原煤深度解离分步释放浮选试验研究

周志成，张玉国，唐永红

(贵州水城矿业股份有限公司 汪家寨煤矿洗煤厂，贵州 六盘水 553009)

炼焦煤是重要的煤炭资源，但使用过程中需要降灰脱硫，炼焦煤的煤泥属于可浮性较好的煤泥[1]。张菲菲[2]、佟顺增[3]等通过对煤泥进行解离研究，发现解离后煤泥中的连生体基本被分开，经浮选试验，精煤中粘土类含量明显下降，有机单体含量上升，而且煤泥的可浮性受煤颗粒的表面性质、密度和粒度组成、泥化等因素影响较大；谭佳琨[4]等发现精煤灰分的相关性规律是由不同粒度颗粒的特性差异所导致。根据前人的研究，为降低汪家寨那箩矿的灰分和硫分，探索将煤样解离，使精煤与脉石矿物分离，然后进行浮选，从而达到理想的使用价值和经济价值。

1 煤样性质分析

1.1 煤样粒度组成

研究采用汪家寨那箩矿N30710号煤层煤样，其灰分为24.47%，硫分为2.55%，挥发分为23.28%。因此该煤属于焦煤，是中高硫煤。根据GBT 477—2008《煤炭筛分试验方法》对煤样进行了粒度分析，并测定各粒度级硫分和挥发分，其试验结果如表1所示。

由表1可知，各粒度级含量分布不均，含量较大的是大于25 mm粒度级，产率为24.16%，各粒度级的挥发分变化不大，灰分和硫分随着粒度的降低而降低，说明脉石矿物不易解离。从各粒度级灰分和硫分来看，各粒度级灰分差别不大，而硫分差别较大，说明煤样中灰分呈等额分布的态势，硫分多富积在高粒度级别中。因此，从煤样中的低粒度级别展开分选作业，更易于实现降硫。

表1 N30710号煤层煤样粒度组成及特性分析

1.2 煤样密度组成

根据GB T 478—2008《煤炭浮沉试验方法》对煤样进行了大浮沉实验，并测定各密度级硫分，试验结果如表2所示。

由表2可知，煤炭主要密度级是1.4～1.5 kg/L，达37.45%，当灰分取11.30%时，浮物产率为32.61%，各个密度级别中，1.3～1.5 kg/L密度级占64.80%，中间物含量极高，属于极难选煤。密度越低，硫分相应较低，说明分选能脱硫。

表2 N30710号煤层煤样浮沉综合

1.3 煤样可浮性

采用颚式破碎机和棒磨机将煤样破碎至小于0.5 mm，然后根据标准《选煤实验室分步释放浮选试验方法》(GB T 36167—2018)，选用煤油为捕收剂，松醇油为起泡剂，通过正交实验确定捕收剂与起泡剂添加比例为6∶1，试验结果如表3所示。后序的分步释放浮选试验均采用此条件。

表3 N30710号煤层煤样分步释放实验结果

由表3可知，取灰分为10.84%时，产率为38.58%，而且是产率最大的产物，比浮沉时取精煤灰分为11.30%的产率还要高，说明破碎研磨后再浮选是可以提高精煤产率的；随着释放次数增加，硫分逐渐降低，说明浮选能达到脱硫的效果。

2 深度解离浮选试验

2.1 解离浮选试验

采用颚式破碎机和棒磨机将原各粒度级煤样分别破碎磨至40、80、120、200、320网目以下，然后分别进行分步释放试验，并测定各产物的硫分。将实验数据绘制成灰分—产率曲线和硫分—产率曲线，如图1至图10所示。

图1 解离至-40网目灰分—产率曲线

图2 解离至-40网目硫分—产率曲线

图3 解离至-80网目灰分—产率曲线

图4 解离至-80网目硫分—产率曲线

图5 解离至-120网目灰分—产率曲线

图6 解离至-120网目硫分—产率曲线

图7 解离至-200网目灰分—产率曲线

图8 解离至-200网目硫分—产率曲线

图9 解离至-320网目灰分—产率曲线

图10 解离至-320网目硫分—产率曲线线

由各灰分—产率曲线可知，随着解离的更加深入，从各粒度级解离至小于40网目到小于200网目来看，解离前粒度越小，解离后累计产率越大，而且各粒度级之间的产率增长与灰分增长相统一，其中小于0.5 mm和0.5～3 mm 2个粒度级比其它粒度级的灰分更低；而解离至小于320 网目后，各粒度级间没有此规律。由此可知将各粒级原煤解离到120 网目或者200 网目为最佳。

由各硫分—产率曲线可知，小于0.5 mm和0.5～3 mm 2个粒度级的曲线基本接近重合且趋向直线，因此可以判断这2个粒度级的产率的变化对硫分影响不大；从各粒度级解离至小于40网目到小于200网目来看，解离前粒度越小，解离后各产物硫分越低，粒度越小，变化趋势越小；而解离至小于320网目后，各粒度级之间的变化就比较杂乱。说明解离至小于200网目后，对脱硫是有利，但再解离可能就会影响浮选脱硫。

2.2 产率分析

整理解离后的分步释放试验的数据，最后一次释放的精煤产率汇总见表4所示。

由表4可知：各粒度级解离后，产率均先升高，后下降。产率的最大值分布有如下规律：

小于0.5 mm粒度级磨碎后，产率最大值在120～200网目之间，且靠近200网目；0.5～3 mm粒度级磨碎后，产率最大值在120～200网目之间，且靠近120网目；3～6 mm和6～13 mm 2个粒度级磨碎后，产率最大值在80～120网目之间，且靠近120网目；13～25 mm和大于25 mm粒度级磨碎后，产率最大值在80～120网目之间，且靠近80网目。

表4 各粒度破碎后浮选精煤产率汇总

注：各粒度级原煤分别研磨到各网目后做小浮沉试验得到上述数据。

由以上产率分析可得，随着解离前的粒度增大，解离后的最大产率的粒度逐渐增大，说明解离高粒度级别时，解离出煤的同时，脉石矿物解离的更多，解离要控制在一定的粒度范围。

2.3 加权后分析

由前可知，原各粒度煤样分别破碎磨至40、80、120、200、320网目以下，现将磨碎至同一网目的分步释放试验的试验结果进行加权、汇总，得到全样的分步释放试验结果，经计算并绘制灰分—产率曲线和硫分—产率曲线，如图11至图12所示。

图11 煤样磨至各网目灰分—曲线产率

由图11可知，5条曲线基本重合，说明不管煤样解离至多少网目，在一定灰分情况下，其产率基本不变；当取精煤灰分为11.30%时，产率为36.3%，其值高于浮沉产率，但低于破碎至小于0.5 mm时的产率。由以上分析可得，解离程度深入，其产率不一定增加。

图12 煤样磨至各网目硫分—曲线产率

由图12可知，除解离至小于320网目外，其它随着解离的逐渐深入，同一硫分，其产率逐渐减小，说明解离越深入，细粒对硫分影响明显。

3 结 论

通过对煤样的深度解离和分步释放浮选试验的结果进行分析，得出如下结论：

(1)在同一粒度级别中，研磨后的粒度越细解离效果越好，同一密度级别的灰分硫分越低，产率越高。

(2)不同粒度级别研磨到同一网目，粒度越大解离后的效果越明显，相应的灰分硫分降低，产率升高。

(3)综合以上分析将原煤研磨到120网目后再进行分选效果最佳。