不同碳鏈長度起泡劑對1/3焦煤浮選效果的影響

王 軍，孫 健，侯玉茂，郭 通，賀文鵬，孔春朋

(1.新汶礦業(yè)集團有限任公司 洗煤分公司，山東 泰安 271219；2.新礦內(nèi)蒙古能源有限責任公司 洗煤分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016299)

新礦集團洗煤分公司內(nèi)蒙區(qū)域公司位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市鄂托克前旗上海廟鎮(zhèn)經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，所轄3座選煤廠生產(chǎn)工藝均為：大于1 mm塊煤重介旋流器分選，1～0.25 mm粗煤泥TBS分選機分選，小于0.25 mm細煤泥浮選柱分選。3個選煤廠主要負責集團公司上海廟礦區(qū)5個礦井的原煤洗選任務。隨著各礦井延深，開采煤層的煤化程度增加，原煤逐漸由氣肥煤向 1/3 焦煤過渡，形成未來 1/3焦煤產(chǎn)量不斷增加的趨勢[1]，因此，進一步優(yōu)化1/3焦煤洗選工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量、最大化精煤產(chǎn)率對選煤廠的發(fā)展顯得尤為重要。在1/3焦煤洗選過程中，浮選精煤灰分高、產(chǎn)率不穩(wěn)定是3座選煤廠的通病，主要原因是各廠目前使用的起泡劑主要針對前期入洗比例較高的氣肥煤應用效果進行選擇的，沒有對1/3焦煤應用效果進行擇優(yōu)試驗，在目前1/3焦煤作為主要入洗煤種的情況下，必須通過試驗找出更適宜當前1/3焦煤煤質(zhì)特點的起泡劑。目前，國內(nèi)外對起泡劑的研究多趨向于合成制劑或?qū)⒉煌鹋輨┙M合以發(fā)揮藥劑的協(xié)同作用來提高藥劑的起泡性能[2]。起泡劑的極性基和非極性的分子結(jié)構(gòu)決定了起泡劑的起泡能力和穩(wěn)泡能力[3]，而起泡劑中最常見的非極性基為烷烴，烷烴的碳鏈長度和起泡劑的性能有重要關(guān)系，通過不同碳鏈長度起泡劑對1/3焦煤浮選效果影響的研究，尋求使浮選效率最大化的起泡劑。

1 研究內(nèi)容

(1)使用不同碳鏈長度的備選起泡劑對上海廟礦區(qū)的2種1/3焦煤進行浮選單因素尋優(yōu)試驗，通過分析不同碳鏈長度起泡劑下的浮選精礦產(chǎn)率、精礦灰分、尾礦灰分，計算浮選抽出率和浮選完善指標。

(2)分析各類起泡劑的起泡性能和穩(wěn)泡性能，結(jié)合浮選試驗結(jié)果，分析最適宜1/3焦煤的起泡劑種類，為藥劑選擇和研發(fā)提供依據(jù)[4]。

2 備選起泡劑

試驗研究的備選起泡劑為醇類起泡劑，分別是分子結(jié)構(gòu)為C3～C5的雜醇、C6的MIBC起泡劑和C10的松醇油。醇類起泡劑是選煤廠最常用、性價比最高、應用范圍最廣的起泡劑種類，功能基為羥基，起泡劑性能穩(wěn)定，浮選效果好，并且沒有捕收性。在醇類起泡劑中，碳鏈短的醇生成的泡沫穩(wěn)定性差，容易破碎，但選擇性較好，對降低精礦灰分有利；碳鏈長的醇、含支鏈的醇和脂肪醇分子量較大，起泡性能好，同樣藥劑量下產(chǎn)生的氣泡更多，有利于提升精礦產(chǎn)率，但也會提高精礦灰分[5]。

(1)雜醇。主要成分為丙醇、丁醇、戊醇，烷基鏈較短，形成氣泡易破碎，選擇性較好，適用于難選煤的浮選[6]。

(2)MIBC起泡劑。主要成分為甲基異丁基甲醇，為C6分子結(jié)構(gòu)(分子結(jié)構(gòu)式見圖1)，具有起泡直徑小、較脆、選擇性強、藥劑活性好等優(yōu)點，是我國實驗室浮選標準起泡劑[7]。

圖1 甲基異丁基甲醇分子結(jié)構(gòu)式

(3)松醇油。主要成分是α-萜烯醇(分子結(jié)構(gòu)式見圖2)，產(chǎn)生的氣泡強度較高，穩(wěn)定性好。

3 試 驗

3.1 試驗樣品化驗結(jié)果

試驗煤樣為1號煤泥和2號煤泥，分別來自長城一礦選煤廠和中心選煤廠的1/3焦煤浮選入料，根據(jù)GB/T 212—2018《煤的工業(yè)分析方法》測得1號煤泥和2號煤泥的化驗結(jié)果見表1。

