汾西双柳矿煤泥浮选试验研究＊

赵洪宇 原 野 郭文俊， 王纪成 舒新前

（1.中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京市海淀区，100083；2.山西汾西矿业（集团）有限责任公司运销管理中心，山西省介休市，032000）

由于近年来开采方法和煤层的变化，汾西矿业集团下辖各矿中原煤的煤泥含量及灰分逐年增加，浮选环节在洗选过程中就显得越来越重要。2005年汾西矿业集团选煤厂曾经对浮选系统进行过一次改造，将浮选机更换为XJM－KS20型浮选机，浮选效果取得了较明显的改善。在扩建改造后，重介－浮选系统因加压过滤机的处理能力不足，存在浮选尾矿灰分低及精矿池冒料等问题。为了解决这一问题，该厂增设了一条管路将重介－浮选系统的浮选入料部分或全部打入原浮选车间浓缩机，浓缩机的底流再进入浮选机进行浮选。

目前汾西矿业集团选煤厂所选煤种都是来自双柳矿原煤，属中高灰、低硫、中挥发分及强粘结性肥煤，而现场仍然沿用旧的浮选药剂制度，对双柳原煤的洗选针对性不强，不仅影响经济效益而且造成资源浪费。因此需要进一步地对浮选工艺及药剂制度进行优化改善，以提高浮选精煤回收率，对改善企业的经济效益和更好的科学合理利用肥煤这一稀缺煤种具有重要意义。

1 试验煤样及试验方法

1.1 试验煤样

煤样来自汾西矿业集团选煤厂浮选入料，煤泥水经过滤后置于低于75℃的干燥箱内烘干并冷却至常温，过0.5 mm筛后，再经混匀、缩分以备用。

双柳原煤煤质特征参照GB／T476－2001《煤的元素分析方法》，其空气干燥基水分为2.04%、灰分为20.19%、挥发分为24.20%、固定碳为53.57%、原煤煤样的全硫为0.41%。由此可以看出，双柳矿的煤泥属于中灰低硫煤泥。

参照 GB／T19093－2003《煤粉筛分试验方法》，煤样小筛分结果见表1。

表1 煤样小筛分结果

由表1可以看出，0.147 mm～0.124 mm和小于0.043 mm粒级的含量较低，而其它粒级的含量相差不大；而大于0.074 mm粒级的含量为72.37%，说明该煤样的平均粒度比较粗。煤样灰分分布比较均匀，只有0.074 mm～0.043 mm和小于0.043 mm的颗粒灰分较高，说明该煤样存在一定的泥化现象。煤样累积粒度特性曲线图见图1。

图1 煤样累积粒度特性曲线图

由图1可以看出，正累积曲线的总体趋势是向左下角凹进，同样可以说明该煤样中细粒级的含量比较大。参照GB／T19092－2003《煤粉浮沉试验方法》，进行煤泥的小浮沉试验，试验结果见表2。

表2 煤样小浮沉试验结果

由表2可以看出，该煤泥的主导密度级是1.3～1.4 g／cm3，其产率为 41.84%，灰 分 只 有5.65%，这部分物料有利于浮选；1.4～1.5 g／cm3密度级的灰分高达17.07%，这部分物料会对浮选产生影响，影响精煤产率和灰分；而大于1.5 g／cm3且 小 于 1.8 g／cm3的含量较小，为7.29%。由此可以看出，该煤样各个密度级的分布不均匀，且两边密度级含量较大，中间密度级含量较低。

1.2 试验仪器

试验仪器包括1.5 L的MFDF－2浮选试验机（1000～3000 r／min自调）、PL2002型电子天平（最大称量（max）为2100 g，实际分度值（d）为0.01 g）、华通 HL－1型箱形马弗炉（范围为0～1000℃）、HG101－1A电热鼓风干燥箱（范围为0～300℃）、天马JPT－50型架盘天平（最大称量（max）为5000 g，检定分度值（e）与实际分度值（d）均为5 g）、套筛（孔径分别为0.5 mm、0.246 mm、0.175 mm、0.147 mm、0.124 mm、0.074 mm、0.043 mm）、DL－5C过滤机型过滤机、烧杯、盆、京立LD4－40型离心机以及镇江产丰泰FTZ－200型标准筛振筛机。

