难浮煤泥浮选试验研究
卢智强1，刁海瑞1，李彩霞2，张天野1
(1.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012;2.辽宁工程技术大学 矿业学院，辽宁 阜新 123000)
摘 要:为提高亿成选煤厂难浮煤泥浮选效果，分析了亿成选煤厂3号煤泥的矿物成分、煤质特性以及可浮性规律，通过煤泥浮选试验确定最佳浮选条件。结果表明，煤泥中SiO2和Al2O3含量分别为60.01%和25.14%，影响煤泥浮选效果。煤泥中<0.074 mm为主导粒度级，占物料的51.11%，加权灰分为38.84%，说明该煤泥中高灰细泥含量较多，为难浮选煤泥。捕收剂柴油用量270 g/t，起泡剂仲辛醇用量60 g/t，浮选入料浓度120 g/t，叶轮转速1 750 r/min，充气量0.19 m3/(m2·min)，刮板速度15 r/min，刮泡时间2 min时，煤泥浮选效果最好，此时浮选精煤产率可达34.57%，灰分为10.5%，符合出厂精煤灰分指标的同时提高了精煤产率。
关键词:难浮煤泥;浮选;精煤产率;精煤灰分;可燃体回收率
中图分类号:TD94
文献标志码:A
文章编号:1006-6772(2018)04-0050-04
收稿日期:2017-11-13;责任编辑:白娅娜
DOI:10.13226/j.issn.1006-6772.17111301
基金项目:辽宁省自然科学基金资助项目(201602352)
作者简介:卢智强(1990—)，男，辽宁凌源人，助理工程师，硕士，从事选煤厂管理工作。E-mail:luzhiqiang0623@126.com
引用格式:卢智强，刁海瑞，李彩霞，等.难浮煤泥浮选试验研究[J].洁净煤技术，2018，24(4):50-53.
LU Zhiqiang，DIAO Hairui，LI Caixia，et al.Experimental study on floatation test of difficult floated coal[J].Clean Coal Technology，2018，24(4):50-53.
Experimental study on floatation test of difficult floated coal
LU Zhiqiang1，DIAO Hairui1，LI Caixia2，ZHANG Tianye1
(1.China Coal Technology & Engineering Group Tangshan Research Institute Co.，Ltd.，Tangshan 063012，China;2.College of Mining Engineering,Liaoning Technical University,Fuxin 12300,China)
Abstract:Inorder to improve flotation efficiency of difficult floated coal in Yicheng preparation plant,mineral component,property and floatability law of No.3 coal slime were analyzed,and the optimum condition was obtained.Result shows that the contents of SiO2 and Al2O3 reach 60.01% and 25.14% respectively,which determines the floatability.The dominant grain size less than 0.074 mm accounts for 51.11% and its ash accounts for 38.84% indicating high content of slime and impeding the flotation.Through single factor variation method,the optimum flotation condition is obtained,namely,collector dosage of diesel 270 g/t,foaming agent dosage of octanol 60 g/t,feed concentration of the flotation 120 g/t,impeller speed 1 750 r/min,charge speed of 0.19 m3/(m2·min),scraper speed of 15 r/min,and scraping time 2 min.Under this conditions,the clean coal yield can reach 34.57% with ash of 10.5%,which accords with the ash index of clean coal and also promotes clean coal yield.
Key words:difficult floated coal slime;flotation;clean coal yield;clean coal ash;combustible material recovery
0 引 言
进入21世纪以来，随着煤炭开采深度逐年加深，人工智能化的提升，以及机械化程度不断提高，使得原生煤泥含量不断上升[1-2]。此外，原煤分选过程中极易产生次生煤泥，导致煤泥含量越来越高，这部分细颗粒物料不仅增加了原煤的入选难度，还直接影响了选煤厂的精煤回收率，影响环境和经济效益。近年来煤炭交易市场对煤炭质量要求日益严格[3-5]，使得探索煤泥浮选最佳条件成为重点课题[6-8]。崔浩然等[9]通过研究乳化起泡剂，改善了煤泥浮选效果，提高了精煤产量;宋万军等[10]针对选煤厂煤泥较难处理的现状，对选煤厂进行工艺改造、设备选型，提高了精煤回收率;余悦发等[11]研究不同水硬度对煤泥浮选效果的影响，认为较高硬度水有利于煤泥浮选，可以提高精煤产率。本文以亿成选煤厂3号煤为试验煤样，分析了3号煤的煤质特性和可浮性，并最终确定煤泥最佳浮选条件，以期提高精煤产率，缓解亿成选煤厂周围环境压力。
1 煤样性质
1.1 矿物成分分析
