荣国强，吴 迪，张友飞，李 明

(1.中国矿业大学 国家煤加工与洁净化工程研究中心，江苏 徐州221116；2.中国矿业大学 化工学院，江苏 徐州221116；3.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山063012；4.河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山063012)

随着高灰难选煤泥数量的增加，煤泥浮选难度越来越大。研究发现：异质细泥和粗颗粒连生体含量高[1-2]是这类煤泥难选的主要原因。国内研究者在这方面做了大量探索，蔡念庚等[3]研究发现：细泥质量轻、捕收剂性能差是浮选效果差的主要原因[1]。程宏志等[4]的研究表明：煤泥的选择性聚团、选择性絮凝、振荡浮选等可以提高浮选选择性[5-6]。桂夏辉等[7]的研究说明：机械夹带和在粗粒煤表面罩盖是异质细泥进入浮选精煤的主要方式。周开洪等[8]研究发现：低灰粗颗粒主要损失在浮选尾煤中，较多高灰细泥进入浮选精煤中。张文军[9-13]等对浮选柱的工作原理和技术特点分析发现：在分选微细粒煤泥时，浮选柱比浮选机更具优势。

基于前人的研究成果，在实验室条件下，分别对煤油用量、浮选机刮泡时间、煤泥调浆时间、浮选柱降灰性能及<0.5 mm粒级原煤磨矿-浮选条件进行探索，并对比不同条件下的煤泥浮选效果，目的是为包头矿区高灰难选煤泥的高效降灰提供理论借鉴和支持。

1 试验部分

1.1 仪器设备和药剂

(1)试验设备。XFD-1.0 L型实验室用单槽浮选机，调浆转速在0～2 600 r/min之间，叶轮转速在0～30 r/min之间；KY-50实验室型旋流-静态微泡浮选柱，浮选柱直径为50 mm；标准套筛，筛孔尺寸分别为0.5、0.25、0.125、0.074、0.045 mm。

(2)试验药剂。试验药剂包括捕收剂和起泡剂两种，捕收剂为柴油，起泡剂为仲辛醇，均采自生产现场。

1.2 试样性质

1.2.1 粒度组成

试样(煤泥)来自内蒙古包头矿区，根据GB/T477—2008《煤炭筛分试验方法》规定，采用标准套筛对试样粒度组成进行分析，试验结果如图1所示。

由图1可知：随着粒度的减小，各粒级灰分增大。主导粒级为0.5～0.125 mm粒级，其产率为42.70%，灰分为28.75%，这说明低灰粗粒含量偏高，可能在一定程度上带来尾煤灰分偏低的问题。<0.045 mm粒级产率为26.63%，灰分高达40.52%，说明这部分物料含有大量异质细泥，浮选时要注意异质细泥的非选择性上浮对浮选精煤的污染。

1.2.2 密度组成

试样的密度组成如图2所示。由图2可知：<1.40 g/cm3密度级的产率为14.48%，灰分为6.76%，这说明低密级含量低。>1.60 g/cm3密度级产率为42.50%，中间密度级(1.40～1.60 g/cm3)产率高达43.02%，灰分为20.93%，这说明连生体含量高。此外，结合煤泥的可浮性和现场要求判断，当要求浮选精煤灰分为15%时，其属于较难选煤泥。

图1 试样粒度组成

图2 试样密度组成

1.3 试验方案

在实验室条件下，保持入浮煤浆浓度恒定为80 g/L，分别依据相关要求对煤油用量、浮选机刮泡时间、煤泥调浆时间、浮选柱降灰性能及<0.5 mm粒级原煤磨矿-浮选条件进行探索，对比不同条件下的煤泥浮选效果，进而确定高灰难选煤泥的最佳降灰条件。

2 试验结果与分析

2.1 煤泥分步释放试验

参考现场药剂制度，依据GB/T 36167—2018《选煤实验室分步释放浮选试验方法》规定，确定的煤泥分步释放浮选试验参数为：浮选机叶轮转速1 800 r/min，充气量0.25 m3/(m2·min)，矿浆浓度80 g/L，柴油用量600 g/t，仲辛醇用量100 g/t。试验结果如图3所示。