圖2 α-萜烯醇分子結(jié)構(gòu)式

表1 試驗煤樣化驗結(jié)果

從表1看出，1號煤泥灰分明顯低于2號煤泥，可浮性較優(yōu)，其余指標無明顯差別。

3.2 試驗條件

(1)浮選機型號：FXDM-82容量：1.5 L；

(2)浮選機技術(shù)參數(shù)：葉輪轉(zhuǎn)數(shù)1 800 r/min；充氣量0.25 m3/(m2·min)；葉輪直徑60 mm；

(3)浮選工藝條件：煤漿濃度60 g/ L；煤漿預攪拌時間2 min；收取泡沫時間3 min；煤漿溫度20 ±10 ℃；

(4)浮選藥劑：捕收劑使用輕柴油，用量0.10 mL；起泡劑使用備選的3種藥劑，用量分別見表2和表3。

表2 1號煤泥采用不同起泡劑單元浮選試驗結(jié)果

3.3 試驗結(jié)果

試驗按照GB/T 4757—2013《煤粉(泥)實驗室單元浮選試驗方法》規(guī)定進行操作，1號煤泥和2號煤泥試驗結(jié)果如表2、表3所示。

表3 2號煤泥采用不同起泡劑單元浮選試驗結(jié)果

4 試驗結(jié)果分析

4.1 1號煤泥試驗結(jié)果分析

(1)通過表2中相同起泡劑種類、不同藥劑用量試驗結(jié)果對比可以看出，雜醇用量提高后1號煤泥浮選精礦產(chǎn)率和可燃體回收率有明顯提高，原因為雜醇的起泡性能和穩(wěn)泡性能較其余2種藥劑較弱，在低用量時產(chǎn)生的氣泡量較少，無法完全帶出煤泥中的精煤組分。MIBC和松醇油用量增加對精礦產(chǎn)率和可燃體回收率的提升不明顯，說明在低用量下，長碳鏈起泡劑產(chǎn)生的氣泡量已經(jīng)足夠[9]。

(2)使用雜醇的實驗組在低起泡劑用量時浮選精礦灰分相比高起泡劑用量下反而更高，原因為在低起泡劑用量時浮選精礦部分流失進入尾礦，浮選精礦中的低灰組分占比低，可燃體回收率較低，導致浮選精礦灰分較高。

(3)使用松醇油的實驗組精礦產(chǎn)率和精礦灰分最高，進一步印證了長碳鏈、大分子結(jié)構(gòu)的起泡劑產(chǎn)生的泡沫穩(wěn)定性較強，對提高精礦產(chǎn)率有促進作用，但浮選精礦灰分也明顯高于其他對照組。

(4)中心選煤廠洗選1/3焦煤的精煤指標為10.5%和9.5%，如果浮選精礦灰分過高不但會影響最終精產(chǎn)品質(zhì)量，還會造成重介系統(tǒng)和粗煤泥系統(tǒng)“背灰”，反而降低整體精煤產(chǎn)率，因此，浮選精礦指標必須控制在11.5%以內(nèi)。綜合考慮各項指標，雜醇應當是最適宜1號煤泥浮選的起泡劑種類，在用量為0.010 mL(0.014 kg/t)時，浮選精礦產(chǎn)率達到74.19%，精礦灰分僅為10.27%，可燃體回收率92.11%，浮選完善指標達到64.62%[10]。

4.2 2號煤泥試驗結(jié)果分析

(1)通過表3中相同起泡劑種類、不同藥劑用量試驗結(jié)果對比可以看出，當起泡劑用量提高后，各實驗組浮選精礦產(chǎn)率均有提高，但提高幅度遠不如精礦灰分提高幅度大[11]。雜醇和MIBC起泡劑用量提高后，可燃體回收率反而下降，說明應用在高灰煤泥浮選時，起泡劑用量較高造成浮選入料中的高灰煤泥在氣泡中附著量增加，對精礦形成污染，嚴重影響精礦品位。

(2)雜醇和MIBC起泡劑對2號煤泥的選擇性較差，在低用量和高用量情況下浮選精礦灰分都超出指標要求，而且使用雜醇的實驗組可燃體回收率明顯低于其他藥劑，說明短碳鏈起泡劑不適合用于浮選2號煤泥。

(3)松醇油在用量為0.005 mL(0.007 kg/t)時對2號煤泥的浮選效果最佳，精礦產(chǎn)率63.49%，精礦灰分10.19%，可燃體回收率80.35%，浮選完善指標為各實驗組最高，達到58.06%。

5 結(jié) 語

(1)針對1/3焦煤的浮選試驗結(jié)果顯示，在相同起泡劑用量下，碳鏈越長的起泡劑產(chǎn)生的氣泡數(shù)量越多，氣泡穩(wěn)定性越好，使用長碳鏈起泡劑有利于提升精礦產(chǎn)率。

(2)1/3焦煤的浮選精礦灰分、可燃體回收率和浮選完善指標沒有隨所選起泡劑碳鏈長度增加而發(fā)生線性變化，說明起泡劑對煤泥的選擇性還受煤泥品質(zhì)、礦物組成和其他因素影響。試驗結(jié)果顯示，短碳鏈起泡劑用量較高時對灰分較低、可浮性較好的煤泥有更好應用效果，長碳鏈起泡劑用量較低時對灰分較高、可浮性較差的煤泥有更好的應用效果。

(3)起泡劑的選擇應當與選煤廠的實際需求相匹配，在產(chǎn)品指標要求寬松的選煤廠，應當選用長碳鏈起泡劑以提高精煤產(chǎn)率，節(jié)約藥劑成本；在產(chǎn)品指標要求比較嚴格的選煤廠，應當選用短碳鏈起泡劑，以保障浮選精煤灰分，避免因浮選精煤灰分超標而影響產(chǎn)品精煤質(zhì)量[12]。