煤泥分选超低灰煤、超净煤的研究.doc

煤泥分选超低灰煤、超净煤的研究 贾怀军 （大同煤矿集团大地选煤公司 山西 大同 037003） 摘 要 煤泥是煤炭洗选加工过程中的一种必不可少的产物，国内选煤厂煤泥的综合利用是一个必须面临的现实问题。煤泥的高效处理成为洁净煤技术发展的重点之一，是综合利用煤炭资源，节能减排及环境保护的有效途径，因而煤泥分选工艺的研究具有重要意义。其研究范畴不仅包括对现有的煤泥分选工艺的完善，更要加强对煤泥分选新工艺以及分选理论的研究。本文以同煤集团大唐塔山选煤厂的煤泥为研究对象，通过对煤泥性质的分析，采用常规浮选和絮团浮选两种煤泥分选工艺，选择出最佳条件进行试验，分选之后的精煤灰分可以降低到6以下，甚至降低到2，达到制备超低灰煤、超净煤的目的，提高了煤泥的附加值。 关键词煤泥，浮选， 超细粉碎，絮团浮选，超净煤 ABSTRACT This slime is an essential product of coal separation. It is becoming one of important in clean coal technology and a valid way to make sure of coal resource and protect environment comprehensively. Therefore, the research about selective processing of slime has important significance. The category of research not only contains perfecting of old selective processing of tiny coal, but also developing new selective processing of tiny coal and separation theory.Through analysis and test preparation summed up low-ash coal slurry, ultra-clean coal effective separation process. After the first rough selection of coal by conventional flotation, last by flocculation –flotation process to prepare low-ash coal, clean coal. Ash is reduced to below 6,even to 2.The is scientific and reasonable, can more effectively reduce the ash slurry and improve the added value of slime. KEYWORDSSlime， Flotation，Ultrafine, Conglomeration flotation，Low-ash coal, Clean coal 正 文 我国的能源特征是“富煤、少油”，在全部能源的总消耗量中, 煤炭占75以上, 石油占17[1]。面对这样的能源结构，煤炭作为我国第一能源的重要性不言而喻。但是我国的煤炭资源中精煤的含量不高，大部分都需要经过分选过程来实现煤的有效利用，然而我国煤炭利用水平低，很多有用的成分都没有被合理的利用，这样不仅浪费了资源，而且会对环境造成危害。选煤厂是分选煤炭的场所，然而在分选的过程中会产生大量的煤泥，而煤泥因为具有灰分高、粘度大、水分高等特点使其很难被高效合理的利用。 同煤集团选煤厂的煤泥年产量达到约300万吨，远景产量将突破1000万吨，所有煤泥都是通过压滤后掺入精煤销售。