某低阶煤植物油浮选试验研究

毛一选，马昊天，韩 磊，侯治权，顾艺扬

(中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院，北京 100083)

煤炭是我国第一大能源，由于我国能源赋存状态“缺油、少气、富煤”的特点，煤炭在我国作为主体能源的地位在未来很长一段时间内不会发生改变[1-2]。我国煤炭资源变质条件相对较差，有着“贫矿多，富矿少”的资源特征，含杂质量高的低品质煤炭资源储量占比较大[3]。随着优质富矿煤炭资源的消耗，在我国提出的碳达峰、碳中和目标背景下，低品质煤炭资源的清洁高效开发利用必然成为实现经济高速高品质发展和促进生态环境改善的战略抉择[4]，低阶煤炭资源的充分开发利用也是保证国家能源安全的重要手段[5]。

低阶煤机械规模化开采、洗选提质过程中会产生较多低品质煤泥，因其粒度较细、含水量高、黏性大、灰分高等特点，导致这部分煤炭的处理相当困难。对此类细颗粒煤泥最常规的提质处理方法为浮选法[6-7]。煤炭的浮选方法是通过捕收剂增强煤粒表面的疏水性，实现气泡矿化并与亲水的矸石分离[8]。长期以来，我国煤泥浮选基本使用柴油、煤油等传统烃类油作为捕收剂[9]，然而烃类油捕收剂很难在低阶煤表面充分铺展，故难以促进低阶煤颗粒与气泡之间的有效黏附[10]，导致药剂消耗量较大，浮选回收效果较差，同时非极性烃类油对环境相对不友好，故低阶煤煤泥难以采用常规浮选法降灰提质。因此开发适合低阶煤煤泥浮选的高效环保捕收剂是当下低阶煤煤泥洁净综合利用过程中急需解决的技术难题[6]。

本文选取花生油、乳木果油、蓖麻油、稻米油和煤油作为捕收剂，研究了植物油作为煤泥浮选捕收剂时对低阶煤浮选效果的影响，对比了不同种类植物油和煤油的浮选效果，探讨了植物油作为低阶煤浮选捕收剂的可行性。

1 试验样品与方法

1.1 试验煤样

选取内蒙古某选煤厂所产-0.5 mm的细粒煤泥作为试验的研究对象，测量得煤样灰分为40.32%，将煤样在40 ℃的条件下进行低温烘干，再按照国标GB/T477—2008规定进行筛分试验[11]，表1为筛分试验所得数据。

表1 细粒煤泥粒度分析结果

从试验结果可以得出，-0.074 mm的产物产率为79.46%，其灰分为45.41%；-0.045 mm的产物产率为73.42%，其灰分为45.82%.可以看出，该细粒煤泥的产率与灰分相对较高，因此推测该煤样中含有大量高灰分细粒煤泥，高灰分细粒煤泥出现在浮选过程中容易产生因细粒煤泥夹带作用而导致的细泥罩盖现象，从而影响浮选的效果[12]。

选用氯化锌溶液为浮沉实验介质并对煤样作了密度组成分析[13],试验按照国标GB/T478—2008规定进行,各煤样的密度组成及实验结果见表2.由试验结果得出，煤样颗粒密度级别主要集中在1.30～1.40 g/cm3，其占比27.98%，灰分为8.78%； +1.80 g/cm3密度级颗粒占比38.21%，灰分为78.14%.

表2 煤泥密度分析结果

1.2 试验方法与药剂

按照国标GB/T4757—2013规定进行煤泥浮选试验。浮选机选用XFD型充气单槽浮选机，其槽体容积为0.5 L.试验流程如下:称取40 g的煤样，放至浮选槽中，然后加入0.5 L的水，配制0.5 L80 g/L的矿浆。在关闭充气阀门的状态下进行搅拌，搅拌主轴转速为1 800 r/min，搅拌机的持续时间约为2 min,接着在浮选槽中添加了一定量的捕收剂,并持续搅动1 min左右,接着添加捕收剂,在持续搅动10 s后开启充气阀，同时启动浮选机刮板进行刮泡，并收集泡沫，3 min后停止加水并关闭浮选机和充气阀门。用真空抽滤机处理精尾煤并放入高温干燥箱对煤样进行干燥处理。对干燥后的产物进行称重，用二分法进行样品缩分，再次过筛。对粒度大于0.2 mm的颗粒进行研磨，完成制样，并化验灰分[14]。试验条件及参数为：控制矿浆浓度恒为80 g/L，起泡剂的用量4 000～8 000 g/t，油比固定为10.浮选效果采用精煤产率、精煤灰分和浮选完善指标(η，%)进行评价，精煤产率和浮选完善指标的计算方法如下：

(1)[15]

式中：ε为可燃体回收率，%；Ay为原煤灰分，%；γy为原煤产率，%；Aj为精煤灰分，%；γi为精煤产率，%.

