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摘要：以山西孝义某选煤厂的易选煤泥为研究对象，在对原料性质进行分析的基础上，分析煤泥浮选工艺存在的问题，针对性地从更换浮选机、更换压滤脱水设备、增加浓缩设施、增加浮选尾煤单独落地系统、拆除重建931浮选精煤煤泥外运皮带栈桥等方面对煤泥浮选工艺进行改进，该改进设计方案完善可靠，灵活性强，可以满足浮选精煤泥及浮选尾煤泥的外运要求。
关键词：选煤厂；煤泥；浮选工艺
1工程概况
山西孝义某选煤厂为矿井型选煤厂，从该煤矿原煤浮沉数据来看，除3~0.5 mm粒级外，其余各粒级物料主要集中在-1.5 kg/L和+2.0 kg/L密度级中，-1.5 kg/L粒度级占比较高，呈现两头大、中间小的橄榄球比例布局。其中，50~25 mm粒级物料在2.0 kg/L密度以上质量占比达39.33%，表明其主要组成为矸石；+2.0 kg/L物料灰分质量分数则高达80%左右，基本为纯矸。25~0.5 mm各粒度级浮沉煤泥灰分均超过相应粒度级原煤灰分，说明矸石存在泥化现象。100~22 mm原煤，22~0.75 mm和1~0.25 mm原煤可选性计算结果中分析，理论上块煤直接排矸，其可选性为易选。
从浮选试验中可知，当浮选精煤灰分质量分数在9.43%时，浮选精煤理论产率为78.48%，浮选效率取90%，其实际精煤产率为70.63%，与实际生产较为接近。当浮选精煤灰分质量分数在9.86%时，浮选精煤理论产率为87.74%，浮选效率取90%，其实际精煤产率为78.96%。
2现有煤泥浮选工艺存在的问题分析
该选煤厂原料煤是贫煤，洗选后作高炉喷吹用煤。目前选煤厂煤泥不分选，直接作为动力煤使用，一方面造成这种优质资源的浪费，另一方面也影响选煤厂经济效益。该选煤厂煤泥浮选技术主要存在以下问题。
2.1浮选问题
根据煤质浮选试验分析，煤泥水中细粒级含量较高，现有浮选系统分选设备为旋流静态微泡浮选柱，但实际生产中，煤泥水入料浓度及灰分变化较大时，尾煤产品灰分不稳定，影响精煤回收率；浮选柱产品药剂消耗相对较高，运行成本高，已经无法正常生产。
2.2压滤机处理能力不足
设计之初，压滤机主要处理两部分物料，一部分为浮选精煤、一部分为浮选尾煤，其中，浮选精煤由南侧5台压滤机处理，其中2台压滤机过滤面积为500 m2，3台压滤机过滤面积为400 m2，总过滤面积为2 200 m2；浮选尾煤由浮选柱东侧2台500 m2快开压滤机处理。调试期间发现浮选精煤浓度低，粒度细，压滤处理困难，压滤机处理能力大幅度降低，处理能力不能满足生产要求。
2.3浓缩机处理能力问题
浓缩池处理能力受限，浮选系统无法长时间连续运行。现有2台直径为30 m的浓缩机，一台生产一台备用。其煤泥水处理能力按选煤厂一期3.00 t/a洗选能力设计，选煤厂二期扩建时受场地空间限制未对浓缩池进行扩建，其现有煤泥水处理能力仅勉强能够满足现有洗选工艺生产需要。浮选系统投用后，浓缩池处理煤泥水能力进一步降低，需两台浓缩池同时投入使用。两台浓缩池同时使用后，无事故水池，不满足规范和环保要求。
2.4煤泥皮带栈桥问题
选煤厂现有931煤泥带式输送机栈桥是临时修建的简易栈桥，该栈桥已使用6年之久，栈桥内设备露天安装，运输过程完全暴露室外，煤泥经常会从简易栈桥遗撒地面造成污染，环境污染严重；且设备已出现一定程度的老化、锈蚀现象，栈桥也出现了变形、损坏等现象。同时，针对煤泥皮带栈桥现状，已委托第三方机构对其进行可靠性检测，检测结果为：煤泥皮带栈桥可靠性综合鉴定评级为三级，不符合国家现行标准可靠性要求，影响整体安全，影响正常使用，需要拆除重建。由于该煤泥皮带栈桥将用于浮选改造完成后浮选精煤运输皮带，现有状况已不能满足环保、安全、防冻及后期浮选系统运行要求。
2.5煤泥外运问题
