趙莊選煤廠煤泥浮選特性的試驗研究

李雪蕊，時進吉，王懷法

(1．太原理工大學礦物加工工程系，山西 太原 030024;2．山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司，山西 晉城 048000)

趙莊礦選煤廠是一座處理能力為6．0 Mt/a的大型動力煤選煤廠，煤泥水最高流量約為1 600 m3/h。其開采的煤層在無煙煤向貧煤過渡區域，煤種特性比較復雜，煤質變化較大，煤泥的含量高、泥化度和黏度大、粒度小。洗煤廠投產后，由于煤質較設計資料變化較大，洗末煤系統運行存在較大問題，洗末煤回收率低，煤泥產率較高，且灰分低，有必要對其煤泥的可浮性進行研究，確認其煤泥通過浮選回收精煤的可行性［1］。晉城煤業集團在20世紀90年代，曾在鳳凰山礦和王臺礦選煤廠引進浮選柱工藝［2］，但對煤泥浮選工藝改造均未取得成功。目前，細粒級煤泥主要通過浮選工藝分選［3］，特別在煉焦煤選煤廠應用普遍，屬于成熟技術，但高變質程度的無煙煤和貧煤可浮性一般較中等變質程度的無煙煤差。研究無煙煤泥浮選技術是推進我國無煙煤浮選技術［4］、節約能源、減少排放、提高資源利用率的有效途徑。

為了驗證浮選提高精煤回收的可行性，對該廠的煤泥進行了浮選特性的研究，通過調節浮選藥劑和改變加藥制度，找出最佳浮選條件。

1 煤質特點分析

1．1 煤樣的元素分析和工業分析

趙莊煤樣元素分析和工業分析［5］在中科院山西煤化所進行，元素分析儀采用Vario EL元素分析儀，結果見表1。

表1 趙莊煤樣元素分析和工業分析結果 %

由表1結果表明，趙莊礦煤泥碳含量為68．31%，初步判斷，趙莊煤的碳化程度較深;工業分析結果表明，趙莊礦煤泥灰分低，含量為21．79%。

1．2 煤樣的XRD分析

X射線衍射儀器采用日本島津－6000型衍射儀，分析條件為：X—射線作用的電壓40．0(kV)，電流強度30．0(mA)，采取連續掃描的方法，掃描的角度范圍是10．000°～70．000°，掃描的速度為10．000 0(deg/min)，采樣的間隔為0．020 0(deg)。分析結果見圖1。

通過X—射線衍射進行分析，衍射峰的強度與礦物的含量有一定關系，峰值越大，相對應的礦物含量越高。趙莊煤中石英和高嶺土含量較高，有少量的磁鐵礦。文獻［6］的研究結果表明，高嶺石和石英的存在對浮選效率有一定的影響，容易形成負電荷膠粒，且易于泥化、親水性強，將不利于浮選。

從圖1可以看出，趙莊礦原煤主要含有C，O，Al和Si等元素。其中，Al和Si歸屬煤中的礦物雜質。對其C1s譜圖的分峰擬合結果見表2。

表2 趙莊煤樣的C1s譜分峰擬合結果表

從表2可以看出，趙莊礦原煤表面O的含量略高，含氧基團中主要是C－O，而親水程度較高的OC=O基團只占1．78%。

2 煤泥浮選特性的試驗研究

2．1 煤樣小篩分試驗結果分析

根據MT/T58－1993粉煤篩分試驗方法，煤樣的小篩分經過篩分后分成 －0．043 mm，0．043 ～0．074 mm，0．074 ～0．125 mm，0．125 ～0．25 mm，0．25 ～0．5 mm，+0．5 mm6個粒度級。篩分試驗結果見表3。

表3 趙莊煤粉篩分試驗結果表

由表3可見，趙莊礦煤泥中大于0．25 mm粒級的含量也僅占3．45%，而小于0．043 mm粒級占到了67．43%，且灰分也較高，為27．83%。由此可以看出，趙莊煤泥中，粗粒含量較低，而細粒含量很高，且細粒灰分也較高。

