某低階煤植物油浮選試驗研究

毛一選，馬昊天，韓 磊，侯治權，顧藝揚

(中國礦業大學(北京) 化學與環境工程學院，北京 100083)

煤炭是我國第一大能源，由于我國能源賦存狀態“缺油、少氣、富煤”的特點，煤炭在我國作為主體能源的地位在未來很長一段時間內不會發生改變[1-2]。我國煤炭資源變質條件相對較差，有著“貧礦多，富礦少”的資源特征，含雜質量高的低品質煤炭資源儲量占比較大[3]。隨著優質富礦煤炭資源的消耗，在我國提出的碳達峰、碳中和目標背景下，低品質煤炭資源的清潔高效開發利用必然成為實現經濟高速高品質發展和促進生態環境改善的戰略抉擇[4]，低階煤炭資源的充分開發利用也是保證國家能源安全的重要手段[5]。

低階煤機械規模化開采、洗選提質過程中會產生較多低品質煤泥，因其粒度較細、含水量高、黏性大、灰分高等特點，導致這部分煤炭的處理相當困難。對此類細顆粒煤泥最常規的提質處理方法為浮選法[6-7]。煤炭的浮選方法是通過捕收劑增強煤粒表面的疏水性，實現氣泡礦化并與親水的矸石分離[8]。長期以來，我國煤泥浮選基本使用柴油、煤油等傳統烴類油作為捕收劑[9]，然而烴類油捕收劑很難在低階煤表面充分鋪展，故難以促進低階煤顆粒與氣泡之間的有效黏附[10]，導致藥劑消耗量較大，浮選回收效果較差，同時非極性烴類油對環境相對不友好，故低階煤煤泥難以采用常規浮選法降灰提質。因此開發適合低階煤煤泥浮選的高效環保捕收劑是當下低階煤煤泥潔凈綜合利用過程中急需解決的技術難題[6]。

本文選取花生油、乳木果油、蓖麻油、稻米油和煤油作為捕收劑，研究了植物油作為煤泥浮選捕收劑時對低階煤浮選效果的影響，對比了不同種類植物油和煤油的浮選效果，探討了植物油作為低階煤浮選捕收劑的可行性。

1 試驗樣品與方法

1.1 試驗煤樣

選取內蒙古某選煤廠所產-0.5 mm的細粒煤泥作為試驗的研究對象，測量得煤樣灰分為40.32%，將煤樣在40 ℃的條件下進行低溫烘干，再按照國標GB/T477—2008規定進行篩分試驗[11]，表1為篩分試驗所得數據。

表1 細粒煤泥粒度分析結果

從試驗結果可以得出，-0.074 mm的產物產率為79.46%，其灰分為45.41%；-0.045 mm的產物產率為73.42%，其灰分為45.82%.可以看出，該細粒煤泥的產率與灰分相對較高，因此推測該煤樣中含有大量高灰分細粒煤泥，高灰分細粒煤泥出現在浮選過程中容易產生因細粒煤泥夾帶作用而導致的細泥罩蓋現象，從而影響浮選的效果[12]。

選用氯化鋅溶液為浮沉實驗介質并對煤樣作了密度組成分析[13],試驗按照國標GB/T478—2008規定進行,各煤樣的密度組成及實驗結果見表2.由試驗結果得出，煤樣顆粒密度級別主要集中在1.30～1.40 g/cm3，其占比27.98%，灰分為8.78%； +1.80 g/cm3密度級顆粒占比38.21%，灰分為78.14%.

表2 煤泥密度分析結果

1.2 試驗方法與藥劑

按照國標GB/T4757—2013規定進行煤泥浮選試驗。浮選機選用XFD型充氣單槽浮選機，其槽體容積為0.5 L.試驗流程如下:稱取40 g的煤樣，放至浮選槽中，然后加入0.5 L的水，配制0.5 L80 g/L的礦漿。在關閉充氣閥門的狀態下進行攪拌，攪拌主軸轉速為1 800 r/min，攪拌機的持續時間約為2 min,接著在浮選槽中添加了一定量的捕收劑,并持續攪動1 min左右,接著添加捕收劑,在持續攪動10 s后開啟充氣閥，同時啟動浮選機刮板進行刮泡，并收集泡沫，3 min后停止加水并關閉浮選機和充氣閥門。用真空抽濾機處理精尾煤并放入高溫干燥箱對煤樣進行干燥處理。對干燥后的產物進行稱重，用二分法進行樣品縮分，再次過篩。對粒度大于0.2 mm的顆粒進行研磨，完成制樣，并化驗灰分[14]。試驗條件及參數為：控制礦漿濃度恒為80 g/L，起泡劑的用量4 000～8 000 g/t，油比固定為10.浮選效果采用精煤產率、精煤灰分和浮選完善指標(η，%)進行評價，精煤產率和浮選完善指標的計算方法如下：

(1)[15]

式中：ε為可燃體回收率，%；Ay為原煤灰分，%；γy為原煤產率，%；Aj為精煤灰分，%；γi為精煤產率，%.