采用AXS公司的D8型X射线衍射仪分析3号煤泥矿物组成，条件为靶型Cu靶，电压40 kV，电流40 mA，起始角4°，终止角65°，扫描速度0.5 s/步，步长0.02°，矿物成分分析见表1。由表1可知，煤泥中主要矿物成分为黏土矿物，含量高达69.13%，使煤泥在浮选过程中易产生泥化现象，因静电吸附的作用吸附在煤粒表面，改变煤粒电动电位，从而影响煤泥浮选效果。
表1 矿物成分分析
Table 1 Mineral composition analysis
1.2 化学成分分析
将煤样在120 ℃下烘干1 h后，在800 ℃煅烧，对煅烧后产品进行煤泥的化学成分分析，结果见表2。
表2 化学成分分析结果
Table 2 Chemical composition analysis
由表2可知，煤泥主要成分为SiO2和Al2O3，含量分别为60.01%和25.14%，结合表1可知，脉石矿物石英含量比较高，影响煤泥浮选效果。在同等条件下，如果预选脱除煤泥中石英，将会提高煤泥浮选效果。
1.3 密度分析
根据GB/T 478—2008《煤炭浮沉试验方法》对亿成3号煤泥进行浮沉试验，取煤样500 g，选用四氯化碳、苯、三溴甲烷配置重液，设定高速离心机转速为3 000 r/min，试验结果见表3。
表3 原煤泥浮沉试验结果
Table 3 Coal slime sedimentation test results
由表3可知，<1.40 g/cm3密度级的累计灰分为6.43%，累计产率为14.12%;密度级增至1.40～1.50 g/cm3，累计灰分为13.24%，累计产率为36.47%，且煤泥主导密度级为1.40～1.60 g/cm3，加权灰分为22.88%，产率为48.54%，表明在该条件下进行浮选，精煤灰分较高，很难满足市场需求，需探索最佳浮选条件。
1.4 粒度组成分析
取煤泥500 g，试验按照GB/T 477—2008《煤炭筛分试验方法》采用0.50、0.25、0.125、0.074及0.045 mm标准套筛进行粒度分析，筛分结果见表4。由表4可知，适于煤泥浮选最佳粒级0.074～0.250 mm含量为34.59%，该粒级为原煤泥的次主导粒级，加权灰分为19.19%;煤泥中<0.074 mm物料为主导粒度级，占51.11%，加权灰分为38.84%，说明煤泥中高灰细泥含量较多，为难浮选煤泥。
表4 原煤泥筛分试验结果
Table 4 Test results of raw coal slime
2 煤泥可浮性分析
煤泥可浮性是浮选精煤产品的直接影响因素。影响煤泥浮选的主要因素有捕收剂用量、起泡剂用量以及浮选入料浓度等[12]。
2.1 捕收剂用量
本试验选用柴油作为捕收剂，选用仲辛醇作为起泡剂，试验过程按照GB/T 4757—2013《煤粉(泥)实验室单元浮选试验方法》进行，固定起泡剂用量为60 g/t，浮选入料浓度为120 g/L，叶轮转速1 750 r/min，充气量0.19 m3/(m2·min)，刮板速度15 r/min，刮泡时间2 min，分别设置不同捕收剂用量，试验结果见表5。
表5 不同捕收剂用量条件下煤泥浮选试验结果
Table 5 Restults of floation test in different collectordosage
由表5可知，捕收剂用量较小时，精煤还未完全浮选，药剂已用完，导致精煤产率较低。随捕收剂用量增加，精煤产率和可燃体回收率增加。捕收剂用量增至360 g/t时，可燃体回收率达到最高64.45%，煤泥可浮性等级由难选变为中等可选，但此时精煤灰分为11.85%，不满足出厂精煤灰分10.5%的质量指标要求。确定捕收剂最佳用量为270 g/t。
2.2 起泡剂用量
固定捕收剂用量为270 g/t，浮选入料浓度为120 g/L，叶轮转速1 750 r/min，充气量0.19 m3/(m2·min)，刮板速度15 r/min，刮泡时间2 min，分别设置不同起泡剂用量，试验结果见表6。
表6 不同起泡剂条件下煤泥浮选试验结果
Table 6 Restults of floation test in differentfoaming agent
由表6可知，随起泡剂用量增加，精煤产率增加。起泡剂用量低于90 g/t时，随起泡剂用量增加，精煤产量增幅较大，超过90 g/t时，精煤产率增幅缓慢;起泡剂用量过多时，起泡剂易出现絮凝，导致精煤产率增幅缓慢，且精煤灰分不能满足亿成选煤厂精煤灰分10.5%的质量指标要求。确定起泡剂最佳用量为60 g/t。
2.3 浮选入料浓度
固定捕收剂用量为270 g/t，起泡剂用量为60 g/t，叶轮转速1 750 r/min，充气量0.19 m3/(m2·min)，刮板速度15 r/min，刮泡时间2 min，分别设置不同浮选入料浓度，试验结果见表7。由表7可知，浮选入料浓度增加时，浮选精煤中低灰精煤成比例增加，精煤产率增加。浮选入料浓度升高至120 g/L时，精煤灰分降至最低为10.50%，精煤产率为34.57%，可燃体回收率为54.99%;浮选入料浓度超过120 g/L时，随着浮选入料浓度增加，精煤产率及可燃体回收率增幅平缓，精煤灰分升高，大于10.5%，原因为浮选入料浓度过高时，煤泥粉碎作用增加，机械夹带的高灰细泥含量增加，从而使煤泥浮选时分选精度降低。由此确定最佳浮选入料浓度为120 g/t。
表7 不同入料浓度下煤泥浮选试验结果
Table 7 Restults of floation test in different feedconcentration
综上所述，最终确定亿成选煤厂3号煤泥最佳浮选条件:捕收剂柴油用量为270 g/t，起泡剂仲辛醇用量为60 g/t，浮选入料浓度120 g/t，叶轮转速1 750 r/min，充气量0.19 m3/(m2·min)，刮板速度15 r/min，刮泡时间2 min。
3 结 论
1)通过研究亿成选煤厂煤泥可浮性，确定了3号煤煤泥主要含有60.01%的SiO2和25.14%的Al2O3，煤泥中小于0.074 mm粒级含量为51.11%，加权灰分为38.84%，属于难选煤泥。
2)确定亿成选煤厂3号煤泥最佳浮选条件为:捕收剂柴油用量270 g/t，起泡剂仲辛醇用量60 g/t，浮选入料浓度120 g/t，叶轮转速1 750 r/min，充气量0.19 m3/(m2·min)，刮板速度15 r/min，刮泡时间2 min，此时精煤产率为34.57%，灰分为10.5%，符合出厂精煤灰分指标的同时提高了精煤产率。
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