難浮煤泥浮選試驗研究

盧智強，刁海瑞，李彩霞，張天野

(1.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012;2.遼寧工程技術大學 礦業學院，遼寧 阜新 123000)

0 引 言

進入21世紀以來，隨著煤炭開采深度逐年加深，人工智能化的提升，以及機械化程度不斷提高，使得原生煤泥含量不斷上升[1-2]。此外，原煤分選過程中極易產生次生煤泥，導致煤泥含量越來越高，這部分細顆粒物料不僅增加了原煤的入選難度，還直接影響了選煤廠的精煤回收率，影響環境和經濟效益。近年來煤炭交易市場對煤炭質量要求日益嚴格[3-5]，使得探索煤泥浮選最佳條件成為重點課題[6-8]。崔浩然等[9]通過研究乳化起泡劑，改善了煤泥浮選效果，提高了精煤產量;宋萬軍等[10]針對選煤廠煤泥較難處理的現狀，對選煤廠進行工藝改造、設備選型，提高了精煤回收率;余悅發等[11]研究不同水硬度對煤泥浮選效果的影響，認為較高硬度水有利于煤泥浮選，可以提高精煤產率。本文以億成選煤廠3號煤為試驗煤樣，分析了3號煤的煤質特性和可浮性，并最終確定煤泥最佳浮選條件，以期提高精煤產率，緩解億成選煤廠周圍環境壓力。

1 煤樣性質

1.1 礦物成分分析

采用AXS公司的D8型X射線衍射儀分析3號煤泥礦物組成，條件為靶型Cu靶，電壓40 kV，電流40 mA，起始角4°，終止角65°，掃描速度0.5 s/步，步長0.02°，礦物成分分析見表1。由表1可知，煤泥中主要礦物成分為黏土礦物，含量高達69.13%，使煤泥在浮選過程中易產生泥化現象，因靜電吸附的作用吸附在煤粒表面，改變煤粒電動電位，從而影響煤泥浮選效果。

表1 礦物成分分析Table 1 Mineral composition analysis

1.2 化學成分分析

將煤樣在120 ℃下烘干1 h后，在800 ℃煅燒，對煅燒后產品進行煤泥的化學成分分析，結果見表2。

表2 化學成分分析結果Table 2 Chemical composition analysis

由表2可知，煤泥主要成分為SiO2和Al2O3，含量分別為60.01%和25.14%，結合表1可知，脈石礦物石英含量比較高，影響煤泥浮選效果。在同等條件下，如果預選脫除煤泥中石英，將會提高煤泥浮選效果。

1.3 密度分析

根據GB/T 478—2008《煤炭浮沉試驗方法》對億成3號煤泥進行浮沉試驗，取煤樣500 g，選用四氯化碳、苯、三溴甲烷配置重液，設定高速離心機轉速為3 000 r/min，試驗結果見表3。

表3 原煤泥浮沉試驗結果Table 3 Coal slime sedimentation test results

由表3可知，<1.40 g/cm3密度級的累計灰分為6.43%，累計產率為14.12%;密度級增至1.40～1.50 g/cm3，累計灰分為13.24%，累計產率為36.47%，且煤泥主導密度級為1.40～1.60 g/cm3，加權灰分為22.88%，產率為48.54%，表明在該條件下進行浮選，精煤灰分較高，很難滿足市場需求，需探索最佳浮選條件。

1.4 粒度組成分析

取煤泥500 g，試驗按照GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗方法》采用0.50、0.25、0.125、0.074及0.045 mm標準套篩進行粒度分析，篩分結果見表4。由表4可知，適于煤泥浮選最佳粒級0.074～0.250 mm含量為34.59%，該粒級為原煤泥的次主導粒級，加權灰分為19.19%;煤泥中<0.074 mm物料為主導粒度級，占51.11%，加權灰分為38.84%，說明煤泥中高灰細泥含量較多，為難浮選煤泥。

