青龙寺选煤厂细煤泥浮选试验研究

李 博，李 军

(国能榆林能源有限责任公司 青龙寺选煤厂，陕西 榆林 719000)

青龙寺选煤厂煤炭种类主要以不粘煤和长焰煤的低阶煤为主，是良好的动力用煤与化工用煤，但由于矿井原煤中泥岩含量较高，经水洗后，矸石泥化严重，煤泥水中高灰细泥含量严重偏高[1，2]，造成选煤厂压滤机工作效率下降，滤饼水分和灰分严重超高，发热量偏低而影响产品煤的品质。因此有必要对细煤泥浮选可行性及浮选条件进行研究[3]。

浮选是分选细粒难选矿物应用最广、效果最好的选矿方法[4，5]，泡沫浮选广泛应用于细粒煤泥的分选[6]。煤泥浮选是一个复杂的物理化学过程，其影响因素很多，包括药剂用量、药剂种类等，以至于工业现场难以实现对浮选各环节的合理控制，影响了最终的精煤产率[7，8]。

近年来，随着对煤泥浮选药剂研究的不断深入，许多新型捕收剂被研制出来。新型捕收剂通常是添加少量表面活性剂，来改善煤泥的表面疏水性，增强煤泥与气泡之间的吸附能力[9-12]。Xia等[13]研究表明，使用的含氧官能团、芳香族和长链烃类的润滑油与低阶煤有较强相互作用，提高了煤的疏水性以及精煤产率，具有较高的浮选选择性。He[14]等利用新型复合浮选药剂(NC)实现了煤泥的高效分选，与常规柴油浮选捕收剂相比，NC在浮选中可获得更高的产率和更低的灰分。

笔者通过小筛分和分步释放浮选试验研究煤泥浮选的可行性，并通过单因素煤泥浮选试验，选择柴油和2种新型复合药剂(FO1和FO3)，探究不同捕收剂用量对青龙寺细煤泥浮选效果的影响，为青龙寺选煤厂煤泥提质利用提供试验依据。

1 煤泥可选性研究

试验煤样采自青龙寺选煤厂，由于煤泥沉降时加入了适量的凝聚剂和絮凝剂，因此所采集的煤样中含有残存药剂，在某些程度上会对浮选结果产生影响。

1.1 煤泥筛分实验

依据国家标准GB/T 477—2008《煤炭筛分试验方法》的相关规定和流程，对青龙寺煤泥做小筛分试验，煤泥粒度组成见表1。

表1 煤泥小筛分试验结果

从表 1中可以看出，0.5～0.25 mm粒级产率31.57%、灰分27.04%，为主导粒级，初步判断可采用机械搅拌式浮选方式。随着粒级的降低，煤泥灰分逐级增加，说明矸石有泥化现象。小于0.075 mm粒度级产率为34.94%，细泥含量相对较低，含硫量0.60%，适合细煤泥直接浮选。

1.2 煤泥分步释放浮选试验

按照GB/T 36167—2018《选煤实验室分步释放浮选试验方法》中的规定对煤泥进行分步释放浮选试验，结果见表2。

表2 分步释放试验结果

β—精煤产率—灰分曲线：γ—尾煤产率—灰分曲线；n—分选次数—精煤产率曲线图1 煤泥分步释放曲线

通过表2可知，青龙寺煤泥随着精选次数的增加，尾矿灰分逐渐降低，经过1次粗选，4次精选，随着精选次数的增加，精煤灰分逐渐增加。适于采用浮选回收其中的精煤。由图1可知，通过确定的精煤灰分来预测理论精煤产率，当精煤灰分为10%时，精煤产率达到23.56%，尾煤产率达到76.44%。该煤泥在理论上可以得到较高产率的低灰精煤，结合当地煤炭特点，该煤泥具有良好的分选利用价值。

2 煤泥浮选试验

由于青龙寺煤泥灰分偏高，所以采用一次粗选、一次精选流程，通过单因素试验考察传统捕收剂柴油与复合药剂FO1、FO3对煤泥浮选效果的影响。分析在不同捕收剂的不同用量下，精煤产率、灰分、浮选完善指标的变化情况。试验是在起泡剂(仲辛醇)用量为300 g/t、矿浆浓度为80 g/L、浮选机搅拌轴转速2 000 r/min、单位面积充气量为0.2 m3/(m2·min)、浮选刮泡时间为2 min的浮选条件下进行的。

