鄂尔多斯某选煤厂低阶煤泥浮选试验研究*

谭丽，张君杰，王建忠，秦海滨，荣令坤

(1.内蒙古科技大学 矿业与煤碳学院，内蒙古 包头 014000；2.广西大学 资源环境与材料学院，广西 南宁 530000；3.内蒙古中钰泰德煤炭有限公司塔拉壕选煤厂，内蒙古 鄂尔多斯 017000)

煤化程度影响煤泥可浮性.焦煤、1/3焦煤、肥煤、气煤可浮性最好，无烟煤、瘦煤、可浮性次之.这些煤种工业上都可采用常规浮选，且经济效益明显[1,2].低变质程度的褐煤、不粘煤、长焰煤、弱粘煤可浮性很差.一方面是由于煤粒表面含氧官能团多，表面疏水性差；另一方面是由于低阶煤泥孔隙度发达，孔隙吸油带来药剂损耗[3].所以低阶煤泥基本上无法用常规药剂浮选，且分选后经济效益微薄，造成低阶煤泥堆积严重，环境压力极大.为减少煤泥数量，小于25 mm粒级低阶煤一般不洗选，导致其分选下限高，入选比例普遍低于40%.低阶煤浮选技术已成为制约大力提高动力煤洗选比例的技术瓶颈[4].

为解决鄂尔多斯某选煤厂煤泥经济效益低的问题，本文以可燃体回收率作为浮选效果的主要评判指标，从药剂制度和浮选条件两个方面，探索低阶煤泥浮选提质的可行性[5-7].

1 煤泥特性分析

鄂尔多斯某选煤厂是一座处理量15.0 Mt/a特大型动力煤选煤厂，工艺流程为+13 mm块煤采用重介浅槽分选，13-3 mm末煤采用重介旋流器分选，-3 mm粉煤不洗选，煤泥水经分级旋流器0.15 mm分级，粗煤泥不分选，细煤泥浓缩后采用压滤机脱水处理.试验煤样采自压滤机滤饼[8].

1.1 工业分析及元素分析

对试验煤泥煤样进行工业分析和元素分析，结果如表1所示.

表1 煤泥工业分析与元素分析结果表(质量分数，%)

通过表1数据并结合该选煤厂设计资料可知：煤样煤种为不粘煤，属于低阶烟煤，目前该厂煤泥处置方式为低价销售，每吨煤泥以10～25元的价格出售，经济效益很低.根据煤炭资源评价灰分分级，该煤样灰分为36.56%，属于中高灰分；根据煤炭资源评价硫分分级，该煤样干燥基全硫为0.35%，属于特低硫分.

1.2 粒度组成分析

对试验煤样进行小筛分试验，结果如表2所示.

表2 煤泥粒度分析试验结果表(质量分数，%)

由表2可知，煤样中适宜浮选的0.250～0.074 mm粒级产率为31.71%，平均灰分27.34%；-0.074 mm粒级产率为57.73%，平均灰分为42.24%，其中-0.045 mm细泥产率为4.23%，灰分为46.44%.煤样粒度组成偏细，灰分较高，且有一定的泥化现象，在一定程度上对浮选不利.

2 药剂制度试验研究

2.1 药剂制度正交试验设计

药剂制度的正交试验设计，选取捕收剂种类、捕收剂用量、起泡剂种类、起泡剂用量4个因素.捕收剂种类和起泡剂种类选择为使用最普遍、价格最便宜的煤油、柴油、仲辛醇与2号油；为扩大试验探索范围，捕收剂与起泡剂用量2个因素，每因素选取4个水平，因素水平表如表3所示.

表3 药剂制度因素水平表

根据正交试验的因素和水平，选取混合水平正交试验表L16(42×29)进行试验.试验采用粗选流程，其他浮选条件控制如表4所示，正交表的表头设计和试验结果列于表5.

2.2 药剂制度正交试验的直观分析

对表5正交试验结果进行直观分析，即极差分析，极差R越大，表示因素的数值在试验范围内的变化，会导致试验指标在数值上更大的变化，所以极差最大的那一列，就是因素的水平对试验结果影响最大的因素，也就是最主要的因素.由表5可知，RB>RD>RA>RC，所以各因素从主到次的顺序为：B起泡剂用量，D起泡剂种类，A捕收剂用量，C捕收剂种类.

试验指标为可燃体回收率，数值越大越好，所以各因素优水平应是每个因素的组内平均值最大的值对应的那个水平，故优方案为A4B4C2D2.将因素水平作为横坐标，以其试验指标的组内平均值为纵坐标，画出因素A，因素B，因素C，因素D与指标的趋势图，如图1所示.

表5 药剂制度正交试验安排及试验结果表

2.3 药剂制度正交试验的方差分析

由于直观分析法不能估计误差的大小，不能精确的估计各因素对试验结果影响的重要程度，所以对药剂制度正交试验结果进行方差分析，其结果见表6.

表6 药剂制度方差分析表

由表6可知，FAF0.01(3，7)=8.45，FD>F0.01(1，7)=12.2，所以因素A捕收剂用量、因素C捕收剂种类对可燃体回收率均无影响，因素B起泡剂用量、因素D起泡剂种类对可燃体回收率均有高度显著性影响.

3 浮选条件试验研究

为了考察矿浆浓度、搅拌速度和充气量等浮选操作条件对浮选效果的影响，本文利用正交试验表L9(34)进行3因素3水平浮选条件正交试验研究，分析各试验因素对试验指标影响的重要程度，并确定最优的浮选条件，因素水平见表7所示.

表7 浮选条件因素水平表

试验采用之前探索得到的最佳药剂制度，即捕收剂为柴油、起泡剂为2号油、捕收剂用量为1 600 g/t、起泡剂用量为1 000 g/t.L9(34)正交表的表头设计和试验结果列于表8.

表8 浮选条件正交寻优试验安排及试验结果表

3.1 浮选条件正交试验的直观分析

由表8可知，RB>RA>RC，所以各因素对浮选效果的影响从主到次的顺序为：B主轴转速，A矿浆浓度，C充气量，优方案为A1B3C2.将因素水平作为横坐标，以其试验指标的组内平均值为纵坐标，画出因素A、因素B、因素C与指标的趋势图，如图2所示.

3.2 浮选条件正交试验的方差分析

对试验结果进行方差分析，其分析结果见表9所示.

表9 浮选条件方差分析表

由表9可知，FA，FB，FC

4 验证试验

用药剂制度和浮选条件正交试验所得到的最优方案，进行浮选试验，以作验证.药剂制度为捕收剂为柴油、起泡剂为2号油、捕收剂用量为1 600 g/t、起泡剂用量为1 000 g/t，浮选条件为矿浆浓度为60 g/L、主轴转速为2 100 r/min、充气量为0.2 m3/h，试验结果如表10所示.

表10 最优方案验证试验结果表

由表10可知，最优方案试验得到可燃体回收率为91.29%，比药剂制度正交试验中第4号试验结果74.17，浮选条件正交试验中第9号试验结果87.38均好，所以可以认为最终得到的试验方案是真正的优方案.

5 结论

通过对鄂尔多斯某选煤厂不粘煤煤泥进行浮选试验研究发现：

(1)浮选条件因素对浮选指标可燃体回收率没有显著影响，而药剂制度中起泡剂种类和用量则对可燃体回收率有显著影响，捕收剂种类和用量对试验指标无显著影响.

(2)对于低阶煤泥，可以通过优化浮选药剂制度和浮选条件，达到较高的可燃体回收率，同时精煤的产率和发热量都处于较高的水平.