平朔安太堡选煤厂煤矸石分选提质的可行性研究

平朔安太堡选煤厂煤矸石分选提质的可行性研究王建军;刘春龙【摘要】对中煤平朔集团有限公司安太堡选煤厂洗矸石性质进行分析,通过筛分、浮沉试验、破碎试验,提出了洗矸石的分选方案且通过对比,确定了合适的分选方案且预测了产品.通过对伴生矿物回收研究及分选提质后中煤的掺配研究,制定煤矸石分选提质和利用的总体技术方案,确定投资少、分选效率高、运行成本低的燃用煤矸石分选提质工艺流程,最终形成一套燃用煤矸石分选提质成套技术,为未来燃用煤矸石分选提质项目的具体实施提供基础,对提高煤矸石综合利用效率、节约资源、减少环境污染等具有重要意义.【期刊名称】《水力采煤与管道运输》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】8页(P13-20)【关键词】安太堡选煤厂;煤矸石;分选提质;可行性研究【作者】王建军;刘春龙【作者单位】中国中煤能源股份有限公司山西小回沟煤业有限公司,山西太原030400;中国中煤能源股份有限公司山西小回沟煤业有限公司,山西太原030400【正文语种】中文【中图分类】TD94在煤炭洗选过程中产生选后矸石既是一种废弃物，但也含有一定量的中、低热值可燃体，具有一定的发热量，从这个角度讲，它又是一种可供利用的能源[1]。

选后煤矸石灰分一般都在65%以上，有的高达85%以上，直接燃烧，造成煤矸石中大部分非可燃体会产生大量的烟尘和氮硫污染物，同时非可燃体不放热还会吸收大量的热值，所以国内很多矸石电厂没有实际燃烧矸石[2]。

把煤矸石作为发电燃料，有几种方案可供选择：一是在低热值煤矸石中掺入一定比例发热量较高的原煤、煤泥或中煤，混合后发热量达到电厂燃料要求作为发电燃料；二是采用合理的选煤工艺，将煤矸石中的共伴生矿物与低热值物料分离，共伴生矿物根据其特性进行利用或排弃，而低热值物料作为锅炉燃料进行发电，这种方案目前还没有真正应用；三是建立专门燃烧低热值的煤矸石电厂。

其中方案二是通过简单而有效的技术实现可燃体与非可燃体的分离，提高用于燃烧的矸石发热量[3]。

从技术、经济和工业实施的可行性等方面综合考虑，煤矸石燃前物理分选提质是解决矸石发电的优选方案[4]。

本可行性研究的目的是通过对煤矸石的分选提质，富集可燃体，减少非可燃体进入锅炉所带来的一系列问题，最终形成一套完整的燃用煤矸石分选提质技术方案，为未来项目的具体实施提供依据。

具体方案为：1)采集具有代表性的木瓜界选煤厂、安太堡选煤厂洗选后的煤矸石各30t，缩分出总样，进行工业分析、矿物组成以及发热量分析。

2)通过煤矸石的筛分试验，分析其粒度组成与各粒级灰分、硫分和发热量等特性。

3)分粒级进行煤矸石浮沉试验，分析煤矸石密度组成与各密度级灰分、硫分和发热量的变化情况。

4)跌落试验通常为破碎机或分选设备的选型提供依据，矸石分选提质的解离度试验，对部分粒级含夹矸较多煤通过破碎至不同粒级进行浮沉试验确定经济有效的破碎粒度，破碎后进行浮沉试验。

