓濾機脫水處理后摻入精煤產品，浮選尾礦經濃縮池沉降、壓濾機脫水后成為煤泥產品。

近年來，受井下開采煤層加深、機械化程度的提高，以及山東省老礦區整體煤質變差等影響，入洗原煤中原生煤泥量和次生煤泥量大幅增加，浮選入料中高灰細泥含量越來越高，導致浮選精煤灰分偏高、分選效率偏低。

(1)協莊選煤廠浮選入料中小于0.045 mm粒級含量63.99%，灰分64.28%(小篩分結果見表1)，導致浮選精礦中夾帶高灰細泥較多、灰分居高不下，重選“背灰”現象嚴重，阻礙了精煤產率的最大化提升[1-3]。浮選柱一段分選的精礦灰分為9.78%，比精煤產品灰分7.5%高2.28個百分點。

(2)高灰細泥含量增加導致煤泥分選難度增大，出現浮選精煤和尾煤不能同時達標的情況，生產中為保證精煤灰分，尾礦灰分控制偏低；通過尾煤泥小浮沉試驗，分析發現尾煤泥中存在20%～30%合格精煤，造成了優質資源的浪費和企業經濟效益損失[4-6]。

表1 浮選入料小篩分試驗結果

2 可行性分析

2.1 浮沉試驗

按照GB/T 478—2008煤炭浮沉試驗方法對煤泥進行小浮沉試驗(見表2)。分析表2可知，當精煤灰分取7.35%時，理論浮物產率為20.89%，表明現浮選系統未能充分回收優質精煤資源。

表2 壓濾煤泥小浮沉試驗結果

2.2 分步釋放試驗

按照GB/T 36167—2018對浮選入料進行分步釋放試驗，結果見表3。

分析表3可知，將一次浮選尾礦灰分提至72.07%以上時，一次浮選精煤產率為58.68%，對應精礦灰分為17.90%；二次浮選精煤產率為47.90%，對應精礦灰分為10.06%；三次浮選精煤產率為40.58%，對應精礦灰分為7.52%。表明采用三次浮選工藝，可實現浮選精煤深度降灰，此時對應尾煤泥灰分達61.61%[7]。

表3 浮選入料分步釋放試驗結果

2.3 工業試驗

根據浮選工業性生產調試結果(見表4)，現浮選工藝可以保證浮選尾礦在75%以上，在現有浮選工藝的基礎上，進行煤泥深度分選工藝優化改造具有可行性[8]。

表4 浮選柱工業試驗結果

3 浮選降灰新工藝改造

3.1 二次浮選工藝的優化探討

目前工業化應用的浮選工藝主要包括：脫泥浮選、傳統一次浮選以及二次浮選。脫泥浮選工藝是將浮選入料中的高灰細泥脫除后，再進行浮選回收，避免了高灰細泥夾帶對精礦灰分的影響，但小于0.045 mm粒級中含有大量細精煤，造成了優質精煤資源的浪費[9-10]。傳統一次浮選工藝則采用浮選機或浮選柱一段分選，浮選柱能強化高灰微細煤泥選擇性分選回收，但高灰細泥含量較高時，一次浮選工藝仍無法避免浮選精礦中的高灰細泥夾帶。二次浮選工藝通過“一次粗選、二次精選”，可有效解決高灰細泥夾帶、精煤資源損失等難題[11-15]。

浮選柱產生的氣泡直徑小，氣泡分散度高，對微細顆粒物料分選更有利；浮選機具有“多點加油、多室調整”的優勢。針對入洗煤層多、煤質變化大等特點，協莊選煤廠采用“浮選柱+浮選機”二次浮選工藝，其中浮選機采用“3+1”或“2+2”式精礦調節方式，通過將二次浮選高灰精礦給入二次浮選入料，將傳統“二次浮選”升級為“三次浮選”，確保浮選精煤灰分滿足要求。

3.2 改造方案

浮選入料經浮選柱分選后，一次浮選精礦自流進入二浮入料桶，經礦漿預處理器調漿后進入新增的XJM-S36-4型浮選機分選，浮選機一室、二室精礦灰分滿足要求，自流進入二浮精礦池；三室、四室精礦灰分較高，回到二浮入料桶循環，避免了直接進入精礦產品造成灰分超標，實現浮選精礦的深度降灰。一次浮選尾礦及二次浮選尾礦則進入φ30 m尾煤泥濃縮機濃縮沉降，由尾煤泥壓濾系統脫水處理后成為煤泥產品。

為保證浮精系統處理能力，確保浮選系統高效運行，新增1臺HAZ700-2580×2000-UI型單室進料空氣穿流壓濾機替代現2臺KMGZ400型壓濾機，二次浮選精礦經單室進料空氣穿流壓濾機脫水后成為浮選精煤。通過圓盤給料機將浮選精煤均勻給入精煤帶式輸送機，并由精煤混配機摻配均勻后成為精煤產品。改造完成前、后工藝流程對比見圖1。

圖1 改造完成前(左)、后(右)工藝流程對比

4 應用效果

浮選柱與“2+2”浮選機降灰新工藝改造完成后，一浮尾礦灰分控制在75%以上，二浮精礦灰分十級、六級分別降低至9%、7.5%左右，比改造前浮精灰分分別降低1～1.5個百分點，浮精降灰效果顯著，避免了“重介背灰”現象，此工藝對類似采用浮選工藝的選煤廠具有借鑒意義。

新增浮選精礦壓濾機投入使用后，浮選壓濾能力提升，助力了浮選產能釋放，浮選系統可全負荷運行，2021年浮選精煤產率提升3.92%；浮選精煤灰分降低后，徹底解決了“重介精煤背灰”現象，重介精煤平均灰分提升0.2%～0.5%，重介分選效率同步提升，改造完成后增加經濟效益1 784萬元/a。

5 結 語

協莊選煤廠結合煤質特性和廠房結構布局，創新采用浮選柱、“2+2”浮選機聯合分選工藝，通過增加浮選入料分步釋放次數，實現浮選精礦的深度降灰，避免了浮選柱精礦或浮選機全部精礦直接進入精礦池造成浮選精煤灰分超標的問題，同時采用新型穿流壓榨壓濾機+圓盤給料機+煤泥混破機均質摻配工藝，實現了精煤產率和產品質量的雙提升。