低階煤浮選試驗研究

程 宇

(1.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

低階煤浮選試驗研究

程 宇1,2

(1.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

為探索低階煤浮選的可行性，以陜西旬邑和神木、山西朔州、黑龍江七臺河、內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)的低階煤煤泥為研究對象，根據(jù)煤泥表面特性選擇捕收劑，對其進(jìn)行浮選試驗。試驗結(jié)果表明：在試驗條件下，灰分為24%～50%的低階煤煤泥浮選后可獲得灰分為13%～20%的精煤，精煤可燃體回收率在60%～85%之間，發(fā)熱量提高3.35～10.04 MJ/kg，降灰提質(zhì)效果顯著。針對試驗過程中藥劑消耗量較高、浮選選擇性較差等問題，提出了應(yīng)加強低階煤高選擇性浮選工藝技術(shù)與高效浮選藥劑研究的建議。

低階煤；浮選；精煤可燃體回收率；發(fā)熱量

煤炭是我國的主體能源和重要的工業(yè)原料，為經(jīng)濟社會發(fā)展和能源安全供給提供了重要保障。據(jù)預(yù)測，到2020年和2030年煤炭在我國一次能源結(jié)構(gòu)中的比率仍將分別保持在62%和55%左右[1]。選煤是潔凈煤技術(shù)的源頭和基礎(chǔ)，是利用機械加工方法或物理化學(xué)處理方法，去除煤中有害雜質(zhì)，改善煤炭質(zhì)量，回收伴生礦物，為不同用戶提供質(zhì)量合格的產(chǎn)品，從而實現(xiàn)煤炭的清潔高效利用[2-5]。我國煤炭種類齊全，按照煤化程度從低到高，分為褐煤、長焰煤、不粘煤、弱粘煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧煤、無煙煤十大類。煤化程度較低的褐煤、長焰煤、不粘煤、弱粘煤均屬于低階煤，其儲量超過50%，主要包括西北地區(qū)早、中侏羅世低變質(zhì)煙煤，內(nèi)蒙古自治區(qū)晚白堊世和東北地區(qū)、南方部分地區(qū)第三紀(jì)褐煤[6]。由于低階煤含氧官能團多、表面疏水性差，煉焦煤浮選技術(shù)尚不能滿足其浮選的需要。低階煤浮選技術(shù)的缺失，致使其全粒級入選將會產(chǎn)生大量難處理煤泥。為減少煤泥數(shù)量，<25 mm粒級低階煤一般不洗選，造成其分選下限高，入選比例低(<40%)，進(jìn)而使商品煤灰分和硫含量高，污染大，發(fā)熱量低，利用效率低。由此來看，低階煤浮選技術(shù)已成為制約大力提高動力煤洗選比例的技術(shù)瓶頸[7-8]。

2014年5月，“低階煤表面改質(zhì)技術(shù)與浮選工藝研究”獲得天地科技股份有限公司科技創(chuàng)新基金項目立項批復(fù)(項目編號為KJ-2014-TSKY-01)，為低階煤的有效浮選探索提供了研究平臺。由于項目研究需要，以陜西旬邑和神木、山西朔州、黑龍江七臺河、內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)的低階煤煤泥為研究對象，根據(jù)煤泥表面特性選擇捕收劑，對其進(jìn)行單元浮選試驗，探索低階煤浮選的可行性及浮選過程中存在的問題。

1 試驗

1.1 試驗設(shè)備與試劑

試驗設(shè)備包括XFD-1.5L浮選機，葉輪直徑為60 mm，葉輪轉(zhuǎn)速為1 800 r/min，單位充氣量為0.25 m3/(m2·min)；微量進(jìn)樣器，容量分別為1、0.5、0.25、0.1 mL。試驗試劑包括起泡劑仲辛醇，捕收劑柴油、復(fù)合捕收劑FH02、長焰煤捕收劑HZB-3S，其中仲辛醇為分析純，柴油、FH02、HZB-3S來自生產(chǎn)現(xiàn)場。

1.2 煤質(zhì)分析

煤樣為分別來自陜西旬邑和神木、山西朔州、黑龍江七臺河、內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)選煤廠的壓濾煤泥，各煤樣煤質(zhì)特征如表1所示。

由表1可知：煤樣粒度均≤0.5 mm，符合小浮選試驗的粒度要求；煤種為不粘煤和長焰煤，屬于低階煙煤，但氫含量、揮發(fā)分、粘結(jié)指數(shù)等指標(biāo)存在差異；煤樣均為選煤廠的壓濾煤泥，但灰分和發(fā)熱量差別較大，鄂爾多斯煤樣的灰分最低，朔州煤樣的發(fā)熱量最高。