5)根据矸石的破碎粒度上限，结合矸石分选提质的要求和可能的分选技术粒度范围及特点，优选出几种可能分选方案。

6)根据分选后煤矸石的热值，研究掺配其他劣质煤的比例，以满足煤矸石电厂对燃料的最佳热值要求。

平朔安太堡露天煤矿选煤厂洗选后的矸石是中煤平朔集团有限公司所建设的矸石电厂的原料来源之一，本项目的试样来源为安太堡选煤厂洗选后矸石。

参照GB/T 477-1998《煤炭筛分试验方法》对安太堡洗矸石进行筛分试验，分出>150mm、150～100mm、100～50mm、50～25mm、25～13mm、13～6mm、6～3mm、3～1mm、1～0.5mm和<0.5mm共十个粒度级(说明：其中国标规定为3～0.5mm，而根据目前的选煤技术与工艺的发展，需要将3～0.5mm分成3～1和1～0.5mm)，由于该洗矸石块度比较大，而增加了粒级。

大筛分试验结果见表1。

由表1结果分析可知：1)该洗矸石的总灰分为76.67%，硫分为2.01% ，说明该矸石已经非常纯净，其发热量仅为863.65Cal/g，根据矸石电厂燃烧500Cal/g吸放热平衡的经验，该矸石直接燃烧意义不大。

2)从粒度组成来看，该矸石主导粒级为50～25mm、25～13mm和13～6mm，三者合计占总样的59.02%，>50mm占18.54%，<1mm部分含量非常低，仅占3.61%，总体粒度组成中间粒度多，两头少，对重选分选比较有利。

3)从质量来看，各粒级的硫分基本变化不大，发热量和灰分具有较大的相关性和一致性，随着粒度的减小，发热量逐步升高，灰分呈下降趋势，但下降幅度不大。

<6mm发热量均大于1 000Cal/g，13～6mm热热量为962.77Cal/g，根据这种特点，矸石分选提质可考虑将该矸石从13mm或6mm分级，细颗粒直接作为电厂燃料，这样有助于降低煤矸石洗选提质生产成本。

根据以上安太堡洗矸石粒度组成与发热量之间的关系，考虑未来可能的分选提质方案，对<50mm的各粒级进行了分粒级密度组成的浮沉试验。

密度级的确定是根据本项目的研究目的，结合煤矸石的密度组成特点，经过多次试验反复验证确定密度级为2.1kg/L、2.3kg/L和2.5kg/L，各粒度级>2.5kg/L的发热量多在200Cal/g，远远低于煤矸石发电入锅炉的热平衡值。

浮沉组成试验结果分析表明：① <50mm各粒级的浮沉组成均表现出低密度发热量很高，高密度发热量很低，即出现发热量随着密度的降低而增高，且增高的梯度很大，通过重选完全能够达到提高发热量的目的；② 所有粒度级>2.5kg/L的发热量多在200Cal/g，含量基本占该粒级的一半左右，而其它密度级的发热量均较高，预测分选密度应设定在2.5kg/L或2.3kg/L；③从各粒级浮沉组成来看，低密度含量很少，主要集中在>2.5kg/L和2.3～2.5kg/L两个密度级，合计占2/3～3/4，若分选密度设定为2.3kg/L，提取的可用于电厂燃烧的矸石产率只有30%左右，从经济和固体废弃物处理角度来讲，应该将分选密度确定在2.5kg/L。

根据安太堡洗矸石以上的粒度组成和浮沉组成情况，结合本项目的研究目的，提出以下几种可能的分选技术方案，并通过数据分析，预计提质后的产品结构及质量情况：1)方案一：>50mm不选，<50mm全部入选，该方案优点为洗选后产品发热量最高，质量好；缺点为产率低，投资和生产成本高，工艺复杂。

2)方案二：>50mm和<6mm不选，50～6mm全部入选，该方案优点为产率较高，投资和生产成本较低，工艺比较简单，缺点为洗选后产品发热量比较高，质量好。

3)方案三：>50mm和<13mm不选，50～13mm全部入选，该方案优点为投资和生产成本低，工艺简单，产率最高；缺点为洗选后产品发热量较低。

根据这三种方案对筛分浮沉数据进行了整理，并预测了分选后产品的理论指标，见表2。

三种方案理论分选指标对比分析：①三种方案中，虽然方案三入洗量最少，投资和生产成本最低，但其洗后的中煤发热量仅为1 179.51Cal/g，比入洗前仅提高了300Cal/g，提高幅度很小，与其它两个方案相比，意义不大，应被淘汰;②方案一和方案二相比，虽然两者洗选后中煤的发热量相差近300Cal/g，产率相差10个百分点，但若从回收的热量值(中煤的发热量×中煤产率)基本相当，这两种方案均可作为分选提质的备选方案;③方案二将<6mm不入洗，直接筛分作为最终产品，这种方案提高分选粒度下限，对于降低投资、运行成本和设备维修量均有很大好处。

