李雪蕊，時(shí)進(jìn)吉，王懷法

(1．太原理工大學(xué)礦物加工工程系，山西 太原 030024;2．山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048000)

趙莊礦選煤廠是一座處理能力為6．0 Mt/a的大型動(dòng)力煤選煤廠，煤泥水最高流量約為1 600 m3/h。其開(kāi)采的煤層在無(wú)煙煤向貧煤過(guò)渡區(qū)域，煤種特性比較復(fù)雜，煤質(zhì)變化較大，煤泥的含量高、泥化度和黏度大、粒度小。洗煤廠投產(chǎn)后，由于煤質(zhì)較設(shè)計(jì)資料變化較大，洗末煤系統(tǒng)運(yùn)行存在較大問(wèn)題，洗末煤回收率低，煤泥產(chǎn)率較高，且灰分低，有必要對(duì)其煤泥的可浮性進(jìn)行研究，確認(rèn)其煤泥通過(guò)浮選回收精煤的可行性［1］。晉城煤業(yè)集團(tuán)在20世紀(jì)90年代，曾在鳳凰山礦和王臺(tái)礦選煤廠引進(jìn)浮選柱工藝［2］，但對(duì)煤泥浮選工藝改造均未取得成功。目前，細(xì)粒級(jí)煤泥主要通過(guò)浮選工藝分選［3］，特別在煉焦煤選煤廠應(yīng)用普遍，屬于成熟技術(shù)，但高變質(zhì)程度的無(wú)煙煤和貧煤可浮性一般較中等變質(zhì)程度的無(wú)煙煤差。研究無(wú)煙煤泥浮選技術(shù)是推進(jìn)我國(guó)無(wú)煙煤浮選技術(shù)［4］、節(jié)約能源、減少排放、提高資源利用率的有效途徑。

為了驗(yàn)證浮選提高精煤回收的可行性，對(duì)該廠的煤泥進(jìn)行了浮選特性的研究，通過(guò)調(diào)節(jié)浮選藥劑和改變加藥制度，找出最佳浮選條件。

1 煤質(zhì)特點(diǎn)分析

1．1 煤樣的元素分析和工業(yè)分析

趙莊煤樣元素分析和工業(yè)分析［5］在中科院山西煤化所進(jìn)行，元素分析儀采用Vario EL元素分析儀，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 趙莊煤樣元素分析和工業(yè)分析結(jié)果 %

由表1結(jié)果表明，趙莊礦煤泥碳含量為68．31%，初步判斷，趙莊煤的碳化程度較深;工業(yè)分析結(jié)果表明，趙莊礦煤泥灰分低，含量為21．79%。

1．2 煤樣的XRD分析

X射線衍射儀器采用日本島津－6000型衍射儀，分析條件為：X—射線作用的電壓40．0(kV)，電流強(qiáng)度30．0(mA)，采取連續(xù)掃描的方法，掃描的角度范圍是10．000°～70．000°，掃描的速度為10．000 0(deg/min)，采樣的間隔為0．020 0(deg)。分析結(jié)果見(jiàn)圖1。

通過(guò)X—射線衍射進(jìn)行分析，衍射峰的強(qiáng)度與礦物的含量有一定關(guān)系，峰值越大，相對(duì)應(yīng)的礦物含量越高。趙莊煤中石英和高嶺土含量較高，有少量的磁鐵礦。文獻(xiàn)［6］的研究結(jié)果表明，高嶺石和石英的存在對(duì)浮選效率有一定的影響，容易形成負(fù)電荷膠粒，且易于泥化、親水性強(qiáng)，將不利于浮選。

從圖1可以看出，趙莊礦原煤主要含有C，O，Al和Si等元素。其中，Al和Si歸屬煤中的礦物雜質(zhì)。對(duì)其C1s譜圖的分峰擬合結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 趙莊煤樣的C1s譜分峰擬合結(jié)果表

