原煤深度解離分步釋放浮選試驗研究

周志成，張玉國，唐永紅

(貴州水城礦業(yè)股份有限公司 汪家寨煤礦洗煤廠，貴州 六盤水 553009)

煉焦煤是重要的煤炭資源，但使用過程中需要降灰脫硫，煉焦煤的煤泥屬于可浮性較好的煤泥[1]。張菲菲[2]、佟順增[3]等通過對煤泥進行解離研究，發(fā)現(xiàn)解離后煤泥中的連生體基本被分開，經(jīng)浮選試驗，精煤中粘土類含量明顯下降，有機單體含量上升，而且煤泥的可浮性受煤顆粒的表面性質(zhì)、密度和粒度組成、泥化等因素影響較大；譚佳琨[4]等發(fā)現(xiàn)精煤灰分的相關(guān)性規(guī)律是由不同粒度顆粒的特性差異所導(dǎo)致。根據(jù)前人的研究，為降低汪家寨那籮礦的灰分和硫分，探索將煤樣解離，使精煤與脈石礦物分離，然后進行浮選，從而達到理想的使用價值和經(jīng)濟價值。

1 煤樣性質(zhì)分析

1.1 煤樣粒度組成

研究采用汪家寨那籮礦N30710號煤層煤樣，其灰分為24.47%，硫分為2.55%，揮發(fā)分為23.28%。因此該煤屬于焦煤，是中高硫煤。根據(jù)GBT 477—2008《煤炭篩分試驗方法》對煤樣進行了粒度分析，并測定各粒度級硫分和揮發(fā)分，其試驗結(jié)果如表1所示。

由表1可知，各粒度級含量分布不均，含量較大的是大于25 mm粒度級，產(chǎn)率為24.16%，各粒度級的揮發(fā)分變化不大，灰分和硫分隨著粒度的降低而降低，說明脈石礦物不易解離。從各粒度級灰分和硫分來看，各粒度級灰分差別不大，而硫分差別較大，說明煤樣中灰分呈等額分布的態(tài)勢，硫分多富積在高粒度級別中。因此，從煤樣中的低粒度級別展開分選作業(yè)，更易于實現(xiàn)降硫。

表1 N30710號煤層煤樣粒度組成及特性分析

1.2 煤樣密度組成

根據(jù)GB T 478—2008《煤炭浮沉試驗方法》對煤樣進行了大浮沉實驗，并測定各密度級硫分，試驗結(jié)果如表2所示。

由表2可知，煤炭主要密度級是1.4～1.5 kg/L，達37.45%，當灰分取11.30%時，浮物產(chǎn)率為32.61%，各個密度級別中，1.3～1.5 kg/L密度級占64.80%，中間物含量極高，屬于極難選煤。密度越低，硫分相應(yīng)較低，說明分選能脫硫。

表2 N30710號煤層煤樣浮沉綜合

1.3 煤樣可浮性

采用顎式破碎機和棒磨機將煤樣破碎至小于0.5 mm，然后根據(jù)標準《選煤實驗室分步釋放浮選試驗方法》(GB T 36167—2018)，選用煤油為捕收劑，松醇油為起泡劑，通過正交實驗確定捕收劑與起泡劑添加比例為6∶1，試驗結(jié)果如表3所示。后序的分步釋放浮選試驗均采用此條件。

表3 N30710號煤層煤樣分步釋放實驗結(jié)果

由表3可知，取灰分為10.84%時，產(chǎn)率為38.58%，而且是產(chǎn)率最大的產(chǎn)物，比浮沉?xí)r取精煤灰分為11.30%的產(chǎn)率還要高，說明破碎研磨后再浮選是可以提高精煤產(chǎn)率的；隨著釋放次數(shù)增加，硫分逐漸降低，說明浮選能達到脫硫的效果。

2 深度解離浮選試驗

2.1 解離浮選試驗

采用顎式破碎機和棒磨機將原各粒度級煤樣分別破碎磨至40、80、120、200、320網(wǎng)目以下，然后分別進行分步釋放試驗，并測定各產(chǎn)物的硫分。將實驗數(shù)據(jù)繪制成灰分—產(chǎn)率曲線和硫分—產(chǎn)率曲線，如圖1至圖10所示。

