神東煤泥浮選精煤提濃制漿分析

張?jiān)骑w

（國(guó)能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719300）

浮選是分選細(xì)粒礦物最有效、應(yīng)用最廣泛的方法之一。目前，國(guó)能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱神東公司）煤泥產(chǎn)出量大，所有選煤廠原煤全入洗后煤泥產(chǎn)量約2 000 萬t/a，僅布爾臺(tái)選煤廠煤泥產(chǎn)量約150 萬t/a。神東公司利用布爾臺(tái)選煤廠10 萬t/a 煤泥浮選脫灰降硫系統(tǒng)浮選出來的精煤的灰分可由30%～40%降至10%以下，其工業(yè)分析數(shù)據(jù)與銷售精煤相近，可完全滿足煤化工企業(yè)氣化用煤的需求，且浮選精煤中粒度＜0.045 mm 的物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)60%以上、含水率極高，是制備水煤漿的優(yōu)勢(shì)原料，因此以煤泥為原料代替部分原煤制備水煤漿，能創(chuàng)造可觀的效益。

但神東浮選精煤不易被水潤(rùn)濕又具有較高的比表面積，單獨(dú)制漿時(shí)漿體極易產(chǎn)生團(tuán)聚，使?jié){體黏度升高，流動(dòng)性變差[1]，需要對(duì)其進(jìn)行“整形”處理，利用“細(xì)”的優(yōu)點(diǎn)將浮選精煤制備成超細(xì)水煤漿。超細(xì)水煤漿不同于傳統(tǒng)意義上的燃料用水煤漿和氣化用水煤漿，不屬于水煤漿的最終產(chǎn)品，主要用于與其他煤種有效結(jié)合后進(jìn)行氣化煤漿提濃。水煤漿添加劑可以改變煤粒的表面性質(zhì)，使煤粒表面緊緊地被添加劑分子和水化膜包圍，并均勻地分散在水中，可防止煤粒聚結(jié)，并提高水煤漿的流動(dòng)性[2]，因此有必要從市面上篩選適合浮選精煤提濃制漿的添加劑。王國(guó)房[3-4]以對(duì)氨基苯磺酸鈉、苯酚、甲醛為主要原料合成的氨基磺酸系水煤漿添加劑具有官能團(tuán)種類豐富、分子極性強(qiáng)、與煤粒表面匹配性強(qiáng)等特點(diǎn)；采用磺化、縮合手段對(duì)木質(zhì)素磺酸鹽分子進(jìn)行改性，通過調(diào)整分子結(jié)構(gòu)和分子量分布，改善其親水親油官能團(tuán)的平衡，制成適宜于低階煤氣化水煤漿的添加劑。萘系添加劑是水煤漿行業(yè)使用量最大、應(yīng)用最廣泛的添加劑，通過對(duì)萘系添加劑進(jìn)行復(fù)配和復(fù)合改性，表明其能提高水煤漿濃度，降低黏度，提高穩(wěn)定性[5]。

本文模擬工業(yè)干法制漿，將神華煤、神東浮選精煤制備成不同粒度分布的煤粉后進(jìn)行級(jí)配制漿，并在煤漿中添加木質(zhì)素改性系、萘系復(fù)配和氨基磺酸系添加劑，通過對(duì)比藥劑種類及添加量對(duì)水煤漿性能的影響，篩選出與浮選精煤提濃制漿匹配的添加劑，現(xiàn)將其介紹如下。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要原料和儀器

實(shí)驗(yàn)煤樣：神華煤、神東浮選精煤，添加劑：木質(zhì)素改性系（棕褐色粉末）、萘系復(fù)配（深棕色粉末）、氨基磺酸系（棕褐色粉末）。

實(shí)驗(yàn)儀器：NXS-4CP 型水煤漿黏度計(jì)（成都儀器廠）、Mastersizer 3000 粒度儀（英國(guó)馬爾文儀器有限公司）、HB43-S 快速水分測(cè)定儀（梅特勒-托利多國(guó)際貿(mào)易(上海)有限公司）、JJ-1 電動(dòng)攪拌器（金壇市環(huán)宇科學(xué)儀器廠，200 W）、QHJM-3 超細(xì)研磨機(jī)（湖南清河重工機(jī)械有限公司）、XMB-Φ240 mm×300 mm 棒磨機(jī)（武漢探礦機(jī)械廠）、5E-JCA 顎式破碎機(jī)（長(zhǎng)沙開元儀器有限公司）、5E-SSB200 標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)（長(zhǎng)沙開元儀器有限公司）。

