煤泥半焦浮選提質試驗研究

趙留成，趙禮兵，劉立偉

(1.華北理工大學 礦業(yè)工程學院，河北 唐山 063009；2.唐山市礦產綜合利用技術與裝備產業(yè)技術研究院，河北 唐山 063009)

煤泥半焦浮選提質試驗研究

趙留成1,2，趙禮兵1,2，劉立偉1

(1.華北理工大學 礦業(yè)工程學院，河北 唐山 063009；2.唐山市礦產綜合利用技術與裝備產業(yè)技術研究院，河北 唐山 063009)

針對煤泥半焦灰分高、粒度細的特點，采用浮選法對其進行提質降灰處理，考察了浮選藥劑制度和精選段數對半焦提質降灰效果的影響。試驗結果表明：活化劑曲拉通X-100對煤泥半焦的浮選提質降灰作用效果顯著；單純增加精選段數不能有效降低精礦灰分；最佳工藝條件是煤油用量為1 200 g/t、X-100用量為200 g/t、起泡劑仲辛醇為100 g/t、礦漿濃度為60 g/L，在此條件下經一次粗選，可獲得產率為75.62%、灰分為21.08%、可燃體回收率為82.40%的半焦精礦產品，同時其灰分降低了6.34%，提高了煤泥半焦的綜合利用價值。

煤泥；半焦；浮選；提質

近年來隨著煤炭洗選工藝力度的加大，煤泥比例逐年增加，大量的煤泥堆積，不僅造成了可再利用資源的浪費，也引起了一定的環(huán)境問題與安全隱患，因此，實現煤泥的綜合利用己成為社會和煤炭企業(yè)關注的重點。采用低溫熱解技術將煤泥制成半焦、焦煤氣及高附加值的煤焦油的產物，能有效提高煤泥綜合利用的價值[1-3]，但經過低溫熱解處理后，煤泥中的礦物質在半焦中富集，導致灰分升高，因此有必要對半焦進行進一步提質降灰處理。重選法[4-6]和浮選法[7-10]是煤炭和半焦提質常用的方法，其中浮選法對煤泥和半焦末的效果更為顯著。于躍先[11]等考察了ZS乳化藥劑對褐煤半焦浮選效果的影響，相對常規(guī)捕收劑而言，捕收劑ZS可節(jié)省79%的藥劑用量。趙世永[12]等研究了半焦末表面改性浮選脫灰的機理，發(fā)現非離子表面活性劑改性效果最好，陰離子表面活性劑次之，陽離子表面活性劑較差。

針對煤泥半焦產品灰分較高、粒度較細的特點，采用浮選法對其進行提質降灰處理，以精礦灰分和可燃體回收率作為考核指標，分別考察浮選藥劑制度和精選段數對半焦提質降灰效果的影響，探討煤泥半焦的浮選提質可行性，并確定合理浮選工藝條件，以實現半焦的高效資源化利用。

1 試驗

1.1 試驗原料

采用內蒙古云飛洗煤廠煤泥熱解后的半焦為試驗原料，煤泥在溫度為450 ℃、時間為10 min條件下進行熱解，制備的半焦作為試樣，其工業(yè)分析結果見表1，半焦粒度分布圖如圖1所示。

由表1可知，煤泥半焦的揮發(fā)分為22.66%，固定碳為49.60%，含水率為1.45%，灰分為27.42%，灰分含量較高。由圖1可以看出，煤泥半焦的粒度較小，粒度均小于400 μm，其中粒度在60 μm左右的含量較高，這將對煤泥半焦浮選提質降灰過程造成一定的影響。

表1 半焦的工業(yè)分析

圖1 半焦的粒度分布圖

1.2 試驗方案

1.2.1 半焦的工業(yè)分析

參照國標GB/T212—2008《煤的工業(yè)分析方法》對半焦的水分、灰分、揮發(fā)分及固定碳進行測定。

1.2.2 半焦成漿預處理

由于煤泥半焦的成漿性較差，為了消除半焦成漿特性對其浮選提質效果的影響，在浮選試驗前對半焦進行成漿預處理。向25 ml燒杯中加入一定量的半焦和20 ml水，在轉速為450 r/min的條件下低速攪拌10 min，之后在轉速為820 r/min的條件下高速攪拌20 min，再利用超聲波清洗儀，在頻率為40 kHz的條件下運行10 min處理后作為試樣。