2．2 煤樣分布釋放試驗結果分析

影響浮選的諸多因素中，最重要的是煤泥的可浮性。煤泥的可浮性差，會對浮選技術經濟指標產生重大影響，如在精煤灰分要求相同時，可浮性越差，浮選精煤產率就會越低，尾煤灰分也會隨之下降，造成資源的浪費和流失。因此，有必要研究煤泥可浮性。依據MT/T144－1997《選煤實驗室分布釋放試驗方法》標準［7］的操作步驟，對趙莊煤樣中0～0．3 mm粒級做了分步釋放試驗，其可浮性曲線圖見圖4。

由表3可知，產物6的產率為30．02%，灰分為47．88%;產物5的灰分立即降到了21．09%;而且產物3、產物2、產物1的平均灰分＜8%;累計產率為41．06%，最終的、經分選5次的精煤灰分為4．23%，產率4．22%。如何判斷是否易浮。由圖4查得，當精煤灰分Ac=10．0%時，浮選精煤產率γc為70．0%，以此計算浮選精煤可燃體回收率為70．08%，根據MT/T259－91《煤炭可浮性評定方法》關于煤炭可浮性的易劃分范圍，可燃體回收率E1值在60．1～80．0范圍內，煤泥可浮性等級為中等可浮煤，可知趙莊煤泥屬于中等可浮煤泥。

圖4 趙莊煤0～0．3 mm粒級可浮性曲線圖

圖6 捕收劑用量對尾煤產率和灰分的影響圖

2．3 不同浮選條件對煤泥浮選的影響

2．3．1 捕收劑對煤泥浮選的影響

試驗條件：轉速：1 800 rpm;濃度：80 g/L;充氣量：1．33 L/min;捕收劑：煤油;起泡劑：仲辛醇(120 g/t);原煤灰分：22．19%。捕收劑用量對 －0．3 mm粒級趙莊煤泥浮選精煤產率和灰分的影響見圖5。

捕收劑用量對－0．3 mm粒級趙莊煤泥浮選尾煤產率和灰分的影響見圖6。

由圖5和圖6可以看出，隨著捕收劑用量的增加，精煤產率、精煤灰分、尾煤灰分都是先降低再升高，在最低點左右時，精煤灰分的值比較符合要求，因此，對趙莊煤樣，在礦漿濃度為80 g/L，捕收劑用量為1 000 g/t時效果較好。

2．3．2 起泡劑對煤泥浮選的影響

試驗條件：轉速：1 800 rpm;濃度：80 g/L;充氣量：1．33 L/min;捕收劑：煤油(1 000 g/t);起泡劑：仲辛醇;原煤灰分：22．19%。起泡劑用量對－0．3 mm粒級趙莊煤泥浮選精煤產率和灰分的影響見圖7。

圖5 捕收劑用量對精煤產率和灰分的影響圖

圖7 起泡劑用量對精煤產率和灰分的影響圖

起泡劑用量對－0．3 mm粒級趙莊煤泥浮選尾煤產率和灰分的影響見圖8。

由圖7和圖8可知：當試驗在轉速為1 800 rpm、濃度為80 g/L、充氣量為1．33 L/min的條件下，隨著起泡劑用量的增加，精煤產率、精煤灰分呈上升趨勢，但比較平緩;而尾煤的灰分上升較快。

2．3．3 礦漿濃度對煤泥浮選的影響

試驗條件：轉速：1 800 rpm;充氣量：1．33 L/min;捕收劑：煤油(1 000 g/t);起泡劑：仲辛醇(120 g/t);原煤灰分：22．19%。

礦漿濃度對 －0．3 mm粒級趙莊礦漿濃度對－0．3 mm粒級趙莊煤泥浮選尾煤產率和灰分的影響見圖10。

圖10 礦漿濃度對尾煤產率和灰分的影響圖

由圖9和圖10可知，隨著礦漿濃度的增加，精煤產率、精煤灰分、尾煤灰分都呈上升趨勢，其中精煤產率和尾煤灰分上升趨勢一致，增加較快。趙莊煤樣而言，煤油1 000 g/t、仲辛醇120 g/t時，綜上所述，在礦漿濃度為80 g/L時，浮選效果最好。

2．4 各種加藥制度對煤泥浮選的影響

2．4．1 趙莊煤－0．3 mm粒級分段加藥浮選試驗

試驗條件：轉速：1 800 rpm;充氣量：1．33 L/min;礦漿濃度：80 g/L;捕收劑：煤油(1 000 g/t)，捕收劑的量按5∶5和7∶3分步添加;起泡劑：仲辛醇(120 g/t);原煤灰分：22．19%。分段加藥對 －0．3 mm 粒級趙莊煤泥浮選的影響見表4。

