許晨濤，魏昌杰，鄭云婷，黃 勇

(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；3.唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063299)

在我國(guó)主要能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占一次能源的比例較高[1]，并且使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的環(huán)境污染，因此降低煤炭灰分可以提高熱效率和減少環(huán)境污染[2]。氣肥煤是一種揮發(fā)分和膠質(zhì)層厚度較高的強(qiáng)黏結(jié)性煉焦煤，結(jié)焦性高于氣煤而低于肥煤[3]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速運(yùn)行，煤炭市場(chǎng)需求量逐年增大[4]，煤炭種類需求也增多，提高選煤廠的產(chǎn)品種類及質(zhì)量，滿足不同工業(yè)的生產(chǎn)需求，是衡量選煤廠競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)[5-6]。

浮選是處理細(xì)粒煤泥分選的一種方法，其應(yīng)用范圍廣、效果好，尋找出最佳的浮選條件，可以探究并預(yù)測(cè)其分選效果[7-8]。為此，針對(duì)山東濟(jì)北礦區(qū)氣肥煤浮選入料煤泥進(jìn)行了浮選試驗(yàn)探索，考察了煤泥的粒度組成[9]、藥劑用量[10]等浮選條件，對(duì)煤樣進(jìn)行逐步降灰，滿足精煤灰分<8.5%、尾煤灰分>70%的生產(chǎn)需求，以為優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高氣肥煤的資源利用提供一定的參考。

1 試驗(yàn)

浮選藥劑采用柴油和仲辛醇(分析純)，藥劑條件見(jiàn)表1。試驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)室XFD 1.5 L單槽浮選機(jī)，葉輪直徑為60 mm，葉輪轉(zhuǎn)速為1 800 r/min；微量注樣器規(guī)格為20、25、50、100、150 μL；此外還用到標(biāo)準(zhǔn)振篩機(jī)、真空過(guò)濾機(jī)、鼓風(fēng)干燥器、分析天平及馬弗爐等設(shè)備。

表1 藥劑條件

1.1 煤質(zhì)分析

試驗(yàn)煤樣為山東濟(jì)北礦區(qū)的壓濾煤泥，按照GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗(yàn)方法》[11]和GB/T 478—2008《煤炭浮沉試驗(yàn)方法》[12]規(guī)定，進(jìn)行篩分和浮沉試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2和表3。

表2 煤泥小篩分試驗(yàn)結(jié)果

表3 煤泥小浮沉試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知：煤樣的主導(dǎo)粒級(jí)為<0.075 mm，含量為30.24%，此外煤樣中還存在少許>0.5 mm粒級(jí)，原因是實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)有一定的跑粗現(xiàn)象。由于粗粒級(jí)煤難以上浮，易損失在尾煤中，因此會(huì)導(dǎo)致精煤產(chǎn)率低、尾煤灰分偏低，造成資源浪費(fèi)；由于<0.075 mm粒級(jí)灰分為25.73%，大于整體灰分20.36%，煤樣中存在高灰細(xì)泥，會(huì)對(duì)浮選產(chǎn)生不利的影響。

由表3可知：該煤泥的主導(dǎo)密度級(jí)都分布在<1.5 g/cm3密度級(jí)，占全樣的73.13%，其中<1.3、1.3～1.4、1.4～1.5 g/cm3三個(gè)密度級(jí)的產(chǎn)率均>20%，中高密度級(jí)的灰分高于8.5%，上浮會(huì)影響精煤灰分，不利于浮選。

1.2 試驗(yàn)工藝流程

根據(jù)煤泥的篩分和浮沉分析，對(duì)煤樣進(jìn)行單元浮選試驗(yàn)。單元浮選試驗(yàn)粗選工藝原則流程如圖1所示，一次精選試驗(yàn)工藝原則流程如圖2所示。