1.2 水煤漿的制備

將神華煤用顎式破碎機(jī)破碎至粒度在3 mm 以下，投入棒磨機(jī)中進(jìn)行研磨，研磨時(shí)根據(jù)煤的磨礦特性和出料粒度要求（粒徑≤75 μm 煤粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在35%～40%）進(jìn)行多次取樣振動(dòng)篩分，樣品粒度滿足要求后全部取出，作為粗粉備用。神東浮選精煤經(jīng)壓濾脫水后水分仍達(dá)到25%～30%，無法用超細(xì)研磨機(jī)直接進(jìn)行研磨，需經(jīng)自然晾曬后（水分降到10%以下）再研磨30 min，即適當(dāng)調(diào)整浮選精煤的粒度分布并改變煤顆粒的形狀（由不規(guī)則棱角狀變成球狀），通過粒度儀測(cè)試煤顆粒粒徑，篩選平均粒徑為15 μm 左右的細(xì)粉備用。將制備好的浮選精煤細(xì)粉和神華煤粗粉按不同比例添加制成氣化煤漿，添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%。

1.3 水煤漿性能的測(cè)定及技術(shù)指標(biāo)

1.3.1 水煤漿性能的測(cè)定

水煤漿表觀黏度的測(cè)定根據(jù)GB/T 18856.4—2008《水煤漿試驗(yàn)方法 第4 部分：表觀粘度測(cè)定》，測(cè)試水煤漿在實(shí)驗(yàn)溫度20 ℃、剪切速率100 s-1時(shí)的表觀黏度；流動(dòng)性的測(cè)定采用目測(cè)法，根據(jù)漿體自然下落的間斷狀態(tài)，分為B 和C 兩個(gè)級(jí)別，為了進(jìn)一步區(qū)分B級(jí)流動(dòng)性的較小差別，分別以“+”和“-”表示，即B+、B-；穩(wěn)定性的測(cè)定采用插棒法，分為4 個(gè)等級(jí)：A、B、C、D；濃度的測(cè)定采用快速水分測(cè)定儀測(cè)量。

1.3.2 水煤漿的技術(shù)指標(biāo)

GB/T 31426—2015《氣化水煤漿》中氣化水煤漿的部分技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 氣化水煤漿的部分技術(shù)要求

2 結(jié)果與分析

2.1 浮選精煤粒度分析

將研磨后的浮選精煤采用粒度儀進(jìn)行粒度測(cè)試，浮選精煤研磨前后的粒度分布曲線分別見圖1、圖2，研磨前后的粒度參數(shù)對(duì)比見表2。

圖1 浮選精煤研磨前的粒度分布

圖2 浮選精煤研磨后的粒度分布

表2 研磨前后的粒度參數(shù)對(duì)比

結(jié)合圖1、圖2 和表2 可以看出，浮選精煤經(jīng)過超細(xì)研磨機(jī)研磨后，體積平均粒徑與表面積平均粒徑的差值更接近，說明顆粒的形狀越規(guī)則，粒度分布越集中，同時(shí)，粒徑在75 μm 以下的細(xì)粉的含量明顯增多。粒度變小后的浮選精煤是制備超細(xì)水煤漿的最佳原料。

2.2 浮選精煤制漿提濃效果

煤漿提濃的關(guān)鍵是制備出合格的細(xì)漿（粉），然后將制備好的細(xì)漿（粉）返回到棒磨機(jī)中。細(xì)漿（粉）的作用是在提高煤漿流動(dòng)性的同時(shí)優(yōu)化顆粒的堆積效率，進(jìn)而提高煤漿濃度，實(shí)現(xiàn)氣化水煤漿的高效堆積，提高煤漿濃度還能提高有效氣產(chǎn)率、大大降低氧氣和煤漿的單耗。國(guó)內(nèi)氣化水煤漿粒度分布要求見表3，浮選精煤提濃制漿性能指標(biāo)見表4，最佳級(jí)配下的粒度分布見圖3。

