青龍寺選煤廠細(xì)煤泥浮選試驗(yàn)研究

李 博，李 軍

(國(guó)能榆林能源有限責(zé)任公司 青龍寺選煤廠，陜西 榆林 719000)

青龍寺選煤廠煤炭種類(lèi)主要以不粘煤和長(zhǎng)焰煤的低階煤為主，是良好的動(dòng)力用煤與化工用煤，但由于礦井原煤中泥巖含量較高，經(jīng)水洗后，矸石泥化嚴(yán)重，煤泥水中高灰細(xì)泥含量嚴(yán)重偏高[1，2]，造成選煤廠壓濾機(jī)工作效率下降，濾餅水分和灰分嚴(yán)重超高，發(fā)熱量偏低而影響產(chǎn)品煤的品質(zhì)。因此有必要對(duì)細(xì)煤泥浮選可行性及浮選條件進(jìn)行研究[3]。

浮選是分選細(xì)粒難選礦物應(yīng)用最廣、效果最好的選礦方法[4，5]，泡沫浮選廣泛應(yīng)用于細(xì)粒煤泥的分選[6]。煤泥浮選是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，其影響因素很多，包括藥劑用量、藥劑種類(lèi)等，以至于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)浮選各環(huán)節(jié)的合理控制，影響了最終的精煤產(chǎn)率[7，8]。

近年來(lái)，隨著對(duì)煤泥浮選藥劑研究的不斷深入，許多新型捕收劑被研制出來(lái)。新型捕收劑通常是添加少量表面活性劑，來(lái)改善煤泥的表面疏水性，增強(qiáng)煤泥與氣泡之間的吸附能力[9-12]。Xia等[13]研究表明，使用的含氧官能團(tuán)、芳香族和長(zhǎng)鏈烴類(lèi)的潤(rùn)滑油與低階煤有較強(qiáng)相互作用，提高了煤的疏水性以及精煤產(chǎn)率，具有較高的浮選選擇性。He[14]等利用新型復(fù)合浮選藥劑(NC)實(shí)現(xiàn)了煤泥的高效分選，與常規(guī)柴油浮選捕收劑相比，NC在浮選中可獲得更高的產(chǎn)率和更低的灰分。

筆者通過(guò)小篩分和分步釋放浮選試驗(yàn)研究煤泥浮選的可行性，并通過(guò)單因素煤泥浮選試驗(yàn)，選擇柴油和2種新型復(fù)合藥劑(FO1和FO3)，探究不同捕收劑用量對(duì)青龍寺細(xì)煤泥浮選效果的影響，為青龍寺選煤廠煤泥提質(zhì)利用提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 煤泥可選性研究

試驗(yàn)煤樣采自青龍寺選煤廠，由于煤泥沉降時(shí)加入了適量的凝聚劑和絮凝劑，因此所采集的煤樣中含有殘存藥劑，在某些程度上會(huì)對(duì)浮選結(jié)果產(chǎn)生影響。

1.1 煤泥篩分實(shí)驗(yàn)

依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗(yàn)方法》的相關(guān)規(guī)定和流程，對(duì)青龍寺煤泥做小篩分試驗(yàn)，煤泥粒度組成見(jiàn)表1。

表1 煤泥小篩分試驗(yàn)結(jié)果

從表 1中可以看出，0.5～0.25 mm粒級(jí)產(chǎn)率31.57%、灰分27.04%，為主導(dǎo)粒級(jí)，初步判斷可采用機(jī)械攪拌式浮選方式。隨著粒級(jí)的降低，煤泥灰分逐級(jí)增加，說(shuō)明矸石有泥化現(xiàn)象。小于0.075 mm粒度級(jí)產(chǎn)率為34.94%，細(xì)泥含量相對(duì)較低，含硫量0.60%，適合細(xì)煤泥直接浮選。

1.2 煤泥分步釋放浮選試驗(yàn)

按照GB/T 36167—2018《選煤實(shí)驗(yàn)室分步釋放浮選試驗(yàn)方法》中的規(guī)定對(duì)煤泥進(jìn)行分步釋放浮選試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 分步釋放試驗(yàn)結(jié)果