從表2可以看出，趙莊礦原煤表面O的含量略高，含氧基團(tuán)中主要是C－O，而親水程度較高的OC=O基團(tuán)只占1．78%。

2 煤泥浮選特性的試驗(yàn)研究

2．1 煤樣小篩分試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)MT/T58－1993粉煤篩分試驗(yàn)方法，煤樣的小篩分經(jīng)過(guò)篩分后分成 －0．043 mm，0．043 ～0．074 mm，0．074 ～0．125 mm，0．125 ～0．25 mm，0．25 ～0．5 mm，+0．5 mm6個(gè)粒度級(jí)。篩分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 趙莊煤粉篩分試驗(yàn)結(jié)果表

由表3可見(jiàn)，趙莊礦煤泥中大于0．25 mm粒級(jí)的含量也僅占3．45%，而小于0．043 mm粒級(jí)占到了67．43%，且灰分也較高，為27．83%。由此可以看出，趙莊煤泥中，粗粒含量較低，而細(xì)粒含量很高，且細(xì)?；曳忠草^高。

2．2 煤樣分布釋放試驗(yàn)結(jié)果分析

影響浮選的諸多因素中，最重要的是煤泥的可浮性。煤泥的可浮性差，會(huì)對(duì)浮選技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)產(chǎn)生重大影響，如在精煤灰分要求相同時(shí)，可浮性越差，浮選精煤產(chǎn)率就會(huì)越低，尾煤灰分也會(huì)隨之下降，造成資源的浪費(fèi)和流失。因此，有必要研究煤泥可浮性。依據(jù)MT/T144－1997《選煤實(shí)驗(yàn)室分布釋放試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)［7］的操作步驟，對(duì)趙莊煤樣中0～0．3 mm粒級(jí)做了分步釋放試驗(yàn)，其可浮性曲線圖見(jiàn)圖4。

由表3可知，產(chǎn)物6的產(chǎn)率為30．02%，灰分為47．88%;產(chǎn)物5的灰分立即降到了21．09%;而且產(chǎn)物3、產(chǎn)物2、產(chǎn)物1的平均灰分＜8%;累計(jì)產(chǎn)率為41．06%，最終的、經(jīng)分選5次的精煤灰分為4．23%，產(chǎn)率4．22%。如何判斷是否易浮。由圖4查得，當(dāng)精煤灰分Ac=10．0%時(shí)，浮選精煤產(chǎn)率γc為70．0%，以此計(jì)算浮選精煤可燃體回收率為70．08%，根據(jù)MT/T259－91《煤炭可浮性評(píng)定方法》關(guān)于煤炭可浮性的易劃分范圍，可燃體回收率E1值在60．1～80．0范圍內(nèi)，煤泥可浮性等級(jí)為中等可浮煤，可知趙莊煤泥屬于中等可浮煤泥。

圖4 趙莊煤0～0．3 mm粒級(jí)可浮性曲線圖

圖6 捕收劑用量對(duì)尾煤產(chǎn)率和灰分的影響圖

2．3 不同浮選條件對(duì)煤泥浮選的影響

2．3．1 捕收劑對(duì)煤泥浮選的影響

試驗(yàn)條件：轉(zhuǎn)速：1 800 rpm;濃度：80 g/L;充氣量：1．33 L/min;捕收劑：煤油;起泡劑：仲辛醇(120 g/t);原煤灰分：22．19%。捕收劑用量對(duì) －0．3 mm粒級(jí)趙莊煤泥浮選精煤產(chǎn)率和灰分的影響見(jiàn)圖5。

捕收劑用量對(duì)－0．3 mm粒級(jí)趙莊煤泥浮選尾煤產(chǎn)率和灰分的影響見(jiàn)圖6。

由圖5和圖6可以看出，隨著捕收劑用量的增加，精煤產(chǎn)率、精煤灰分、尾煤灰分都是先降低再升高，在最低點(diǎn)左右時(shí)，精煤灰分的值比較符合要求，因此，對(duì)趙莊煤樣，在礦漿濃度為80 g/L，捕收劑用量為1 000 g/t時(shí)效果較好。

