赵庄选煤厂煤泥浮选特性的试验研究

李雪蕊，时进吉，王怀法

(1．太原理工大学矿物加工工程系，山西 太原 030024;2．山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司，山西 晋城 048000)

赵庄矿选煤厂是一座处理能力为6．0 Mt/a的大型动力煤选煤厂，煤泥水最高流量约为1 600 m3/h。其开采的煤层在无烟煤向贫煤过渡区域，煤种特性比较复杂，煤质变化较大，煤泥的含量高、泥化度和黏度大、粒度小。洗煤厂投产后，由于煤质较设计资料变化较大，洗末煤系统运行存在较大问题，洗末煤回收率低，煤泥产率较高，且灰分低，有必要对其煤泥的可浮性进行研究，确认其煤泥通过浮选回收精煤的可行性［1］。晋城煤业集团在20世纪90年代，曾在凤凰山矿和王台矿选煤厂引进浮选柱工艺［2］，但对煤泥浮选工艺改造均未取得成功。目前，细粒级煤泥主要通过浮选工艺分选［3］，特别在炼焦煤选煤厂应用普遍，属于成熟技术，但高变质程度的无烟煤和贫煤可浮性一般较中等变质程度的无烟煤差。研究无烟煤泥浮选技术是推进我国无烟煤浮选技术［4］、节约能源、减少排放、提高资源利用率的有效途径。

为了验证浮选提高精煤回收的可行性，对该厂的煤泥进行了浮选特性的研究，通过调节浮选药剂和改变加药制度，找出最佳浮选条件。

1 煤质特点分析

1．1 煤样的元素分析和工业分析

赵庄煤样元素分析和工业分析［5］在中科院山西煤化所进行，元素分析仪采用Vario EL元素分析仪，结果见表1。

表1 赵庄煤样元素分析和工业分析结果 %

由表1结果表明，赵庄矿煤泥碳含量为68．31%，初步判断，赵庄煤的碳化程度较深;工业分析结果表明，赵庄矿煤泥灰分低，含量为21．79%。

1．2 煤样的XRD分析

X射线衍射仪器采用日本岛津－6000型衍射仪，分析条件为：X—射线作用的电压40．0(kV)，电流强度30．0(mA)，采取连续扫描的方法，扫描的角度范围是10．000°～70．000°，扫描的速度为10．000 0(deg/min)，采样的间隔为0．020 0(deg)。分析结果见图1。

通过X—射线衍射进行分析，衍射峰的强度与矿物的含量有一定关系，峰值越大，相对应的矿物含量越高。赵庄煤中石英和高岭土含量较高，有少量的磁铁矿。文献［6］的研究结果表明，高岭石和石英的存在对浮选效率有一定的影响，容易形成负电荷胶粒，且易于泥化、亲水性强，将不利于浮选。

从图1可以看出，赵庄矿原煤主要含有C，O，Al和Si等元素。其中，Al和Si归属煤中的矿物杂质。对其C1s谱图的分峰拟合结果见表2。

表2 赵庄煤样的C1s谱分峰拟合结果表

从表2可以看出，赵庄矿原煤表面O的含量略高，含氧基团中主要是C－O，而亲水程度较高的OC=O基团只占1．78%。

2 煤泥浮选特性的试验研究

2．1 煤样小筛分试验结果分析

根据MT/T58－1993粉煤筛分试验方法，煤样的小筛分经过筛分后分成 －0．043 mm，0．043 ～0．074 mm，0．074 ～0．125 mm，0．125 ～0．25 mm，0．25 ～0．5 mm，+0．5 mm6个粒度级。筛分试验结果见表3。

表3 赵庄煤粉筛分试验结果表

由表3可见，赵庄矿煤泥中大于0．25 mm粒级的含量也仅占3．45%，而小于0．043 mm粒级占到了67．43%，且灰分也较高，为27．83%。由此可以看出，赵庄煤泥中，粗粒含量较低，而细粒含量很高，且细粒灰分也较高。

