南梁选煤厂利用微泡浮选柱回收低阶煤泥的生产实践

刘文欣，沈 阳，马志国

(1.滨海金地矿业工程技术(北京)有限公司，北京 100027；2.宁夏红墩子煤业有限公司，宁夏 银川 750000)

中煤能源集团鄂尔多斯分公司南梁选煤厂位于陕西榆林市府谷县老高川乡，建设规模3.00 Mt/a。设计选煤工艺：块煤重介浅槽、末煤重介旋流器、粗煤泥螺旋分选机、细煤泥板框压滤机。主要入选煤层为3-1、4-2、5-2等煤层，煤种为低灰、低硫、高发热量、低有害元素的优质不粘煤。

南梁选煤厂实际入洗能力800 t/h，入洗原煤发热量17.57 MJ/kg，洗后精煤发热量19.25～19.66 MJ/kg。细煤泥小时生产量约60 t/h，折合年产量36 万t。煤泥灰分45%～50%，煤泥发热量10.88～11.72 MJ/kg。目前，选煤厂细煤泥采用板框压滤机回收，回收后的细煤泥存在水分高、灰分高、发热量低等问题，掺入产品煤用户无法接受，当地销售常年无人问津，大部分处于废弃状态，既严重浪费煤炭资源，也造成大量占地和环境污染问题。

为解决落地煤泥的出路，中煤能源鄂尔多斯分公司经过调研论证，最终决定采用最新开发的高效微泡浮选柱(机)技术对选煤厂的高灰低阶煤泥进行浮选加工，并配套最新型的高效穿流式板框压滤机对精煤泥产品进行深度脱水，从废弃的煤泥中回收低灰、低硫、高发热量的优质精煤泥产品。

浮选系统由中煤(天津)洗选科技有限公司采用BOT模式承建。煤泥浮选系统于2019年7月投产，所有设备和药剂均为中煤(天津)洗选科技有限公司成套提供。本系统是中煤(天津)洗选公司第二个投产业绩，第一个业绩在山东肥城矿业集团投产，效果良好。

1 浮选工艺系统

浮选工艺系统采用调浆机(表面改质机)+三段微泡浮选柱(机)+板框压滤联合工艺流程。其中，一、二段微泡浮选柱(机)直径φ5 m，三段浮选柱φ3 m。实际生产运行第三段浮选始终未开，具体工艺流程为一段粗选、二段扫选。

微泡浮选柱(机)入料矿浆配套采用调浆机(表面改质机)进行矿浆准备，通过强力分室搅拌，强化入料煤浆的预先矿化作用，缩短浮选时间、降低浮选过程的药剂耗量。调浆机直径2 500 mm、单台矿浆通过量800～1 000 m3/h，总功率90 kW。

浮选精煤脱水采用穿流式板框压滤机。该机专为降低煤泥水分，取代煤泥干燥而开发的新一代板框压滤机产品，与普通板框压滤机的主要区别是增加了高压风“穿流”工艺环节，利用高压风穿透煤泥滤饼，挤压并带走煤泥滤饼孔隙中的水分，从而达到大幅度降低水分的目的。

穿流压滤机主要规格参数：2台、工作面积450 m2，滤板规格2000mm×2000mm×35mm，穿流风压1.0 MPa、穿流风量10～15 m3/min。

系统总装机容量900 kW，总投资约2 500万元，含浮选系统和压滤系统(新增2台450穿流式隔膜压滤机)。

2 运行效果

选煤厂细煤泥微泡浮选工艺系统投产后取得了比较理想的效果。主要表现在：

(1)浮选前煤泥灰分45%～50%，发热量10.88～11.72 MJ/kg左右。浮选后的浮选精煤灰分Ad小于12%、浮选精煤设计回收率49%，实际回收率45%～55%，平均50%左右。