2．3．2 起泡劑對(duì)煤泥浮選的影響

試驗(yàn)條件：轉(zhuǎn)速：1 800 rpm;濃度：80 g/L;充氣量：1．33 L/min;捕收劑：煤油(1 000 g/t);起泡劑：仲辛醇;原煤灰分：22．19%。起泡劑用量對(duì)－0．3 mm粒級(jí)趙莊煤泥浮選精煤產(chǎn)率和灰分的影響見(jiàn)圖7。

圖5 捕收劑用量對(duì)精煤產(chǎn)率和灰分的影響圖

圖7 起泡劑用量對(duì)精煤產(chǎn)率和灰分的影響圖

起泡劑用量對(duì)－0．3 mm粒級(jí)趙莊煤泥浮選尾煤產(chǎn)率和灰分的影響見(jiàn)圖8。

由圖7和圖8可知：當(dāng)試驗(yàn)在轉(zhuǎn)速為1 800 rpm、濃度為80 g/L、充氣量為1．33 L/min的條件下，隨著起泡劑用量的增加，精煤產(chǎn)率、精煤灰分呈上升趨勢(shì)，但比較平緩;而尾煤的灰分上升較快。

2．3．3 礦漿濃度對(duì)煤泥浮選的影響

試驗(yàn)條件：轉(zhuǎn)速：1 800 rpm;充氣量：1．33 L/min;捕收劑：煤油(1 000 g/t);起泡劑：仲辛醇(120 g/t);原煤灰分：22．19%。

礦漿濃度對(duì) －0．3 mm粒級(jí)趙莊礦漿濃度對(duì)－0．3 mm粒級(jí)趙莊煤泥浮選尾煤產(chǎn)率和灰分的影響見(jiàn)圖10。

圖10 礦漿濃度對(duì)尾煤產(chǎn)率和灰分的影響圖

由圖9和圖10可知，隨著礦漿濃度的增加，精煤產(chǎn)率、精煤灰分、尾煤灰分都呈上升趨勢(shì)，其中精煤產(chǎn)率和尾煤灰分上升趨勢(shì)一致，增加較快。趙莊煤樣而言，煤油1 000 g/t、仲辛醇120 g/t時(shí)，綜上所述，在礦漿濃度為80 g/L時(shí)，浮選效果最好。

2．4 各種加藥制度對(duì)煤泥浮選的影響

2．4．1 趙莊煤－0．3 mm粒級(jí)分段加藥浮選試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：轉(zhuǎn)速：1 800 rpm;充氣量：1．33 L/min;礦漿濃度：80 g/L;捕收劑：煤油(1 000 g/t)，捕收劑的量按5∶5和7∶3分步添加;起泡劑：仲辛醇(120 g/t);原煤灰分：22．19%。分段加藥對(duì) －0．3 mm 粒級(jí)趙莊煤泥浮選的影響見(jiàn)表4。

表4 分段加藥對(duì)－0．3 mm粒級(jí)趙莊煤泥浮選的影響表

由表4可見(jiàn)，與一次添加捕收劑的量相比，通過(guò)分次添加捕收劑可以不同程度提高精煤產(chǎn)率，但對(duì)于趙莊煤樣，精煤灰分也提高，相比較采取配比5∶5時(shí)，精煤灰分較低。

2．4．2 不同捕收劑對(duì)煤泥浮選的影響

試驗(yàn)條件：轉(zhuǎn)速：1 800 rpm;充氣量：1．33 L/min;礦漿濃度：80 g/L;捕收劑：生物柴油、納爾科、煤油(1 000 g/t);起泡劑：仲辛醇(120 g/t);分散劑：六偏磷酸鈉(62．5 g/t)原煤灰分22．19%。