1.2.3 浮選試驗

按照預處理方法進行半焦成漿，然后稀釋至一定礦漿濃度，采用XFD-IV型0.5 L的單槽浮選機進行浮選試驗，浮選試驗流程圖如圖2所示。

圖2 浮選試驗基本流程

1.2.4 評價指標

半焦提質浮選試驗效果的好壞通過兩個指標來衡量，即精礦灰分和可燃體回收率，精礦灰分由試驗測定，其中可燃體回收率的計算式：

(1)

式中：Ej為浮選精礦可燃體回收率，%；rj為浮選精礦產率，%；Ad, j為浮選精礦干燥基灰分，%；Ad, y為浮選原礦干燥基灰分，%。

2 試驗結果與分析

2.1 捕收劑優(yōu)選試驗

浮選藥劑中捕收劑對半焦浮選效果的影響最為顯著[13]。在礦漿濃度為60 g/L、捕收劑用量為1 200 g/t、起泡劑仲辛醇為100 g/t的條件下，探索捕收劑煤油和柴油對浮選效果的影響。試驗結果見表2。

由表2可知：煤油作為捕收劑時，浮選精礦的灰分為21.55%，可燃體回收率達到72.39%，明顯優(yōu)于柴油作為捕收劑時的浮選指標。因此，選擇煤油作為半焦提質浮選的捕收劑。

表2 捕收劑種類試驗結果

圖3 煤油用量對半焦浮選效果的影響

煤油用量對浮選效果的影響結果如圖3所示。由圖3可知：隨著煤油用量的增加，精礦灰分先減小后增加，可燃體回收率不斷增加并逐漸趨于平緩。當煤油用量由600 g/t增加到1 200 g/t時，精礦的灰分由22.32%降低至21.55%，降幅不大，但可燃體回收率由52.24%升高到72.39%，增幅十分明顯；當煤油用量大于1 200 g/t時，精礦的可燃體回收率逐漸增加，但增幅較小，而灰分也呈現增加趨勢。因此，煤油用量為1 200 g/t時較為適宜。

2.2 活化劑優(yōu)選試驗

由于煤泥半焦的粒度小、表面空隙發(fā)達，其可浮性較差，雖然增加捕收劑用量可以提高精礦的可燃體回收率，但是隨著捕收劑用量的加大，效果不再顯著。為了獲得低灰分、高可燃體回收率的半焦精礦，需要添加活化劑改善半焦表面性質[12]。以曲拉通X-100為活化劑，在礦漿濃度60 g/L、煤油用量1 200 g/t、起泡劑仲辛醇100 g/t的條件下，考察不同曲拉通X-100活化劑用量對浮選效果的影響。試驗結果如圖4所示。

由圖4可知：活化劑曲拉通X-100用量對半焦浮選效果影響顯著。隨著曲拉通X-100用量的增加，精礦灰分先降低后上升，可燃體回收率逐漸升高，當曲拉通X-100用量為200 g/t時，精礦灰分降至21.09%，可燃體回收率增至82.94%，明顯提高了精礦指標。進一步增加曲拉通X-100用量，精礦灰分增加，這是因為半焦粒度較小，當活化劑用量較大時，細?；曳治酱罅勘砻婊钚詣筛⌒栽黾?，降低了捕收劑的選擇性，使細?；曳诌M入精礦產品，影響精礦指標。因此，曲拉通X-100用量選用200 g/t較為適宜。