由于汽车运输成本高，并且存在污染环境的问题，每年汽车外运煤量受限，造成煤泥外运困难。通过煤泥浮选，减少最终煤泥量，解决以上各种制约生产的问题。
3煤泥浮选工艺的改进设计方案研究
浮选改造方案包括“浮选柱更换为浮选机”、“更换压滤脱水设备”及“增加浓缩设施”三个部分。配套煤泥产品改造方案包括“增加浮选尾煤单独落地系统”及“拆除重建931浮选精煤煤泥外运皮带栈桥”两个部分。
3.1浮选柱更换为浮选机
目前分选细粒和超细粒煤的方法主要有浮选、油团选和选择性絮凝剂等方法，但只有浮选在选煤厂得到广泛采用。浮选常用设备有叶轮搅拌式浮选机、喷射旋流式浮选机、充气式浮选槽、静态微泡浮选柱四种设备可供选择。本次设计考虑选用叶轮搅拌式浮选机。
目前该选煤厂浮选存在的主要问题是：精煤产品不稳定，尾煤灰分波动范围大。现场使用的浮选柱已不适应煤质实际波动产生的生产需求；综合分析煤质资料，并根据邻近选煤厂的浮选生产经验，浮选机适应煤泥水波动能力强，易于生产调节，0.25~0 mm这部分细煤粒的浮选工艺采用叶轮搅拌式浮选机是较为合理的，根据邻近选煤厂经验及实际浮选试验测试，附近选煤厂浮选尾矿灰分较难到达60%的灰分要求，一般需进行二次浮选，本次采用两段浮选，选用5槽室的叶轮搅拌式浮选机采用3+2方式布置[1]，前3槽浮出低灰的精煤，尾矿进入后2槽室再浮排除高灰的尾煤浮出中灰煤泥，可实现稳定的生产，并相应增加浮选中煤压滤机进行中煤回收，可生产低灰精煤和排除高灰的尾煤，保证对各种可浮性差异很大的煤泥实现有效分选。
3.2更换压滤脱水设备
该选煤厂浮选精煤采用快开式压滤机脱水，压滤精煤水分质量分数偏高，达到25%~26%左右，而且，煤泥呈饼状，掺入末精煤较为困难，因此，本方案考虑更换新的脱水设备。经调研空气穿流压滤机相比其他几种细煤泥回收设备优点明显，本次改造浮选精煤回收采用空气穿流压滤机。
考虑到尾煤压滤能力偏小，将现有拆除的快开压滤机安装在现有尾煤压滤机旁作为浮选尾煤泥压滤机，另考虑到水压榨高压压滤机用风量小、运营成本低、煤泥水分也较低的特点，且本次浮选改造后将增加浮选中煤产品掺入现有重介中煤产品中，设计在尾煤泥压滤机同层一侧增设一台水压榨高压压滤机作为浮选中煤压滤机，并增设相应中煤泥收集刮板、中煤转载刮板、煤泥压滤机和中煤泥压滤机入料桶、入料泵，及相应尾煤泥压滤机入料泵和尾煤泥收集刮板，移位尾煤泥压滤机及尾煤泥收集刮板设置灵活性，既可回收尾煤也可在煤质波动时收集中煤产品，满足煤质波动带来的生产需求，回收生产的浮选中煤泥掺入中煤产品，尾煤泥进入煤泥储存库晾干后销售[2-3]。
3.3增加浓缩设施
本次改造设计煤泥水系统总水量根据现场实际使用情况取为1 500 m3，经与前期设计核实符合GB 50539—2016《煤炭洗选工程设计规范》；现有2台直径30 m浮选尾煤浓缩机选型按0.8~1.2 m3/（m2·h），单台浓缩池处理煤泥水量为847.80 m3，所以计算现有2台直径30 m浓缩池勉强满足生产要求但不满足备用需求，增加一台事故浓缩池后可以满足实际生产使用需求，实现两台工作一台备用。
本次改造为浮选改造，煤泥水处理量在现有基础上增加较少，浓缩煤泥性质由原生煤泥转换为浮选尾煤泥，性质改变，处理煤量减少，处理水量差距较小，提出设计方案，在现有30 m浓缩机南侧空地增设长38.0 m、宽12.0 m、深7.0 m事故浓缩池，现有2台30 m浓缩机进行浮选尾矿的浓缩工作，方形事故浓缩池进行浓缩池备用工作。该方案投资较低，不占用现有道路，无需拆除机修车间，对原有浓缩管路改造量较小，不影响现有生产系统，建成之后可以满足现有浓缩机的事故浓缩需求。
3.4改造931煤泥皮带栈桥、增加浮选精煤单独落地系统