(2)一段微泡浮选柱尾煤灰分50%～60%，二段微泡浮选柱尾煤灰分60%～70%，最终浮选尾煤灰分达到了废弃标准。

(3)浮选精煤泥经过穿流式压滤机回收后，精煤泥水分小于25%，发热量19.25～20.50 MJ/kg，平均发热量20.08 MJ/kg左右。煤泥产品完全呈现松散状态。回收的精煤泥可掺入最终精煤产品销售，精煤泥折合售价最高可达400元/t左右。

(4)浮选系统吨煤电耗8～10 kW·h，吨煤药剂消耗约3 kg。

(5)该微泡浮选柱(机)矿浆通过量达到800～900 m3/(台·h)，与常规浮选柱相比，在同等直径条件下，矿浆通过量几乎提高一倍。

3 项目工艺设备特点

(1)浮选煤泥采用预先调浆技术。一般认为，良好的调浆效果可提升浮选精煤回收率3%～7%。但传统的调浆机(表面改质机)通常采用卧式搅拌结构，设备体积大、运行功率高、造价昂贵，应用受到很大限制。本项目采用的调浆机为立式搅拌结构、体积小、运行功率小、矿浆通过量大，调浆效果好。

(2)近年来，以引进的德国普浮乐微泡浮选机、澳大利亚杰姆森浮选槽为代表的国外短柱型浮选柱在我国部分选煤厂的应用不太成功，其应用前景不再被看好，部分选煤厂引进的浮选柱也被传统的国产机械搅拌式浮选机取代。以微泡浮选机(柱)为代表的低高度、短柱型浮选柱近些年已经很少采用。

国内目前广泛应用的是由中国矿业大学开发的高柱型浮选柱。这种浮选柱分为粗选段、精选段、扫选段，机体高度大，煤泥分选充分，一定程度上解决了浮选柱普遍存在的浮选时间短、浮选尾煤灰分低的问题。

本项目采用的微泡浮选柱(机)吸收了德国普浮乐微泡浮选机(柱)和澳大利亚杰姆森浮选槽二种机型的技术优势，在总结二种机型实际使用经验教训的基础上，再经过综合技术改进重新开发的短柱型微泡浮选柱(机)。其与常用的高柱型浮选柱相比，柱体高度降低40%、总高度降低20%，通过量提高50%～100%。从现场观察的使用情况看，新型浮选柱的工作效果非常理想。微泡浮选柱的泡沫层稳定、微泡比例高、分布非常致密，泡沫层几乎没有起伏、翻花等现象。而且，浮选速度非常快，泡沫层流动性非常好，没有泡沫层“发死”的流动性差问题，呈现稳定、快速的特点。

本项目实际生产中，新型浮选柱浮选工艺按粗选+扫选二段配置，还可根据入浮煤泥的煤质变化、用户要求的煤泥产品质量高低等因素进行灵活调整。这种二段浮选组合工艺一方面可适应产品煤低灰分的要求，另一方面可保证最终尾煤灰分达到70%以上，保证资源不浪费，适应性非常强。

(3)细煤泥回收采用的新型穿流式板框压滤机，工作效果也非常理想。这种压滤机采用角进料滤板设计，工作过程分为给料、压榨、穿流3个阶段。穿流工作时，将压缩空气引入各过滤工作室(0.6～0.8 MPa)，使压缩空气均匀透过滤饼和滤布，高压强风会将滤饼中残余的液相物质带出，吹干滤饼。

该压滤机采用箱式双面进料汇水模式，进料时间更短。滤室深度从15～50 mm可供选择，可以适应难过滤、低浓度物料过滤，适应范围广。滤板没有设置隔膜，实现了无隔膜压榨，简化了滤板的结构，也降低了造价。

该机独创的滤布再生系统(利用高压空气反吹，无需水洗，无需占用过滤时间)，可解决由于物料中细粘颗粒逐步堵塞滤布孔隙，导致滤布过滤性能下降的问题。压滤机采用滤液暗流排出设计，配置的滤布破损判断系统设计非常巧妙，可以利用肉眼观察快速准确判断滤布破损的具体位置，便于及时更换破损滤布。