图3 煤泥分步释放浮选试验结果

由图3可知：经过一次粗选后，浮选精煤产率高达80.29%，灰分高达23.22%；随着精选次数的增加，矿浆内残余的药剂越来越少，不同可浮性的煤粒对药剂和能量的竞争愈发激烈，可浮性好的煤粒在精选阶段显现出更多优势，浮选精煤产率和灰分均呈下降趋势；经过五次精选后，最终精煤灰分为16.64%，仍然不能满足灰分为15%的要求，进一步验证了该煤泥具有易浮难选的性质[1]。

异质细泥和中间连生体的大量上浮，导致浮选精煤质量不能满足要求，因此必须通过煤泥的表面改质或连生体解离才能获得合格浮选精煤。

2.2 煤油用量探索试验

在矿浆浓度为80 g/L、调浆转速为2 100 r/min、调浆时间为4 min的条件下，以仲辛醇作为起泡剂，固定用量为100 g/t，调整煤油用量，并观察其用量变化对煤泥浮选效果的影响。试验时浮选机叶轮转速为1 800 r/min，充气量为0.25 m3/(m2·min)，刮泡时间为3 min。煤油用量探索试验流程如图4所示，试验结果见表1。

图4 煤油用量探索试验流程

由表1可知：随着煤油用量的增大，浮选精煤产率和灰分趋于稳定，精煤灰分在24%以上，远远超出浮选精煤灰分要求，说明浮选精煤受异质细泥和中间连生体污染严重。这可能是由煤油超量或刮泡时间过长引起的，即浮选过程过于充分。因此，需要降低煤油用量或缩短刮泡时间，以观察煤泥浮选效果。

表1 煤油用量探索试验结果

2.3 煤油用量与浮选机刮泡时间优化试验

在其他参数不变，刮泡时间为2 min的条件下，煤泥浮选指标随煤油用量变化情况见表2。由表2可知：降低煤油用量和缩短刮泡时间可在一定程度上降低浮选精煤灰分，但浮选精煤灰分仍在21%以上，不能满足要求。

表2 煤油用量与浮选机刮泡时间优化试验结果

为了确定煤泥难选的原因，对煤油、仲辛醇用量分别为215、100 g/t的浮选精煤密度组成和粒度组成进行分析，结果如图5、图6所示。

图5 浮选精煤密度组成

由图5可知：浮选精煤中>1.60 g/cm3密度级的产率为23.91%，灰分高达52.23%，说明异质细泥和中间连生体的非选择性上浮是浮选精煤灰分高的主要原因。

图6 浮选精煤粒度组成

由图6可知：各粒级灰分均已超出浮选精煤灰分要求，说明浮选选择性普遍较差。由于粗粒级的脱落概率大，其进入后使浮选精煤灰分低于细粒级灰分；粗粒级的灰分较高，说明其中含有部分未解离的中煤；由于细粒级跟随性强，黏土类细泥易罩盖在精煤表面或随水流进入精煤泡沫，导致该粒级灰分偏高。

2.4 调浆时间探索试验

在煤油用量为215 g/t、仲辛醇用量为100 g/t、充气量为0.25 m3/(m2·min)、刮泡时间为3 min的条件下，对煤泥进行调浆，考察调浆时间对煤泥浮选效果的影响。调浆时间分别为0、5、10、15、20、25、30、40 min时，煤泥浮选效果见表3。

表3 不同调浆时间的煤泥浮选效果

由表3可知：随着调浆时间的增加，浮选精煤灰分、产率均没有明显变化，说明高紊流对矿粒的打磨并未能改善浮选选择性。

2.5 浮选柱降灰性能探索

称取2 400 g干煤泥，放入容量为30 L的搅拌桶内，加水配制成浓度为80 g/L的矿浆；在煤油用量为215 g/t、仲辛醇用量为100 g/t、调浆时间为4 min的条件下，采用KY-50实验室用旋流-静态微泡浮选柱对其进行浮选，进而研究该浮选柱的降灰性能。当泡沫层稳定后，在泡沫层处于15、20、25、30、35 cm厚度时，分别对精煤、尾煤进行取样，并对两者进行化验，结果见表4。

