鄭云婷
(1.天地(唐山)礦業(yè)科技有限公司,河北 唐山 063012;2.河北省煤炭洗選工程技術研究中心,河北 唐山 063012)
2021年我國原煤產量為41.3億t,全國煤炭消費量為42.3億t,煤炭占中國能源消耗總量的56.0%。據預測,到2030年煤炭在我國一次能源結構中的比例還將保持在55%左右[1],因此在未來相當長的一段時間內,煤炭都是中國的主要能源。選煤是促進煤炭清潔高效利用最經濟有效的途徑之一[2-4]。隨著采煤機械化程度的提高,原煤中細粒級(粒度在0.5 mm以下)的含量大幅增加,灰分也大大提高[5],煤炭用戶從節(jié)能減排和經濟利益出發(fā),對煤炭質量的要求越來越嚴格,因此細粒煤的洗選越來越受到重視。如何將細粒煤進行有效分選是當前選煤行業(yè)的研究熱點[6]。浮選是分選細粒礦物應用最廣、效果最好的選礦方法[7-9]。煤泥浮選是一個復雜的物理化學過程,煤泥浮選效果受細煤泥性質、生產操作條件等多種因素制約。針對細粒煤泥浮選難題,國內外學者通過強化調漿、優(yōu)選浮選設備、優(yōu)化工藝流程、添加藥劑等方法來提高細粒煤泥的浮選效果。上述研究對細粒煤泥分選均起到了一定的促進作用,且研究主要集中在調漿、設備和藥劑方面。
為解決細粒含量高、灰分高煤泥的分選問題,對山西朔州礦區(qū)煤泥進行了粒度分析、密度分析,并通過分步釋放浮選試驗和藥劑制度試驗,對該煤泥的分選提質進行了研究。
試驗煤樣采自山西朔州礦區(qū)原煤中<0.5 mm粒級煤泥,混合、縮分、干燥后裝袋密封備用。稱取試驗樣品200 g,采用篩孔尺寸為0.045,0.074,0.125,0.25,0.5 mm的泰勒套篩依次進行濕法篩分,小篩分試驗結果見表1。
表1 煤樣小篩分試驗結果Table 1 Results of size analysis of coal sample %
由表1可以看出:
(1)煤泥中有少量>0.5 mm粗顆粒存在,產率為4.70%,若在實際生產中出現(xiàn)該狀況,說明分級作業(yè)不夠完善,存在“跑粗”現(xiàn)象,需注意控制入浮粒度上限。
(2)0.074~0.045 mm粒級產率為26.45%,灰分為39.70%,為主導粒級。
(3)<0.074 mm粒級產率為40.93%,<0.045 mm粒級產率為14.48%,且灰分偏高,說明細煤泥含量相對較高,矸石存在嚴重的泥化現(xiàn)象,因此在浮選過程中應注意高灰細泥對精煤的污染問題[10]。
采用TD5M-WS 多管架自動平衡離心機進行煤泥小浮沉試驗,離心機轉速為3 000 r/min,用四氯化碳、三溴甲烷和苯等有機溶劑配置重液。煤泥小浮沉試驗結果見表2。
表2 煤泥小浮沉試驗結果Table 2 Float-and-sink analysis data %
由表2可以看出,該煤泥中低密度級產率較低,高密度級產率較高,各密度級具體情況是:<1.3 g/cm3密度級產率為4.80%,且這一密度級灰分也較低,為4.77%;主導密度級為>1.8 g/cm3,產率為44.06%,灰分不高,為67.25%[11];1.4~1.5 g/cm3密度級產率為17.73%,灰分較高,為14.16%;<1.5 g/cm3密度級產率為37.21%,灰分較低,為10.76%,對分選有利[12]。
按照GB/T 36167—2018《選煤實驗室分步釋放浮選試驗方法》規(guī)定對煤泥進行分步釋放浮選試驗。試驗選用葉輪轉速為1 800 r/min,充氣量為0.15 m3/(m2·min)的浮選機。試驗條件為:浮選礦漿濃度為100 g/L,藥劑用量為3.0 kg/t,藥比(捕收劑用量∶起泡劑用量)為4∶1。試驗流程如圖1所示。試驗結果見表3。由表3數據繪制煤樣分步釋放浮選曲線,如圖2所示。