1.3 分步释放试验

为了更好地评价煤样的浮选难易程度和药剂的效果，按照MT144－86《选煤试验室分步释放浮选试验方法》进行分步释放试验，结果见表3，根据表3做出分步释放浮选曲线图见图2。

表3 分步释放试验结果

图2 分步释放浮选曲线图

结合图2中的β曲线和表3中的试验数据可以看出，产品5浮选精煤的产率为89.26%、精煤灰分为15.34%，这说明选择合适的药剂制度对浮选工艺指标具有很大影响，且可以提高的空间很大。

2 对现有浮选药剂的正交试验及方差分析

试验采用汾西矿业集团选煤厂浮选系统现在所采用的药剂GF油和煤油进行两因素三水平正交试验，并得到最佳的油比，为后续的试验做准备。其中浮选正交试验的条件为：煤浆浓度为80 g／L，煤 样 灰 分 为 20.19%， 充 气 量 为0.25 m3／m2·min。

试验的因素和水平为煤油600 g／t、850 g／t和1100 g／t，GF 油 分 别 为 70 g／t、100 g／t 和130 g／t，正交试验结果如表4所示。正交试验结果中的产率、灰分和浮选完善指标的方差分析结果分别见表5、表6和表7。

表4 正交试验结果表

表5 按产率进行方差分析

表6 按灰分进行方差分析

综合以上的方差分析可以看出，捕收剂和起泡剂的用量对精煤产率、灰分和浮选完善指标都有一定程度的影响，产率和灰分总体上都是随着捕收剂和起泡剂用量的增加而变大，精煤产率低的情况下灰分也低，产率高时灰分也高。综合考虑产率、灰分和浮选完善指标后，当煤油用量为850 g／t、GF油用量为100 g／t时，精煤产率可达79.32%，此时的精煤灰分为9.88%，浮选完善指标为50.43%，可以达到较好地浮选效果。

表7 按浮选完善指标进行方差分析

3 浮选药剂选择的试验研究

根据煤样性质及现场工程师的经验选择了3组药剂进行试验，参照GB4757－84《选煤实验室单元浮选试验方法》结合实际条件，组合了9组浮选药剂进行试验，药剂组合分别为A（煤油＋GF油）、B（煤油＋仲辛醇）、C（煤油＋杂醇）、D（柴油＋GF油）、E（柴油＋仲辛醇）、F（柴油＋杂醇）、G（NEK捕收剂＋GF油）、H（NEK捕收剂＋仲辛醇）及I（NEK捕收剂＋杂醇）。固定捕收剂用量为850 g／t、起泡剂用量选取70 g／t、100 g／t和130 g／t这3组，试验条件同上。

3.1 药剂选择试验结果

根据以上试验水平和试验固定条件对捕收剂采用煤油时的试验进行分析，使用煤油、柴油和NEK作为捕收剂进行A→I这9组试验，其结果见表8、表9和表10，最佳药剂组合列表见表11。

表8 使用煤油作为捕收剂结果表 ／%

由表11可以看出，C组整体的灰分都比较低且都在质量要求范围内，产率也较高，在满足灰分条件下，C3组在C组中精煤产率最高，而且C组浮选完善指标也较高，都超过了50%；E组的精煤产率和灰分随着起泡剂用量的增加而增加，其中E2的灰分为10.35%，满足质量要求，此时产率达到82.69%，E3中起泡剂用量增大到时，精煤的灰分达不到质量要求；H组的精煤灰分和产率都是随着起泡剂用量的增加而增加，当到达H3组水平时，精煤的灰分较高，达不到质量要求，H2组的精煤灰分满足要求且精煤产率达到85.21%，浮选完善指标较大，其中H1和H2浮选完善指标都超过了50%。