β—精煤產(chǎn)率—灰分曲線：γ—尾煤產(chǎn)率—灰分曲線；n—分選次數(shù)—精煤產(chǎn)率曲線圖1 煤泥分步釋放曲線

通過(guò)表2可知，青龍寺煤泥隨著精選次數(shù)的增加，尾礦灰分逐漸降低，經(jīng)過(guò)1次粗選，4次精選，隨著精選次數(shù)的增加，精煤灰分逐漸增加。適于采用浮選回收其中的精煤。由圖1可知，通過(guò)確定的精煤灰分來(lái)預(yù)測(cè)理論精煤產(chǎn)率，當(dāng)精煤灰分為10%時(shí)，精煤產(chǎn)率達(dá)到23.56%，尾煤產(chǎn)率達(dá)到76.44%。該煤泥在理論上可以得到較高產(chǎn)率的低灰精煤，結(jié)合當(dāng)?shù)孛禾刻攸c(diǎn)，該煤泥具有良好的分選利用價(jià)值。

2 煤泥浮選試驗(yàn)

由于青龍寺煤泥灰分偏高，所以采用一次粗選、一次精選流程，通過(guò)單因素試驗(yàn)考察傳統(tǒng)捕收劑柴油與復(fù)合藥劑FO1、FO3對(duì)煤泥浮選效果的影響。分析在不同捕收劑的不同用量下，精煤產(chǎn)率、灰分、浮選完善指標(biāo)的變化情況。試驗(yàn)是在起泡劑(仲辛醇)用量為300 g/t、礦漿濃度為80 g/L、浮選機(jī)攪拌軸轉(zhuǎn)速2 000 r/min、單位面積充氣量為0.2 m3/(m2·min)、浮選刮泡時(shí)間為2 min的浮選條件下進(jìn)行的。

2.1 柴油浮選試驗(yàn)

因?yàn)椴裼褪杷阅軓?qiáng)，其被煤粒孔隙吸收的數(shù)量較少，因此常做捕收劑用于煤泥浮選中。表3是捕收劑為柴油時(shí)的浮選試驗(yàn)結(jié)果。

表3 捕收劑為柴油的浮選試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，當(dāng)柴油用量為2 kg/t 時(shí)，精煤產(chǎn)率14.32%，灰分為11.38%，浮選完善指標(biāo)僅為12.29%；當(dāng)柴油用量增加到8 kg/t 時(shí)，精煤產(chǎn)率和灰分分38.84%和8.03%，浮選完善指標(biāo)提高到35.10%。

2.2 復(fù)合藥劑浮選試驗(yàn)

本試驗(yàn)以新型復(fù)合藥劑FO1和FO3作為捕收劑，研究這兩種新型復(fù)合藥劑對(duì)青龍寺煤泥浮選效果的影響。

從表4可知，當(dāng)復(fù)合藥劑FO1用量為1 kg/t 時(shí)，精煤產(chǎn)率為32.23%，灰分為9.31%，浮選完善指標(biāo)為28.58%；當(dāng)復(fù)合藥劑FO1用量增加到4 kg/t時(shí)，精煤產(chǎn)率為50.84%，灰分為11.23%，浮選完善指標(biāo)為 43.74%。

表4 捕收劑為FO1的浮選試驗(yàn)結(jié)果

從表5可知，當(dāng)復(fù)合藥劑FO3用量為1 kg/t 時(shí)，精煤產(chǎn)率為33.23%，灰分為10.53%，浮選完善指標(biāo)為28.91%；當(dāng)FO3用量為4 kg/t 時(shí)，精煤產(chǎn)率為52.84%，精煤灰分為12.34%，浮選完善指標(biāo)達(dá)到最大44.63%，浮選效果明顯優(yōu)于柴油 8.0 kg/t 的指標(biāo)，且藥劑用量低。