因此方案二作为最优方案。

为了初步验证以上可能的安太堡洗矸石高密度分选技术的可能性，需要进行实际分选试验。

重介旋流器需要进行特殊的结构设计，也不具备条件，因此只能进行跳汰机分选的初步试验。

根据前面确定的工艺和分选方案，对安太堡洗矸石50～6mm 自然级开展跳汰分选试验，试验结果见表3。

由表3可知：经过跳汰分选后，虽然灰分和发热量出现了一定较大差别，精煤灰分和发热量分别为71.84%和1 020.78Cal/g，而尾煤灰分和发热量分别为80.48%和685.15Cal/g，但差别较小。

前面浮沉结果表明：50～6mm中<2.5kg/L的产率为29.09%时，灰分和发热量分别为69.18%和1 515.65Cal/g，而尾煤(>2.5kg/L)产率为29.93%，灰分和发热量分别为84.50%和243.26Cal/g，这初步说明跳汰机的分选效果很不理想。

3.3.1 TBS干扰床分选研究安太堡洗矸石自然级50～6mm(>2.5kg/L)破碎到<3mm后进行TBS分选试验，试验结果见表4。

安太堡洗矸石自然级50～0.5mm(>2.5kg/L)破碎到<3mm后进行TBS分选试验，试验结果见表5。

由表4、表5结果分析：无论对于安太堡洗矸石自然级50～6mm(>2.5kg/L)和安太堡自然级50～0.5mm(>2.5kg/L)，破碎至<3mm后经TBS干扰床分选后，尾煤的灰分仍然没有达到90%以上，仅仅比入料灰分提高2～3个百分点，且溢流出来的产率很低，可初步确定TBS干扰床分选的效果不理想，这可能与前面分析的显微组分和矿物组成及结合状态有关，即使破碎至<3mm，仍有一些显微组分嵌布于矿物中，难以实现解离。

3.3.2 螺旋分选机分选研究采用的螺旋分选机入料为安太堡50～6mm(>2.5kg/L)破碎至<3mm后3～0.5mm粒级部分。

分选结果：螺旋分选机虽然将发热量降低到110.43 Cal/g，产率仅为8.64%，灰分仍没有达到90%，效果仍然不理想。

根据前端所确定的分选工艺为：50～6mm分选，分选密度为2.5kg/L，选后产品与<6mm混合作为最终的中煤，而50～6mm选后的矸石和>50mm混合作为最终的废弃矸石。

该工艺选后的产品指标见表6。

表6中关于矸石发热量的描述比本项目研究所采矸石的发热量明显偏高，为此，需要采用本采样且经过分选提质后产品作为其中的矸石部分。

根据安太堡选煤厂副产品质量指标表，安太堡洗矸石经洗选提质后作为电厂燃料后的电厂燃料产品指标见表7。

安太堡洗矸石经过分选提质后减少了约250万t/a发热量在 360Cal/g左右较纯的矸石进入电厂，这部分矸石进入锅炉不仅不放热还吸收热量，同时增加了锅炉的磨损、提高锅炉的热效率，减小纯矸石对锅炉的磨损，减少灰渣和粉尘的排放量，减轻环境污染，降低发电厂投资，提高经济效益。

1)安太堡洗选矸石的灰分高，发热量低，说明矸石纯度高，基本接近锅炉燃烧吸放热500Cal/g的平衡值，因此低发热量的洗矸石不经排矸提质燃烧没有任何有意义。