浅谈炼焦中煤二次利用现状

【摘 要】炼焦用煤作为我国的稀有煤种，资源的二次利用成为提高精煤产率的首选。本文主要针对炼焦中煤再利用过程中由于夹矸煤的存在，导致的重选可选性、浮选选择性不理想等问题展开讨论，为炼焦中煤二次利用提供一定的理论基础。

【关键词】炼焦中煤 可选性 可浮性 二次利用

煤炭作为我国的能源支柱，随着机械化开采程度逐步深入扩大，赋存总量逐年降低的同时灰分上升且分选难度加大。这一现象对于炼焦用煤的煤种尤为严重。2013年～2018年期间，中国煤炭市场供需总体供大于求格局，炼焦原煤增至16.8亿吨，年均复合增长率3～4%。炼焦原煤占原煤总产量的36%，而这个占比有逐年减少的趋势。虽然在煤炭用途方面，可以根据最终产品的要求，利用贫瘦煤等煤种对炼焦用煤进行配煤，但仍不可有效解决我国炼焦用煤储量少这一现状。根据《特殊和稀缺煤类开发利用管理暂行规定》的相关指导思想，通过对炼焦中煤再利用，提高炼焦精煤产率成为缓解我国炼焦用煤煤种储量低这一矛盾的有效途径。

1 炼焦中煤回收必要性

炼焦中煤即在选煤过程中依赖现场现有工艺无法有效降低灰分而不能作为合格的精煤产品的选煤中间产品。该产品产率一般为5%～15%，灰分一般介于35%～45%，热值较低[1]。现阶段，炼焦中煤因热值低大部分直接作为燃料被用来发电，不仅对不可再生资源来讲是不可逆转的，而且在其燃烧过程中，煤中含有的重金属元素甚至有毒元素如镉、铅、砷、硫等在大气环流中影响到大气质量同时危害到地球土壤，重元素富集甚至危害到人类生命[2]。考虑到经济因素及环境因素，炼焦中煤二次利用势在必行。

2 炼焦中煤的回收难度

对炼焦中煤进行充分解离是实现中煤再利用的必要条件。目前，炼焦中煤分选的工艺主要有：①将中煤破碎至6-3（1）mm，利用重选方法回收；②利用球磨机将煤粉碎至0.5mm以下，借助浮选手段分离、回收。在分选机械合适的分选粒度范围内，炼焦中煤较之原煤的性质变化较大，带来的重选可选性差、浮选过程由于粘土矿物的含量增大所引起的浮选选择性差等问题严重制约着精煤产率和质量的提高。

2.1 重选过程回收难度

炼焦中煤解离再利用是提高精煤产率的首要满足条件。而对于以夹矸煤为主的中煤，通过破碎使煤与矿物、矸石等实现有效分离，从而使中煤分选效率提高。由此带来粒度大幅减小、粉尘、噪音等问题突出。但是，粒度的减小对于利用重选实现提高精煤产率这一方法来讲难度大大提高。理想的重选分离过程自由沉降不考虑环境中其他颗粒运动速度、分选介质的相对运动速度、分选介质粘度等因素，严格按照分选介质与矿物颗粒的密度进行分选。但在实际的分选过程中以上几点表现突出，总的表现为干扰沉降。夹矸中煤重选回收难度主要体现在以下几个方面：

（1）破碎过程中，矸石和炼焦中煤两者均被破碎，进入重选系统的高岭土、蒙脱土等细粒粘土矿物含量大幅增加，且两者在水中会膨胀、破裂，导致水或者重悬浮液的粘度增大，干扰沉降现象明显严重，重选不能严格按照密度进行分选[3]；

（2）炼焦中煤粒度经过破碎得到控制，然而，大部分矿物与煤呈散状、浸染状嵌布，随着密度的增大，灰分并不会出现大范围的阶跃，即在保证精煤灰分的同时，产率极低；抑或为保证产率，但又会对原煤重选过程造成背灰压力，使得原煤分选能力不能发挥至最大；

（3）分选设备大型化在适应选煤厂生产能力提高的同时，分选下限提高，致使细颗粒的物料无法得到有效回收，由此带来的经济效益并不明显，选煤厂工艺改进的动力不足。

（4）摇床、螺旋选矿分选易选煤的优势明显，能够有效回收粗粒煤泥，而对于粗粒质地紧密的夹矸中煤煤泥，可选性一般表现为难选～极难选，使其分选效果不够理想；同时，炼焦中煤的产率得比例之高，摇床、螺旋选矿的处理能力并不能达到要求；经多次实践证明，在诸多的粗粒煤泥分选设备中，煤泥重介旋流器和TBS对于细粒级难选的炼焦中煤分选效果较好。煤泥重介需要一套独立的介质系统，对于选煤厂管理来讲较为复杂。

