气肥煤浮选降灰试验研究

许晨涛，魏昌杰，郑云婷，黄 勇

(1.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山 063012；3.唐山工业职业技术学院，河北 唐山 063299)

在我国主要能源结构中，煤炭占一次能源的比例较高[1]，并且使用过程中会产生一定的环境污染，因此降低煤炭灰分可以提高热效率和减少环境污染[2]。气肥煤是一种挥发分和胶质层厚度较高的强黏结性炼焦煤，结焦性高于气煤而低于肥煤[3]。随着社会经济的快速运行，煤炭市场需求量逐年增大[4]，煤炭种类需求也增多，提高选煤厂的产品种类及质量，满足不同工业的生产需求，是衡量选煤厂竞争力的重要指标[5-6]。

浮选是处理细粒煤泥分选的一种方法，其应用范围广、效果好，寻找出最佳的浮选条件，可以探究并预测其分选效果[7-8]。为此，针对山东济北矿区气肥煤浮选入料煤泥进行了浮选试验探索，考察了煤泥的粒度组成[9]、药剂用量[10]等浮选条件，对煤样进行逐步降灰，满足精煤灰分<8.5%、尾煤灰分>70%的生产需求，以为优化生产工艺，提高气肥煤的资源利用提供一定的参考。

1 试验

浮选药剂采用柴油和仲辛醇(分析纯)，药剂条件见表1。试验采用实验室XFD 1.5 L单槽浮选机，叶轮直径为60 mm，叶轮转速为1 800 r/min；微量注样器规格为20、25、50、100、150 μL；此外还用到标准振筛机、真空过滤机、鼓风干燥器、分析天平及马弗炉等设备。

表1 药剂条件

1.1 煤质分析

试验煤样为山东济北矿区的压滤煤泥，按照GB/T 477—2008《煤炭筛分试验方法》[11]和GB/T 478—2008《煤炭浮沉试验方法》[12]规定，进行筛分和浮沉试验，试验结果见表2和表3。

表2 煤泥小筛分试验结果

表3 煤泥小浮沉试验结果

由表2可知：煤样的主导粒级为<0.075 mm，含量为30.24%，此外煤样中还存在少许>0.5 mm粒级，原因是实际生产中会有一定的跑粗现象。由于粗粒级煤难以上浮，易损失在尾煤中，因此会导致精煤产率低、尾煤灰分偏低，造成资源浪费；由于<0.075 mm粒级灰分为25.73%，大于整体灰分20.36%，煤样中存在高灰细泥，会对浮选产生不利的影响。

由表3可知：该煤泥的主导密度级都分布在<1.5 g/cm3密度级，占全样的73.13%，其中<1.3、1.3～1.4、1.4～1.5 g/cm3三个密度级的产率均>20%，中高密度级的灰分高于8.5%，上浮会影响精煤灰分，不利于浮选。

1.2 试验工艺流程

根据煤泥的筛分和浮沉分析，对煤样进行单元浮选试验。单元浮选试验粗选工艺原则流程如图1所示，一次精选试验工艺原则流程如图2所示。

图1 粗选工艺原则流程

图2 精选工艺原则流程

对煤泥的探索性浮选试验首先按照图1所示流程进行单元浮选试验，主要探索药剂用量和药剂比例对煤泥浮选效果影响。粗选后进行精选试验，按照图2所示流程进行，通常用来对粗选精煤进行降灰，以探究是否能达到预定生产指标(即精煤灰分<8.5%，尾煤灰分>70%)。

2 试验结果及分析

2.1 浮选条件试验分析

2.1.1 单元浮选试验

试验用捕收剂、起泡剂分别采用柴油、仲辛醇。首先对煤样进行单元浮选试验，入料煤浆经过浮选机预先搅拌，加入定量柴油，搅拌1 min。加入捕收剂可以改善目标物的表面疏水性，同时将可浮性好的矿物预先矿化，促进矸石的分离；然后加入定量仲辛醇，搅拌10 s后开始充气和刮泡；按照标准规定，刮泡3 min。试验过程中控制充气量为0.25 m3/(m2·min)、搅拌速度为1 800 r/min，矿浆浓度为80 g/L，对药剂用量和药剂比例(捕收剂∶起泡剂)进行探究，试验结果见表4，并根据表4作出药剂用量和药剂比例与浮选效果之间的关系曲线，如图3所示。

表4 药剂用量与药剂比例不同时的浮选试验结果

图3 药剂用量和药剂比例不同时的浮选试验结果

由表4和图3看出：

(1)随着药剂用量增加，精煤产率逐渐升高，当药剂用量在0.8 kg/t以上时，精煤产率上升趋势变缓。考虑精煤灰分数值，在药剂用量为1.0 kg/t、药剂比为5∶1时，精煤产率为82.66%，精煤灰分最低，为10.51%，浮选完善指标最高，为48.43%。

