汾西雙柳礦煤泥浮選試驗研究＊

趙洪宇 原 野 郭文俊， 王紀成 舒新前

（1.中國礦業大學（北京）化學與環境工程學院，北京市海淀區，100083；2.山西汾西礦業（集團）有限責任公司運銷管理中心，山西省介休市，032000）

由于近年來開采方法和煤層的變化，汾西礦業集團下轄各礦中原煤的煤泥含量及灰分逐年增加，浮選環節在洗選過程中就顯得越來越重要。2005年汾西礦業集團選煤廠曾經對浮選系統進行過一次改造，將浮選機更換為XJM－KS20型浮選機，浮選效果取得了較明顯的改善。在擴建改造后，重介－浮選系統因加壓過濾機的處理能力不足，存在浮選尾礦灰分低及精礦池冒料等問題。為了解決這一問題，該廠增設了一條管路將重介－浮選系統的浮選入料部分或全部打入原浮選車間濃縮機，濃縮機的底流再進入浮選機進行浮選。

目前汾西礦業集團選煤廠所選煤種都是來自雙柳礦原煤，屬中高灰、低硫、中揮發分及強粘結性肥煤，而現場仍然沿用舊的浮選藥劑制度，對雙柳原煤的洗選針對性不強，不僅影響經濟效益而且造成資源浪費。因此需要進一步地對浮選工藝及藥劑制度進行優化改善，以提高浮選精煤回收率，對改善企業的經濟效益和更好的科學合理利用肥煤這一稀缺煤種具有重要意義。

1 試驗煤樣及試驗方法

1.1 試驗煤樣

煤樣來自汾西礦業集團選煤廠浮選入料，煤泥水經過濾后置于低于75℃的干燥箱內烘干并冷卻至常溫，過0.5 mm篩后，再經混勻、縮分以備用。

雙柳原煤煤質特征參照GB／T476－2001《煤的元素分析方法》，其空氣干燥基水分為2.04%、灰分為20.19%、揮發分為24.20%、固定碳為53.57%、原煤煤樣的全硫為0.41%。由此可以看出，雙柳礦的煤泥屬于中灰低硫煤泥。

參照 GB／T19093－2003《煤粉篩分試驗方法》，煤樣小篩分結果見表1。

表1 煤樣小篩分結果

由表1可以看出，0.147 mm～0.124 mm和小于0.043 mm粒級的含量較低，而其它粒級的含量相差不大；而大于0.074 mm粒級的含量為72.37%，說明該煤樣的平均粒度比較粗。煤樣灰分分布比較均勻，只有0.074 mm～0.043 mm和小于0.043 mm的顆粒灰分較高，說明該煤樣存在一定的泥化現象。煤樣累積粒度特性曲線圖見圖1。

圖1 煤樣累積粒度特性曲線圖

由圖1可以看出，正累積曲線的總體趨勢是向左下角凹進，同樣可以說明該煤樣中細粒級的含量比較大。參照GB／T19092－2003《煤粉浮沉試驗方法》，進行煤泥的小浮沉試驗，試驗結果見表2。

表2 煤樣小浮沉試驗結果

由表2可以看出，該煤泥的主導密度級是1.3～1.4 g／cm3，其產率為 41.84%，灰 分 只 有5.65%，這部分物料有利于浮選；1.4～1.5 g／cm3密度級的灰分高達17.07%，這部分物料會對浮選產生影響，影響精煤產率和灰分；而大于1.5 g／cm3且 小 于 1.8 g／cm3的含量較小，為7.29%。由此可以看出，該煤樣各個密度級的分布不均勻，且兩邊密度級含量較大，中間密度級含量較低。

1.2 試驗儀器

試驗儀器包括1.5 L的MFDF－2浮選試驗機（1000～3000 r／min自調）、PL2002型電子天平（最大稱量（max）為2100 g，實際分度值（d）為0.01 g）、華通 HL－1型箱形馬弗爐（范圍為0～1000℃）、HG101－1A電熱鼓風干燥箱（范圍為0～300℃）、天馬JPT－50型架盤天平（最大稱量（max）為5000 g，檢定分度值（e）與實際分度值（d）均為5 g）、套篩（孔徑分別為0.5 mm、0.246 mm、0.175 mm、0.147 mm、0.124 mm、0.074 mm、0.043 mm）、DL－5C過濾機型過濾機、燒杯、盆、京立LD4－40型離心機以及鎮江產豐泰FTZ－200型標準篩振篩機。

1.3 分步釋放試驗

為了更好地評價煤樣的浮選難易程度和藥劑的效果，按照MT144－86《選煤試驗室分步釋放浮選試驗方法》進行分步釋放試驗，結果見表3，根據表3做出分步釋放浮選曲線圖見圖2。