因为煤泥水分高，使精煤总水分增加，影响精煤产品的销售，在冬季冻结车皮严重。同煤部分选煤厂的煤泥采用掺入重选的精煤作为高炉喷吹用煤，其中煤泥占10左右，煤泥的灰分约为20，与用户签订的合同灰分是小于9，因此，没有分选的煤泥掺入精煤，增加了精煤的灰分和水分。可见，因为本集团各矿选煤厂的煤泥没有一种妥善的处理方式，一直是同煤集团需要解决的难题。 面对以上的诸多问题，有必要研究和开发高效利用选煤厂煤泥的新技术。 1. 煤泥的综合利用 煤泥的综合利用主要包括以下几个方面，按用途大体可以分为直接燃烧发电、制型煤、配煤、水煤浆、气化、井下填充、作建筑掺合料、制备化工产品、颗粒活性炭等等。 1）煤泥燃烧发电 煤泥是可以利用的低热值燃料，燃烧发电是其中的利用方法之一。山西同煤集团部分选煤厂煤泥便是直接用于发电。兖矿集团各大煤矿都采用了洗煤厂洗煤的工序，煤泥的生产量比较大。山东华聚能源公司便是兖矿集团的一家煤泥综合利用企业，下设了六个矿井自备电厂，其中的东滩、兴隆、鲍店、济二四个电厂主要靠燃烧煤泥来发电。浙江大学热能工程研究所上世纪80年代开始对煤泥流化床燃烧技术的研究，提出了中国独创了的煤泥流化床燃烧技术，积累了大量的设计金和运行经验。山东华聚能源公司东滩分公司和济二分公司的75 t／h煤泥循环流化床锅炉便是由浙江大学和无锡锅炉厂联合设计，锅炉热效率达85％以上，有燃烧效率高、结构紧凑、操作和检修方便等优点。并且可实现煤泥、煤矸石和中煤混烧，具有一定的经济效益 2）煤泥水煤浆技术 煤泥水煤浆技术是在高浓度水煤浆的基础上发展起来的一种煤泥浆燃烧应用技术。它利用煤泥经简易调浆，就地就近的用于工业锅炉及其它热工设备燃烧，是以煤泥代煤、代油的一种煤泥综合利用技术。煤泥浆一般对质量没有严格的要求，只须能满足实际燃烧需要即可。自前几年国内在煤泥制浆和燃烧技术方面均取得了一定的进展，开发研制出剪切搅拌制浆工艺和旋流诱导燃烧技术、流化悬浮高效低污染燃烧技术等。 3）煤泥型煤 型煤是一种较为成熟的洁净煤技术。与原煤的散烧相比，型煤燃烧可以大幅减少有害气体的排放量。所以将煤泥制成型煤，既利于节约煤炭资源，减少煤泥对环境污染，又有利于改变选煤厂的产品结构，进而提高选煤厂的经济效益和社会效益。煤泥型煤的生产需要注意几个问题合理控制煤泥的水分。水分是煤泥成型阶段的润滑刑，有利于提高型煤的强度，可是如果水分太多了，反而会导致型煤强度下降。要合理选择与使用粘结剂和固硫剂，要求粘结剂性能优异、廉价、易得，固硫剂固硫效果好（通常以石灰作为固硫剂）。型煤成型时要求原料煤的粒度要很小，选煤厂煤泥在干燥的过程中有可能结块，往往需要进行适当破碎处理。 4） 回收精煤 在中国大多数的炼焦煤选煤厂中，废弃煤泥灰分多在18-25之间，煤泥中含有大量的优质低灰精煤成分，通过浮选可以大量回收精煤产品，这也是炼焦煤煤泥利用比较合理的利用途径之一。山东泰钢焦化厂采用浮选柱和压滤工艺从煤泥中分选精煤，通过强化搅拌进行充分调浆、增大旋流量提高矿化的效率、清水喷淋二次降灰、精煤压滤等措施，取得了较好精煤回收的效果。所以浮选柱新技术应用在回收无烟煤煤泥，此方法可以得到冶金高炉喷吹用的低灰精煤。 由煤泥来分选超低灰煤、超净煤是处理煤泥过剩现象的一种有效处理方法，国内一些选煤厂现在已经尝试用此工艺来处理煤泥。用煤泥制备净煤特点如下 1 分选超净煤需要把煤炭粉碎到微米级，才能使嵌布于煤炭中的无机矿物解离出来，而煤泥本身的粒度比较细，省去了粗碎环节，节省了能耗。 2 超净煤的灰分特别低，可以作为碳电极、高档活性炭等碳素材料的原料，可以取代目前供货紧缺的、而且质量日益下降的石油焦。 3 在对煤泥超细粉碎的过程中，黄铁矿也得到较充分的解离，而且表面未经氧化，可以在分选过程很好的去除，因此，超净煤的硫分较低。 