2．2 煤样分布释放试验结果分析

影响浮选的诸多因素中，最重要的是煤泥的可浮性。煤泥的可浮性差，会对浮选技术经济指标产生重大影响，如在精煤灰分要求相同时，可浮性越差，浮选精煤产率就会越低，尾煤灰分也会随之下降，造成资源的浪费和流失。因此，有必要研究煤泥可浮性。依据MT/T144－1997《选煤实验室分布释放试验方法》标准［7］的操作步骤，对赵庄煤样中0～0．3 mm粒级做了分步释放试验，其可浮性曲线图见图4。

由表3可知，产物6的产率为30．02%，灰分为47．88%;产物5的灰分立即降到了21．09%;而且产物3、产物2、产物1的平均灰分＜8%;累计产率为41．06%，最终的、经分选5次的精煤灰分为4．23%，产率4．22%。如何判断是否易浮。由图4查得，当精煤灰分Ac=10．0%时，浮选精煤产率γc为70．0%，以此计算浮选精煤可燃体回收率为70．08%，根据MT/T259－91《煤炭可浮性评定方法》关于煤炭可浮性的易划分范围，可燃体回收率E1值在60．1～80．0范围内，煤泥可浮性等级为中等可浮煤，可知赵庄煤泥属于中等可浮煤泥。

图4 赵庄煤0～0．3 mm粒级可浮性曲线图

图6 捕收剂用量对尾煤产率和灰分的影响图

2．3 不同浮选条件对煤泥浮选的影响

2．3．1 捕收剂对煤泥浮选的影响

试验条件：转速：1 800 rpm;浓度：80 g/L;充气量：1．33 L/min;捕收剂：煤油;起泡剂：仲辛醇(120 g/t);原煤灰分：22．19%。捕收剂用量对 －0．3 mm粒级赵庄煤泥浮选精煤产率和灰分的影响见图5。

捕收剂用量对－0．3 mm粒级赵庄煤泥浮选尾煤产率和灰分的影响见图6。

由图5和图6可以看出，随着捕收剂用量的增加，精煤产率、精煤灰分、尾煤灰分都是先降低再升高，在最低点左右时，精煤灰分的值比较符合要求，因此，对赵庄煤样，在矿浆浓度为80 g/L，捕收剂用量为1 000 g/t时效果较好。

2．3．2 起泡剂对煤泥浮选的影响

试验条件：转速：1 800 rpm;浓度：80 g/L;充气量：1．33 L/min;捕收剂：煤油(1 000 g/t);起泡剂：仲辛醇;原煤灰分：22．19%。起泡剂用量对－0．3 mm粒级赵庄煤泥浮选精煤产率和灰分的影响见图7。

图5 捕收剂用量对精煤产率和灰分的影响图

图7 起泡剂用量对精煤产率和灰分的影响图

起泡剂用量对－0．3 mm粒级赵庄煤泥浮选尾煤产率和灰分的影响见图8。

由图7和图8可知：当试验在转速为1 800 rpm、浓度为80 g/L、充气量为1．33 L/min的条件下，随着起泡剂用量的增加，精煤产率、精煤灰分呈上升趋势，但比较平缓;而尾煤的灰分上升较快。

2．3．3 矿浆浓度对煤泥浮选的影响

试验条件：转速：1 800 rpm;充气量：1．33 L/min;捕收剂：煤油(1 000 g/t);起泡剂：仲辛醇(120 g/t);原煤灰分：22．19%。

矿浆浓度对 －0．3 mm粒级赵庄矿浆浓度对－0．3 mm粒级赵庄煤泥浮选尾煤产率和灰分的影响见图10。

图10 矿浆浓度对尾煤产率和灰分的影响图

由图9和图10可知，随着矿浆浓度的增加，精煤产率、精煤灰分、尾煤灰分都呈上升趋势，其中精煤产率和尾煤灰分上升趋势一致，增加较快。赵庄煤样而言，煤油1 000 g/t、仲辛醇120 g/t时，综上所述，在矿浆浓度为80 g/L时，浮选效果最好。

2．4 各种加药制度对煤泥浮选的影响

2．4．1 赵庄煤－0．3 mm粒级分段加药浮选试验

试验条件：转速：1 800 rpm;充气量：1．33 L/min;矿浆浓度：80 g/L;捕收剂：煤油(1 000 g/t)，捕收剂的量按5∶5和7∶3分步添加;起泡剂：仲辛醇(120 g/t);原煤灰分：22．19%。分段加药对 －0．3 mm 粒级赵庄煤泥浮选的影响见表4。