表4 原煤泥篩分試驗結果Table 4 Test results of raw coal slime

2 煤泥可浮性分析

煤泥可浮性是浮選精煤產品的直接影響因素。影響煤泥浮選的主要因素有捕收劑用量、起泡劑用量以及浮選入料濃度等[12]。

2.1 捕收劑用量

本試驗選用柴油作為捕收劑，選用仲辛醇作為起泡劑，試驗過程按照GB/T 4757—2013《煤粉(泥)實驗室單元浮選試驗方法》進行，固定起泡劑用量為60 g/t，浮選入料濃度為120 g/L，葉輪轉速1 750 r/min，充氣量0.19 m3/(m2·min)，刮板速度15 r/min，刮泡時間2 min，分別設置不同捕收劑用量，試驗結果見表5。

表5 不同捕收劑用量條件下煤泥浮選試驗結果Table 5 Restults of floation test in different collectordosage

由表5可知，捕收劑用量較小時，精煤還未完全浮選，藥劑已用完，導致精煤產率較低。隨捕收劑用量增加，精煤產率和可燃體回收率增加。捕收劑用量增至360 g/t時，可燃體回收率達到最高64.45%，煤泥可浮性等級由難選變為中等可選，但此時精煤灰分為11.85%，不滿足出廠精煤灰分10.5%的質量指標要求。確定捕收劑最佳用量為270 g/t。

2.2 起泡劑用量

固定捕收劑用量為270 g/t，浮選入料濃度為120 g/L，葉輪轉速1 750 r/min，充氣量0.19 m3/(m2·min)，刮板速度15 r/min，刮泡時間2 min，分別設置不同起泡劑用量，試驗結果見表6。

表6 不同起泡劑條件下煤泥浮選試驗結果Table 6 Restults of floation test in differentfoaming agent

由表6可知，隨起泡劑用量增加，精煤產率增加。起泡劑用量低于90 g/t時，隨起泡劑用量增加，精煤產量增幅較大，超過90 g/t時，精煤產率增幅緩慢;起泡劑用量過多時，起泡劑易出現絮凝，導致精煤產率增幅緩慢，且精煤灰分不能滿足億成選煤廠精煤灰分10.5%的質量指標要求。確定起泡劑最佳用量為60 g/t。

2.3 浮選入料濃度

固定捕收劑用量為270 g/t，起泡劑用量為60 g/t，葉輪轉速1 750 r/min，充氣量0.19 m3/(m2·min)，刮板速度15 r/min，刮泡時間2 min，分別設置不同浮選入料濃度，試驗結果見表7。由表7可知，浮選入料濃度增加時，浮選精煤中低灰精煤成比例增加，精煤產率增加。浮選入料濃度升高至120 g/L時，精煤灰分降至最低為10.50%，精煤產率為34.57%，可燃體回收率為54.99%;浮選入料濃度超過120 g/L時，隨著浮選入料濃度增加，精煤產率及可燃體回收率增幅平緩，精煤灰分升高，大于10.5%，原因為浮選入料濃度過高時，煤泥粉碎作用增加，機械夾帶的高灰細泥含量增加，從而使煤泥浮選時分選精度降低。由此確定最佳浮選入料濃度為120 g/t。

表7 不同入料濃度下煤泥浮選試驗結果Table 7 Restults of floation test in different feedconcentration

綜上所述，最終確定億成選煤廠3號煤泥最佳浮選條件:捕收劑柴油用量為270 g/t，起泡劑仲辛醇用量為60 g/t，浮選入料濃度120 g/t，葉輪轉速1 750 r/min，充氣量0.19 m3/(m2·min)，刮板速度15 r/min，刮泡時間2 min。

3 結 論

1)通過研究億成選煤廠煤泥可浮性，確定了3號煤煤泥主要含有60.01%的SiO2和25.14%的Al2O3，煤泥中小于0.074 mm粒級含量為51.11%，加權灰分為38.84%，屬于難選煤泥。

2)確定億成選煤廠3號煤泥最佳浮選條件為:捕收劑柴油用量270 g/t，起泡劑仲辛醇用量60 g/t，浮選入料濃度120 g/t，葉輪轉速1 750 r/min，充氣量0.19 m3/(m2·min)，刮板速度15 r/min，刮泡時間2 min，此時精煤產率為34.57%，灰分為10.5%，符合出廠精煤灰分指標的同時提高了精煤產率。