圖1 粗選工藝原則流程

圖2 精選工藝原則流程

對(duì)煤泥的探索性浮選試驗(yàn)首先按照?qǐng)D1所示流程進(jìn)行單元浮選試驗(yàn)，主要探索藥劑用量和藥劑比例對(duì)煤泥浮選效果影響。粗選后進(jìn)行精選試驗(yàn)，按照?qǐng)D2所示流程進(jìn)行，通常用來(lái)對(duì)粗選精煤進(jìn)行降灰，以探究是否能達(dá)到預(yù)定生產(chǎn)指標(biāo)(即精煤灰分<8.5%，尾煤灰分>70%)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 浮選條件試驗(yàn)分析

2.1.1 單元浮選試驗(yàn)

試驗(yàn)用捕收劑、起泡劑分別采用柴油、仲辛醇。首先對(duì)煤樣進(jìn)行單元浮選試驗(yàn)，入料煤漿經(jīng)過(guò)浮選機(jī)預(yù)先攪拌，加入定量柴油，攪拌1 min。加入捕收劑可以改善目標(biāo)物的表面疏水性，同時(shí)將可浮性好的礦物預(yù)先礦化，促進(jìn)矸石的分離；然后加入定量仲辛醇，攪拌10 s后開(kāi)始充氣和刮泡；按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，刮泡3 min。試驗(yàn)過(guò)程中控制充氣量為0.25 m3/(m2·min)、攪拌速度為1 800 r/min，礦漿濃度為80 g/L，對(duì)藥劑用量和藥劑比例(捕收劑∶起泡劑)進(jìn)行探究，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，并根據(jù)表4作出藥劑用量和藥劑比例與浮選效果之間的關(guān)系曲線，如圖3所示。

表4 藥劑用量與藥劑比例不同時(shí)的浮選試驗(yàn)結(jié)果

圖3 藥劑用量和藥劑比例不同時(shí)的浮選試驗(yàn)結(jié)果

由表4和圖3看出：

(1)隨著藥劑用量增加，精煤產(chǎn)率逐漸升高，當(dāng)藥劑用量在0.8 kg/t以上時(shí)，精煤產(chǎn)率上升趨勢(shì)變緩?？紤]精煤灰分?jǐn)?shù)值，在藥劑用量為1.0 kg/t、藥劑比為5∶1時(shí)，精煤產(chǎn)率為82.66%，精煤灰分最低，為10.51%，浮選完善指標(biāo)最高，為48.43%。

(2)在藥劑用量相同情況下，藥劑比例為10∶1時(shí)精煤產(chǎn)率高于藥劑比例為5∶1時(shí)，精煤灰分低于后者，說(shuō)明藥劑比例為5∶1時(shí)，捕收劑能更加有效地鋪展在礦物表面，提高了礦物的疏水性[13]。

(3)相比圖3數(shù)據(jù)，一次浮選藥劑用量為1.0 kg/t，藥劑比例為5∶1時(shí)，浮選效果最好，但是精煤灰分為10.51%，因其大于產(chǎn)品質(zhì)量要求(8.5%)，故而不能滿足銷售要求。精煤灰分過(guò)高，說(shuō)明有泥矸物獲得了上浮，因此需要對(duì)粗選精煤灰分進(jìn)行降灰處理，使其精煤灰分盡可能降低。

2.1.2 一次精選試驗(yàn)

對(duì)于常規(guī)一次精選工藝，精選目的就是降低精煤的灰分值[14]。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的刮泡時(shí)間(3 min)進(jìn)行產(chǎn)品刮取，在礦漿濃度為80 g/L、攪拌速度為1 800 r/min、充氣量為0.25 m3/(m2·min)、藥劑用量為1.0 kg/t、藥劑比為5∶1條件下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 精選試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，一次精選試驗(yàn)精煤灰分為9.46%，高于生產(chǎn)要求，仍不能滿足生產(chǎn)指標(biāo)(<8.5%)要求，因此需要對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行降灰操作。

2.2 浮選降灰試驗(yàn)

