青龍寺選煤廠細煤泥浮選試驗研究

李 博，李 軍

(國能榆林能源有限責任公司 青龍寺選煤廠，陜西 榆林 719000)

青龍寺選煤廠煤炭種類主要以不粘煤和長焰煤的低階煤為主，是良好的動力用煤與化工用煤，但由于礦井原煤中泥巖含量較高，經水洗后，矸石泥化嚴重，煤泥水中高灰細泥含量嚴重偏高[1，2]，造成選煤廠壓濾機工作效率下降，濾餅水分和灰分嚴重超高，發熱量偏低而影響產品煤的品質。因此有必要對細煤泥浮選可行性及浮選條件進行研究[3]。

浮選是分選細粒難選礦物應用最廣、效果最好的選礦方法[4，5]，泡沫浮選廣泛應用于細粒煤泥的分選[6]。煤泥浮選是一個復雜的物理化學過程，其影響因素很多，包括藥劑用量、藥劑種類等，以至于工業現場難以實現對浮選各環節的合理控制，影響了最終的精煤產率[7，8]。

近年來，隨著對煤泥浮選藥劑研究的不斷深入，許多新型捕收劑被研制出來。新型捕收劑通常是添加少量表面活性劑，來改善煤泥的表面疏水性，增強煤泥與氣泡之間的吸附能力[9-12]。Xia等[13]研究表明，使用的含氧官能團、芳香族和長鏈烴類的潤滑油與低階煤有較強相互作用，提高了煤的疏水性以及精煤產率，具有較高的浮選選擇性。He[14]等利用新型復合浮選藥劑(NC)實現了煤泥的高效分選，與常規柴油浮選捕收劑相比，NC在浮選中可獲得更高的產率和更低的灰分。

筆者通過小篩分和分步釋放浮選試驗研究煤泥浮選的可行性，并通過單因素煤泥浮選試驗，選擇柴油和2種新型復合藥劑(FO1和FO3)，探究不同捕收劑用量對青龍寺細煤泥浮選效果的影響，為青龍寺選煤廠煤泥提質利用提供試驗依據。

1 煤泥可選性研究

試驗煤樣采自青龍寺選煤廠，由于煤泥沉降時加入了適量的凝聚劑和絮凝劑，因此所采集的煤樣中含有殘存藥劑，在某些程度上會對浮選結果產生影響。

1.1 煤泥篩分實驗

依據國家標準GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗方法》的相關規定和流程，對青龍寺煤泥做小篩分試驗，煤泥粒度組成見表1。

表1 煤泥小篩分試驗結果

從表 1中可以看出，0.5～0.25 mm粒級產率31.57%、灰分27.04%，為主導粒級，初步判斷可采用機械攪拌式浮選方式。隨著粒級的降低，煤泥灰分逐級增加，說明矸石有泥化現象。小于0.075 mm粒度級產率為34.94%，細泥含量相對較低，含硫量0.60%，適合細煤泥直接浮選。

1.2 煤泥分步釋放浮選試驗

按照GB/T 36167—2018《選煤實驗室分步釋放浮選試驗方法》中的規定對煤泥進行分步釋放浮選試驗，結果見表2。

表2 分步釋放試驗結果

β—精煤產率—灰分曲線：γ—尾煤產率—灰分曲線；n—分選次數—精煤產率曲線圖1 煤泥分步釋放曲線

通過表2可知，青龍寺煤泥隨著精選次數的增加，尾礦灰分逐漸降低，經過1次粗選，4次精選，隨著精選次數的增加，精煤灰分逐漸增加。適于采用浮選回收其中的精煤。由圖1可知，通過確定的精煤灰分來預測理論精煤產率，當精煤灰分為10%時，精煤產率達到23.56%，尾煤產率達到76.44%。該煤泥在理論上可以得到較高產率的低灰精煤，結合當地煤炭特點，該煤泥具有良好的分選利用價值。

2 煤泥浮選試驗

由于青龍寺煤泥灰分偏高，所以采用一次粗選、一次精選流程，通過單因素試驗考察傳統捕收劑柴油與復合藥劑FO1、FO3對煤泥浮選效果的影響。分析在不同捕收劑的不同用量下，精煤產率、灰分、浮選完善指標的變化情況。試驗是在起泡劑(仲辛醇)用量為300 g/t、礦漿濃度為80 g/L、浮選機攪拌軸轉速2 000 r/min、單位面積充氣量為0.2 m3/(m2·min)、浮選刮泡時間為2 min的浮選條件下進行的。

