葫芦素选煤厂煤泥浮选可行性研究

刘钢枪

(中煤天津设计工程有限责任公司，天津 300131)

葫芦素选煤厂隶属于中天合创能源有限责任公司，位于东胜煤田呼吉尔特矿区，入洗原煤为不粘煤、长焰煤，设计生产能力为13.0 Mt/a，定位为煤化工的配套项目，向煤化工项目提供符合质量要求的原料煤和燃料煤。基于设计时提供的煤炭地质报告和煤质资料，选煤厂采用了块煤浅槽分选、末煤不入洗的分选工艺。随着矿井建成投产、煤层的揭露，实际煤质与设计时煤质有一定的出入。目前的煤质与生产工艺和产品构成不足以支撑煤化工项目用煤的质量要求和数量要求，为此选煤厂计划建设末煤分选系统。末煤洗选将产生大量煤泥，煤泥浮选是一种对细煤泥提质和减量化处理的有效方法，然而本矿区原煤为低变质程度的不粘煤和长焰煤，笔者对煤泥浮选是否可行进行了探讨。

1 煤质特征分析

葫芦素选煤厂2018年9月委托山西省地质矿产研究院完成了生产大样报告，其中煤泥小筛分组成见表1，小浮选试验见表2。

表1 煤泥小筛分组成

由表1可知：原生煤泥产率为10.374%，其中0.50～0.25 mm占本级产率为30.00%，0.25～0 mm占本级产率为70%，灰分为35.48%，细煤泥含量高、灰分高。煤泥粒度组成分布呈现出此状况主要有以下几点因素：

(1)本井田煤软、易碎；

(2)揭露煤层中，断层多，开采过程中，不具备煤、岩分离条件，致使井下采掘工作面在生产过程中，大量岩石粉进入到原生煤泥中；

(3)本井田煤层夹矸为泥岩，顶底板岩性多以粉砂岩、砂质泥岩为主，井下涌水量大，矸石遇水后易泥化。

表2 小浮选试验结果

由表2可以看出：小浮选试验采用的捕收剂为煤油，起泡剂为仲辛醇或TF4。入料浓度为100 g/L，当捕收剂用量为1.2 kg/t、起泡剂(仲辛醇)为0.2 kg/t时，浮选精煤产率为52.20%、灰分为9.94%，尾矿产率为47.80%、灰分为56.02%；当捕收剂用量为1.2 kg/t、起泡剂(TF4)为0.3 kg/t时，浮选精煤产率为48.66%、灰分为9.31%，尾矿产率为51.34%、灰分为54.95%。这2种情况下精煤抽出率较高，但尾矿灰分略偏低。通过计算，可燃体回收率分别为69.10%、65.61%，本矿煤泥可浮性属中等可浮。浮选完善指标分别为52.87%、51.77%。

浮选精煤可燃体回收率：

式中：Ej—浮选精煤可燃体回收率，%；γj—浮选精煤产率，%；Ad，j—浮选精煤干基灰分，%；Ad，j—浮选入料干基灰分，%。

浮选完善指标：

式中：ηwf—浮选完善指标，%；Ay—计算入料灰分，%；Aj—浮选精煤灰分，%。

2 煤泥浮选试验

2.1 煤泥采样

2020年5月底，葫芦素选煤厂进行了再次采样，对煤泥进行浮选试验和分步释放试验，验证浮选精煤抽出率、药剂消耗量和不同药剂对浮选效果的影响，选择出合适的浮选药剂。

2.2 浮选试验结果及分析

本次浮选试验采用了3组不同药剂，第一组药剂为FDJ+Q1、第二组药剂为EKOF+仲辛醇、第三组药剂为煤油+仲辛醇。煤油和仲辛醇为常用普通药剂，进行了多组交叉试验，验证不同药剂量工况下的浮选效果。试验结果见表3、表4。

表3 原生煤泥不同药剂常规浮选试验结果

由表3、表4可知：

(1)FDJ用量为1000 g/t、Q1用量为500 g/t时，精煤产率为63.29%、精煤灰分为8.22%、尾煤灰分为81.97%，可燃体回收率为89.77%，分选效果好；

