葫蘆素選煤廠煤泥浮選可行性研究

劉鋼槍

(中煤天津設計工程有限責任公司，天津 300131)

葫蘆素選煤廠隸屬于中天合創能源有限責任公司，位于東勝煤田呼吉爾特礦區，入洗原煤為不粘煤、長焰煤，設計生產能力為13.0 Mt/a，定位為煤化工的配套項目，向煤化工項目提供符合質量要求的原料煤和燃料煤。基于設計時提供的煤炭地質報告和煤質資料，選煤廠采用了塊煤淺槽分選、末煤不入洗的分選工藝。隨著礦井建成投產、煤層的揭露，實際煤質與設計時煤質有一定的出入。目前的煤質與生產工藝和產品構成不足以支撐煤化工項目用煤的質量要求和數量要求，為此選煤廠計劃建設末煤分選系統。末煤洗選將產生大量煤泥，煤泥浮選是一種對細煤泥提質和減量化處理的有效方法，然而本礦區原煤為低變質程度的不粘煤和長焰煤，筆者對煤泥浮選是否可行進行了探討。

1 煤質特征分析

葫蘆素選煤廠2018年9月委托山西省地質礦產研究院完成了生產大樣報告，其中煤泥小篩分組成見表1，小浮選試驗見表2。

表1 煤泥小篩分組成

由表1可知：原生煤泥產率為10.374%，其中0.50～0.25 mm占本級產率為30.00%，0.25～0 mm占本級產率為70%，灰分為35.48%，細煤泥含量高、灰分高。煤泥粒度組成分布呈現出此狀況主要有以下幾點因素：

(1)本井田煤軟、易碎；

(2)揭露煤層中，斷層多，開采過程中，不具備煤、巖分離條件，致使井下采掘工作面在生產過程中，大量巖石粉進入到原生煤泥中；

(3)本井田煤層夾矸為泥巖，頂底板巖性多以粉砂巖、砂質泥巖為主，井下涌水量大，矸石遇水后易泥化。

表2 小浮選試驗結果

由表2可以看出：小浮選試驗采用的捕收劑為煤油，起泡劑為仲辛醇或TF4。入料濃度為100 g/L，當捕收劑用量為1.2 kg/t、起泡劑(仲辛醇)為0.2 kg/t時，浮選精煤產率為52.20%、灰分為9.94%，尾礦產率為47.80%、灰分為56.02%；當捕收劑用量為1.2 kg/t、起泡劑(TF4)為0.3 kg/t時，浮選精煤產率為48.66%、灰分為9.31%，尾礦產率為51.34%、灰分為54.95%。這2種情況下精煤抽出率較高，但尾礦灰分略偏低。通過計算，可燃體回收率分別為69.10%、65.61%，本礦煤泥可浮性屬中等可浮。浮選完善指標分別為52.87%、51.77%。

浮選精煤可燃體回收率：

式中：Ej—浮選精煤可燃體回收率，%；γj—浮選精煤產率，%；Ad，j—浮選精煤干基灰分，%；Ad，j—浮選入料干基灰分，%。

浮選完善指標：

式中：ηwf—浮選完善指標，%；Ay—計算入料灰分，%；Aj—浮選精煤灰分，%。

2 煤泥浮選試驗

2.1 煤泥采樣

2020年5月底，葫蘆素選煤廠進行了再次采樣，對煤泥進行浮選試驗和分步釋放試驗，驗證浮選精煤抽出率、藥劑消耗量和不同藥劑對浮選效果的影響，選擇出合適的浮選藥劑。

2.2 浮選試驗結果及分析

本次浮選試驗采用了3組不同藥劑，第一組藥劑為FDJ+Q1、第二組藥劑為EKOF+仲辛醇、第三組藥劑為煤油+仲辛醇。煤油和仲辛醇為常用普通藥劑，進行了多組交叉試驗，驗證不同藥劑量工況下的浮選效果。試驗結果見表3、表4。

表3 原生煤泥不同藥劑常規浮選試驗結果

由表3、表4可知：

(1)FDJ用量為1000 g/t、Q1用量為500 g/t時，精煤產率為63.29%、精煤灰分為8.22%、尾煤灰分為81.97%，可燃體回收率為89.77%，分選效果好；

(2)EKOF用量為1 000 g/t、仲辛醇用量為500 g/t時，精煤產率為57.69%、精煤灰分為7.50%、尾煤灰分為71.11%，可燃體回收率為81.37%；

