低阶煤浮选试验研究

程 宇

(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)

低阶煤浮选试验研究

程 宇1,2

(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)

为探索低阶煤浮选的可行性，以陕西旬邑和神木、山西朔州、黑龙江七台河、内蒙古鄂尔多斯地区的低阶煤煤泥为研究对象，根据煤泥表面特性选择捕收剂，对其进行浮选试验。试验结果表明：在试验条件下，灰分为24%～50%的低阶煤煤泥浮选后可获得灰分为13%～20%的精煤，精煤可燃体回收率在60%～85%之间，发热量提高3.35～10.04 MJ/kg，降灰提质效果显著。针对试验过程中药剂消耗量较高、浮选选择性较差等问题，提出了应加强低阶煤高选择性浮选工艺技术与高效浮选药剂研究的建议。

低阶煤；浮选；精煤可燃体回收率；发热量

煤炭是我国的主体能源和重要的工业原料，为经济社会发展和能源安全供给提供了重要保障。据预测，到2020年和2030年煤炭在我国一次能源结构中的比率仍将分别保持在62%和55%左右[1]。选煤是洁净煤技术的源头和基础，是利用机械加工方法或物理化学处理方法，去除煤中有害杂质，改善煤炭质量，回收伴生矿物，为不同用户提供质量合格的产品，从而实现煤炭的清洁高效利用[2-5]。我国煤炭种类齐全，按照煤化程度从低到高，分为褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤十大类。煤化程度较低的褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤均属于低阶煤，其储量超过50%，主要包括西北地区早、中侏罗世低变质烟煤，内蒙古自治区晚白垩世和东北地区、南方部分地区第三纪褐煤[6]。由于低阶煤含氧官能团多、表面疏水性差，炼焦煤浮选技术尚不能满足其浮选的需要。低阶煤浮选技术的缺失，致使其全粒级入选将会产生大量难处理煤泥。为减少煤泥数量，<25 mm粒级低阶煤一般不洗选，造成其分选下限高，入选比例低(<40%)，进而使商品煤灰分和硫含量高，污染大，发热量低，利用效率低。由此来看，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[7-8]。

2014年5月，“低阶煤表面改质技术与浮选工艺研究”获得天地科技股份有限公司科技创新基金项目立项批复(项目编号为KJ-2014-TSKY-01)，为低阶煤的有效浮选探索提供了研究平台。由于项目研究需要，以陕西旬邑和神木、山西朔州、黑龙江七台河、内蒙古鄂尔多斯地区的低阶煤煤泥为研究对象，根据煤泥表面特性选择捕收剂，对其进行单元浮选试验，探索低阶煤浮选的可行性及浮选过程中存在的问题。

1 试验

1.1 试验设备与试剂

试验设备包括XFD-1.5L浮选机，叶轮直径为60 mm，叶轮转速为1 800 r/min，单位充气量为0.25 m3/(m2·min)；微量进样器，容量分别为1、0.5、0.25、0.1 mL。试验试剂包括起泡剂仲辛醇，捕收剂柴油、复合捕收剂FH02、长焰煤捕收剂HZB-3S，其中仲辛醇为分析纯，柴油、FH02、HZB-3S来自生产现场。

1.2 煤质分析

煤样为分别来自陕西旬邑和神木、山西朔州、黑龙江七台河、内蒙古鄂尔多斯地区选煤厂的压滤煤泥，各煤样煤质特征如表1所示。

由表1可知：煤样粒度均≤0.5 mm，符合小浮选试验的粒度要求；煤种为不粘煤和长焰煤，属于低阶烟煤，但氢含量、挥发分、粘结指数等指标存在差异；煤样均为选煤厂的压滤煤泥，但灰分和发热量差别较大，鄂尔多斯煤样的灰分最低，朔州煤样的发热量最高。