表1 各煤樣煤質(zhì)特征Table 1 Characteristics of various coal %

2 試驗方案與評價指標(biāo)

2.1 試驗方案

依據(jù)GB/T 4757—2013《煤粉(泥)實驗室單元浮選試驗方法》[9]規(guī)定，采用XFD-1.5L浮選機分別對五種煤樣進(jìn)行浮選試驗。

2.2 評價指標(biāo)

依據(jù)MT/T 180—1988《選煤廠浮選工藝效果評定方法》[10]和MT/T 259—1991《煤炭可浮性評定方法》[11]規(guī)定，浮選完善指標(biāo)用于評價同一煤在不同工藝條件下的分選完善程度，浮選精煤可燃體回收率用于評價煤炭的可浮性，故采用浮選完善指標(biāo)和浮選精煤可燃體回收率來評價不同低階煤煤泥的分選完善程度和可浮性，計算公式如下：

式中：ηωf為浮選完善指標(biāo)，%；Ay為計算入料灰分，%；Aj為浮選精煤灰分，%；γj為實際浮選精煤產(chǎn)率，%。

式中：Ec為浮選精煤可燃體回收率，%；γc為浮選精煤產(chǎn)率，%；Ad,c為浮選精煤干基灰分，%；Ad,f為入料干基灰分，%。

3 試驗結(jié)果與分析

在礦漿濃度為60～80 g/L、充氣量為0.25 m3/(m2·min)、葉輪轉(zhuǎn)速為1 800 r/min、浮選時間3 min的條件下，以仲辛醇為起泡劑，柴油、FH02、HZB-3S為捕收劑，研究不同低階煤煤泥的浮選效果，結(jié)果如表2所示。

由表2可知：

(1)不同地區(qū)的低階煤煤泥浮選后，可獲得灰分為13.20%～21.02%的浮選精煤，相對入浮煤泥來說，灰分下降10～30個百分點；浮選精煤可燃體回收率在60.10%～85.17%之間，浮選完善指標(biāo)在28.59%～59.94%之間，提質(zhì)效果顯著。

(2)就藥劑用量來看，浮選效果相近時，傳統(tǒng)柴油用量比HZB-3S、FH02的用量大，說明低階煤浮選宜選用高效捕收劑，其用量比柴油省1/4～1/3。

(3)按照低階煤灰分每降低1%發(fā)熱量提高約0.33 MJ/kg計算，試驗范圍內(nèi)的低階煤浮選后浮選精煤發(fā)熱量可提高3.35～10.04 MJ/kg。

(4)低階煤浮選不但藥劑用量較高，而且浮選精煤灰分偏高，說明藥劑對煤粒的選擇性較差，應(yīng)加強低階煤高選擇性浮選工藝技術(shù)與高效浮選藥劑的研究。

表2 低階煤煤泥單元浮選試驗結(jié)果Table 2 Batch-flotation results of low-rank coal slime %

4 工業(yè)實踐

2014年8月，全國首例低階煤浮選系統(tǒng)在陜西省旬邑縣燕家河煤礦選煤廠(以下簡稱燕家河選煤廠)建成投產(chǎn)，天地(唐山)礦業(yè)科技有限公司負(fù)責(zé)浮選系統(tǒng)工程設(shè)計、關(guān)鍵設(shè)備制造與成套設(shè)備集成。該廠煤泥水處理工藝為直接浮選，主要設(shè)備為XJM-KS28型浮選機和GPJ/3C-120型加壓過濾機。

燕家河選煤廠是一座原煤洗選能力為2.60 Mt/a的動力煤選煤廠，于2003年建成投產(chǎn)，主選工藝為塊煤淺槽重介質(zhì)分選機分選、末煤三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選的聯(lián)合工藝。入選原煤為不粘煤，主要產(chǎn)品為80～25 mm粒級洗中塊、25～13 mm粒級洗小塊、<13 mm粒級末精煤。根據(jù)客戶要求，末精煤收到基低位發(fā)熱量Qnet,ar≥20.92 MJ/kg。

該廠煤泥產(chǎn)率為10%，產(chǎn)量高達(dá)26萬t/a。浮選系統(tǒng)投產(chǎn)前，煤泥由壓濾機脫水回收，煤泥產(chǎn)品灰分為35.30%，水分為24.20%，Qnet,ar為14.35 MJ/kg。由于其發(fā)熱量較低，無法摻入精煤產(chǎn)品，只能地銷民用，造成很大的資源浪費和經(jīng)濟損失。浮選系統(tǒng)投產(chǎn)后，浮選精煤灰分為17.47%，水分為20%，Qnet,ar為21.03 MJ/kg,完全滿足要求，直接摻入精煤產(chǎn)品銷售。

