常村煤矿选煤厂煤泥浮选药剂制度优化研究

马 超，王文宾，董连平，李志红

(1.山西潞安环保与能源股份有限公司 常村煤矿选煤厂，山西 长治 040006；2.太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024)

常村煤矿选煤厂隶属于潞安环保与能源有限公司常村煤矿，新建重介车间采用预先脱泥、50～1 mm由无压三产品重介质旋流器分选、1～0.25 mm粗煤泥干扰床分选机分选、<0.25 mm细煤泥浮选的工艺流程。选煤厂生产灰分≤10.5%的精煤，通过2台XJM-S20机械搅拌式浮选机经一段浮选得到精煤和尾煤。工业实践中存在浮选尾煤灰分偏低、资源损失严重的现象，文章以常村煤矿选煤厂<0.25 mm原生煤泥为对象，进行了浮选药剂制度的优化研究。

1 样品及试验方法

1.1 煤泥粒度组成

煤泥粒度组成是影响其浮选效果的重要因素之一，特别是其中的细泥含量，会严重恶化煤泥的浮选效果[1-3]。常村煤矿选煤厂<0.25 mm原生煤泥的粒度分布结果见表1。

表1 煤泥试样的粒度组成Table 1 Size analysis of test sample %

由表1可以看出，除<0.045 mm粒级外，其余各粒级煤样的灰分相近，说明煤质相对均匀。<0.045 mm粒级灰分明显高于其他粒级以及试样平均灰分，说明矸石存在一定的泥化现象，且该粒级产率高达34.85%，为煤泥样品中的主导粒级，浮选过程中可能会造成选择性降低。

1.2 煤泥矿物组成

煤泥中的矿物种类及含量也是影响浮选效果的重要因素之一[4-5]。采用X射线衍射方法对常村煤矿选煤厂煤泥试样的矿物组成进行分析，图1为煤泥试样的XRD谱图。

图1 煤泥试样的XRD谱图

由图1可以看出，常村煤矿选煤厂煤泥中的矿物成分主要是石英和高岭石。其中，石英是一种亲水性矿物，浮选过程中容易与煤粒分离；而高岭石是一种粘土类矿物，遇水极易泥化成细小颗粒，使煤浆增大粘性，细泥通过机械夹带或在粗粒煤表面罩盖进入精煤，影响煤泥浮选效果[6-7]。

1.3 试验方法

采用实验室浮选机进行试验，其中：浮选机槽体容积为1.5 L，叶轮转速为1 800 r/min，充气量为0.2 m3/(m2·min)，矿浆浓度为80 g/L。依据GB/T 30046—2013《煤粉(泥)浮选试验》，以现场药剂与煤油、仲辛醇的不同组合进行浮选试验，以精煤产率、精煤灰分和尾煤灰分作为评定浮选试验效果的指标。

2 结果与讨论

2.1 药剂用量探索试验

药剂是调控煤泥浮选效果的重要手段[8-10]。采用现场捕收剂和现场起泡剂组合进行药剂用量探索试验。首先，固定起泡剂用量为80 g/t，考查捕收剂用量对煤泥浮选效果的影响，不同条件下的试验结果见表2。

表2 现场捕收剂用量探索试验结果Table 2 Result of test on dosage of collector %

由表2可以看出，在起泡剂用量为80 g/t时，随捕收剂用量的增加，浮选精煤产率提高，精煤灰分增大，但均明显低于要求的精煤灰分；尾煤灰分随药剂用量的增加而增大，但在选择的药剂用量下，其灰分始终低于60.0%。为进一步优化现场药剂组合作用下的煤泥浮选结果，固定捕收剂用量为1 000 g/t，改变起泡剂用量进行浮选试验，结果见表3。

表3 现场起泡剂用量探索试验结果Table 3 Result of test on dosage of frother %

由表3可以看出，在捕收剂用量一定时，随起泡剂用量的增加，精煤产率提高，精煤灰分变化不明显。在起泡剂用量增加至120 g/t时，浮选尾煤灰分可以达到65.49%。

综合分析，对常村煤矿选煤厂<0.25 mm原生煤泥采用现场药剂组合时，为实现资源的高效回收，药剂用量以捕收剂1 000 g/t、起泡剂120 g/t为宜。通过浮选可得到产率为81.29%、灰分为8.61%的精煤，但药剂用量偏高。

2.2 药剂组合优化试验

为进一步考查现场浮选药剂的性能与分选效果，将其分别与传统浮选药剂煤油或仲辛醇进行组合。在起泡剂用量为80 g/t时，不同药剂组合对应的浮选试验结果见表4。为便于比较，同时列出煤油与仲辛醇组合时的浮选试验结果，图2所示为不同药剂组合作用下的浮选精煤可燃体回收率。

表4 药剂组合优化试验结果Table 4 Result of test on optimum combination of reagents %

图2 不同药剂组合作用下的浮选精煤可燃体回收率

由表4和图2可以看出，不同药剂组合对煤泥浮选效果影响显著，且捕收剂与起泡剂存在一定的交互作用。相同浮选条件下，现场捕收剂与仲辛醇起泡剂组合作用时获得的浮选指标最佳，药剂用量分别为600 g/t和80 g/t时，可使尾煤灰分达到75.0%以上，精煤可燃体回收率达到95.58%。与仲辛醇起泡剂配合时，现场捕收剂的作用性能优于煤油捕收剂。但是，现场起泡剂与煤油捕收剂配合时的浮选效果最差，甚至低于其与现场捕收剂的作用效果。无论其与煤油捕收剂，还是与现场捕收剂配合，均需在较高的药剂用量下才能获得较好的浮选指标。可见，捕收剂与起泡剂之间存在一定的交互作用，现场使用的起泡剂效果欠佳。

综合上述试验结果，在选择的药剂种类和用量范围内，精煤灰分均低于10.0%，符合工业生产要求。

从资源回收的角度讲，应使尾煤灰分达到65.0%，甚至在70.0 %以上。对传统煤油/仲辛醇药剂组合，控制煤油用量为600 g/t，仲辛醇用量为80 g/t，精煤产率为82.75%，尾煤灰分接近70.0%，可燃体回收率为93.43%。与之相比较，现场捕收剂和仲辛醇起泡剂组合，可在相同药剂用量下获得相近浮选指标，且效果略优于煤油/仲辛醇组合。而现场起泡剂的性能欠佳，无论与煤油捕收剂组合，还是与现场捕收剂组合，获得相近浮选指标时均需较高的药剂用量。即几种药剂组合的作用效果优劣顺序为：现场捕收剂/仲辛醇组合>煤油/仲辛醇组合>现场药剂组合>煤油/现场起泡剂组合。

3 结论

常村煤矿选煤厂<0.25 mm原生煤泥中细泥含量较高，影响浮选过程的选择性，药剂种类和用量对浮选效果有显著影响。

(1)不同药剂组合作用下的煤泥浮选效果不同，捕收剂与起泡剂之间存在一定的交互作用，实践中应通过试验加以确定。

(2)现场使用的捕收剂性能较好，与仲辛醇起泡剂配合时，在捕收剂用量600 g/t、起泡剂用量80 g/t时，可得到产率为85.38%、灰分为9.43%的精煤，尾煤灰分为75.52%，精煤可燃体回收率为95.58%。

(3)现场使用的起泡剂性能欠佳，相近分选指标下，需要较高的药剂用量。

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