(2)

式中：ηwf为浮选完善指标，%；γc为浮选精煤产率，%；Ad,c为浮选精煤灰分，%；Ad,f为浮选入料灰分，%.

(3)

式中：εs为精煤实际回收率，%；α为原矿品位，%；β为精矿品位，%；γ为精矿产率，%.

(4)

式中：εL为精煤理论回收率，%；α为原矿品位，%；β为精矿品位，%；θ为尾矿品位，%.

不同组别的试验使用控制变量法，分别研究捕收剂的用量和捕收剂的种类对煤泥浮选的影响。

2 结果与讨论

2.1 捕收剂用量对浮选的影响

选取煤油作为浮选试验的捕收剂，并将矿浆浓度固定在80 g/L，油比为10∶1，煤油捕收剂用量选用4 000 g/t、5 000 g/t 、6 000 g/t、7 000 g/t和8 000 g/t，研究煤油用量对低阶煤浮选效果的影响，浮选结果如图 1、图 2所示。

图1 煤油用量对精煤产率与灰分的影响

图2 煤油用量对浮选完善指标的影响

实验数据表明，在油比不变的条件下，浮选效果随着捕收剂用量增加有着明显改善，精煤产率提高，在8 000 g/t的用量下达到了48.78%，虽然精煤的灰分也有所提高，从17.34%升高到了20.12%，但浮选完善指标不断增大，由31.25%升高到了40.66%，表明浮选的效果变好。由此得出在使用煤油作捕收剂时，浮选效果与捕收剂用量成正比，但灰分会有所提高。

2.2 植物油捕收剂对浮选的影响

为探究植物油作为捕收剂对浮选效果的影响，固定捕收剂用量为1 000 g/t，起泡剂用量为600 g/t，分别选用花生油、乳木果油、蓖麻油和稻米油进行浮选试验，试验结果如图3所示。

图3 植物油浮选效果

实验数据表明，在相同的用量及实验条件下，4种植物油中浮选效果最好的为花生油，其精煤产率达到50.43%，精煤灰分为14.88%，浮选完善指标为51.04%，远超煤油； 乳木果油次之，精煤产率为47.01%，精煤灰分为14.45%，浮选完善指标为48.43%；稻米油作捕收剂效果一般，精煤产率为35.38%，精煤灰分为15.78%，浮选完善指标为34.47%；蓖麻油浮选效果较差，精煤产率为34.58%.精煤灰分为18.08%，浮选完善指标为30.33%.4种植物油中只有花生油和乳木果油的浮选完善指标超过了煤油(8 000 g/t时的最高浮选完善指标40.66%)，稻米油和蓖麻油对浮选效果的提升都不是很理想，故将选取效果最好的花生油进行进一步实验。

2.3 花生油用量对浮选效果的影响

为进一步探究花生油作为低阶煤浮选捕收剂的可行性，研究花生油用量对浮选效果的影响，试验结果如图 4、图 5所示。

图4 花生油用量对精煤产率和灰分的影响

图5 花生油用量对浮选完善指标的影响

实验数据表明，花生油做捕收剂时对浮选效果的提升随着药剂用量的增加而增加，且趋势较为稳定，精煤产率不断提高，在3 000 g/t时达到了55.53%，效果明显好于煤油；药剂用量增加的同时灰分也随之增高，在实验中最高达到了17.89%，与3 000 g/t用量下煤油作捕收剂时的17.34%灰分相近；浮选完善指标高达51.33%，高于煤油在8 000 g/t用量时40.66%的指标。可以得出在相同实验条件下，花生油作捕收剂的效果优于煤油。花生油更大用量的捕收效果仍需进一步研究。

3 结 语

1) 捕收剂的种类和用量对煤泥的浮选效果影响显著，药剂选择时应兼顾捕收性和选择性，同时要对药剂用量进行优化，确定最佳加药量。

2) 4种植物油作捕收剂的浮选完善指标由高到低依次为花生油、乳木果油、稻米油、蓖麻油。精煤产率由高到低依次为花生油、乳木果油、蓖麻油、稻米油。

3) 植物油中，花生油作为捕收剂时浮选效果要明显优于其他植物油捕收剂。在药剂用量相同的情况下，花生油与乳木果油的浮选效果均优于煤油，而稻米油与蓖麻油则不如煤油。在花生油的浮选实验中，精煤产率可达到50.43%.因此确定了植物油作捕收剂的可行性，证明了选用更优的植物油捕收剂可以提高精煤产率，降低精煤灰分，通过更多的实验与计算，后续应该可以找出更加经济、环保的植物油捕收剂。