国外煤泥浮选技术现状———以美国为例

1 概况

美国共有269家选煤厂, 分布在12个州, 其中46家 (占比为17%) 目前处于停产状态^[147]。西佛吉尼亚州和肯塔基拥有数量最多的选煤厂, 分别是79家和57家, 排名第三和第四的是宾夕法尼亚州和弗吉尼亚州, 分别拥有43家和18家, 这四个州拥有的选煤厂比例超过70%。目前, 美国拥有选煤厂数量最多的公司是Alpha Natural Resource, 总共拥有29家。美国选煤厂的总处理能力约为20万t/h, 选煤厂的平均处理能力为850 t/h, 其中ConSOL Energy's Bailey的选煤厂处理能力最大, 为8 200 t/h。整个美国选煤的最大能力在20亿t/a的水平, 考虑到美国天然气价格不断走低和煤炭需求疲乏, 选煤厂的实际处理能力远远低于最大处理能力。就2007年的生产数据分析, 该年度美国总的煤炭洗选量为8.5亿t^[148]。美国选煤的日常费用为每吨原煤1.50~2.50美元, 其中维护费、人工费及电费占比分别为42.60%、32.20%、14%^[149], 这三项总和超过洗选成本的90%。

2 浮选技术

美国采用浮选处理的煤炭量约占总处理量的20%, 2015年美国采用浮选处理的煤炭总量在1亿t左右, 通常浮选机的入料粒级<0.149 mm。在美国269家选煤厂中121家采用浮选分选细煤泥^[150], 其中大部分采用机械浮选槽, 这些设备大多包括一组搅拌浮选槽 (4~8个槽为一组) , 通常最大的机械浮选槽容积为28 m³。

美国有27家选煤厂采用浮选柱作为煤泥浮选设备, 目前共有52台浮选柱安装在各选煤厂。这些浮选柱的直径普遍在4~4.80 m之间, 高度在7.30~10.60 m之间。由于浮选柱设置有喷淋水装置, 能够极大的减少细泥在泡沫层的夹带, 从而提高精煤产品质量。但如果入料中夹带有超细煤 (<0.044 mm粒级) , 超细脉石矿物就可能粘附在煤粒表面, 导致煤粒的可浮性下降。目前美国流行的工业流程是浮选前采用水力分级旋流器排除超细粒^[150]。采用这种流程有很多优点, 包括提高精煤产品质量和煤炭回收率, 降低浮选药剂消耗, 减少浮选柱的煤泥入浮量等。考虑到下游固液分离过程, 采用上述流程能够降低精煤产品水分和脱水成本。事实上, 目前美国选煤厂大部分采用卧式离心机作为脱水设备, 其对超细煤的脱水效率不高。同时受制于各大电厂对煤炭产品水分的要求, 目前回收超细煤的成本高和因水分过高而产生的罚款, 迫使美国选煤厂放弃了回收超细煤。

3 浮选药剂

柴油和煤油是煤泥浮选最常用的捕收剂, 这些烃类油可以选择性地粘附在煤粒表面, 能够提高煤粒的疏水性。在美国捕收剂的用量一般为吨干煤泥0.20~1 kg, 起泡剂主要用于产生小且稳定的气泡。常见的起泡剂是MIBC和Polyglycol, 其用量为吨干煤泥0.05~0.30 kg。Laskowski总结了捕收剂、起泡剂、促进剂、改性剂及抑制剂在煤泥浮选中的应用^[151]。

4 其他煤泥分选技术

目前, 超细煤的处理方式主要是浮选, 而浮选存在脱硫率不高的问题, 在矿浆环境有助于脉石矿物 (黄铁矿) 上浮的条件下尤为突出。脱硫对美国北Appalachia和中西部煤产区产出的煤炭特别重要, 因为这两地原煤的硫含量很高, 一般在3%左右。从理论上来讲, 在处理硫含量较高的细粒煤时, 重选效果应优于浮选效果^[152]。离心重选是在离心力的作用力, 利用颗粒密度的不同对矿物进行分选的一种方式^[153]。离心重选的介质可以是水, 也可以是重介质^[154]。分选设备包括Falcon Concentrator、Kelsey Jig、Knelson Concentrator and Mozley Multi-Gravity Separator。Honaker研究了Falcon Concentrator对0.037~1 mm粒级高硫煤的分选效果^[155], 结果表明:在保证85%的精煤可燃烧体回收率条件下, 降灰率达到85%, 脱硫率达到70%, 分选精度E_p为0.12, 这种高分选效率得益于黄铁矿与煤的密度差异大。其他的研究成果表明:离心重选在处理微细粒的过程中具有相当高的分离精度, 在处理0.10~0.30 mm粒级物料时, 分选精度E_p达到0.10~0.20^[156,157]。这个分选精度与螺旋分选机 (E_p=0.12~0.20) 及摇床 (E_p=0.15~0.2) 等同, 而离心重选的分选精度远优于传统浮选 (E_p≈0.28) 。目前在美国, 采用离心重选处理细粒煤尚处于实验室阶段, 未实现工业应用。