综上几点可以看出，炼焦中煤利用重选实现二次利用难度较大，主要原因在于煤与矿物的嵌布形式、分选设备的分选能力等因素的限制及影响。资源的后期利用应严格遵循煤质性质原则，选择目前技术条件下最为合适的设备，配合高效的管理，方有望利用重选对炼焦中煤进行有效分离。

2.2 浮选过程回收难度

不同于市场对于动力煤的粒度要求，炼焦煤在于最大程度的提高精煤产率，使炼焦用煤资源利用实现最大化。炼焦中煤占原煤比例之高，对于提高精煤产率这一目标来讲，是极大的阻碍。

在经济成本合理范围内，炼焦中煤经破碎达到最大程度解离。此时，较之利用密度差异进行分选，浮选依据表面物理化学性质差异成为炼焦中煤最有效的回收利用手段。炼焦中煤本身与黄铁矿、蒙脱土、高岭土等矿物呈浸染状分布，因此，在炼焦中煤浮选阶段仍存在较大的困难，主要存在以下难点：

（1）煤泥罩盖严重。浮选主要依赖于表面物理化学性质的差异，集中体现在与气泡的有效碰撞及粘附功方面。当浮选环境中存在大量的泥化矸石，高岭土、蒙脱土等层状硅酸盐在水中膨胀，羟基逐渐消失，生成大量的自由基，并均匀的粘附在疏水性差异较大的目的矿物与矸石表面[4]，因此，在气泡有效碰撞前提下，矿化气泡形成，但最后泡沫产物中气泡夹带现象严重，造成精煤灰分偏高。

（2）离子溶出现象突出。矿物解离过程中，黄铁矿等矸石被破碎，比表面积明显增大，在水中电离、水解过程较之于大颗粒速度加快，水中离子种类及数量呈数量级的增大，主要离子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Al3+[5]。现场的浮选环境一般呈碱性，二价阳离子在决定煤泥水硬度的同时，Ca2+生成Ca（OH）2沉淀会与黏土类矿物发生吸附会使颗粒间形成“非选择性”的静电架桥，浮选精煤产量高且灰分高4%～5%。硅酸盐表面及其电离出的Al3+则在煤泥浮选体系中与表面呈负电性的煤粒发生静电作用甚至化学吸附，由此导致的煤泥罩盖不易消除。

从以上两点可以看出，粘土类矿物罩盖、离子溶出尤其是Ca2+及浮选环境酸碱性、三者的综合效应对炼焦中煤回收有明显的影响。此外，在选煤厂用水闭路循环的环境要求下，浮选用水多为循环用水，其离子浓度、粘度及硬度也在很大程度上决定了炼焦中煤的回收效率。

3 炼焦中煤二次利用展望

对于粗颗粒的解离中煤选择重选工艺则需要添加脱泥环节，降低高岭土等泥岩对重选干扰的程度，或者开发新型针对此类炼焦中煤回收的粗粒煤泥回收设备；浮选环节则需对循环水质进行严格管理，减少离子溶出对可燃体回收率的影响。如采用重―浮联合工艺，预先脱泥，筛上产品利用分级旋流器等进行分级处理，底流采用重选工艺，溢流与脱泥筛下产品进入絮凝-浮选工艺，此方案可有效降低重选阶段的干扰沉降作用，同时能抑制浮选过程细泥罩盖和离子溶出现象。

炼焦中煤作为我国炼焦用煤的中间产品，其经济效益、环境效益不可被忽视。从基础上提升对炼焦中煤中嵌布矿物种类、形式等方面的认识，对其可选性、可浮性进行系统、全面的探索，严把选煤厂的工艺，加强设备运行的监督和管理，重视人才培养和发展，对于炼焦煤选煤厂技术经济发展有着深远的影响。

参考文献：

[1]朱向楠，何亚群，谢卫宁 等.炼焦中煤矿物学特征及再选试验研究[J].煤炭科学技术，2013， 2：125-128.

[2]傅书桓，朱书全，王祖讷.主焦中煤再分选的必要性与可行性[J].中国煤炭，1996，3：40-41.

[3]谢广元，张明旭，边炳鑫，等.选矿学[M].中国矿业大学出版社.徐州.2005，1：110-117.

[4]张明青，刘炯天，单爱琴，刘汉湖. 煤泥水中Ca2+在黏土矿物表面的作用[J].煤炭学报，2005， 30（5）.637-641.

[5]张明青，刘炯天，王永田.水质硬度对煤泥水中煤和高岭石颗粒分散行为的影响[J].煤炭学报，2008， 33（9）：1058-1062.