| 李春生，张宝宝，赵东岭，卫中宽，杨胜林，孙建利 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| （中煤邯郸设计工程有限责任公司，河北邯郸056031） 摘要：论述了超低灰精煤制备的主要工艺环节（细粒级磨矿、微泡浮选、压滤脱水和干燥脱水）的工艺特点、设备选型和应注意的事项。介绍了这些工艺环节的半工业试验和生产中的技术参数和结果，阐明该项技术可能的发展方向和应用前景预测。 关键词：超低灰精煤；超纯煤；微泡浮选；液中造粒；干燥压滤机 超低灰精煤可以直接做为高档民用燃料（壁炉和烧烤）、橡胶和塑料工业的添加剂及固体润滑剂等。该项技术也是生产精细水煤浆、煤化油、煤基活性炭、人造石墨、高纯度炭化硅、煤电池等工业项目的基础技术。 内蒙古、山西（大同）、东北地区、山东等地已开始该项技术的开发应用，已有几座超低灰精煤制备工程项目投入生产。我公司参与设计的内蒙古太西煤集团活性炭制备（包括超低灰精煤制备）项目已被内蒙古自治区定为高科技开发项目，并申报了国家级高新技术开发项目。项目在设计阶段，就有大量国内外客商前去定货，目前已投产近半年，运行正常，效益良好。 国外对超低灰精煤制备技术非常重视，目前仍在技术保密阶段，因而只有少数几个国家拥有生产高档活性炭（医疗和饮用水处理）的技术，超低灰精煤制备技术是其中的一项关键技术。而我国目前大多数生产厂家仅能生产附加值低的低挡产品，且生产规模小，市场竞争激烈。随着人民生活水平的不断提高，可以预计今后无论国内外，煤基活性炭的需求量会非常大，且该产品附加值高，符合国家关于支持环保和煤炭深加工的产业政策，为较理想的煤炭深加工项目。 1概述 由于对超低灰精煤的定义不统一，暂按经过洗选加工后灰分小于2%，且硫、磷、砷等有害物质均为特低级别的产品煤称为超低灰精煤。如洗选加工后灰分小于0.5%，则称为超纯煤。 内蒙古太西煤集团下属的拖利沟矿和古拉本矿2、3号煤层的原煤灰分一般为5%，煤的基元灰分低，这是由于该煤层成煤环境造成的，在世界范围内都是罕见的。同时，其低灰精煤回收率高，当精煤灰分为2%时，精煤回收率为65%；当精煤灰分为0.5%时，精煤回收率也可接近40%。虽生产工艺复杂、能耗高，但吨煤产品可增值2000元以上。 该生产工艺包括以下关键技术：①细粒级磨矿的工作原理、安全性、节能及设备的性价比；②超低灰精煤分选方法及工艺参数的确定；③细粒级精煤脱水工艺流程的设计；④干燥系统的热工和流体力学计算及安全性。 其中，微泡浮选和液中造粒技术是世界公认的21世纪选煤行业重点发展分选技术。通过广泛收集有关资料，充分利用国内设备生产厂家、科研院所、高校的技术力量，对关键技术均进行了深入的研究和半工业性试验。 2细粒级磨矿 原料煤粒度<50mm，处理能力为10~15t/h，灰分Ad<4.5%，在工艺设计中应综合考虑破碎、磨矿、超纯煤单体解离和活性炭制备要求等因素。磨煤产品的粒度选定为：-200目占95%。由于-200目物料为爆炸主体，物料含水量为2%以下，安全性对于干法磨矿至关重要。干法磨矿工艺参数必须通过半工业性试验确定。煤的可磨性一般决定于煤的韧性、弹性、破碎特性和强度。煤的可磨性与煤种、变质程度等因素有关。 （1）国内磨煤设备选型多为一段球磨机进行粗磨，二段振动球磨机或振动棒磨机进行细磨。工艺均较为成熟可靠，设备结构简单，操作方便，设备维修量小，产品粒级分布均匀，但设备一次性投资大，占地面积大，噪音大，能耗高。现场反映，大型号的振动球磨机或振动棒磨机配件故障率较高。 （2）国外选型多为长筒球磨机（或管磨机），采用一段磨矿出最终产品的工艺，工艺及设备均较为成熟可靠，系统简洁，设备维修量小，管理简便，但设备一次性投资和能耗高。 （3）当生产能力较小时多采用雷蒙磨干法处理，设备价格低，维修费用低，但磨矿产品的处理能力小，环保和安全性一般。 （4）磨煤设备如转速过高，则机械磨损严重，扬尘加剧；转速过低，则设备处理能力较低。柱磨机也为干法磨煤，其转速选取200r/min；动、定子不接触，增加了设备的安全性；磨煤效率和安全性强于雷蒙磨，能耗为球磨机的1/3，但设备价格较雷蒙磨高。 