表3 分步釋放試驗結果

圖2 分步釋放浮選曲線圖

結合圖2中的β曲線和表3中的試驗數據可以看出，產品5浮選精煤的產率為89.26%、精煤灰分為15.34%，這說明選擇合適的藥劑制度對浮選工藝指標具有很大影響，且可以提高的空間很大。

2 對現有浮選藥劑的正交試驗及方差分析

試驗采用汾西礦業集團選煤廠浮選系統現在所采用的藥劑GF油和煤油進行兩因素三水平正交試驗，并得到最佳的油比，為后續的試驗做準備。其中浮選正交試驗的條件為：煤漿濃度為80 g／L，煤 樣 灰 分 為 20.19%， 充 氣 量 為0.25 m3／m2·min。

試驗的因素和水平為煤油600 g／t、850 g／t和1100 g／t，GF 油 分 別 為 70 g／t、100 g／t 和130 g／t，正交試驗結果如表4所示。正交試驗結果中的產率、灰分和浮選完善指標的方差分析結果分別見表5、表6和表7。

表4 正交試驗結果表

表5 按產率進行方差分析

表6 按灰分進行方差分析

綜合以上的方差分析可以看出，捕收劑和起泡劑的用量對精煤產率、灰分和浮選完善指標都有一定程度的影響，產率和灰分總體上都是隨著捕收劑和起泡劑用量的增加而變大，精煤產率低的情況下灰分也低，產率高時灰分也高。綜合考慮產率、灰分和浮選完善指標后，當煤油用量為850 g／t、GF油用量為100 g／t時，精煤產率可達79.32%，此時的精煤灰分為9.88%，浮選完善指標為50.43%，可以達到較好地浮選效果。

表7 按浮選完善指標進行方差分析

3 浮選藥劑選擇的試驗研究

根據煤樣性質及現場工程師的經驗選擇了3組藥劑進行試驗，參照GB4757－84《選煤實驗室單元浮選試驗方法》結合實際條件，組合了9組浮選藥劑進行試驗，藥劑組合分別為A（煤油＋GF油）、B（煤油＋仲辛醇）、C（煤油＋雜醇）、D（柴油＋GF油）、E（柴油＋仲辛醇）、F（柴油＋雜醇）、G（NEK捕收劑＋GF油）、H（NEK捕收劑＋仲辛醇）及I（NEK捕收劑＋雜醇）。固定捕收劑用量為850 g／t、起泡劑用量選取70 g／t、100 g／t和130 g／t這3組，試驗條件同上。

3.1 藥劑選擇試驗結果

根據以上試驗水平和試驗固定條件對捕收劑采用煤油時的試驗進行分析，使用煤油、柴油和NEK作為捕收劑進行A→I這9組試驗，其結果見表8、表9和表10，最佳藥劑組合列表見表11。

表8 使用煤油作為捕收劑結果表 ／%

由表11可以看出，C組整體的灰分都比較低且都在質量要求范圍內，產率也較高，在滿足灰分條件下，C3組在C組中精煤產率最高，而且C組浮選完善指標也較高，都超過了50%；E組的精煤產率和灰分隨著起泡劑用量的增加而增加，其中E2的灰分為10.35%，滿足質量要求，此時產率達到82.69%，E3中起泡劑用量增大到時，精煤的灰分達不到質量要求；H組的精煤灰分和產率都是隨著起泡劑用量的增加而增加，當到達H3組水平時，精煤的灰分較高，達不到質量要求，H2組的精煤灰分滿足要求且精煤產率達到85.21%，浮選完善指標較大，其中H1和H2浮選完善指標都超過了50%。

表9 使用柴油作為捕收劑結果表 ／%

表10 使用NEK做為捕收劑結果 ／%

表11 最佳藥劑組合列表 ／%

綜合以上分析，可以得出采用NEK作為捕收劑和仲辛醇作為起泡劑的H組灰分大都滿足要求，產率和浮選完善指標都較高。

根據浮選藥劑選擇試驗的結果，選擇H組藥劑進行最佳藥劑用量的正交試驗。NEK捕收劑濃度選擇依次為600 g／t、850 g／t和1100 g／t；仲辛醇濃度選擇依次為70 g／t、100 g／t和130 g／t。正交試驗結果表見表12。

表12 正交試驗結果

根據汾西礦業集團對銷售精煤灰分的要求和綜合考慮，當選用NEK捕收劑用量為1100 g／t、仲辛醇用量為70 g／t時，精煤產率為87.28%、精煤灰分為11.03%、浮選完善指標為48.18%。這組試驗結果很大程度的提高了精煤產率，灰分也在10.5%附近，浮選效果比較理想。