(2)在药剂用量相同情况下，药剂比例为10∶1时精煤产率高于药剂比例为5∶1时，精煤灰分低于后者，说明药剂比例为5∶1时，捕收剂能更加有效地铺展在矿物表面，提高了矿物的疏水性[13]。

(3)相比图3数据，一次浮选药剂用量为1.0 kg/t，药剂比例为5∶1时，浮选效果最好，但是精煤灰分为10.51%，因其大于产品质量要求(8.5%)，故而不能满足销售要求。精煤灰分过高，说明有泥矸物获得了上浮，因此需要对粗选精煤灰分进行降灰处理，使其精煤灰分尽可能降低。

2.1.2 一次精选试验

对于常规一次精选工艺，精选目的就是降低精煤的灰分值[14]。按标准规定的刮泡时间(3 min)进行产品刮取，在矿浆浓度为80 g/L、搅拌速度为1 800 r/min、充气量为0.25 m3/(m2·min)、药剂用量为1.0 kg/t、药剂比为5∶1条件下进行试验，试验结果见表5。

表5 精选试验结果

由表5可知，一次精选试验精煤灰分为9.46%，高于生产要求，仍不能满足生产指标(<8.5%)要求，因此需要对试验进行重新设计来进行降灰操作。

2.2 浮选降灰试验

由于常规粗选试验和一次精选试验不能达到最终产品指标，因此对煤泥进行拓展化浮选试验，即延长刮泡时间(此试验中未进行标准刮泡3 min计算，目的是尽可能回收精煤，提高尾煤灰分)、分批次补药(此试验中每次加药后刮取，直至刮泡结束，再次补加适量药剂，目的是尽可能回收精煤，提高尾煤灰分)和累计刮取产物(每隔30 s进行一次)的方式来进行试验。粗选多次刮泡浮选试验原则流程如图4所示，精选多次刮泡浮选试验如图5所示。两次浮选试验结果见表6和表7。

图4 粗选多次刮泡浮选试验原则流程

图5 精选多次刮泡浮选试验原则流程

由表6和表7可知：分批次累计刮取精煤，并通过补加药剂可以促进槽内矿浆多次富集，产率呈现递减趋势，且后续补加药剂后的阶次产物灰分相差不大，可作单独累计(其中表6补药点为精煤8和精煤11，表7补药点为精煤9和精煤11)。通过试验结果对比，粗选降灰试验最低灰分为9.46%(>8.5%)，不能达到要求。做出两次的产品累计产率和累计灰分曲线和累计产率-时间曲线，并进行曲线的多项拟合，如图6所示。

图6 粗选、精选多次刮泡试验产率-灰分曲线

表6 粗选多次刮泡试验结果

表7 精选多次刮泡试验结果

通过拟合，可得到粗选试验和精选试验的多项拟合公式，分别为：

y1=84.917 64-2.027 78X+0.013 69X2，

(1)

y2=30.504 54-0.808 81X+0.006 86X2。

(2)

式(1)、式(2)可对该煤泥的精煤产率-灰分进行大致预测，预测结果为：当要求精煤灰分为8.5%时，其理论精煤产率可达75.31%。粗选尾煤和精选尾煤灰分可通过补加药的方式[15]多次富集便可达到>70%，且精选产物编号6—12可作为中煤产品。综上，为满足生产要求的精煤灰分(<8.5%)和尾煤灰分(>70%)，采用拓展化浮选试验方法可满足济北矿区气肥煤的浮选降灰目的。

3 结论

(1)山东济北矿区气肥煤浮选入料煤泥中存在少量的高灰细泥，可能会对浮选造成不利的影响。

(2)在矿浆浓度为80 g/L、搅拌速度为1 800 r/min、充气量为0.25 m3/(m2·min)、药剂为柴油和仲辛醇，分析纯用量为1.0 kg/t、药剂比为5∶1的条件下进行煤泥浮选试验，常规的一次浮选不能满足生产指标的要求，拓展化浮选试验可以达到气肥煤的降灰目的，当要求精煤灰分在8.5%以下时，理论精煤产率可达75.31%。

(3)对于浮选入料煤泥中存在高灰细泥，且精煤灰分指标要求较高的情况下，可以采用拓展化浮选试验，能避免过多试验带来的时间耗费，并通过数据拟合得出单一煤种的多项拟合公式，进行数据预测，为选煤厂工艺方案的确定提供了参考。