2.1 柴油浮选试验

因为柴油疏水性能强，其被煤粒孔隙吸收的数量较少，因此常做捕收剂用于煤泥浮选中。表3是捕收剂为柴油时的浮选试验结果。

表3 捕收剂为柴油的浮选试验结果

由表3可知，当柴油用量为2 kg/t 时，精煤产率14.32%，灰分为11.38%，浮选完善指标仅为12.29%；当柴油用量增加到8 kg/t 时，精煤产率和灰分分38.84%和8.03%，浮选完善指标提高到35.10%。

2.2 复合药剂浮选试验

本试验以新型复合药剂FO1和FO3作为捕收剂，研究这两种新型复合药剂对青龙寺煤泥浮选效果的影响。

从表4可知，当复合药剂FO1用量为1 kg/t 时，精煤产率为32.23%，灰分为9.31%，浮选完善指标为28.58%；当复合药剂FO1用量增加到4 kg/t时，精煤产率为50.84%，灰分为11.23%，浮选完善指标为 43.74%。

表4 捕收剂为FO1的浮选试验结果

从表5可知，当复合药剂FO3用量为1 kg/t 时，精煤产率为33.23%，灰分为10.53%，浮选完善指标为28.91%；当FO3用量为4 kg/t 时，精煤产率为52.84%，精煤灰分为12.34%，浮选完善指标达到最大44.63%，浮选效果明显优于柴油 8.0 kg/t 的指标，且药剂用量低。

表5 捕收剂为 FO3 的浮选试验结果

3 浮选试验结果对比分析

将柴油和复合药剂FO1、FO2分别作捕收剂分选低阶煤煤泥时的结果进行综合对比，如图2～图4所示。

图2 精煤产率随药剂种类和用量的关系

图3 精煤灰分随药剂种类和用量的关系

图4 浮选完善指标随药剂种类和用量的关系

从图2看出，当药剂用量逐渐增加时，精煤产率逐渐增加，但柴油增加速率较缓慢，且用量大；从图3可见，精煤灰分随着FO1和FO3用量的增大逐渐增加，但随着柴油用量逐渐增加，灰分却随之降低，是因为随着柴油用量的加大，在浮选过程中产生了油团聚现象[15]，致使精煤灰分降低；由图4可见，随着药剂用量增加，浮选完善指标也在增加，因为药剂量的增加，气泡在煤样表面的弹跳次数减小，有助于气泡在煤表面快速形成稳定的三相接触周边，即气泡可快速稳定地粘附在煤样表面，所以提高了浮选完善指标。其中以复合药剂FO1和FO3作为捕收剂的浮选完善指标明显高于普通柴油的，与柴油相比，复合药剂在煤表面更容易附着和扩散，形成了新的化学吸附作用。同时复合药剂液滴更小，可更好地在矿浆中分散，与煤粒的矿化作用增强，因此，复合药剂可得到较好的分选指标，其中FO3效果最明显。

4 经济效益评价

根据同类型选煤厂浮选经验，浮选精煤总加工成本约为30 元/t。仅考虑煤泥浮选，若按照精煤产率32%，精煤灰分为10%，每年可从30 万 t 细煤泥中回收精煤9.6 万t掺入到末精煤中，根据电煤质量要求配煤销售，发热量按20.92 MJ/kg，价格按500 元/t计，浮选精煤每年可增加销售收入4 512 万元。粗选尾煤按照产率37%，灰分为20%计算，年产量为15 万t，发热量按12.55 MJ/kg，价格按150元/t计，粗选尾煤每年可增加销售收入1 800万元。因此，若将青龙寺细煤泥进行浮选，每年至少可增加销售收入6 312 万元，进一步促进了选煤厂的生产发展与可持续发展，提高了选煤厂运营的经济效益。

5 结 语

青龙寺煤炭种类主要为不粘煤和长焰煤，矸石易泥化，细煤泥灰分高，含泥量多，平均灰分为47.4%。用常规药剂柴油作为捕收剂，药剂用量过大，使用复合药剂作为捕收剂进行煤泥浮选，不但节省了捕收剂的用量，而且显著提高了精煤产率，其中复合药剂FO3效果更优，当药剂用量为4 kg/t时，精煤产率和浮选完善指标达到最大，分别为52.84%和44.63%。

煤泥浮选后可将浮选精煤掺入末精煤作为电煤销售，浮选粗煤泥也可以低价销售，细煤泥经浮选后，每年至少可增加销售收入6 312 万元。不仅有效回收了矿产资源，还增加了企业经济效益。