新元选煤厂浮选系统改造方案研究

李 威

(华阳新材料科技集团有限公司，山西 阳泉 045000)

1 选煤厂概况

新元选煤厂是原华阳集团一座现代化矿井型选煤厂，入选原煤为新元煤矿开采的3号、9号煤层的无烟煤，于2006年投产使用，处理能力600万t/a。选煤工艺为：90～13 mm粒级块煤采用重介浅槽分选；13～1 mm粒级末煤进入有压两产品旋流器主再洗；1～0.25 mm粒级粗煤泥采用RC粗煤泥分选机分选；小于0.25 mm细煤泥经浮选机浮选，主要产品是电煤和喷吹精煤。

近年因喷吹精煤市场好转，原煤入洗量逐年增加，再加上矿井采掘工作面机械化程度的提高，煤泥产量也同步逐年增多，现有浮选系统的处理能力已无法处理全部煤泥，仅2020年就销售湿煤泥76.38万t，严重影响选煤厂经济效益，浮选系统亟需改造。

2 浮选系统现状及存在问题

2.1 浮选系统工艺流程

新元选煤厂生产系统的块、末煤脱泥筛筛下水，精煤、中煤、矸石磁选机磁选尾矿和离心机离心液等一起进入煤泥水桶，由泵送至分级旋流器分级。分级旋流器底流进入RC粗煤泥分选机分选，分选出来的精煤和中煤分别进入浓缩旋流器组浓缩后进入脱水环节；分级旋流器溢流、精煤和中煤浓缩旋流器组溢流进入浮选机浮选。浮选精煤经加压过滤机脱水后掺入重介精煤产品，加压过滤机滤液与浮选尾矿一起经浓缩机浓缩后由压滤机回收细煤泥。浮选系统工艺流程如图1所示。

图1 改造前浮选工艺流程

2.2 存在问题

(1)浮选系统处理能力不足。浮选系统主要采用4台XJM-S20-4型浮选机，2台120 m2加压过滤机，年处理能力约70万t。但目前随着新元公司智能化矿山建设的持续推进，采掘工作面高度机械化，粉煤含量不断增加，选煤厂煤泥产量达110万t/a，以当前的浮选系统能力每年还有约40万t煤泥因不能入浮而直接按煤泥价格销售，严重影响了选煤厂的经济效益。

(2)浮选尾煤灰分低。由于浮选系统处理能力不足，致使浮选尾煤灰分偏低，无法直接作为矸石外排，只能和未入浮煤泥掺配销售。

(3)环保压力加大。为贯彻落实“3060”碳达峰、碳中和行动要求，政府逐步加强煤泥堆放及处置管控，严防煤泥进入民用散煤市场，给企业的环保及煤泥销售造成很大压力。

3 改造方案

3.1 浮选入料情况分析

为了了解本厂入浮煤泥的粒度和可浮性，对浮选入料煤泥样品进行小筛分试验、分布释放和单元浮选试验，分别见表1、表2和表3。

表2 煤泥分布释放浮选试验结果

由表1的筛分数据可以看出，入浮煤泥中小于0.045 mm细煤泥含量很高，占全粒级的52.97%，为主导粒度级。

表1 入浮煤泥小筛分试验结果

表3 单元浮选试验结果

由图2、表3可见，该煤泥可浮性好，浮选精煤产率高，最大精煤产率为74.35%，此时精煤灰分为13.15%。根据新元矿产品质量要求，当精煤灰分在11.00%时，浮选精煤产率可达到70.00%以上。

图2 分布释放试验结果

3.2 产品结构方案选择

根据矿井煤质情况，结合目前国内及国际煤炭市场动态及市场前景预测，选煤厂产品结构定位一定要灵活，能应对市场多变的情况。因此，浮选系统可行的产品方案有2种，一种是浮选精煤作为电煤或喷吹煤销售，浮选尾煤作为矸石丢弃；另一种是浮选低灰精煤作为喷吹煤销售，浮选高灰精煤作为电煤销售，浮选尾煤作为矸石丢弃。

由单元浮选试验和分布释放浮选试验对煤泥浮选进行产品预测，当产品结构定位为浮选精煤+浮选尾煤(灰分>70.00%)时，预测结果见表4。

表4 一段浮选产品预测

当产品结构定位为低灰精煤(灰分<11.00%)+电煤+浮选尾煤(灰分>70.00%)时，预测结果见表5。

表5 两段浮选产品预测

根据产品预测，当产品结构定位为精煤+尾煤时，浮选精煤灰分在13.15%左右，超出本厂对喷吹煤灰分小于11.00%的要求，需要生产灰分小于10.00%的重介精煤才能保证最终精煤质量合格，因此产品结构宜定位为低灰精煤+电煤+尾煤，以达到企业利润最大化。

3.3 工艺流程制定

根据上述产品结构定位，需设置两段浮选，而两段式浮选有精选和扫选2种方式可供选择。精选适用于高灰细泥含量高的难浮煤，而且一段浮精去二段浮选时需添加循环水稀释，增大后续浓缩系统工作压力；扫选适用于易浮煤，但因一段浮选尾煤去二段浮选时浓度较低，二段浮选药剂消耗量较大。

针对本选煤厂的实际生产情况，一段浮选可以生产出低灰精煤，但尾煤灰分较低，而且若采用精选工艺，对现有生产设施变化较大，因此决定采用扫选工艺，改造后工艺流程见图3。

图3 改造后浮选工艺流程

3.4 设备选型

按照110万t/a的煤泥产量，入浮煤泥浓度70 g/L计算，二段煤泥水系统不均衡系数取1.35，主要工艺设备选型见表6。

表6 设备选型

一段结合原有设备，新增2台XJM-S20-4浮选机，二段采用3台XJM-S36-4浮选机，精煤脱水新增1台加压过滤机。

4 投资与经济效益

该项目预计总投资3 999万元，其中设备1 473万元，土建1 507万元，安装工程848万元，其他费用171万元。

改造前全年可浮选精煤30万t，其余80万t煤泥(含浮选尾煤)作为产品单独销售。改造后全年110万t煤泥可全部浮选，年生产精煤75万t、高灰精煤5万t、浮选尾煤31万t。按照2021年1—3月份精煤、电煤、煤泥的平均售价测算，改造前和改造后的收入见表7。

表7 经济效益分析

从表7可见，改造后全年可增加销售收入10 404万元，按照浮选运营成本40元/t，折旧224万元/a计算，全年增加生产成本1 824万元，该项目年增加收益预计为8 580万元，投资回收期不到1 a。

5 结 语

通过分析新元选煤厂煤泥可选性，比较不同的产品结构定位，确定新增5台浮选机和1台加压过滤机，以提高浮选系统处理能力。采用扫选的浮选工艺，浮选精煤产率68.07%，精煤灰分10.52%，达到喷吹精煤灰分小于11.00%的要求，同时解决了浮选尾煤灰分低的问题。以年处理110万t煤泥计算，全年可增加收益8 580万元，经济效益显著。