表4 分段加药对－0．3 mm粒级赵庄煤泥浮选的影响表

由表4可见，与一次添加捕收剂的量相比，通过分次添加捕收剂可以不同程度提高精煤产率，但对于赵庄煤样，精煤灰分也提高，相比较采取配比5∶5时，精煤灰分较低。

2．4．2 不同捕收剂对煤泥浮选的影响

试验条件：转速：1 800 rpm;充气量：1．33 L/min;矿浆浓度：80 g/L;捕收剂：生物柴油、纳尔科、煤油(1 000 g/t);起泡剂：仲辛醇(120 g/t);分散剂：六偏磷酸钠(62．5 g/t)原煤灰分22．19%。

不同捕收剂对－0．3 mm粒级赵庄煤泥浮选的影响见表5。

表5 不同捕收剂对－0．3 mm粒级赵庄煤泥浮选的影响表

由表5可知，对于赵庄煤样而言，生物柴油、纳尔科作为捕收剂时，精煤的产率、精煤的灰分都很高，但精煤的灰分远高于要求值。相对而言，煤油的效果最好，产率为74．71%，灰分为10．68%。

2．4．3 捕收剂加入等量分散剂对煤泥浮选的影响

试验条件：转速：1 800 rpm;充气量：1．33 L/min;矿浆浓度：80 g/L;捕收剂：生物柴油、纳尔科、煤油(1 000 g/t);起泡剂：仲辛醇(120 g/t);分散剂：六偏磷酸(62．5 g/t)原煤灰分：22．19%。加入分散剂对－0．3 mm粒级赵庄煤泥浮选的影响见表6。

表6 加入分散剂对－0．3 mm粒级赵庄煤泥浮选的影响表

由表5和表6对照可知：对于赵庄煤样，当加入相同量的分散剂以后，对捕收剂纳尔科和煤油浮选精煤产率都有所提高，纳尔科效果很明显，但精煤灰分变化不大。

3 结语

在不同浮选条件下，赵庄选煤厂－0．3 mm粒度级煤泥浮选效果存在一定差异：

1)随着捕收剂用量的增加，精煤产率、精煤灰分、尾煤灰分都是先降低再升高。与一次添加捕收剂相比，通过分次添加捕收剂可以不同程度提高精煤产率，对于赵庄煤样，采取配比5∶5时，精煤灰分较低。

2)随着矿浆浓度的增加，精煤产率、精煤灰分、尾煤灰分都呈上升趋势，其中精煤产率和尾煤灰分上升趋势较快。当浓度为80 g/L时，随着起泡剂用量的增加，精煤产率、精煤灰分上升平缓，而尾煤的灰分上升较快。

3)对于赵庄煤样，生物柴油、纳尔科作为捕收剂时，精煤的产率很高，但精煤的灰分远高于要求值。相对而言，煤油的总体效果好，产率为74．71%，灰分为10．68%。在加入等量的六偏磷酸钠后，对灰分的影响不明显。

［1］ 赵拴明．选煤厂技术改造总体方案构想［J］．科技情报开发与经济，2002，13(4)：5－8．

［2］ 刘炯天，王永田，曹亦俊，等．浮选柱技术的研究现状及发展趋势［J］．选煤技术，2006(5)：25－26．

［3］ 谢国龙，俞和胜，杨 頲．粗煤泥分选设备及其应用分析［J］．煤矿机械，2008(3)：13－15．

［4］ 聂其英．对无烟煤洗选加工的特点分析［J］．中国煤炭，2006，32(2)：33－36．

［5］ 赵 虹，沈 利．利用煤的工业分析计算元素分析的DE－SVM模型［J］．煤炭学报，2010(10)：17－19．

［6］ Arnold B，Aplan F．The effect of clay slimes on coal flotation：PartⅠ．The nature of the clay［J］．Intern － ational Journal of Mineral Processing，1986，17(3)：225 －242．

［7］ 李志红，樊民强，梁清阳，等．起泡剂对沙曲选煤厂煤泥可浮性的影响［J］．选煤技术，2002，4(2)：8－9．