表4 浮选柱浮选试验结果

由表4可知：随着泡沫层厚度的增加，精煤灰分和产率均降低，这是因为厚泡沫层有强的二次富集作用，能够减少机械夹带的异质细泥。在精煤产率相同的情况下，与浮选机选出的精煤相比，浮选柱选出的精煤灰分低1～2个百分点。

结合前面分析得知，此煤泥属于易浮难选煤泥，入料的不同密度级可浮性差异不显著。多数中间连生体被气泡带入精煤，厚泡沫层能够有效抑制高灰细泥污染浮选精煤，但对连生体的抑制作用不大，所以浮选精煤灰分下降程度有限。因此，必须对中间连生体进行充分解离，尽量增加给料中不同密度级的可浮性差异，并释放出更多的低灰精煤。

2.6 <0.5 mm粒级原煤磨矿-浮选试验

在调浆转速为2 100 r/min、调浆时间为4 min、煤油用量为215 g/t、仲辛醇用量为100 g/t、刮泡时间为2 min、充气量为0.25 m3/(m2·min)的条件下，采用QHJM-2立式超细搅拌磨机将煤泥磨细，观察不同磨矿时间(0、0.5、1.0、1.5、2.0 min)下的煤泥浮选效果。<0.5 mm粒级原煤磨矿-浮选试验结果见表5。

表5 <0.5 mm粒级原煤磨矿-浮选试验结果

由表5可知：原煤经过磨矿后可以释放出部分精煤，进而使精煤灰分降至要求灰分。当磨矿时间为0.5 min时，浮选精煤灰分为14.98%，产率为61.02%，其灰分满足要求。随着磨矿时间的增加，浮选精煤灰分降低，产率也降低，说明煤泥粒度不宜过细，否则不利于浮选。这是因为矿浆内的大量细泥和煤粒竞吸药剂，其中的低灰颗粒因得不到药剂无法粘附在气泡表面，从而损失在尾煤中。

不同磨矿时间的煤泥粒度组成见表6。由表6可知：当磨矿时间为0.5 min时，>0.25 mm粒级的产率下降13.07个百分点，0.25～0.125 mm粒级的产率下降6.52个百分点；煤泥经过磨矿后，粗粒级灰分增加，细粒级灰分降低，这进一步说明入料>0.25 mm粒级含有大量连生体；当磨矿时间为1 min时，>0.25 mm粒级的产率降至4.10%，0.125～0.25 mm粒级的产率降至8.33%，<0.045 mm粒级的产率升至57.20%，此时浮选最佳粒级(0.25～0.074 mm粒级)的产率仅为24.16%，煤泥浮选效果不能满足要求。因此，在试验条件下，当磨矿时间为0.5 min时，煤泥浮选效果最好，可以获得灰分为14.98%、产率为61.02%的浮选精煤。

表6 不同磨矿时间的煤泥粒度组成

3 结论

(1)内蒙古包头矿区的煤泥属于高灰难选煤泥，其中的低灰粗颗粒含量偏高，可能带来尾煤灰分偏低的问题；<0.045 mm粒级含有大量异质细泥，易对浮选精煤造成污染；中间连生体含量高，需要对其进行充分解离。

(2)高灰细泥和中间连生体的非选择性上浮是浮选精煤灰分偏高的重要原因，在对煤泥磨矿的基础上，采用浮选柱浮选时降灰效果更好。

(3)在调浆转速为2 100 r/min、调浆时间为4 min、煤油用量为215 g/t、仲辛醇用量为100 g/t、充气量为0.25 m3/(m2·min)、刮泡时间为2 min、磨矿时间为0.5 min的条件下，煤泥浮选后可以获得灰分为14.98%、产率为61.02%的浮选精煤。