圖1 解離至-40網(wǎng)目灰分—產(chǎn)率曲線

圖2 解離至-40網(wǎng)目硫分—產(chǎn)率曲線

圖3 解離至-80網(wǎng)目灰分—產(chǎn)率曲線

圖4 解離至-80網(wǎng)目硫分—產(chǎn)率曲線

圖5 解離至-120網(wǎng)目灰分—產(chǎn)率曲線

圖6 解離至-120網(wǎng)目硫分—產(chǎn)率曲線

圖7 解離至-200網(wǎng)目灰分—產(chǎn)率曲線

圖8 解離至-200網(wǎng)目硫分—產(chǎn)率曲線

圖9 解離至-320網(wǎng)目灰分—產(chǎn)率曲線

圖10 解離至-320網(wǎng)目硫分—產(chǎn)率曲線線

由各灰分—產(chǎn)率曲線可知，隨著解離的更加深入，從各粒度級解離至小于40網(wǎng)目到小于200網(wǎng)目來看，解離前粒度越小，解離后累計產(chǎn)率越大，而且各粒度級之間的產(chǎn)率增長與灰分增長相統(tǒng)一，其中小于0.5 mm和0.5～3 mm 2個粒度級比其它粒度級的灰分更低；而解離至小于320 網(wǎng)目后，各粒度級間沒有此規(guī)律。由此可知將各粒級原煤解離到120 網(wǎng)目或者200 網(wǎng)目為最佳。

由各硫分—產(chǎn)率曲線可知，小于0.5 mm和0.5～3 mm 2個粒度級的曲線基本接近重合且趨向直線，因此可以判斷這2個粒度級的產(chǎn)率的變化對硫分影響不大；從各粒度級解離至小于40網(wǎng)目到小于200網(wǎng)目來看，解離前粒度越小，解離后各產(chǎn)物硫分越低，粒度越小，變化趨勢越小；而解離至小于320網(wǎng)目后，各粒度級之間的變化就比較雜亂。說明解離至小于200網(wǎng)目后，對脫硫是有利，但再解離可能就會影響浮選脫硫。

2.2 產(chǎn)率分析

整理解離后的分步釋放試驗的數(shù)據(jù)，最后一次釋放的精煤產(chǎn)率匯總見表4所示。

由表4可知：各粒度級解離后，產(chǎn)率均先升高，后下降。產(chǎn)率的最大值分布有如下規(guī)律：

小于0.5 mm粒度級磨碎后，產(chǎn)率最大值在120～200網(wǎng)目之間，且靠近200網(wǎng)目；0.5～3 mm粒度級磨碎后，產(chǎn)率最大值在120～200網(wǎng)目之間，且靠近120網(wǎng)目；3～6 mm和6～13 mm 2個粒度級磨碎后，產(chǎn)率最大值在80～120網(wǎng)目之間，且靠近120網(wǎng)目；13～25 mm和大于25 mm粒度級磨碎后，產(chǎn)率最大值在80～120網(wǎng)目之間，且靠近80網(wǎng)目。

表4 各粒度破碎后浮選精煤產(chǎn)率匯總

注：各粒度級原煤分別研磨到各網(wǎng)目后做小浮沉試驗得到上述數(shù)據(jù)。

由以上產(chǎn)率分析可得，隨著解離前的粒度增大，解離后的最大產(chǎn)率的粒度逐漸增大，說明解離高粒度級別時，解離出煤的同時，脈石礦物解離的更多，解離要控制在一定的粒度范圍。

2.3 加權(quán)后分析

由前可知，原各粒度煤樣分別破碎磨至40、80、120、200、320網(wǎng)目以下，現(xiàn)將磨碎至同一網(wǎng)目的分步釋放試驗的試驗結(jié)果進行加權(quán)、匯總，得到全樣的分步釋放試驗結(jié)果，經(jīng)計算并繪制灰分—產(chǎn)率曲線和硫分—產(chǎn)率曲線，如圖11至圖12所示。

圖11 煤樣磨至各網(wǎng)目灰分—曲線產(chǎn)率

由圖11可知，5條曲線基本重合，說明不管煤樣解離至多少網(wǎng)目，在一定灰分情況下，其產(chǎn)率基本不變；當取精煤灰分為11.30%時，產(chǎn)率為36.3%，其值高于浮沉產(chǎn)率，但低于破碎至小于0.5 mm時的產(chǎn)率。由以上分析可得，解離程度深入，其產(chǎn)率不一定增加。

圖12 煤樣磨至各網(wǎng)目硫分—曲線產(chǎn)率

由圖12可知，除解離至小于320網(wǎng)目外，其它隨著解離的逐漸深入，同一硫分，其產(chǎn)率逐漸減小，說明解離越深入，細粒對硫分影響明顯。

3 結(jié) 論

通過對煤樣的深度解離和分步釋放浮選試驗的結(jié)果進行分析，得出如下結(jié)論：

(1)在同一粒度級別中，研磨后的粒度越細解離效果越好，同一密度級別的灰分硫分越低，產(chǎn)率越高。

(2)不同粒度級別研磨到同一網(wǎng)目，粒度越大解離后的效果越明顯，相應(yīng)的灰分硫分降低，產(chǎn)率升高。

(3)綜合以上分析將原煤研磨到120網(wǎng)目后再進行分選效果最佳。