2.1 柴油浮選試驗

因為柴油疏水性能強，其被煤粒孔隙吸收的數量較少，因此常做捕收劑用于煤泥浮選中。表3是捕收劑為柴油時的浮選試驗結果。

表3 捕收劑為柴油的浮選試驗結果

由表3可知，當柴油用量為2 kg/t 時，精煤產率14.32%，灰分為11.38%，浮選完善指標僅為12.29%；當柴油用量增加到8 kg/t 時，精煤產率和灰分分38.84%和8.03%，浮選完善指標提高到35.10%。

2.2 復合藥劑浮選試驗

本試驗以新型復合藥劑FO1和FO3作為捕收劑，研究這兩種新型復合藥劑對青龍寺煤泥浮選效果的影響。

從表4可知，當復合藥劑FO1用量為1 kg/t 時，精煤產率為32.23%，灰分為9.31%，浮選完善指標為28.58%；當復合藥劑FO1用量增加到4 kg/t時，精煤產率為50.84%，灰分為11.23%，浮選完善指標為 43.74%。

表4 捕收劑為FO1的浮選試驗結果

從表5可知，當復合藥劑FO3用量為1 kg/t 時，精煤產率為33.23%，灰分為10.53%，浮選完善指標為28.91%；當FO3用量為4 kg/t 時，精煤產率為52.84%，精煤灰分為12.34%，浮選完善指標達到最大44.63%，浮選效果明顯優于柴油 8.0 kg/t 的指標，且藥劑用量低。

表5 捕收劑為 FO3 的浮選試驗結果

3 浮選試驗結果對比分析

將柴油和復合藥劑FO1、FO2分別作捕收劑分選低階煤煤泥時的結果進行綜合對比，如圖2～圖4所示。

圖2 精煤產率隨藥劑種類和用量的關系

圖3 精煤灰分隨藥劑種類和用量的關系

圖4 浮選完善指標隨藥劑種類和用量的關系

從圖2看出，當藥劑用量逐漸增加時，精煤產率逐漸增加，但柴油增加速率較緩慢，且用量大；從圖3可見，精煤灰分隨著FO1和FO3用量的增大逐漸增加，但隨著柴油用量逐漸增加，灰分卻隨之降低，是因為隨著柴油用量的加大，在浮選過程中產生了油團聚現象[15]，致使精煤灰分降低；由圖4可見，隨著藥劑用量增加，浮選完善指標也在增加，因為藥劑量的增加，氣泡在煤樣表面的彈跳次數減小，有助于氣泡在煤表面快速形成穩定的三相接觸周邊，即氣泡可快速穩定地粘附在煤樣表面，所以提高了浮選完善指標。其中以復合藥劑FO1和FO3作為捕收劑的浮選完善指標明顯高于普通柴油的，與柴油相比，復合藥劑在煤表面更容易附著和擴散，形成了新的化學吸附作用。同時復合藥劑液滴更小，可更好地在礦漿中分散，與煤粒的礦化作用增強，因此，復合藥劑可得到較好的分選指標，其中FO3效果最明顯。

4 經濟效益評價

根據同類型選煤廠浮選經驗，浮選精煤總加工成本約為30 元/t。僅考慮煤泥浮選，若按照精煤產率32%，精煤灰分為10%，每年可從30 萬 t 細煤泥中回收精煤9.6 萬t摻入到末精煤中，根據電煤質量要求配煤銷售，發熱量按20.92 MJ/kg，價格按500 元/t計，浮選精煤每年可增加銷售收入4 512 萬元。粗選尾煤按照產率37%，灰分為20%計算，年產量為15 萬t，發熱量按12.55 MJ/kg，價格按150元/t計，粗選尾煤每年可增加銷售收入1 800萬元。因此，若將青龍寺細煤泥進行浮選，每年至少可增加銷售收入6 312 萬元，進一步促進了選煤廠的生產發展與可持續發展，提高了選煤廠運營的經濟效益。

5 結 語

青龍寺煤炭種類主要為不粘煤和長焰煤，矸石易泥化，細煤泥灰分高，含泥量多，平均灰分為47.4%。用常規藥劑柴油作為捕收劑，藥劑用量過大，使用復合藥劑作為捕收劑進行煤泥浮選，不但節省了捕收劑的用量，而且顯著提高了精煤產率，其中復合藥劑FO3效果更優，當藥劑用量為4 kg/t時，精煤產率和浮選完善指標達到最大，分別為52.84%和44.63%。

煤泥浮選后可將浮選精煤摻入末精煤作為電煤銷售，浮選粗煤泥也可以低價銷售，細煤泥經浮選后，每年至少可增加銷售收入6 312 萬元。不僅有效回收了礦產資源，還增加了企業經濟效益。