表1 各煤样煤质特征Table 1 Characteristics of various coal %

2 试验方案与评价指标

2.1 试验方案

依据GB/T 4757—2013《煤粉(泥)实验室单元浮选试验方法》[9]规定，采用XFD-1.5L浮选机分别对五种煤样进行浮选试验。

2.2 评价指标

依据MT/T 180—1988《选煤厂浮选工艺效果评定方法》[10]和MT/T 259—1991《煤炭可浮性评定方法》[11]规定，浮选完善指标用于评价同一煤在不同工艺条件下的分选完善程度，浮选精煤可燃体回收率用于评价煤炭的可浮性，故采用浮选完善指标和浮选精煤可燃体回收率来评价不同低阶煤煤泥的分选完善程度和可浮性，计算公式如下：

式中：ηωf为浮选完善指标，%；Ay为计算入料灰分，%；Aj为浮选精煤灰分，%；γj为实际浮选精煤产率，%。

式中：Ec为浮选精煤可燃体回收率，%；γc为浮选精煤产率，%；Ad,c为浮选精煤干基灰分，%；Ad,f为入料干基灰分，%。

3 试验结果与分析

在矿浆浓度为60～80 g/L、充气量为0.25 m3/(m2·min)、叶轮转速为1 800 r/min、浮选时间3 min的条件下，以仲辛醇为起泡剂，柴油、FH02、HZB-3S为捕收剂，研究不同低阶煤煤泥的浮选效果，结果如表2所示。

由表2可知：

(1)不同地区的低阶煤煤泥浮选后，可获得灰分为13.20%～21.02%的浮选精煤，相对入浮煤泥来说，灰分下降10～30个百分点；浮选精煤可燃体回收率在60.10%～85.17%之间，浮选完善指标在28.59%～59.94%之间，提质效果显著。

(2)就药剂用量来看，浮选效果相近时，传统柴油用量比HZB-3S、FH02的用量大，说明低阶煤浮选宜选用高效捕收剂，其用量比柴油省1/4～1/3。

(3)按照低阶煤灰分每降低1%发热量提高约0.33 MJ/kg计算，试验范围内的低阶煤浮选后浮选精煤发热量可提高3.35～10.04 MJ/kg。

(4)低阶煤浮选不但药剂用量较高，而且浮选精煤灰分偏高，说明药剂对煤粒的选择性较差，应加强低阶煤高选择性浮选工艺技术与高效浮选药剂的研究。

表2 低阶煤煤泥单元浮选试验结果Table 2 Batch-flotation results of low-rank coal slime %

4 工业实践

2014年8月，全国首例低阶煤浮选系统在陕西省旬邑县燕家河煤矿选煤厂(以下简称燕家河选煤厂)建成投产，天地(唐山)矿业科技有限公司负责浮选系统工程设计、关键设备制造与成套设备集成。该厂煤泥水处理工艺为直接浮选，主要设备为XJM-KS28型浮选机和GPJ/3C-120型加压过滤机。

燕家河选煤厂是一座原煤洗选能力为2.60 Mt/a的动力煤选煤厂，于2003年建成投产，主选工艺为块煤浅槽重介质分选机分选、末煤三产品重介质旋流器分选的联合工艺。入选原煤为不粘煤，主要产品为80～25 mm粒级洗中块、25～13 mm粒级洗小块、<13 mm粒级末精煤。根据客户要求，末精煤收到基低位发热量Qnet,ar≥20.92 MJ/kg。

该厂煤泥产率为10%，产量高达26万t/a。浮选系统投产前，煤泥由压滤机脱水回收，煤泥产品灰分为35.30%，水分为24.20%，Qnet,ar为14.35 MJ/kg。由于其发热量较低，无法掺入精煤产品，只能地销民用，造成很大的资源浪费和经济损失。浮选系统投产后，浮选精煤灰分为17.47%，水分为20%，Qnet,ar为21.03 MJ/kg,完全满足要求，直接掺入精煤产品销售。

燕家河选煤厂浮选精煤产率为65.05%(占浮选入料量)，计算产量为16.91万t/a。以当前煤炭市场价格计算，Qnet,ar为20.92 MJ/kg的末精煤出厂价为290元/t，Qnet,ar为14.23 MJ/kg的煤泥地销价为65元/t，浮选加工成本为38.22元/t，增加浮选系统后燕家河选煤厂每年可增加利税2 220.18万元。由此可见，低阶煤浮选不但能使煤炭资源得到充分利用，而且可显著提高煤炭企业经济效益。