(3)煤油用量為2 000 g/t、仲辛醇用量為500 g/t時，精煤產率為55.68%，精煤灰分為6.33%、尾煤灰分為72.86%，可燃體回收率為81.26%。

(4)分步釋放試驗是在FDJ用量為1 000g/t、Q1用量為500 g/t的條件下進行的試驗，原生煤泥中，灰分小于5.60%的精煤含量為60.23%。

表4 原生煤泥分步釋放試驗結果

依據上述常規浮選試驗和分步釋放試驗，FDJ+Q1為最佳的浮選藥劑組合，當浮選精煤灰分要求小于9.50%時，精煤產率可達到50%以上，浮選精煤抽出率較高，設置浮選環節，可顯著提高精煤綜合產率。

隨著捕收劑、起泡劑用量的增加，浮選精煤抽出率升高、可燃體回收率隨之增加，但浮選成本也隨之升高。構成煤的大分子結構有縮合芳香環、含氧官能團和烷基側鏈，其中含氧官能團具有親水性，不利于浮選[1]。含氧官能團是不粘煤、長焰煤中氧的主要存在形式，因此在浮選過程中需要改變其表面性質。選煤廠煤泥浮選常用的捕收劑為煤油、輕柴油和許多人工合成的烴類油捕收劑。葫蘆素選煤廠不同藥劑的常規浮選試驗表明，煤油捕收性能稍差，以其作為捕收劑時用量偏大。

目前人工合成捕收劑種類繁多，對煤泥捕收性能強、浮選效果好。適宜的捕收劑不僅具有很強的疏水官能團，還具有適當的雜極性官能團，使得藥劑和煤表面進行吸附，可以和不粘煤、長焰煤表面的含氧基團發生橋連作用，促進捕收劑粘結覆蓋在煤粒表面，提高長焰煤、不粘煤表面的疏水性[2]，從而提高長焰煤、不粘煤的可浮性，減少捕收劑用量。捕收劑和起泡劑是煤泥浮選過程中常用的兩種藥劑，對浮選效果有著重要影響。每一種藥劑都有自身的性能，每一種煤泥都有自身的特征，只有在掌握藥劑性能和煤泥性質的基礎上，結合實際生產狀況，通過探索確定最佳生產條件，才能減少低階煤浮選成本，實現高效率和高性價比浮選。依據表3中不同藥劑常規浮選試驗結果，使用FDJ+Q1組合藥劑，當捕收劑均為1 000 g/t、起泡劑為500 g/t時，浮選效果最好，精煤產率顯著高于其他2組浮選藥劑組合的精煤產率，并且藥劑消耗量相對較低，浮選成本容易控制。

3 葫蘆素選煤廠煤泥浮選前景分析

浮選是細粒級、低品質煤提質的主要方法，大部分常規動力煤選煤廠采用重選排矸工藝，隨著煤質的惡化，部分選煤廠增設了粗煤泥分選環節，但很少設置浮選環節，主要是因為浮選成本高，選煤廠產業鏈短，無高附加值、高品位轉化項目；尤其是面對低階煤的浮選，浮選成本偏高，而動力煤價格偏低，對于眾多動力煤選煤廠，在積極倡導低階煤提質遇到低位運行的產品價格時，產生了碰撞，往往舍棄了對煤泥的提質利用。

葫蘆素選煤廠是煤化工園區的配套項目，下游有高附加值的產業鏈，選煤廠需要為化工園區提供高質量的原料煤和燃料煤，既要保證原料煤及燃料煤數量、又要保證質量(主要指灰分、水分指標)，通過煤泥小浮選試驗、原生煤泥不同藥劑常規浮選試驗，結果充分證明本礦煤泥是可浮的，選用適宜的藥劑(藥劑可控制在3 kg/t以下)，浮選精煤產率可達到50%以上，經濟效益顯著。

4 結 語

葫蘆素選煤廠原煤變質程度低，表面含氧量高、親水性強，中等可浮，在充分掌握煤泥性質的基礎上，選擇適宜的浮選藥劑，可以得到較低灰分的精煤和較高的精煤抽出率、可燃體回收率。煤泥浮選后，浮選精煤可全部摻入精煤產品，提高綜合精煤產率，將能取得非常好的經濟效益。