(2)EKOF用量为1 000 g/t、仲辛醇用量为500 g/t时，精煤产率为57.69%、精煤灰分为7.50%、尾煤灰分为71.11%，可燃体回收率为81.37%；

(3)煤油用量为2 000 g/t、仲辛醇用量为500 g/t时，精煤产率为55.68%，精煤灰分为6.33%、尾煤灰分为72.86%，可燃体回收率为81.26%。

(4)分步释放试验是在FDJ用量为1 000g/t、Q1用量为500 g/t的条件下进行的试验，原生煤泥中，灰分小于5.60%的精煤含量为60.23%。

表4 原生煤泥分步释放试验结果

依据上述常规浮选试验和分步释放试验，FDJ+Q1为最佳的浮选药剂组合，当浮选精煤灰分要求小于9.50%时，精煤产率可达到50%以上，浮选精煤抽出率较高，设置浮选环节，可显著提高精煤综合产率。

随着捕收剂、起泡剂用量的增加，浮选精煤抽出率升高、可燃体回收率随之增加，但浮选成本也随之升高。构成煤的大分子结构有缩合芳香环、含氧官能团和烷基侧链，其中含氧官能团具有亲水性，不利于浮选[1]。含氧官能团是不粘煤、长焰煤中氧的主要存在形式，因此在浮选过程中需要改变其表面性质。选煤厂煤泥浮选常用的捕收剂为煤油、轻柴油和许多人工合成的烃类油捕收剂。葫芦素选煤厂不同药剂的常规浮选试验表明，煤油捕收性能稍差，以其作为捕收剂时用量偏大。

目前人工合成捕收剂种类繁多，对煤泥捕收性能强、浮选效果好。适宜的捕收剂不仅具有很强的疏水官能团，还具有适当的杂极性官能团，使得药剂和煤表面进行吸附，可以和不粘煤、长焰煤表面的含氧基团发生桥连作用，促进捕收剂粘结覆盖在煤粒表面，提高长焰煤、不粘煤表面的疏水性[2]，从而提高长焰煤、不粘煤的可浮性，减少捕收剂用量。捕收剂和起泡剂是煤泥浮选过程中常用的两种药剂，对浮选效果有着重要影响。每一种药剂都有自身的性能，每一种煤泥都有自身的特征，只有在掌握药剂性能和煤泥性质的基础上，结合实际生产状况，通过探索确定最佳生产条件，才能减少低阶煤浮选成本，实现高效率和高性价比浮选。依据表3中不同药剂常规浮选试验结果，使用FDJ+Q1组合药剂，当捕收剂均为1 000 g/t、起泡剂为500 g/t时，浮选效果最好，精煤产率显著高于其他2组浮选药剂组合的精煤产率，并且药剂消耗量相对较低，浮选成本容易控制。

3 葫芦素选煤厂煤泥浮选前景分析

浮选是细粒级、低品质煤提质的主要方法，大部分常规动力煤选煤厂采用重选排矸工艺，随着煤质的恶化，部分选煤厂增设了粗煤泥分选环节，但很少设置浮选环节，主要是因为浮选成本高，选煤厂产业链短，无高附加值、高品位转化项目；尤其是面对低阶煤的浮选，浮选成本偏高，而动力煤价格偏低，对于众多动力煤选煤厂，在积极倡导低阶煤提质遇到低位运行的产品价格时，产生了碰撞，往往舍弃了对煤泥的提质利用。

葫芦素选煤厂是煤化工园区的配套项目，下游有高附加值的产业链，选煤厂需要为化工园区提供高质量的原料煤和燃料煤，既要保证原料煤及燃料煤数量、又要保证质量(主要指灰分、水分指标)，通过煤泥小浮选试验、原生煤泥不同药剂常规浮选试验，结果充分证明本矿煤泥是可浮的，选用适宜的药剂(药剂可控制在3 kg/t以下)，浮选精煤产率可达到50%以上，经济效益显著。

4 结 语

葫芦素选煤厂原煤变质程度低，表面含氧量高、亲水性强，中等可浮，在充分掌握煤泥性质的基础上，选择适宜的浮选药剂，可以得到较低灰分的精煤和较高的精煤抽出率、可燃体回收率。煤泥浮选后，浮选精煤可全部掺入精煤产品，提高综合精煤产率，将能取得非常好的经济效益。