圖4 活化劑用量對半焦浮選效果的影響

2.3 起泡劑優(yōu)選試驗

為了避免活化劑曲拉通X-100對起泡劑的影響，在礦漿濃度60 g/L、煤油用量1200 g/t、仲辛醇100 g/t的條件下進行起泡劑對比試驗，起泡劑選用仲辛醇和2號油，在起泡劑用量試驗中添加曲拉通X-100，其用量為200 g/t。試驗結果如表3和圖5所示。

由表3可知：采用仲辛醇作為起泡劑時，精礦灰分和可燃體回收率指標明顯優(yōu)于2號油，同時在浮選過程中發(fā)現，2號油作起泡劑時精礦泡沫較多且消泡困難，嚴重影響精礦的脫水。因此，選用仲辛醇作起泡劑。

由如圖5可知：隨著起泡劑仲辛醇用量的增加，精礦灰分先減小后增加，而可燃體回收率呈現增加的趨勢，當仲辛醇用量為100 g/t時，精礦的灰分達到最低值，進一步增加仲辛醇用量時，泡沫發(fā)黏，灰分夾雜嚴重，不宜控制浮選過程。因此，仲辛醇用量為100 g/t為宜。

表3 起泡劑種類試驗結果

圖5 起泡劑用量對半焦浮選效果的影響

2.4 礦漿濃度優(yōu)選試驗

在煤油用量為1 200 g/t、X-100用量為200 g/t、起泡劑仲辛醇用量為100 g/t的條件下，進行礦漿濃度試驗。試驗結果如圖6所示。

由圖6可知：隨著礦漿濃度的增加，精礦灰分先減小后升高，可燃體回收率呈現逐漸升高的趨勢。當礦漿濃度小于60 g/L時，藥劑濃度偏低，尤其是活化劑藥劑濃度，藥劑作用效果較差，精礦灰分略高，可燃體回收率較低。當礦漿濃度大于60 g/L時，由于半焦的成漿性較差，較高的礦漿濃度不利于成漿[14]，雖然較高的藥劑濃度加強了對半焦的捕收作用，提高可燃體回收率，但是浮選過程中灰分夾雜現象明顯。綜合考慮，礦漿濃度為60 g/L較為合適。

圖6 礦漿濃度對半焦浮選效果的影響Fig.6 Effect of pulp density on semi-coke flotation performance

2.5 精選試驗

基于浮選流程圖(圖2)的精選段數試驗結果見表4。由表4可知：半焦經兩次精選后其精礦灰分變化并不明顯，甚至出現二次精選的精礦灰分略高于精尾的灰分的情況，可見單純增加精選段數不能達到降低精礦灰分的目的。

2.6 驗證試驗

為驗證煤泥半焦浮選提質降灰試驗的穩(wěn)定性和可靠性，在煤油用量為1200 g/t、X-100用量為200 g/t、起泡劑仲辛醇用量為100 g/t、礦漿濃度為60 g/L的條件下，進行3次浮選驗證試驗，試驗結果見表5。

表4 精選試驗結果

由表5中煤泥半焦提質降灰3次驗證試驗結果平均值可以看出：煤泥半焦經一次粗選，可得到產率為75.62%、灰分為21.08%、可燃體回收率為82.40%的半焦精礦產品，其灰分與原料相比降低了6.34%。

表5 驗證試驗結果

3 結論

為了解決煤泥半焦灰分高、粒度細的問題，對其進行浮選提質降灰處理，考察了浮選藥劑制度和精選段數對半焦提質降灰效果的影響，結論如下：

(1)活化劑曲拉通X-100對煤泥半焦的浮選提質降灰作用顯著，有效降低了精礦灰分，提高了可燃體回收率。

(2)強化精選作業(yè)對提高半焦浮選指標不明顯。

(3)煤油用量為1 200 g/t、X-100用量為200g/t、起泡劑仲辛醇用量為100 g/t、礦漿濃度為60 g/L是煤泥半焦提質降灰試驗最佳工藝條件，在此條件下經一次粗選，可得到產率為75.62%、灰分為21.08%、可燃體回收率為82.40%的半焦精礦產品。