表5 捕收劑為 FO3 的浮選試驗(yàn)結(jié)果

3 浮選試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

將柴油和復(fù)合藥劑FO1、FO2分別作捕收劑分選低階煤煤泥時(shí)的結(jié)果進(jìn)行綜合對(duì)比，如圖2～圖4所示。

圖2 精煤產(chǎn)率隨藥劑種類(lèi)和用量的關(guān)系

圖3 精煤灰分隨藥劑種類(lèi)和用量的關(guān)系

圖4 浮選完善指標(biāo)隨藥劑種類(lèi)和用量的關(guān)系

從圖2看出，當(dāng)藥劑用量逐漸增加時(shí)，精煤產(chǎn)率逐漸增加，但柴油增加速率較緩慢，且用量大；從圖3可見(jiàn)，精煤灰分隨著FO1和FO3用量的增大逐漸增加，但隨著柴油用量逐漸增加，灰分卻隨之降低，是因?yàn)殡S著柴油用量的加大，在浮選過(guò)程中產(chǎn)生了油團(tuán)聚現(xiàn)象[15]，致使精煤灰分降低；由圖4可見(jiàn)，隨著藥劑用量增加，浮選完善指標(biāo)也在增加，因?yàn)樗巹┝康脑黾樱瑲馀菰诿簶颖砻娴膹椞螖?shù)減小，有助于氣泡在煤表面快速形成穩(wěn)定的三相接觸周邊，即氣泡可快速穩(wěn)定地粘附在煤樣表面，所以提高了浮選完善指標(biāo)。其中以復(fù)合藥劑FO1和FO3作為捕收劑的浮選完善指標(biāo)明顯高于普通柴油的，與柴油相比，復(fù)合藥劑在煤表面更容易附著和擴(kuò)散，形成了新的化學(xué)吸附作用。同時(shí)復(fù)合藥劑液滴更小，可更好地在礦漿中分散，與煤粒的礦化作用增強(qiáng)，因此，復(fù)合藥劑可得到較好的分選指標(biāo)，其中FO3效果最明顯。

4 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

根據(jù)同類(lèi)型選煤廠浮選經(jīng)驗(yàn)，浮選精煤總加工成本約為30 元/t。僅考慮煤泥浮選，若按照精煤產(chǎn)率32%，精煤灰分為10%，每年可從30 萬(wàn) t 細(xì)煤泥中回收精煤9.6 萬(wàn)t摻入到末精煤中，根據(jù)電煤質(zhì)量要求配煤銷(xiāo)售，發(fā)熱量按20.92 MJ/kg，價(jià)格按500 元/t計(jì)，浮選精煤每年可增加銷(xiāo)售收入4 512 萬(wàn)元。粗選尾煤按照產(chǎn)率37%，灰分為20%計(jì)算，年產(chǎn)量為15 萬(wàn)t，發(fā)熱量按12.55 MJ/kg，價(jià)格按150元/t計(jì)，粗選尾煤每年可增加銷(xiāo)售收入1 800萬(wàn)元。因此，若將青龍寺細(xì)煤泥進(jìn)行浮選，每年至少可增加銷(xiāo)售收入6 312 萬(wàn)元，進(jìn)一步促進(jìn)了選煤廠的生產(chǎn)發(fā)展與可持續(xù)發(fā)展，提高了選煤廠運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié) 語(yǔ)

青龍寺煤炭種類(lèi)主要為不粘煤和長(zhǎng)焰煤，矸石易泥化，細(xì)煤泥灰分高，含泥量多，平均灰分為47.4%。用常規(guī)藥劑柴油作為捕收劑，藥劑用量過(guò)大，使用復(fù)合藥劑作為捕收劑進(jìn)行煤泥浮選，不但節(jié)省了捕收劑的用量，而且顯著提高了精煤產(chǎn)率，其中復(fù)合藥劑FO3效果更優(yōu)，當(dāng)藥劑用量為4 kg/t時(shí)，精煤產(chǎn)率和浮選完善指標(biāo)達(dá)到最大，分別為52.84%和44.63%。

煤泥浮選后可將浮選精煤摻入末精煤作為電煤銷(xiāo)售，浮選粗煤泥也可以低價(jià)銷(xiāo)售，細(xì)煤泥經(jīng)浮選后，每年至少可增加銷(xiāo)售收入6 312 萬(wàn)元。不僅有效回收了礦產(chǎn)資源，還增加了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。