表4 分段加藥對－0．3 mm粒級趙莊煤泥浮選的影響表

由表4可見，與一次添加捕收劑的量相比，通過分次添加捕收劑可以不同程度提高精煤產率，但對于趙莊煤樣，精煤灰分也提高，相比較采取配比5∶5時，精煤灰分較低。

2．4．2 不同捕收劑對煤泥浮選的影響

試驗條件：轉速：1 800 rpm;充氣量：1．33 L/min;礦漿濃度：80 g/L;捕收劑：生物柴油、納爾科、煤油(1 000 g/t);起泡劑：仲辛醇(120 g/t);分散劑：六偏磷酸鈉(62．5 g/t)原煤灰分22．19%。

不同捕收劑對－0．3 mm粒級趙莊煤泥浮選的影響見表5。

表5 不同捕收劑對－0．3 mm粒級趙莊煤泥浮選的影響表

由表5可知，對于趙莊煤樣而言，生物柴油、納爾科作為捕收劑時，精煤的產率、精煤的灰分都很高，但精煤的灰分遠高于要求值。相對而言，煤油的效果最好，產率為74．71%，灰分為10．68%。

2．4．3 捕收劑加入等量分散劑對煤泥浮選的影響

試驗條件：轉速：1 800 rpm;充氣量：1．33 L/min;礦漿濃度：80 g/L;捕收劑：生物柴油、納爾科、煤油(1 000 g/t);起泡劑：仲辛醇(120 g/t);分散劑：六偏磷酸(62．5 g/t)原煤灰分：22．19%。加入分散劑對－0．3 mm粒級趙莊煤泥浮選的影響見表6。

表6 加入分散劑對－0．3 mm粒級趙莊煤泥浮選的影響表

由表5和表6對照可知：對于趙莊煤樣，當加入相同量的分散劑以后，對捕收劑納爾科和煤油浮選精煤產率都有所提高，納爾科效果很明顯，但精煤灰分變化不大。

3 結語

在不同浮選條件下，趙莊選煤廠－0．3 mm粒度級煤泥浮選效果存在一定差異：

1)隨著捕收劑用量的增加，精煤產率、精煤灰分、尾煤灰分都是先降低再升高。與一次添加捕收劑相比，通過分次添加捕收劑可以不同程度提高精煤產率，對于趙莊煤樣，采取配比5∶5時，精煤灰分較低。

2)隨著礦漿濃度的增加，精煤產率、精煤灰分、尾煤灰分都呈上升趨勢，其中精煤產率和尾煤灰分上升趨勢較快。當濃度為80 g/L時，隨著起泡劑用量的增加，精煤產率、精煤灰分上升平緩，而尾煤的灰分上升較快。

3)對于趙莊煤樣，生物柴油、納爾科作為捕收劑時，精煤的產率很高，但精煤的灰分遠高于要求值。相對而言，煤油的總體效果好，產率為74．71%，灰分為10．68%。在加入等量的六偏磷酸鈉后，對灰分的影響不明顯。

［1］ 趙拴明．選煤廠技術改造總體方案構想［J］．科技情報開發與經濟，2002，13(4)：5－8．

［2］ 劉炯天，王永田，曹亦俊，等．浮選柱技術的研究現狀及發展趨勢［J］．選煤技術，2006(5)：25－26．

［3］ 謝國龍，俞和勝，楊 頲．粗煤泥分選設備及其應用分析［J］．煤礦機械，2008(3)：13－15．

［4］ 聶其英．對無煙煤洗選加工的特點分析［J］．中國煤炭，2006，32(2)：33－36．

［5］ 趙 虹，沈 利．利用煤的工業分析計算元素分析的DE－SVM模型［J］．煤炭學報，2010(10)：17－19．

［6］ Arnold B，Aplan F．The effect of clay slimes on coal flotation：PartⅠ．The nature of the clay［J］．Intern － ational Journal of Mineral Processing，1986，17(3)：225 －242．

［7］ 李志紅，樊民強，梁清陽，等．起泡劑對沙曲選煤廠煤泥可浮性的影響［J］．選煤技術，2002，4(2)：8－9．