表9 使用柴油作为捕收剂结果表 ／%

表10 使用NEK做为捕收剂结果 ／%

表11 最佳药剂组合列表 ／%

综合以上分析，可以得出采用NEK作为捕收剂和仲辛醇作为起泡剂的H组灰分大都满足要求，产率和浮选完善指标都较高。

根据浮选药剂选择试验的结果，选择H组药剂进行最佳药剂用量的正交试验。NEK捕收剂浓度选择依次为600 g／t、850 g／t和1100 g／t；仲辛醇浓度选择依次为70 g／t、100 g／t和130 g／t。正交试验结果表见表12。

表12 正交试验结果

根据汾西矿业集团对销售精煤灰分的要求和综合考虑，当选用NEK捕收剂用量为1100 g／t、仲辛醇用量为70 g／t时，精煤产率为87.28%、精煤灰分为11.03%、浮选完善指标为48.18%。这组试验结果很大程度的提高了精煤产率，灰分也在10.5%附近，浮选效果比较理想。

3.2 表面活性剂种类及用量试验

为了进一步提高浮选效果，本试验采用木质素磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂考察其效果，十二烷基苯磺酸钠和木质素磺酸钠的用量分别为50 g／t、75 g／t、100 g／t、125 g／t和150 g／t。表面活性剂的种类和用量对浮选精煤产率、灰分和浮选完善指标曲线的影响如图3、图4和图5所示。

图3 表面活性剂用量—精煤产率曲线

综合图3、图4和图5的分析可知，添加十二烷基苯磺酸钠对精煤产率和灰分都没有得到明显改善，当使用木质素磺酸钠用量为75 g／t时，得到的结果比较理想。浮选完善指标由在不添加表面活性剂时的 48.18% 提高到 49.86%，提高了3.49%；而精煤的灰分由11.03%降为10.46%，降低了5.17%。不但得到了较高的产率，精煤的灰分也在企业销售精煤所要求的灰分上限10.5%之内，达到了要求。综合试验结果和现场实际，在NEK捕收剂用量为1100 g／t、仲辛醇用量为70 g／t以及木质素磺酸钠用量为75 g／t时，得到了最佳的浮选效果。

图4 表面活性剂用量—精煤灰分曲线

图5 表面活性剂用量——浮选完善指标曲线

3.3 经济效益分析

针对采用NEK作为捕收剂和仲辛醇作为起泡剂的浮选药剂对现场的生产指标进行初步核算，浮选药剂改进前浮选煤泥的产品收益为881.68元／t，浮选药剂制度改进后浮选煤泥产品收益为1048.13元／t，新增经济效益166.45元／t。按照汾西矿业集团洗煤厂处理量为150万t／a、煤泥平均含量为10.32%以及浮选环节处理煤泥量为15.48万t／a计算，可以得出浮选药剂制度改进后将新增收益2181.75万元／a。

4 结论

（1）由于试验煤样的平均粒度比较粗，0.074～0.043 mm和小于0.043 mm的颗粒灰分分别为21.77%和21.22%，该煤样存在一定的泥化现象。

（2）使用现场生产药剂在煤油用量为850 g／t及GF油用量为100 g／t时，可以达到较好的浮选效果，即精煤产率为79.32%，同比现场生产指标76.27%提高了3.05%，浮选完善指标为50.43%，同比现场生产指标46.96%提高了3.47%；精煤灰分为9.88%，同比现场生产指标12.01%降低了2.13%。

（3）使用新药剂在NEK捕收剂用量为1100 g／t、仲辛醇用量为70 g／t及木质素磺酸钠为75 g／t的情况下得到了最佳的浮选效果，此时精煤的产率为87.02%，比现场生产指标精煤产率76.27%提高了10.75%；灰分为10.46%，比现场生产指标12.01%降低了1.55%，达到了企业对销售精煤灰分10.5%的上限要求；浮选完善指标为49.86%，比使用现场生产药剂降低了0.57%。

（4）当使用NEK作为捕收剂和仲辛醇作为起泡剂的浮选药剂制度时，可新增收益2181.75万元／a。因此，对汾西矿业集团洗煤厂浮选药剂制度的改进不但可以改善企业的经济效益，更重要的是可以更好的回收利用肥煤这一稀缺炼焦煤资源。

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