本次改造对现有931煤泥外运皮带进行拆除新建，拆除原有931煤泥运输带式输送机及简易栈桥，新增一台宽度为1 000 mm，运量为200 t/h的煤泥带式输送机以及3台犁式卸料器，将现有931煤泥运输皮带栈桥由临时露天设施改为永久性皮带栈桥（拆除临时设施，新增永久设施），将930和931带式输送机系统作为浮选精煤单独落地的运输系统。
在主厂房8-9跨间新建一条浮选尾煤泥转载皮带机并经干燥车间内转载进入煤泥储存库内晾干外运。通过对主厂房459尾煤泥收集刮板进行改造，机头缩短至新增浮选尾煤泥转载皮带，机尾延长至新增浮选尾煤收集刮板位置，将浮选尾煤转载至新增浮选外运栈桥，通过新增浮选外运皮带将浮选尾煤泥外运至煤泥储存库进行堆放。
为了避免931煤泥皮带及栈桥拆除重建对现有生产系统的影响，先建设新增的浮选尾煤运输系统，并对现有460精煤泥转载刮板进行改造，机尾延长至新增浮选尾煤泥皮带，实现现有系统的压滤煤泥经新增煤泥运输系统进入煤泥库内，再对931皮带拆除重建。
4改进后煤泥浮选工艺及实践应用效果效益分析
4.1改进后煤泥浮选工艺
在该选煤厂煤泥系统中，原煤分级脱泥筛脱泥段筛下水和末煤脱泥筛筛下水一起由分级旋流器进行浓缩分级（分级粒度0.25 mm）。分级旋流器底流（1~0.25 mm）粗煤泥由螺旋分选机进行分选，分选后的精煤和尾煤经过弧形筛和煤泥离心机脱水后分别掺入末精煤和末中煤产品中。分级旋流器溢流（0.25~0 mm煤泥水混合物）、弧形筛筛下水和煤泥离心机离心液进入浮选机分选，浮选尾煤进浓缩机浓缩。浮选精煤进入空气穿流式压滤机进行压滤脱水后可掺入精煤产品中也可进入新增浮选精煤转载皮带进行外运至煤泥储存库；浮选中煤进入快开压滤机进行压滤脱水，可掺入末中煤产品中，浮选尾煤经浓缩后经压滤机脱水处理后进入新增浮选尾煤转载皮带进行外运至煤泥储存库进行堆放。
4.2实践应用效果分析
该选煤厂煤泥浮选工艺改进后，可解决现有系统煤泥水问题和浮选精煤掺入末精煤后水分增高问题并保留浮选精煤掺入末精或单独落地的灵活性。通过实施煤泥浮选技术改造项目，解决了汽车外运煤泥量大、煤泥水系统处理能力不足、产品水分高、浮选精煤生产不稳定等生产问题。从产品生产系统到产品回收系统及产品外运系统，生产系统布置顺畅、紧凑、转载少，占地面积小；环保措施健全，实现洗水闭路循环，满足国家环保、劳动安全及工业卫生要求。
4.3效益分析
1）建设工期。该选煤厂改造建设需勘察设计、施工准备、建设、联合试运转及竣工验收几个阶段进行实施，建设总工期共12个月。
2）产品数质量。改造完浮选系统后本工程各产品产量见表1。
3）药剂能源消耗。根据现场生产情况，本项目药剂吨煤消耗为：捕收剂1.2 kg，起泡剂0.3 kg；本项目改造后吨煤新增电耗为1.09 kW·h。
4）占地指标。改造工业场地占地面积20 000 m2，其中建、构筑物占地面积（含原有及改造建筑物）14 600 m2，各种专用场地占地面积1 500 m2，建筑系数70.00%，场地利用系数80.50%，绿化系数15%。
5）劳动定员。本次选煤厂增加劳动定员10人。
6）工程总投资。选煤厂建设项目总造价，该选煤厂煤泥浮选技术改造项目按照确定的技术方案，工程总造价为4 562.77万元。其中：土建工程1 374.78万元，设备及工器具购置费为1 992.91万元，安装工程费为945.02万元，工程建设其他费为250.06万元。
参考文献
[1]于跃先，刘家辉，贾小芙.山西某选煤厂细煤泥浮选提质增效试验研究[J].煤炭技术，2023，42（5）：264-268.
[2]侯宝宏，桂洋洋，罗金洋.潘集选煤厂煤泥浮选正交试验研究[J].安徽化工，2023，49（2）：85-88.
[3]刘旭，安策，孔春朋.难浮煤泥的浮选提质试验研究[J].煤炭加工与综合利用，2023（5）：19-23.
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