不同捕收劑對(duì)－0．3 mm粒級(jí)趙莊煤泥浮選的影響見(jiàn)表5。

表5 不同捕收劑對(duì)－0．3 mm粒級(jí)趙莊煤泥浮選的影響表

由表5可知，對(duì)于趙莊煤樣而言，生物柴油、納爾科作為捕收劑時(shí)，精煤的產(chǎn)率、精煤的灰分都很高，但精煤的灰分遠(yuǎn)高于要求值。相對(duì)而言，煤油的效果最好，產(chǎn)率為74．71%，灰分為10．68%。

2．4．3 捕收劑加入等量分散劑對(duì)煤泥浮選的影響

試驗(yàn)條件：轉(zhuǎn)速：1 800 rpm;充氣量：1．33 L/min;礦漿濃度：80 g/L;捕收劑：生物柴油、納爾科、煤油(1 000 g/t);起泡劑：仲辛醇(120 g/t);分散劑：六偏磷酸(62．5 g/t)原煤灰分：22．19%。加入分散劑對(duì)－0．3 mm粒級(jí)趙莊煤泥浮選的影響見(jiàn)表6。

表6 加入分散劑對(duì)－0．3 mm粒級(jí)趙莊煤泥浮選的影響表

由表5和表6對(duì)照可知：對(duì)于趙莊煤樣，當(dāng)加入相同量的分散劑以后，對(duì)捕收劑納爾科和煤油浮選精煤產(chǎn)率都有所提高，納爾科效果很明顯，但精煤灰分變化不大。

3 結(jié)語(yǔ)

在不同浮選條件下，趙莊選煤廠－0．3 mm粒度級(jí)煤泥浮選效果存在一定差異：

1)隨著捕收劑用量的增加，精煤產(chǎn)率、精煤灰分、尾煤灰分都是先降低再升高。與一次添加捕收劑相比，通過(guò)分次添加捕收劑可以不同程度提高精煤產(chǎn)率，對(duì)于趙莊煤樣，采取配比5∶5時(shí)，精煤灰分較低。

2)隨著礦漿濃度的增加，精煤產(chǎn)率、精煤灰分、尾煤灰分都呈上升趨勢(shì)，其中精煤產(chǎn)率和尾煤灰分上升趨勢(shì)較快。當(dāng)濃度為80 g/L時(shí)，隨著起泡劑用量的增加，精煤產(chǎn)率、精煤灰分上升平緩，而尾煤的灰分上升較快。

3)對(duì)于趙莊煤樣，生物柴油、納爾科作為捕收劑時(shí)，精煤的產(chǎn)率很高，但精煤的灰分遠(yuǎn)高于要求值。相對(duì)而言，煤油的總體效果好，產(chǎn)率為74．71%，灰分為10．68%。在加入等量的六偏磷酸鈉后，對(duì)灰分的影響不明顯。

［1］ 趙拴明．選煤廠技術(shù)改造總體方案構(gòu)想［J］．科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2002，13(4)：5－8．

［2］ 劉炯天，王永田，曹亦俊，等．浮選柱技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］．選煤技術(shù)，2006(5)：25－26．

［3］ 謝國(guó)龍，俞和勝，楊 頲．粗煤泥分選設(shè)備及其應(yīng)用分析［J］．煤礦機(jī)械，2008(3)：13－15．

［4］ 聶其英．對(duì)無(wú)煙煤洗選加工的特點(diǎn)分析［J］．中國(guó)煤炭，2006，32(2)：33－36．

［5］ 趙 虹，沈 利．利用煤的工業(yè)分析計(jì)算元素分析的DE－SVM模型［J］．煤炭學(xué)報(bào)，2010(10)：17－19．

［6］ Arnold B，Aplan F．The effect of clay slimes on coal flotation：PartⅠ．The nature of the clay［J］．Intern － ational Journal of Mineral Processing，1986，17(3)：225 －242．

［7］ 李志紅，樊民強(qiáng)，梁清陽(yáng)，等．起泡劑對(duì)沙曲選煤廠煤泥可浮性的影響［J］．選煤技術(shù)，2002，4(2)：8－9．