综合考虑，柱磨机是比较合适的磨煤设备。 3微泡浮选 （1）原煤灰分Ad<5.0%，粒度为-200目占95%。要求浮选精煤灰分Ad<2.0%。对于如此细粒的物料和产品煤灰分，有关浮选工艺的设计资料较少。除了必须具备原料煤基元灰分低以外，工艺过程还必须保证分选精度高、回收率高才可能有经济效益。 （2）浮选柱为中国矿业大学最新研制的浮选设备，较适用于细粒煤的浮选，分选精度高、产品回收率高，且经过多次的半工业性实验，浮选柱内矿浆浓度要求50g/L，浮选精煤浓度达到150g/L。太西煤集团已利用微泡浮选柱进行了工业性实验，精煤灰分达到1.4%~1.8%，取得了良好的实验效果。 （3）工业生产的实践也证明采用微泡浮选柱生产超低灰精煤是一种成功的工艺，该设备分选精度高、对煤质变化的适应性强、操作简单；在分选过程中气泡与煤接触的机会多，因而回收率较高。低矿浆浓度、微泡浮选的原理特别适宜对粒度细、可浮性好的超低灰精煤进行分选。 4压滤脱水 浮选精煤浓度为150g/L，粒度为-200目占95%。要求滤饼水分Mt<24%，以利于减少后续干燥作业的脱水量，降低总的精煤脱水费用。对于如此细粒的物料，在以前的设计中未遇见过，因而必须经过半工业性实验来分析和确认。 （1）精煤压滤机。可通过提高入料压力、延长压滤时间、加隔膜压榨、反吹风等手段降低滤饼水分，水分一般为21%~24%。该设备价格较低，生产费用低。缺点是间断工作，处理能力较小。 （2）加压过滤机。半工业性实验表明处理能力可达到1t/（h·m2），水分为17%~19%，工作间断时间短，大大减小了设备的瞬时量，自动化程度高。但需配备空压机，设备体积大、占地面积大、设备价格较高，对于生产能力较大的项目更为适合。 （3）干燥压滤机。具有压滤机和干燥机的功能，处理能力小，配套环节较多，但产品水分可调，对于处理超低灰精煤各项经济指标和技术指标均较好。在太西煤集团超低灰精煤制备系统的生产实践中也得到了验证。 综上所述，对于处理能力较小的项目，采用干燥压滤机是一种较为经济、可靠的选择。 5干燥脱水 压滤机滤饼水分Mt<24%，粒度为-200目占95%，要求干燥产品水分Mt<10%。 煤泥干燥脱水的方法可分为滚筒干燥（内热、外热、换热器、惰性气体保护）、散落式（跌落、振动、沸腾）、喷雾干燥、流化床干燥等工艺。工艺设计和设备选型中应着重注意：局部物料过热、设备密封、废气结露、反污染、安全生产等因素，特别是安全生产在设计中应给予足够的重视。 该设备投资较大，生产费用高，但生产技术较为成熟，处理能力大。故对于规模较大的项目，采用滚筒干燥是目前较为适宜的方法。 6其他 （1）干法磨煤虽能耗较低，但环保和安全性相对较差，且需增加调浆环节。但目前国内尚无合适的湿法磨煤设备，需进一步研究和开发。 （2）深入了解液中造粒技术，简化超低灰精煤制备工艺系统。根据目前对该工艺的认识，超低灰精煤及活性炭制备工艺与采用液中造粒技术后的制备各工艺环节的生产成本和投资见表1。该项技术一旦应用成功，可大大减少生产环节和加工费用，将是超低灰精煤制备技术的一次飞跃。 表1 各工艺环节的生产成本和投资比较表
（3）对超低灰精煤制备过程中二次污染应给予足够重视，如浮选过程中应对循环水进行二次净化，干燥滚筒干燥介质的净化处理，干燥后的运输和包装等。 （4）通过对太西煤进行浮选试验，当精煤灰分为0.5%时，其实验室精煤回收率接近40%。故利用太西煤生产超纯煤在技术和经济上均是可行的。超纯煤的各项工艺性能均大大优于超低灰精煤，其生产技术和应用领域还需进一步研究和摸索。 7结论 超低灰精煤的工业化生产填补了国内生产高品质商品煤的空白，使太西煤这一宝贵的稀缺煤种得以更加合理、有效的利用。为我国发展精细水煤浆、煤化油、煤基活性炭、人造石墨、高纯度炭化硅、煤电池、炭素工业提供了优质的原料，促进了煤炭深加工和产品更新换代，开拓了煤炭行业的发展空间，为掌握煤炭深加工的高端技术进行了有意义的探索。 第一作者简介：李春生（1966—），高级工程师。1989年毕业于西安冶金建筑工程学院（选矿专业），本科，学士学位，现就职于中煤邯郸设计工程有限责任公司，一直从事选煤厂设计工作。 |