可见，从选煤厂煤泥中分选出超低灰煤、超净煤，制备成精细水煤浆可以大幅度提高煤泥附加值，充分地利用煤炭资源，符合国家能源政策，是洁净利用煤炭的一种有效途径。 2. 煤泥制备低灰煤、超净煤的试验研究 2.1塔山煤泥性质的分析 试验煤样来自同煤集团大地选煤公司塔山选煤厂的煤泥。塔山选煤厂为动力煤选煤厂，车间选用全重介分选工艺，故所产生的煤泥灰分比炼焦煤选煤厂的煤泥灰分低，可以采用合理的方法去提高煤泥的附加值。 1 煤样小筛分试验 原煤灰分为29.37，试验煤样重量为200g，以下是小筛分试验结果见表1 表1 塔山煤样小筛分试验数据表 粒度/mm 重量/g 产率/ 灰分/ 累计产率/ 累计灰分/ 0.3 26.00 13.00 29.91 13.00 29.91 0.2-0.3 15.00 7.50 25.21 20.50 28.19 0.125-0.2 23.00 11.50 21.28 32.00 25.11 0.105-0.125 20.50 10.25 22.47 42.25 24.92 0.088-0.125 36.50 18.25 29.88 60.50 26.42 0.074-0.088 64.50 32.25 32.84 92.75 28.65 0.074 14.50 7.25 36.10 100 29.19 合计 200 100 29.19 由塔山选煤厂煤泥小筛分试验可知 煤泥粒度不均匀，而且含有部分大颗粒以及超小颗粒。其中粒度小于0.074mm的部分含量很大。粒度大于0.3mm级别的比例比较大 达到13 。基于以上情况可知仅用一般的常规浮选工艺去达到对煤泥进行深度降灰的目的理论上是无法实现的，因而必须利用其他的工艺方法去处理。 2煤样小浮沉试验 以下是煤泥的小浮沉试验结果（见表2） 表2 塔山煤样小浮沉试验 密度级kg/L 重量（g） 产率（） 灰分（） -1.3 2.0 3.36 3.40 1.31.4 7.0 11.76 6.13 1.41.5 10.0 16.81 12.29 1.51.6 10.5 17.65 22.17 1.6 30.0 50.42 48.41 其中。试验前总质量为60g，试验后的各产品总重量为（2.07.01010.53059.5g），丢失煤样质量为0.5g符合试验要求。 结果由数据表格可以看出，小于1.3密度级的灰分为3.40而且质量很少，已经超过3的灰分要求，所以很难达到制备超净煤的要求，而大于1.6密度级所占比例很大，所以只靠常规浮选是无法达到制备超净煤的，必须进行超细粉碎，然后再通过絮团浮选达到制备低灰煤，超净煤。 2.2常规浮选试验的研究 煤泥加入润湿 添加捕收剂 添加起泡剂 刮泡 精煤干燥称重 尾煤干燥称重 预搅拌3min 搅拌1min 搅拌30s 图1 煤泥常规浮选流程图 表3 常规浮选药剂加入量 加入量 柴油（kg/t） 加入量 仲辛醇（kg/t） 四滴 1.5 二滴 0.0405 八滴 3 三滴 0.0608 十二滴 4.5 四滴 0.0810 常规浮选试验使用的捕收剂为柴油，起泡剂为仲辛醇，加入量见表3，加入不同的起泡剂和捕收剂用量，进行交叉试验，发现选择捕收剂在十二滴，即4.5kg/t时，起泡剂为二滴时为最佳浮选条件。按照此条件加入药剂，可得到精煤灰分为13.65，产率为56.66。 2.3絮团浮选试验的研究 絮团一浮选法是近几年来开发出的一种很有前途的微细粒矿物的分选方法 。该方法主要是一种根据矿物中目的矿物和非目的矿物的表面亲水性的差异而实现分选的一种选矿技术。它是把磨到一定细度的矿浆中加入少量的絮凝剂使疏水目的矿物形成一定大小的絮团，再用常规浮选方法把絮团分选出来，而亲水的非目的矿物仍将悬浮在矿浆中。 以下是本试验的整体流程图（见图2）。 