3.2 表面活性劑種類及用量試驗

為了進一步提高浮選效果，本試驗采用木質素磺酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉作為表面活性劑考察其效果，十二烷基苯磺酸鈉和木質素磺酸鈉的用量分別為50 g／t、75 g／t、100 g／t、125 g／t和150 g／t。表面活性劑的種類和用量對浮選精煤產率、灰分和浮選完善指標曲線的影響如圖3、圖4和圖5所示。

圖3 表面活性劑用量—精煤產率曲線

綜合圖3、圖4和圖5的分析可知，添加十二烷基苯磺酸鈉對精煤產率和灰分都沒有得到明顯改善，當使用木質素磺酸鈉用量為75 g／t時，得到的結果比較理想。浮選完善指標由在不添加表面活性劑時的 48.18% 提高到 49.86%，提高了3.49%；而精煤的灰分由11.03%降為10.46%，降低了5.17%。不但得到了較高的產率，精煤的灰分也在企業銷售精煤所要求的灰分上限10.5%之內，達到了要求。綜合試驗結果和現場實際，在NEK捕收劑用量為1100 g／t、仲辛醇用量為70 g／t以及木質素磺酸鈉用量為75 g／t時，得到了最佳的浮選效果。

圖4 表面活性劑用量—精煤灰分曲線

圖5 表面活性劑用量——浮選完善指標曲線

3.3 經濟效益分析

針對采用NEK作為捕收劑和仲辛醇作為起泡劑的浮選藥劑對現場的生產指標進行初步核算，浮選藥劑改進前浮選煤泥的產品收益為881.68元／t，浮選藥劑制度改進后浮選煤泥產品收益為1048.13元／t，新增經濟效益166.45元／t。按照汾西礦業集團洗煤廠處理量為150萬t／a、煤泥平均含量為10.32%以及浮選環節處理煤泥量為15.48萬t／a計算，可以得出浮選藥劑制度改進后將新增收益2181.75萬元／a。

4 結論

（1）由于試驗煤樣的平均粒度比較粗，0.074～0.043 mm和小于0.043 mm的顆粒灰分分別為21.77%和21.22%，該煤樣存在一定的泥化現象。

（2）使用現場生產藥劑在煤油用量為850 g／t及GF油用量為100 g／t時，可以達到較好的浮選效果，即精煤產率為79.32%，同比現場生產指標76.27%提高了3.05%，浮選完善指標為50.43%，同比現場生產指標46.96%提高了3.47%；精煤灰分為9.88%，同比現場生產指標12.01%降低了2.13%。

（3）使用新藥劑在NEK捕收劑用量為1100 g／t、仲辛醇用量為70 g／t及木質素磺酸鈉為75 g／t的情況下得到了最佳的浮選效果，此時精煤的產率為87.02%，比現場生產指標精煤產率76.27%提高了10.75%；灰分為10.46%，比現場生產指標12.01%降低了1.55%，達到了企業對銷售精煤灰分10.5%的上限要求；浮選完善指標為49.86%，比使用現場生產藥劑降低了0.57%。

（4）當使用NEK作為捕收劑和仲辛醇作為起泡劑的浮選藥劑制度時，可新增收益2181.75萬元／a。因此，對汾西礦業集團洗煤廠浮選藥劑制度的改進不但可以改善企業的經濟效益，更重要的是可以更好的回收利用肥煤這一稀缺煉焦煤資源。

［1］史紅梅，龐締軍，王亞周.介休選煤廠浮選入料的工藝改造 ［J］.煤炭加工與綜合利用，2012（1）

［2］柴樹茂.介休選煤廠改用TBS處理粗煤泥的可行性研究 ［J］.煤炭加工與綜合利用，2012（1）

［3］段海霞.介休選煤廠改擴建的工藝選擇 ［J］.選煤技術，2007（8）

［4］趙洪宇，馬艷梅，紀龍等.淮南望峰崗選煤廠煤泥可浮性試驗研究 ［J］.選煤技術，2013（3）

［5］謝廣元，張明旭，邊炳鑫等.選礦學 ［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2001

［6］趙林盛，彭垠，邢春芳等.優質稀缺煉焦中煤再選技術的試驗研究 ［J］.中國煤炭，2013（9）

［7］彭素琴，張繼龍，王之春等.泡沫浮選對風化煤腐植酸含量影響初探 ［J］.中國煤炭，2013（4）

［8］趙洪宇，鄭星，付興民等.熱壓脫水對褐煤結構及其熱解特性的影響 ［J］.煤炭學報，2015（5）