朔州高灰細粒煤泥浮選試驗研究

鄭云婷

(1.天地(唐山)礦業科技有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山 063012)

2021年我國原煤產量為41.3億t，全國煤炭消費量為42.3億t，煤炭占中國能源消耗總量的56.0%。據預測，到2030年煤炭在我國一次能源結構中的比例還將保持在55%左右[1]，因此在未來相當長的一段時間內，煤炭都是中國的主要能源。選煤是促進煤炭清潔高效利用最經濟有效的途徑之一[2-4]。隨著采煤機械化程度的提高，原煤中細粒級(粒度在0.5 mm以下)的含量大幅增加，灰分也大大提高[5]，煤炭用戶從節能減排和經濟利益出發，對煤炭質量的要求越來越嚴格，因此細粒煤的洗選越來越受到重視。如何將細粒煤進行有效分選是當前選煤行業的研究熱點[6]。浮選是分選細粒礦物應用最廣、效果最好的選礦方法[7-9]。煤泥浮選是一個復雜的物理化學過程，煤泥浮選效果受細煤泥性質、生產操作條件等多種因素制約。針對細粒煤泥浮選難題，國內外學者通過強化調漿、優選浮選設備、優化工藝流程、添加藥劑等方法來提高細粒煤泥的浮選效果。上述研究對細粒煤泥分選均起到了一定的促進作用，且研究主要集中在調漿、設備和藥劑方面。

為解決細粒含量高、灰分高煤泥的分選問題，對山西朔州礦區煤泥進行了粒度分析、密度分析，并通過分步釋放浮選試驗和藥劑制度試驗，對該煤泥的分選提質進行了研究。

1 煤泥性質

1.1 煤泥粒度分析

試驗煤樣采自山西朔州礦區原煤中<0.5 mm粒級煤泥，混合、縮分、干燥后裝袋密封備用。稱取試驗樣品200 g，采用篩孔尺寸為0.045，0.074，0.125，0.25，0.5 mm的泰勒套篩依次進行濕法篩分，小篩分試驗結果見表1。

表1 煤樣小篩分試驗結果Table 1 Results of size analysis of coal sample %

由表1可以看出：

(1)煤泥中有少量>0.5 mm粗顆粒存在，產率為4.70%，若在實際生產中出現該狀況，說明分級作業不夠完善，存在“跑粗”現象，需注意控制入浮粒度上限。

(2)0.074～0.045 mm粒級產率為26.45%，灰分為39.70%，為主導粒級。

(3)<0.074 mm粒級產率為40.93%，<0.045 mm粒級產率為14.48%，且灰分偏高，說明細煤泥含量相對較高，矸石存在嚴重的泥化現象，因此在浮選過程中應注意高灰細泥對精煤的污染問題[10]。

1.2 煤泥密度分析

采用TD5M-WS 多管架自動平衡離心機進行煤泥小浮沉試驗，離心機轉速為3 000 r/min，用四氯化碳、三溴甲烷和苯等有機溶劑配置重液。煤泥小浮沉試驗結果見表2。

表2 煤泥小浮沉試驗結果Table 2 Float-and-sink analysis data %

由表2可以看出，該煤泥中低密度級產率較低，高密度級產率較高，各密度級具體情況是：<1.3 g/cm3密度級產率為4.80%，且這一密度級灰分也較低，為4.77%；主導密度級為>1.8 g/cm3，產率為44.06%，灰分不高，為67.25%[11]；1.4～1.5 g/cm3密度級產率為17.73%，灰分較高，為14.16%；<1.5 g/cm3密度級產率為37.21%，灰分較低，為10.76%，對分選有利[12]。

2 試驗

2.1 煤泥分步釋放浮選試驗

按照GB/T 36167—2018《選煤實驗室分步釋放浮選試驗方法》規定對煤泥進行分步釋放浮選試驗。試驗選用葉輪轉速為1 800 r/min，充氣量為0.15 m3/(m2·min)的浮選機。試驗條件為：浮選礦漿濃度為100 g/L，藥劑用量為3.0 kg/t，藥比(捕收劑用量∶起泡劑用量)為4∶1。試驗流程如圖1所示。試驗結果見表3。由表3數據繪制煤樣分步釋放浮選曲線，如圖2所示。

