程 宇

(1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

低階煤浮選試驗(yàn)研究

程 宇1,2

(1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

為探索低階煤浮選的可行性，以陜西旬邑和神木、山西朔州、黑龍江七臺(tái)河、內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)的低階煤煤泥為研究對(duì)象，根據(jù)煤泥表面特性選擇捕收劑，對(duì)其進(jìn)行浮選試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：在試驗(yàn)條件下，灰分為24%～50%的低階煤煤泥浮選后可獲得灰分為13%～20%的精煤，精煤可燃體回收率在60%～85%之間，發(fā)熱量提高3.35～10.04 MJ/kg，降灰提質(zhì)效果顯著。針對(duì)試驗(yàn)過程中藥劑消耗量較高、浮選選擇性較差等問題，提出了應(yīng)加強(qiáng)低階煤高選擇性浮選工藝技術(shù)與高效浮選藥劑研究的建議。

低階煤；浮選；精煤可燃體回收率；發(fā)熱量

煤炭是我國(guó)的主體能源和重要的工業(yè)原料，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和能源安全供給提供了重要保障。據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年和2030年煤炭在我國(guó)一次能源結(jié)構(gòu)中的比率仍將分別保持在62%和55%左右[1]。選煤是潔凈煤技術(shù)的源頭和基礎(chǔ)，是利用機(jī)械加工方法或物理化學(xué)處理方法，去除煤中有害雜質(zhì)，改善煤炭質(zhì)量，回收伴生礦物，為不同用戶提供質(zhì)量合格的產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)煤炭的清潔高效利用[2-5]。我國(guó)煤炭種類齊全，按照煤化程度從低到高，分為褐煤、長(zhǎng)焰煤、不粘煤、弱粘煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧煤、無煙煤十大類。煤化程度較低的褐煤、長(zhǎng)焰煤、不粘煤、弱粘煤均屬于低階煤，其儲(chǔ)量超過50%，主要包括西北地區(qū)早、中侏羅世低變質(zhì)煙煤，內(nèi)蒙古自治區(qū)晚白堊世和東北地區(qū)、南方部分地區(qū)第三紀(jì)褐煤[6]。由于低階煤含氧官能團(tuán)多、表面疏水性差，煉焦煤浮選技術(shù)尚不能滿足其浮選的需要。低階煤浮選技術(shù)的缺失，致使其全粒級(jí)入選將會(huì)產(chǎn)生大量難處理煤泥。為減少煤泥數(shù)量，<25 mm粒級(jí)低階煤一般不洗選，造成其分選下限高，入選比例低(<40%)，進(jìn)而使商品煤灰分和硫含量高，污染大，發(fā)熱量低，利用效率低。由此來看，低階煤浮選技術(shù)已成為制約大力提高動(dòng)力煤洗選比例的技術(shù)瓶頸[7-8]。

2014年5月，“低階煤表面改質(zhì)技術(shù)與浮選工藝研究”獲得天地科技股份有限公司科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目立項(xiàng)批復(fù)(項(xiàng)目編號(hào)為KJ-2014-TSKY-01)，為低階煤的有效浮選探索提供了研究平臺(tái)。由于項(xiàng)目研究需要，以陜西旬邑和神木、山西朔州、黑龍江七臺(tái)河、內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)的低階煤煤泥為研究對(duì)象，根據(jù)煤泥表面特性選擇捕收劑，對(duì)其進(jìn)行單元浮選試驗(yàn)，探索低階煤浮選的可行性及浮選過程中存在的問題。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)設(shè)備與試劑

試驗(yàn)設(shè)備包括XFD-1.5L浮選機(jī)，葉輪直徑為60 mm，葉輪轉(zhuǎn)速為1 800 r/min，單位充氣量為0.25 m3/(m2·min)；微量進(jìn)樣器，容量分別為1、0.5、0.25、0.1 mL。試驗(yàn)試劑包括起泡劑仲辛醇，捕收劑柴油、復(fù)合捕收劑FH02、長(zhǎng)焰煤捕收劑HZB-3S，其中仲辛醇為分析純，柴油、FH02、HZB-3S來自生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

1.2 煤質(zhì)分析

煤樣為分別來自陜西旬邑和神木、山西朔州、黑龍江七臺(tái)河、內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)選煤廠的壓濾煤泥，各煤樣煤質(zhì)特征如表1所示。

由表1可知：煤樣粒度均≤0.5 mm，符合小浮選試驗(yàn)的粒度要求；煤種為不粘煤和長(zhǎng)焰煤，屬于低階煙煤，但氫含量、揮發(fā)分、粘結(jié)指數(shù)等指標(biāo)存在差異；煤樣均為選煤廠的壓濾煤泥，但灰分和發(fā)熱量差別較大，鄂爾多斯煤樣的灰分最低，朔州煤樣的發(fā)熱量最高。