[1] 王向輝，門卓武，許 明，等．低階煤粉煤熱解提質技術研究現狀及發(fā)展建議[J]．潔凈煤技術，2014，20(6)：36-41．[2] 白太寬．煤炭低溫熱解多聯產技術——實現煤炭清潔高效利用的最佳途徑[J]．煤炭加工與綜合利用，2014(12)：6-10．

[3] 安承東，張大偉．煤炭低溫熱解技術及其多聯產發(fā)展方向[J]．安徽化工，2016，42(1)：29-31．

[4] 王振華．蘆嶺礦選煤廠煤泥重介工藝的研究與分析[D]．淮南：安徽理工大學，2013．

[5] 劉惠杰，崔廣文，李曉軍，等．粗煤泥分選工藝的探討[J]．選煤技術，2010(6)：55-57．

[6] 張靜非，趙世永，張 超，等．半焦搖床分選脫灰的影響因素[J]．中國煤炭，2016，42(5)：90-93，113．

[7] 李興平．劉家口選煤廠煤泥浮選提質試驗研究[D]．徐州：中國礦業(yè)大學，2015．

[8] 袁治國，溫 磊，耿鄭州，等．棋盤井選煤廠煤泥浮選工藝優(yōu)化試驗研究[J]．選煤技術，2014(1)：23-29．

[9] 史 磊．半焦的活化及脫灰研究[D]．大連：大連理工大學，2008．

[10] 張仲玲，馬力強，于躍先，等．寶日希勒褐煤半焦的浮選試驗研究[J]．煤炭工程，2014，46(5)：107-109．

[11] 于躍先，馬力強，張仲玲，等．ZS乳化藥劑對褐煤半焦浮選結果的影響及機理分析[J]．煤炭科技技術，2016，44(3)：184-187．

[12] 趙世永，鄭化安，呂淑湛，等．半焦末表面改性浮選脫灰及機理研究[J]．煤炭科技技術，2016，44(1)：196-200．

[13] 呂淑湛．半焦末浮選脫灰試驗及機理研究[D]．西安：西安科技大學，2014．

[14] 劉明強．褐煤低溫熱解及半焦燃燒、成漿特性的試驗研究[D]．杭州：浙江大學，2013．

Experimental study on upgrading of coal slime-turned semi-coke through flotation process

ZHAO Liu-cheng1,2, ZHAO Li-bing1,2, LIU Li-wei1

(1. College of Mining Engineering, North China University of Science & Technology, Tangshan, Hebei 063009, China; 2. Tangshan Mineral Resources Comprehensive Utilization Industrial Technology & Process Equipment Research Institute, Tangshan, Hebei 063009, China)

As the semi-coke prepared with coal slime is high in ash and fine in size, flotation process is applied for its upgrading and ash reduction. An investigation is made in the paper of the effect on ash reduction of semi-coke produced by agent regime and number of stages of flotation concentration process. Test result indicates that: the use of activator X-100 can yield a notable result in this respect; concentrate ash cannot be effectively reduced by simply increasing the number of concentration stages; and a best flotation result can be expected under the following optimum working conditions: dosage of kerosene -1 200 g/t, dosage of X-100 -200 g/t, dosage of frother 2-octanol-100 g/t and density of feed pulp -60 g/L; under the condition as stated above, through only one rougher process, an upgraded semi-coke product with a yield of 75.62%, an ash of 21.08% and a recovery rate of combustible matter of 82.40% can be obtained; and the ash of semi-coke is reduced by 6.34%, much raising its value for comprehensive utilization.

coal slime; semi-coke; flotation; upgrading

1001-3571(2016)06-0010-04

TD923

A

2016-11-17

10.16447/j.cnki.cpt.2016.06.003

趙留成(1986—)，男，河南省駐馬店市人，講師，從事礦產資源綜合利用技術研究。

E-mail：zhaoliucheng2006@163.com Tel：15210662945

趙留成，趙禮兵，劉立偉.煤泥半焦浮選提質試驗研究[J]. 選煤技術，2016(6)：10-13,17.