由于常規(guī)粗選試驗(yàn)和一次精選試驗(yàn)不能達(dá)到最終產(chǎn)品指標(biāo)，因此對(duì)煤泥進(jìn)行拓展化浮選試驗(yàn)，即延長(zhǎng)刮泡時(shí)間(此試驗(yàn)中未進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)刮泡3 min計(jì)算，目的是盡可能回收精煤，提高尾煤灰分)、分批次補(bǔ)藥(此試驗(yàn)中每次加藥后刮取，直至刮泡結(jié)束，再次補(bǔ)加適量藥劑，目的是盡可能回收精煤，提高尾煤灰分)和累計(jì)刮取產(chǎn)物(每隔30 s進(jìn)行一次)的方式來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。粗選多次刮泡浮選試驗(yàn)原則流程如圖4所示，精選多次刮泡浮選試驗(yàn)如圖5所示。兩次浮選試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6和表7。

圖4 粗選多次刮泡浮選試驗(yàn)原則流程

圖5 精選多次刮泡浮選試驗(yàn)原則流程

由表6和表7可知：分批次累計(jì)刮取精煤，并通過(guò)補(bǔ)加藥劑可以促進(jìn)槽內(nèi)礦漿多次富集，產(chǎn)率呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，且后續(xù)補(bǔ)加藥劑后的階次產(chǎn)物灰分相差不大，可作單獨(dú)累計(jì)(其中表6補(bǔ)藥點(diǎn)為精煤8和精煤11，表7補(bǔ)藥點(diǎn)為精煤9和精煤11)。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，粗選降灰試驗(yàn)最低灰分為9.46%(>8.5%)，不能達(dá)到要求。做出兩次的產(chǎn)品累計(jì)產(chǎn)率和累計(jì)灰分曲線和累計(jì)產(chǎn)率-時(shí)間曲線，并進(jìn)行曲線的多項(xiàng)擬合，如圖6所示。

圖6 粗選、精選多次刮泡試驗(yàn)產(chǎn)率-灰分曲線

表6 粗選多次刮泡試驗(yàn)結(jié)果

表7 精選多次刮泡試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)擬合，可得到粗選試驗(yàn)和精選試驗(yàn)的多項(xiàng)擬合公式，分別為：

y1=84.917 64-2.027 78X+0.013 69X2，

(1)

y2=30.504 54-0.808 81X+0.006 86X2。

(2)

式(1)、式(2)可對(duì)該煤泥的精煤產(chǎn)率-灰分進(jìn)行大致預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果為：當(dāng)要求精煤灰分為8.5%時(shí)，其理論精煤產(chǎn)率可達(dá)75.31%。粗選尾煤和精選尾煤灰分可通過(guò)補(bǔ)加藥的方式[15]多次富集便可達(dá)到>70%，且精選產(chǎn)物編號(hào)6—12可作為中煤產(chǎn)品。綜上，為滿足生產(chǎn)要求的精煤灰分(<8.5%)和尾煤灰分(>70%)，采用拓展化浮選試驗(yàn)方法可滿足濟(jì)北礦區(qū)氣肥煤的浮選降灰目的。

3 結(jié)論

(1)山東濟(jì)北礦區(qū)氣肥煤浮選入料煤泥中存在少量的高灰細(xì)泥，可能會(huì)對(duì)浮選造成不利的影響。

(2)在礦漿濃度為80 g/L、攪拌速度為1 800 r/min、充氣量為0.25 m3/(m2·min)、藥劑為柴油和仲辛醇，分析純用量為1.0 kg/t、藥劑比為5∶1的條件下進(jìn)行煤泥浮選試驗(yàn)，常規(guī)的一次浮選不能滿足生產(chǎn)指標(biāo)的要求，拓展化浮選試驗(yàn)可以達(dá)到氣肥煤的降灰目的，當(dāng)要求精煤灰分在8.5%以下時(shí)，理論精煤產(chǎn)率可達(dá)75.31%。

(3)對(duì)于浮選入料煤泥中存在高灰細(xì)泥，且精煤灰分指標(biāo)要求較高的情況下，可以采用拓展化浮選試驗(yàn)，能避免過(guò)多試驗(yàn)帶來(lái)的時(shí)間耗費(fèi)，并通過(guò)數(shù)據(jù)擬合得出單一煤種的多項(xiàng)擬合公式，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，為選煤廠工藝方案的確定提供了參考。