圖1 分步釋放浮選試驗流程Fig.1 Flowsheet of timed-release flotation testing process
由表3可知:經過一次粗選,可以得到灰分為18.20%、產率為66.73%的精煤產品,一次性可排除33.27%的灰分為80.94%的尾煤產品。
表3 分步釋放浮選試驗結果Table 3 Result of timed-release flotation test %
由圖2可知:隨著分選次數的增加,精煤的產率和灰分都降低。經過一次精選,精煤灰分為12.92%,精煤產率為60.98%,精煤灰分得到有效的降低,說明通過精選可以將粗選過程中夾帶的高灰細泥脫除[13-14]。通過三次精選可以獲得產率為58.57%、灰分為11.35%的理論分選指標。查浮選曲線可知,理論精煤灰分要求為11.00%時,煤樣的理論精煤產率為55.95%。對該煤樣進行浮選在理論上可以得到較高產率的低灰精煤,分選利用價值較高[15]。
圖2 分步釋放浮選曲線Fig.2 Flotation curve plotted with timed-release analysis data
2.2.1 捕收劑比選試驗
在藥劑用量為1 000 g/t、藥比為3∶1、入料濃度為100 g/L、充氣量為0.25 m3/(m2·min)、攪拌強度為1 800 r/min試驗條件下,以仲辛醇為起泡劑,比較了3種不同捕收劑的浮選效果,試驗結果見表4。
表4 藥劑選擇浮選試驗結果Table 4 Result of comparative test on different collectors %
由表4可以看出:在相同浮選條件下,捕收劑為核力合眾藥劑時,精煤產率為42.14%,精煤灰分為14.35%,可燃體回收率為58.36 %,浮選完善指標為42.51%,浮選效果在3種捕收劑中最好。因此后續(xù)試驗采用該藥劑作為捕收劑。
2.2.2 藥劑制度比選試驗
為了確定浮選藥劑用量與捕收劑、起泡劑的用量比例,在入料濃度為100 g/L、充氣量為0.25 m3/(m2·min)、攪拌強度為1 800 r/min試驗條件下,以核力合眾藥劑為捕收劑,仲辛醇為起泡劑,考察了不同藥劑用量和不同藥比對浮選效果的影響。試驗結果見表5。由表5可知:
表5 藥劑制度試驗結果Table 5 Result of comarative test on agent regimes %
(1)1#—3#試驗中在浮選藥劑用量不變的情況下,雖然2#試驗精煤產率不是最高,但精煤灰分最低,浮選完善指標最高[16],說明藥比(捕收劑用量∶起泡劑用量)為3∶1時,浮選效果最好,因此最佳藥比為3∶1。
(2)由2#、4#—8#試驗結果可知,隨著藥劑用量的增加,精煤產率也在增加,6#試驗的浮選完善指標最高,因此最佳藥劑用量為2 000 g/t。
(3)在保證精煤產率的前提下,一次浮選工藝的精煤灰分在16%~18%之間,若通過減少藥劑用量將精煤灰分降至13%以下,產率損失嚴重,因此若要得到較低灰分精煤,建議采用精選工藝。
(1)粒度分析和密度分析表明,朔州地區(qū)煤泥中高灰細煤含量較高,主導密度級為>1.8 g/cm3,占原煤泥的44.06%。高灰細泥給該地區(qū)煤泥提質利用造成不利影響。
(2)由分步釋放浮選試驗可知,對該煤泥進行分選在理論上可以得到較高產率的精煤產品,分選利用價值較高。
(3)通過試驗,獲得最佳的藥劑制度為:藥劑用量為2 000 g/t、藥比為3∶1;在此條件下,一次浮選精煤灰分在16%~18%之間,要想得到較低灰分精煤,建議采用精選工藝。