燕家河選煤廠浮選精煤產(chǎn)率為65.05%(占浮選入料量)，計算產(chǎn)量為16.91萬t/a。以當(dāng)前煤炭市場價格計算，Qnet,ar為20.92 MJ/kg的末精煤出廠價為290元/t，Qnet,ar為14.23 MJ/kg的煤泥地銷價為65元/t，浮選加工成本為38.22元/t，增加浮選系統(tǒng)后燕家河選煤廠每年可增加利稅2 220.18萬元。由此可見，低階煤浮選不但能使煤炭資源得到充分利用，而且可顯著提高煤炭企業(yè)經(jīng)濟效益。

5 結(jié)論

(1)在入浮礦漿濃度為60～80 g/L、充氣量為0.25 m3/(m2·min)、葉輪轉(zhuǎn)速為1 800 r/min、浮選時間為3 min的條件下，以仲辛醇為起泡劑，柴油、FH02、HZB-3S為捕收劑時，不同地區(qū)的低階煤煤泥浮選后，可得到灰分為13.20%～21.02%、浮選精煤可燃體回收率為60.10%～85.17%、浮選完善指標(biāo)為28.59%～59.94%的浮選精煤，提質(zhì)效果顯著。

(2)浮選效果相近時，傳統(tǒng)捕收劑柴油的用量比HZB-3S、FH02的用量大，說明低階煤浮選宜選用高效捕收劑；低階煤中選出的精煤灰分偏高，說明藥劑對煤粒的選擇性較差，應(yīng)加強低階煤高選擇性浮選工藝技術(shù)與高效浮選藥劑的研究。

(3)低階煤浮選后浮選精煤發(fā)熱量大幅提高，不但能使煤炭資源得到充分利用，而且可顯著提高煤炭企業(yè)經(jīng)濟效益。

[1] 王顯政.推進(jìn)煤炭生產(chǎn)消費革命[EB/OL].[2014-05-13].http://www.china5e.com/news/ news-869546-1.html.

[2] 張紹強.煤炭洗選節(jié)能減排作用巨大[EB/OL].[2013-05-09].http://www.sxcoal.com/jnjp/3191890/articlenew.html.

[3] 張紹強.我國原煤使用方式粗放 全洗選可節(jié)約3億噸煤[EB/OL].[2013-02-20].http://news.xinhuanet.com/energy/2013-02/20/c_124368977.htm.

[4] 程宏志,李山文.我國選煤技術(shù)裝備的發(fā)展[C]//湯家軒.2013煤炭技術(shù)與裝備發(fā)展論壇優(yōu)秀論文集.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2014：577-582.

[5] 吳式瑜,葉大武,馬 劍.中國選煤的發(fā)展[J].煤炭加工與綜合利用,2006(5):9-11.

[6] 馬 劍.我國煤炭洗選加工現(xiàn)狀及十二五發(fā)展構(gòu)想[J].煤炭加工與綜合利用,2011(4):1-4.

[7] 劉文欣.中國選煤工業(yè)現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢[J].煤炭工程,2010(11):16-18.

[8] GB/T 4757—2013 煤粉(泥)實驗室單元浮選試驗方法[S].

[9] MT/T 180—1988 選煤廠浮選工藝效果評定方法[S].

[10] MT/T 259—1991 煤炭可浮性評定方法[S].

Experimental study on low-rank coal flotation

CHENG Yu1,2

(1.China Coal Technology & Engineering Group Tangshan Research Institute Co.,Ltd., Tangshan, Hebei 063012, China;2.Coal Preparation Engineering & Technology Research Center in Hebei Province, Tangshan, Hebei 063012,China)

In order to understand flotation feasibility of low-rank coal, taking low-rank coal slime from Shuozhou area in Shanxi province, Qitaihe in Heilongjiang province, Erdos in Inner Mongolia , Xunyi and Shenmu in Shaanxi province, flotation test is conducted by collecting agent suitable for surface properties of this coal.The result shows that clean coal with 13%-20% content of ash is obtained by flotation of the low-rank coal with 24%-50% content of ash; the recovery of combustibles is up to 60%-85%, with an increase of 3.35-10.04 MJ/kg in calorific value.Meanwhile, it is a proposal for optimizing flotation technology of this coal to reduce consumption of agent and improve selectivity of flotation.

low-rank coal; flotation; recovery of clean coal combustibles; calorific value

1001-3571(2015)03-0001-03

TD943

A

2015-05-12

10.16447/j.cnki.cpt.2015.03.001

天地科技股份有限公司科技創(chuàng)新基金項目(KJ-2014-TSKY-01)

程 宇(1989—),女,滿族,河北省唐山市人,助理工程師,從事浮選工藝與設(shè)備的研究工作。

E-mail：tskechengyu@126.com Tel:0315-7759642