超细粒煤 絮团浮选 多次精选 压滤 分散剂 煤泥 压滤 浓缩 制浆 制浆 普通水煤浆 精细水煤浆 超净煤滤 制浆 超净煤 分散剂 煤 常规浮选 粗选精煤 超细粉碎 图2煤泥絮团浮选整体流程图 本课题原料是大唐塔山选煤厂的煤泥，通过激光粒度仪测定了煤泥的粒度，其原煤泥平均粒度为56.31μm。而絮团浮选要求力度要低于10μm，所以必须进行超细粉碎实验。 图3 塔山煤泥磨矿粒度与时间关系表 从图3可以看出，煤泥用球磨机进行磨矿，磨矿时间为1小时，每10分钟取一次样用激光粒度仪测粒度，实验表明磨矿前15分钟煤泥粒度下降明显，而当磨矿超过半个小时之后趋于不变，此时粒度在5微米左右。磨矿后的细粒煤泥在进行絮团浮选试验。通过实验表明，磨得越细，分选后精煤灰分越低。但磨煤时间长，一方面耗能大，另一方面又混入大量磨剥的介质，影响精煤灰分。所以磨矿时间可以定位30分钟。 本试验使用乳化柴油作为絮凝剂，分别加入3、5、8Kg/t的乳化柴油，试验结果如下表 表4 塔山煤样絮团浮选试验数据表 絮凝剂量 Kg/t 产物 产率/ 灰分/ 累计 产率 灰分 3 精煤1 40.12 6.43 40.12 6.43 精煤2 7.23 16.14 4735 10.26 精煤3 13.46 26.56 60.81 18.21 尾煤 32.24 40.26 100 26.32 5 精煤1 45.21 6.32 45.21 6.32 精煤2 7.65 15.23 52.61 10.35 精煤3 14.32 6.89 61.32 20.12 尾煤 35.12 37.85 100 25.32 8 精煤1 41.21 6.76 41.21 6.75 精煤2 6.35 16.65 47.65 14.27 精煤3 12.51 26.28 60.32 19.15 尾煤 36.56 37.63 100 25.21 由表格加以分析得出，当絮凝剂用量在5kg/t时，为最佳的试验结果。得到灰分为6.32的精煤，此时产率为45.21。 2.4不同分选工艺脱灰比较 图4塔山样不同工艺灰分对比 由图4可以看出 （1）常规浮选可以初步降低煤泥的灰分，单由于常规浮选对煤泥粒度的局限性，使得它无法达到深度降灰的目的， 2）通过选择性絮团浮选可以实现深度降灰的目的，有些煤样可以达到制备超净煤的要求。 3.结论 由煤泥分选超净煤是一个有效的处理选煤厂煤泥的方式，分选超净煤的方法很多，但是大体分为物理方法和化学方法，本试验采用物理法进行深度脱灰，采用絮团浮选方法可以达到获得低灰煤、超净煤的目的，提高了煤泥利用的附加值。 具体结论包括几点 1） 通过对煤样的小筛分和小浮沉试验可知，原煤泥的粒度不均匀，在0.3mm以上部分占13；而小于1.3，密度级的灰分为3.40，而且质量很少。这说明了原煤泥比较难选，仅靠常规方法无法达到深度脱灰的目的。 2） 通过常规浮选试验和絮团浮选试验的研究，针对塔山选煤厂煤泥的性质，选择最佳的实验条件进行试验，最终可以把原煤灰分由29.37降低到6.32，达到制备超低灰煤的目的。 3） 通过不通过工艺对煤泥降灰比较进行总结常规浮选可以降低煤泥灰分，但脱灰效果一般；絮团浮选工艺对煤泥降灰能力比较强，可以作为煤泥制备超低灰煤、超净煤的方法。 总之采用常规浮选絮团浮选工艺来处理煤泥，可以更加高效的利用煤炭资源，增加一定的经济效益和社会效益，提高煤泥的附加值，符合国家的能源政策，而且可以减少对环境的污染。是一种洁净高效利用煤炭资源的方法。 参考文献 [1] 付晓恒，李 萍，刘 虎，李左丽，煤的超细粉碎与超净煤的分选. 煤炭学报, 20054 . [2] 李安.李萍.陈松梅炼焦煤深度降灰脱硫的研究[期刊论文]-煤炭学报 200706． [3] 姚强. 洁净煤技术[M ]. 北京 化学工业出版社,2005. 作者简介贾怀军（1973-），甘肃会宁人，工程师，现任大同煤矿集团大地选煤工程公司副总经理，从事选煤厂设计、建设和运营的技术工作。联系电话0352-7052530，电子邮箱jia- 9