朔州高灰細(xì)粒煤泥浮選試驗(yàn)研究

鄭云婷

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

2021年我國(guó)原煤產(chǎn)量為41.3億t，全國(guó)煤炭消費(fèi)量為42.3億t，煤炭占中國(guó)能源消耗總量的56.0%。據(jù)預(yù)測(cè)，到2030年煤炭在我國(guó)一次能源結(jié)構(gòu)中的比例還將保持在55%左右[1]，因此在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，煤炭都是中國(guó)的主要能源。選煤是促進(jìn)煤炭清潔高效利用最經(jīng)濟(jì)有效的途徑之一[2-4]。隨著采煤機(jī)械化程度的提高，原煤中細(xì)粒級(jí)(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(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)利益出發(fā)，對(duì)煤炭質(zhì)量的要求越來(lái)越嚴(yán)格，因此細(xì)粒煤的洗選越來(lái)越受到重視。如何將細(xì)粒煤進(jìn)行有效分選是當(dāng)前選煤行業(yè)的研究熱點(diǎn)[6]。浮選是分選細(xì)粒礦物應(yīng)用最廣、效果最好的選礦方法[7-9]。煤泥浮選是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，煤泥浮選效果受細(xì)煤泥性質(zhì)、生產(chǎn)操作條件等多種因素制約。針對(duì)細(xì)粒煤泥浮選難題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)強(qiáng)化調(diào)漿、優(yōu)選浮選設(shè)備、優(yōu)化工藝流程、添加藥劑等方法來(lái)提高細(xì)粒煤泥的浮選效果。上述研究對(duì)細(xì)粒煤泥分選均起到了一定的促進(jìn)作用，且研究主要集中在調(diào)漿、設(shè)備和藥劑方面。

為解決細(xì)粒含量高、灰分高煤泥的分選問(wèn)題，對(duì)山西朔州礦區(qū)煤泥進(jìn)行了粒度分析、密度分析，并通過(guò)分步釋放浮選試驗(yàn)和藥劑制度試驗(yàn)，對(duì)該煤泥的分選提質(zhì)進(jìn)行了研究。

1 煤泥性質(zhì)

1.1 煤泥粒度分析

試驗(yàn)煤樣采自山西朔州礦區(qū)原煤中<0.5 mm粒級(jí)煤泥，混合、縮分、干燥后裝袋密封備用。稱取試驗(yàn)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(jìn)行濕法篩分，小篩分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 煤樣小篩分試驗(yàn)結(jié)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(chǎn)率為4.70%，若在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)該狀況，說(shuō)明分級(jí)作業(yè)不夠完善，存在“跑粗”現(xiàn)象，需注意控制入浮粒度上限。

(2)0.074～0.045 mm粒級(jí)產(chǎn)率為26.45%，灰分為39.70%，為主導(dǎo)粒級(jí)。

(3)<0.074 mm粒級(jí)產(chǎn)率為40.93%，<0.045 mm粒級(jí)產(chǎn)率為14.48%，且灰分偏高，說(shuō)明細(xì)煤泥含量相對(duì)較高，矸石存在嚴(yán)重的泥化現(xiàn)象，因此在浮選過(guò)程中應(yīng)注意高灰細(xì)泥對(duì)精煤的污染問(wèn)題[10]。

1.2 煤泥密度分析

采用TD5M-WS 多管架自動(dòng)平衡離心機(jī)進(jìn)行煤泥小浮沉試驗(yàn)，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，用四氯化碳、三溴甲烷和苯等有機(jī)溶劑配置重液。煤泥小浮沉試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 煤泥小浮沉試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Float-and-sink analysis data %

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

2 試驗(yàn)

2.1 煤泥分步釋放浮選試驗(yàn)

按照GB/T 36167—2018《選煤實(shí)驗(yàn)室分步釋放浮選試驗(yàn)方法》規(guī)定對(duì)煤泥進(jìn)行分步釋放浮選試驗(yàn)。試驗(yàn)選用葉輪轉(zhuǎn)速為1 800 r/min，充氣量為0.15 m3/(m2·min)的浮選機(jī)。試驗(yàn)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(yàn)流程如圖1所示。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。由表3數(shù)據(jù)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(yàn)流程Fig.1 Flowsheet of timed-release flotation testing process

由表3可知：經(jīng)過(guò)一次粗選，可以得到灰分為18.20%、產(chǎn)率為66.73%的精煤產(chǎn)品，一次性可排除33.27%的灰分為80.94%的尾煤產(chǎn)品。

表3 分步釋放浮選試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Result of timed-release flotation test %

由圖2可知：隨著分選次數(shù)的增加，精煤的產(chǎn)率和灰分都降低。經(jīng)過(guò)一次精選，精煤灰分為12.92%，精煤產(chǎn)率為60.98%，精煤灰分得到有效的降低，說(shuō)明通過(guò)精選可以將粗選過(guò)程中夾帶的高灰細(xì)泥脫除[13-14]。通過(guò)三次精選可以獲得產(chǎn)率為58.57%、灰分為11.35%的理論分選指標(biāo)。查浮選曲線可知，理論精煤灰分要求為11.00%時(shí)，煤樣的理論精煤產(chǎn)率為55.95%。對(duì)該煤樣進(jìn)行浮選在理論上可以得到較高產(chǎn)率的低灰精煤，分選利用價(jià)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(yàn)

2.2.1 捕收劑比選試驗(yàn)

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(qiáng)度為1 800 r/min試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 藥劑選擇浮選試驗(yàn)結(jié)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(shí)，精煤產(chǎn)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(biāo)為42.51%，浮選效果在3種捕收劑中最好。因此后續(xù)試驗(yàn)采用該藥劑作為捕收劑。

2.2.2 藥劑制度比選試驗(yàn)

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(qiáng)度為1 800 r/min試驗(yàn)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(duì)浮選效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知：

表5 藥劑制度試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Result of comarative test on agent regimes %

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

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

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

3 結(jié)論

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

(2)由分步釋放浮選試驗(yàn)可知，對(duì)該煤泥進(jìn)行分選在理論上可以得到較高產(chǎn)率的精煤產(chǎn)品，分選利用價(jià)值較高。

(3)通過(guò)試驗(yàn)，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。