表1 各煤樣煤質(zhì)特征Table 1 Characteristics of various coal %

2 試驗(yàn)方案與評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1 試驗(yàn)方案

依據(jù)GB/T 4757—2013《煤粉(泥)實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)方法》[9]規(guī)定，采用XFD-1.5L浮選機(jī)分別對(duì)五種煤樣進(jìn)行浮選試驗(yàn)。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

依據(jù)MT/T 180—1988《選煤廠浮選工藝效果評(píng)定方法》[10]和MT/T 259—1991《煤炭可浮性評(píng)定方法》[11]規(guī)定，浮選完善指標(biāo)用于評(píng)價(jià)同一煤在不同工藝條件下的分選完善程度，浮選精煤可燃體回收率用于評(píng)價(jià)煤炭的可浮性，故采用浮選完善指標(biāo)和浮選精煤可燃體回收率來評(píng)價(jià)不同低階煤煤泥的分選完善程度和可浮性，計(jì)算公式如下：

式中：ηωf為浮選完善指標(biāo)，%；Ay為計(jì)算入料灰分，%；Aj為浮選精煤灰分，%；γj為實(shí)際浮選精煤產(chǎn)率，%。

式中：Ec為浮選精煤可燃體回收率，%；γc為浮選精煤產(chǎn)率，%；Ad,c為浮選精煤干基灰分，%；Ad,f為入料干基灰分，%。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

在礦漿濃度為60～80 g/L、充氣量為0.25 m3/(m2·min)、葉輪轉(zhuǎn)速為1 800 r/min、浮選時(shí)間3 min的條件下，以仲辛醇為起泡劑，柴油、FH02、HZB-3S為捕收劑，研究不同低階煤煤泥的浮選效果，結(jié)果如表2所示。

由表2可知：

(1)不同地區(qū)的低階煤煤泥浮選后，可獲得灰分為13.20%～21.02%的浮選精煤，相對(duì)入浮煤泥來說，灰分下降10～30個(gè)百分點(diǎn)；浮選精煤可燃體回收率在60.10%～85.17%之間，浮選完善指標(biāo)在28.59%～59.94%之間，提質(zhì)效果顯著。

(2)就藥劑用量來看，浮選效果相近時(shí)，傳統(tǒng)柴油用量比HZB-3S、FH02的用量大，說明低階煤浮選宜選用高效捕收劑，其用量比柴油省1/4～1/3。

(3)按照低階煤灰分每降低1%發(fā)熱量提高約0.33 MJ/kg計(jì)算，試驗(yàn)范圍內(nèi)的低階煤浮選后浮選精煤發(fā)熱量可提高3.35～10.04 MJ/kg。

(4)低階煤浮選不但藥劑用量較高，而且浮選精煤灰分偏高，說明藥劑對(duì)煤粒的選擇性較差，應(yīng)加強(qiáng)低階煤高選擇性浮選工藝技術(shù)與高效浮選藥劑的研究。

表2 低階煤煤泥單元浮選試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Batch-flotation results of low-rank coal slime %

4 工業(yè)實(shí)踐

2014年8月，全國(guó)首例低階煤浮選系統(tǒng)在陜西省旬邑縣燕家河煤礦選煤廠(以下簡(jiǎn)稱燕家河選煤廠)建成投產(chǎn)，天地(唐山)礦業(yè)科技有限公司負(fù)責(zé)浮選系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、關(guān)鍵設(shè)備制造與成套設(shè)備集成。該廠煤泥水處理工藝為直接浮選，主要設(shè)備為XJM-KS28型浮選機(jī)和GPJ/3C-120型加壓過濾機(jī)。

燕家河選煤廠是一座原煤洗選能力為2.60 Mt/a的動(dòng)力煤選煤廠，于2003年建成投產(chǎn)，主選工藝為塊煤淺槽重介質(zhì)分選機(jī)分選、末煤三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選的聯(lián)合工藝。入選原煤為不粘煤，主要產(chǎn)品為80～25 mm粒級(jí)洗中塊、25～13 mm粒級(jí)洗小塊、<13 mm粒級(jí)末精煤。根據(jù)客戶要求，末精煤收到基低位發(fā)熱量Qnet,ar≥20.92 MJ/kg。

該廠煤泥產(chǎn)率為10%，產(chǎn)量高達(dá)26萬t/a。浮選系統(tǒng)投產(chǎn)前，煤泥由壓濾機(jī)脫水回收，煤泥產(chǎn)品灰分為35.30%，水分為24.20%，Qnet,ar為14.35 MJ/kg。由于其發(fā)熱量較低，無法摻入精煤產(chǎn)品，只能地銷民用，造成很大的資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。浮選系統(tǒng)投產(chǎn)后，浮選精煤灰分為17.47%，水分為20%，Qnet,ar為21.03 MJ/kg,完全滿足要求，直接摻入精煤產(chǎn)品銷售。