该机还设有独特的称重系统，可以起到控制滤饼水分的作用。采用压力变送器称重方式更加可靠耐用，保证设备每次能够充满给料，压榨吹干更加充分，滤饼含水率得以保证。

4 经济效益分析

南梁选煤厂煤泥浮选回收项目投产后，各项工艺效果达到了设计要求，下面对项目的经济效益进行简单测算。

(1)煤泥产量：按照实际生产约36万t/a测算；

(2)销售价格：浮选精煤掺入产品煤对外销售折合售价约为400元/t，本地销售实际价格按照300元/t测算；

(3)成本：① 原生煤泥灰分很高，发热量低，无法销售，不考虑售价；② 药剂成本：吨煤浮选药剂消耗量按3 kg、药剂价格按2 万元/t计算，则吨煤药剂成本60元；③ 用电成本：电费按照0.8 元/(kW·h)计算，吨煤电费约为8元；④ 人工及耗材成本3元/t。

(4)南梁选煤厂煤泥浮选工程实际运行的吨煤泥经济效益测算见表1。

表1 吨煤泥就地销售经济效益测算结果表

根据表中测算，吨煤泥创造的经济效益可达64元，本项目每年可获得经济效益36万t×64元/t=2304万元，项目投产2 a左右即可收回全部投资，经济效益非常好。

5 结 语

(1)本项目采用了新型立式调浆机、新型微泡浮选柱(机)、新型穿流式板框压滤机等一系列新型选煤设备，具有较高的创新性。除了第三段浮选柱没有投入生产使用外，绝大部分新型设备使用效果比较好，部分技术对今后的选煤工艺设计具有较高的借鉴意义，应该引起重视。

(2)本地区部分煤层的泥化程度比较严重，造成煤泥具有灰分高、水分高、发热量低的煤质特性，大部分煤泥无法直接销售，只能就地废弃。南梁选煤厂采用新型微泡浮选柱(机)煤泥浮选工艺回收低灰、低硫、高发热量的优质低阶煤煤泥产品，解决了煤炭资源浪费问题，也取得了非常好的经济效益，非常值得本地区的选煤厂借鉴。

(3)过去，绝大多数动力煤选煤厂的煤泥是不浮选的，大量高灰分、高水分煤泥只能就地废弃。部分动力煤选煤厂的低灰煤泥则采用火力干燥脱水后掺入产品煤或就地销售。但近年来，火力干燥受到日益严格的环保政策制约，建厂越来越困难，部分选煤厂的煤泥干燥系统甚至被关停。而高效煤泥浮选柱(机)联合穿流式压滤进行低灰煤泥分选回收工艺为此提供了可行的技术途径。

(4)本项目采用的煤泥浮选药剂为专门生产，价格较高，基本上相当于普通浮选药剂价格的2.5～3倍，这也造成本项目煤泥浮选工艺的成本偏高，折合吨原生煤泥成本约64元，折合浮选精煤的吨煤成本高约140元。

本项目取得非常好的经济效益，是由于高灰湿煤泥在本地区无法销售，原料煤泥成本几乎可以忽略不计的条件下取得的。据推算，如果选煤厂的原生煤泥售价较高，精煤泥售价提升幅度有限，则煤泥浮选不会有好的经济效益，不同地区需要结合当地的实际情况重新进行技术经济评估。

本项目成功的意义非常重大。一方面打破了动力煤选煤厂一般不浮选的惯例，证明动力煤只要煤质条件合适、市场有需求，也可以取得非常好的经济效益；另一方面，需要我们对短柱型微泡浮选柱应用的工艺效果重新进行认识。该机是我国近年来在浮选柱设备方面的一项重要技术突破，显示了非常大的优越性，应该具有非常好的应用前景。