圖1 分步釋放浮選試驗流程Fig.1 Flowsheet of timed-release flotation testing process

由表3可知：經過一次粗選，可以得到灰分為18.20%、產率為66.73%的精煤產品，一次性可排除33.27%的灰分為80.94%的尾煤產品。

表3 分步釋放浮選試驗結果Table 3 Result of timed-release flotation test %

由圖2可知：隨著分選次數的增加，精煤的產率和灰分都降低。經過一次精選，精煤灰分為12.92%，精煤產率為60.98%，精煤灰分得到有效的降低，說明通過精選可以將粗選過程中夾帶的高灰細泥脫除[13-14]。通過三次精選可以獲得產率為58.57%、灰分為11.35%的理論分選指標。查浮選曲線可知，理論精煤灰分要求為11.00%時，煤樣的理論精煤產率為55.95%。對該煤樣進行浮選在理論上可以得到較高產率的低灰精煤，分選利用價值較高[15]。

圖2 分步釋放浮選曲線Fig.2 Flotation curve plotted with timed-release analysis data

2.2 藥劑制度試驗

2.2.1 捕收劑比選試驗

在藥劑用量為1 000 g/t、藥比為3∶1、入料濃度為100 g/L、充氣量為0.25 m3/(m2·min)、攪拌強度為1 800 r/min試驗條件下，以仲辛醇為起泡劑，比較了3種不同捕收劑的浮選效果，試驗結果見表4。

表4 藥劑選擇浮選試驗結果Table 4 Result of comparative test on different collectors %

由表4可以看出：在相同浮選條件下，捕收劑為核力合眾藥劑時，精煤產率為42.14%，精煤灰分為14.35%，可燃體回收率為58.36 %，浮選完善指標為42.51%，浮選效果在3種捕收劑中最好。因此后續試驗采用該藥劑作為捕收劑。

2.2.2 藥劑制度比選試驗

為了確定浮選藥劑用量與捕收劑、起泡劑的用量比例，在入料濃度為100 g/L、充氣量為0.25 m3/(m2·min)、攪拌強度為1 800 r/min試驗條件下，以核力合眾藥劑為捕收劑，仲辛醇為起泡劑，考察了不同藥劑用量和不同藥比對浮選效果的影響。試驗結果見表5。由表5可知：

表5 藥劑制度試驗結果Table 5 Result of comarative test on agent regimes %

(1)1#—3#試驗中在浮選藥劑用量不變的情況下，雖然2#試驗精煤產率不是最高，但精煤灰分最低，浮選完善指標最高[16]，說明藥比(捕收劑用量∶起泡劑用量)為3∶1時，浮選效果最好，因此最佳藥比為3∶1。

(2)由2#、4#—8#試驗結果可知，隨著藥劑用量的增加，精煤產率也在增加，6#試驗的浮選完善指標最高，因此最佳藥劑用量為2 000 g/t。

(3)在保證精煤產率的前提下，一次浮選工藝的精煤灰分在16%～18%之間，若通過減少藥劑用量將精煤灰分降至13%以下，產率損失嚴重，因此若要得到較低灰分精煤，建議采用精選工藝。

3 結論

(1)粒度分析和密度分析表明，朔州地區煤泥中高灰細煤含量較高，主導密度級為>1.8 g/cm3，占原煤泥的44.06%。高灰細泥給該地區煤泥提質利用造成不利影響。

(2)由分步釋放浮選試驗可知，對該煤泥進行分選在理論上可以得到較高產率的精煤產品，分選利用價值較高。

(3)通過試驗，獲得最佳的藥劑制度為：藥劑用量為2 000 g/t、藥比為3∶1；在此條件下，一次浮選精煤灰分在16%～18%之間，要想得到較低灰分精煤，建議采用精選工藝。