圖3 最佳級(jí)配下的粒度分布

表3 國(guó)內(nèi)氣化水煤漿粒度分布要求

表4 浮選精煤提濃制漿性能指標(biāo)

由表4 可知，隨著浮選精煤細(xì)粉比例的增加，煤漿濃度升高，表觀黏度增大，流動(dòng)性變差，穩(wěn)定性變好。在浮選精煤細(xì)粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，制得的漿體的濃度、表觀黏度、流動(dòng)性等各性能都能滿足工業(yè)氣化漿要求，此時(shí)煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63.40%，較工業(yè)生產(chǎn)中神華煤?jiǎn)伟裟C(jī)出漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)（60.40%）高3 個(gè)百分點(diǎn)，為最佳級(jí)配比。由圖3 可知，細(xì)顆粒加入到粗顆粒中，起到了互相填充的作用，提高了堆積效率，使得粒度分布均勻，滿足工業(yè)生產(chǎn)中氣化煤漿的粒度要求，出現(xiàn)的不明顯雙峰表明其大致符合連續(xù)雙峰級(jí)配。

2.3 添加劑種類及用量對(duì)制漿性能的影響

實(shí)驗(yàn)中使用到木質(zhì)素改性系、萘系復(fù)配、氨基磺酸系添加劑，利用上述3 種不同用量的添加劑制備氣化水煤漿，添加劑種類及用量與漿體表觀黏度的關(guān)系見圖4（實(shí)驗(yàn)中級(jí)配的條件固定為粗細(xì)粉質(zhì)量比85∶15，水煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)63%）。

圖4 添加劑種類及用量與漿體表觀黏度的關(guān)系

由圖4 可知，添加劑用量過少會(huì)導(dǎo)致漿體表觀黏度較大，隨著添加劑用量的增加，水煤漿的表觀黏度呈下降趨勢(shì)；木質(zhì)素改性系與萘系添加劑在藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7%～1.0%時(shí)，表觀黏度下降平緩；氨基磺酸系添加劑制漿表觀黏度較高，在藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%時(shí)，制得的漿體的表觀黏度才能滿足氣化水煤漿的要求；在常規(guī)用藥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，木質(zhì)素改性系制得的漿體的表觀黏度（≤1 300 mPa·s）低于其他兩種，漿體的流動(dòng)性和穩(wěn)定性同樣優(yōu)于其他兩種。經(jīng)分析，添加劑效果從好到差依次為：木質(zhì)素改性系、萘系復(fù)配、氨基磺酸系，可確定木質(zhì)素改性系添加劑為實(shí)驗(yàn)的最佳匹配藥劑。

2.4 添加劑對(duì)不同濃度漿體性能的影響

添加高劑量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%）的木質(zhì)素改性系添加劑制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63%～66%的煤漿，并測(cè)定其表觀黏度，煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)與表觀黏度的關(guān)系見圖5。

圖5 煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)與表觀黏度的關(guān)系

由圖5 可知，隨著煤漿濃度的不斷升高，表觀黏度不斷增加，此時(shí)游離水比例變少，顆粒間團(tuán)聚程度加大、間距變小，相互之間的作用增大，使得摩擦碰撞增多，潤(rùn)滑和緩沖作用減小；在藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%、漿體表觀黏度≤1 300 mPa·s 的氣化要求條件下，浮選精煤最高制漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%。

3 結(jié) 語

將神東煤泥浮選后加工制成浮選精煤細(xì)粉，并與神華煤粗粉有效結(jié)合進(jìn)行氣化煤漿提濃。當(dāng)浮選精煤細(xì)粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，對(duì)比工業(yè)生產(chǎn)中神華煤?jiǎn)伟裟C(jī)出漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.40%的氣化煤漿，煤漿提濃后質(zhì)量分?jǐn)?shù)增長(zhǎng)了3 個(gè)百分點(diǎn)，煤漿粒度分布大致符合連續(xù)雙峰級(jí)配，制得的漿體的濃度、表觀黏度、流動(dòng)性等各性能都能滿足工業(yè)氣化漿要求。通過分析不同種類及用量的添加劑對(duì)制漿性能的影響，確定木質(zhì)素改性系添加劑為神華煤的最佳匹配藥劑；在藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%、漿體表觀黏度≤1 300 mPa·s 的氣化要求條件下，浮選精煤最高制漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%。