5 结论

(1)在入浮矿浆浓度为60～80 g/L、充气量为0.25 m3/(m2·min)、叶轮转速为1 800 r/min、浮选时间为3 min的条件下，以仲辛醇为起泡剂，柴油、FH02、HZB-3S为捕收剂时，不同地区的低阶煤煤泥浮选后，可得到灰分为13.20%～21.02%、浮选精煤可燃体回收率为60.10%～85.17%、浮选完善指标为28.59%～59.94%的浮选精煤，提质效果显著。

(2)浮选效果相近时，传统捕收剂柴油的用量比HZB-3S、FH02的用量大，说明低阶煤浮选宜选用高效捕收剂；低阶煤中选出的精煤灰分偏高，说明药剂对煤粒的选择性较差，应加强低阶煤高选择性浮选工艺技术与高效浮选药剂的研究。

(3)低阶煤浮选后浮选精煤发热量大幅提高，不但能使煤炭资源得到充分利用，而且可显著提高煤炭企业经济效益。

[1] 王显政.推进煤炭生产消费革命[EB/OL].[2014-05-13].http://www.china5e.com/news/ news-869546-1.html.

[2] 张绍强.煤炭洗选节能减排作用巨大[EB/OL].[2013-05-09].http://www.sxcoal.com/jnjp/3191890/articlenew.html.

[3] 张绍强.我国原煤使用方式粗放 全洗选可节约3亿吨煤[EB/OL].[2013-02-20].http://news.xinhuanet.com/energy/2013-02/20/c_124368977.htm.

[4] 程宏志,李山文.我国选煤技术装备的发展[C]//汤家轩.2013煤炭技术与装备发展论坛优秀论文集.徐州:中国矿业大学出版社,2014：577-582.

[5] 吴式瑜,叶大武,马 剑.中国选煤的发展[J].煤炭加工与综合利用,2006(5):9-11.

[6] 马 剑.我国煤炭洗选加工现状及十二五发展构想[J].煤炭加工与综合利用,2011(4):1-4.

[7] 刘文欣.中国选煤工业现状和未来的发展趋势[J].煤炭工程,2010(11):16-18.

[8] GB/T 4757—2013 煤粉(泥)实验室单元浮选试验方法[S].

[9] MT/T 180—1988 选煤厂浮选工艺效果评定方法[S].

[10] MT/T 259—1991 煤炭可浮性评定方法[S].

Experimental study on low-rank coal flotation

CHENG Yu1,2

(1.China Coal Technology & Engineering Group Tangshan Research Institute Co.,Ltd., Tangshan, Hebei 063012, China;2.Coal Preparation Engineering & Technology Research Center in Hebei Province, Tangshan, Hebei 063012,China)

In order to understand flotation feasibility of low-rank coal, taking low-rank coal slime from Shuozhou area in Shanxi province, Qitaihe in Heilongjiang province, Erdos in Inner Mongolia , Xunyi and Shenmu in Shaanxi province, flotation test is conducted by collecting agent suitable for surface properties of this coal.The result shows that clean coal with 13%-20% content of ash is obtained by flotation of the low-rank coal with 24%-50% content of ash; the recovery of combustibles is up to 60%-85%, with an increase of 3.35-10.04 MJ/kg in calorific value.Meanwhile, it is a proposal for optimizing flotation technology of this coal to reduce consumption of agent and improve selectivity of flotation.

low-rank coal; flotation; recovery of clean coal combustibles; calorific value

1001-3571(2015)03-0001-03

TD943

A

2015-05-12

10.16447/j.cnki.cpt.2015.03.001

天地科技股份有限公司科技创新基金项目(KJ-2014-TSKY-01)

程 宇(1989—),女,满族,河北省唐山市人,助理工程师,从事浮选工艺与设备的研究工作。

E-mail：tskechengyu@126.com Tel:0315-7759642