(2)

式中：ηwf為浮選完善指標，%；γc為浮選精煤產率，%；Ad,c為浮選精煤灰分，%；Ad,f為浮選入料灰分，%.

(3)

式中：εs為精煤實際回收率，%；α為原礦品位，%；β為精礦品位，%；γ為精礦產率，%.

(4)

式中：εL為精煤理論回收率，%；α為原礦品位，%；β為精礦品位，%；θ為尾礦品位，%.

不同組別的試驗使用控制變量法，分別研究捕收劑的用量和捕收劑的種類對煤泥浮選的影響。

2 結果與討論

2.1 捕收劑用量對浮選的影響

選取煤油作為浮選試驗的捕收劑，并將礦漿濃度固定在80 g/L，油比為10∶1，煤油捕收劑用量選用4 000 g/t、5 000 g/t 、6 000 g/t、7 000 g/t和8 000 g/t，研究煤油用量對低階煤浮選效果的影響，浮選結果如圖 1、圖 2所示。

圖1 煤油用量對精煤產率與灰分的影響

圖2 煤油用量對浮選完善指標的影響

實驗數據表明，在油比不變的條件下，浮選效果隨著捕收劑用量增加有著明顯改善，精煤產率提高，在8 000 g/t的用量下達到了48.78%，雖然精煤的灰分也有所提高，從17.34%升高到了20.12%，但浮選完善指標不斷增大，由31.25%升高到了40.66%，表明浮選的效果變好。由此得出在使用煤油作捕收劑時，浮選效果與捕收劑用量成正比，但灰分會有所提高。

2.2 植物油捕收劑對浮選的影響

為探究植物油作為捕收劑對浮選效果的影響，固定捕收劑用量為1 000 g/t，起泡劑用量為600 g/t，分別選用花生油、乳木果油、蓖麻油和稻米油進行浮選試驗，試驗結果如圖3所示。

圖3 植物油浮選效果

實驗數據表明，在相同的用量及實驗條件下，4種植物油中浮選效果最好的為花生油，其精煤產率達到50.43%，精煤灰分為14.88%，浮選完善指標為51.04%，遠超煤油； 乳木果油次之，精煤產率為47.01%，精煤灰分為14.45%，浮選完善指標為48.43%；稻米油作捕收劑效果一般，精煤產率為35.38%，精煤灰分為15.78%，浮選完善指標為34.47%；蓖麻油浮選效果較差，精煤產率為34.58%.精煤灰分為18.08%，浮選完善指標為30.33%.4種植物油中只有花生油和乳木果油的浮選完善指標超過了煤油(8 000 g/t時的最高浮選完善指標40.66%)，稻米油和蓖麻油對浮選效果的提升都不是很理想，故將選取效果最好的花生油進行進一步實驗。

2.3 花生油用量對浮選效果的影響

為進一步探究花生油作為低階煤浮選捕收劑的可行性，研究花生油用量對浮選效果的影響，試驗結果如圖 4、圖 5所示。

圖4 花生油用量對精煤產率和灰分的影響

圖5 花生油用量對浮選完善指標的影響

實驗數據表明，花生油做捕收劑時對浮選效果的提升隨著藥劑用量的增加而增加，且趨勢較為穩定，精煤產率不斷提高，在3 000 g/t時達到了55.53%，效果明顯好于煤油；藥劑用量增加的同時灰分也隨之增高，在實驗中最高達到了17.89%，與3 000 g/t用量下煤油作捕收劑時的17.34%灰分相近；浮選完善指標高達51.33%，高于煤油在8 000 g/t用量時40.66%的指標。可以得出在相同實驗條件下，花生油作捕收劑的效果優于煤油。花生油更大用量的捕收效果仍需進一步研究。

3 結 語

1) 捕收劑的種類和用量對煤泥的浮選效果影響顯著，藥劑選擇時應兼顧捕收性和選擇性，同時要對藥劑用量進行優化，確定最佳加藥量。

2) 4種植物油作捕收劑的浮選完善指標由高到低依次為花生油、乳木果油、稻米油、蓖麻油。精煤產率由高到低依次為花生油、乳木果油、蓖麻油、稻米油。

3) 植物油中，花生油作為捕收劑時浮選效果要明顯優于其他植物油捕收劑。在藥劑用量相同的情況下，花生油與乳木果油的浮選效果均優于煤油，而稻米油與蓖麻油則不如煤油。在花生油的浮選實驗中，精煤產率可達到50.43%.因此確定了植物油作捕收劑的可行性，證明了選用更優的植物油捕收劑可以提高精煤產率，降低精煤灰分，通過更多的實驗與計算，后續應該可以找出更加經濟、環保的植物油捕收劑。