燕家河選煤廠浮選精煤產(chǎn)率為65.05%(占浮選入料量)，計(jì)算產(chǎn)量為16.91萬t/a。以當(dāng)前煤炭市場(chǎng)價(jià)格計(jì)算，Qnet,ar為20.92 MJ/kg的末精煤出廠價(jià)為290元/t，Qnet,ar為14.23 MJ/kg的煤泥地銷價(jià)為65元/t，浮選加工成本為38.22元/t，增加浮選系統(tǒng)后燕家河選煤廠每年可增加利稅2 220.18萬元。由此可見，低階煤浮選不但能使煤炭資源得到充分利用，而且可顯著提高煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

(1)在入浮礦漿濃度為60～80 g/L、充氣量為0.25 m3/(m2·min)、葉輪轉(zhuǎn)速為1 800 r/min、浮選時(shí)間為3 min的條件下，以仲辛醇為起泡劑，柴油、FH02、HZB-3S為捕收劑時(shí)，不同地區(qū)的低階煤煤泥浮選后，可得到灰分為13.20%～21.02%、浮選精煤可燃體回收率為60.10%～85.17%、浮選完善指標(biāo)為28.59%～59.94%的浮選精煤，提質(zhì)效果顯著。

(2)浮選效果相近時(shí)，傳統(tǒng)捕收劑柴油的用量比HZB-3S、FH02的用量大，說明低階煤浮選宜選用高效捕收劑；低階煤中選出的精煤灰分偏高，說明藥劑對(duì)煤粒的選擇性較差，應(yīng)加強(qiáng)低階煤高選擇性浮選工藝技術(shù)與高效浮選藥劑的研究。

(3)低階煤浮選后浮選精煤發(fā)熱量大幅提高，不但能使煤炭資源得到充分利用，而且可顯著提高煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 王顯政.推進(jìn)煤炭生產(chǎn)消費(fèi)革命[EB/OL].[2014-05-13].http://www.china5e.com/news/ news-869546-1.html.

[2] 張紹強(qiáng).煤炭洗選節(jié)能減排作用巨大[EB/OL].[2013-05-09].http://www.sxcoal.com/jnjp/3191890/articlenew.html.

[3] 張紹強(qiáng).我國(guó)原煤使用方式粗放 全洗選可節(jié)約3億噸煤[EB/OL].[2013-02-20].http://news.xinhuanet.com/energy/2013-02/20/c_124368977.htm.

[4] 程宏志,李山文.我國(guó)選煤技術(shù)裝備的發(fā)展[C]//湯家軒.2013煤炭技術(shù)與裝備發(fā)展論壇優(yōu)秀論文集.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2014：577-582.

[5] 吳式瑜,葉大武,馬 劍.中國(guó)選煤的發(fā)展[J].煤炭加工與綜合利用,2006(5):9-11.

[6] 馬 劍.我國(guó)煤炭洗選加工現(xiàn)狀及十二五發(fā)展構(gòu)想[J].煤炭加工與綜合利用,2011(4):1-4.

[7] 劉文欣.中國(guó)選煤工業(yè)現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢(shì)[J].煤炭工程,2010(11):16-18.

[8] GB/T 4757—2013 煤粉(泥)實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)方法[S].

[9] MT/T 180—1988 選煤廠浮選工藝效果評(píng)定方法[S].

[10] MT/T 259—1991 煤炭可浮性評(píng)定方法[S].

Experimental study on low-rank coal flotation

CHENG Yu1,2

(1.China Coal Technology & Engineering Group Tangshan Research Institute Co.,Ltd., Tangshan, Hebei 063012, China;2.Coal Preparation Engineering & Technology Research Center in Hebei Province, Tangshan, Hebei 063012,China)

In order to understand flotation feasibility of low-rank coal, taking low-rank coal slime from Shuozhou area in Shanxi province, Qitaihe in Heilongjiang province, Erdos in Inner Mongolia , Xunyi and Shenmu in Shaanxi province, flotation test is conducted by collecting agent suitable for surface properties of this coal.The result shows that clean coal with 13%-20% content of ash is obtained by flotation of the low-rank coal with 24%-50% content of ash; the recovery of combustibles is up to 60%-85%, with an increase of 3.35-10.04 MJ/kg in calorific value.Meanwhile, it is a proposal for optimizing flotation technology of this coal to reduce consumption of agent and improve selectivity of flotation.

low-rank coal; flotation; recovery of clean coal combustibles; calorific value

1001-3571(2015)03-0001-03

TD943

A

2015-05-12

10.16447/j.cnki.cpt.2015.03.001

天地科技股份有限公司科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目(KJ-2014-TSKY-01)

程 宇(1989—),女,滿族,河北省唐山市人,助理工程師,從事浮選工藝與設(shè)備的研究工作。

E-mail：tskechengyu@126.com Tel:0315-7759642