杨宏丽，杨　静，宋贤鹏，樊民强

(太原理工大学矿业工程学院，山西 太原 030024)

长焰煤是烟煤中的最低阶煤，很多长焰煤选煤厂仅分选块煤，粒度<0.5 mm的细粒通常直接抛弃或部分掺入精煤。但是随着环保要求的逐渐严格以及煤炭企业的竞争激烈，更多选煤厂开始考虑分选回收粒度<0.5 mm细粒煤泥。

浮选是分选粒度<0.5 mm煤泥广泛使用的方法。但是，众多研究表明，长焰煤中有较多的含氧官能团，如羟基、羧基、羰基、醚基等，这就决定了长焰煤具有较差的可浮性，用常规浮选药剂对其进行捕收往往难以得到理想的效果，同时药剂消耗量较大[1-4]。另外，长焰煤中细泥罩盖较为严重，这也导致传统的药剂制度不适用于长焰煤的浮选。

近年来，有学者围绕长焰煤的表面性质及其浮选促进方法展开了研究。早在20世纪80年代，XIA Wencheng等[5]总结了通过研磨、预调浆、热力、微波等提高低阶煤表面疏水性的预处理方法。韩艳娜[4]研究发现，NaCl与Span-80以及CaCl2、MgCl2与十二胺共同作用后可改善长焰煤的浮选效果，平朔、东坡、义马三个不同产地的长焰煤浮选产率最大分别达到51.77%、48.80%和64.01%。NI Chao等[6]发现，通过在浮选前加入吐温60可提高长焰煤的可浮性。YE Y等[7]通过各种研究指出，煤表面化学性质与其可浮性的关系非常复杂，适当的氧化反而会提高煤特别是低阶煤的表面疏水性。郑云婷等[3]采用傅里叶红外光谱分析、XPS分析、电位仪检测、比表面积自动测定仪检测了长焰煤的表面性质，以此为基础，他们提出，包含—OH和C=O的捕收剂可以与低阶煤表面的含氧基团形成氢键，使长碳链的非极性烃类油吸附在煤表面，从而提高其疏水性。

关于对长焰煤的浮选，文献多集中于理论推测，较少直接给出较满意的结果。本研究将矿物分选中普遍使用的分散剂和选煤工艺中普遍使用的聚丙烯酰胺用于长焰煤的浮选，考察了它们对长焰煤浮选的促进作用，得到了较为满意的结果。

1　试验

1.1　煤样来源与性质

研究所用煤样采自麻家梁选煤厂，该厂原煤经13 mm筛分后，150～13 mm进入重介浅槽分选，13～0 mm脱泥后用两产品重介旋流器分选，1.5～0.15 mm细粒煤用螺旋溜槽回收，0.15～0 mm细泥直接压滤。从选煤厂取分级筛筛上>13 mm原煤，对其破碎至1 mm以下，筛除+0.5 mm、取其中-0.5 mm作为浮选用样。该煤样的工业分析和元素分析结果分别见表1和表2。从表2可以看出，该煤样中氧含量较高，这将直接影响其可浮性。

煤样的粒度分析结果列于表3。从表3可以看出，+0.125 mm粒级占一半以上，各粒级灰分随着粒度的减小而增加，但最大灰分差在10%之内。

表1　工业分析结果

表2　元素分析结果

表3　煤样的粒度组成

1.2　浮选试验与评价指标

浮选试验在1.5 L机械搅拌式浮选机中进行，叶轮转速1 800 rpm，矿浆浓度100 g/L，进气量4.0 L/min。所用捕收剂为煤油(试剂级)，起泡剂为仲辛醇(分析纯)。浮选精煤、尾煤化验灰分，并根据下式计算精煤可燃体回收率ε作为浮选结果的评价指标。

式中，γj、Aj和Aw分别为精煤产率、精煤灰分和尾煤灰分。

1.3　分步释放试验

图1是煤样的分布释放试验结果。由图1可知，该煤不可能通过浮选得到很低灰分(例如10%)的精煤，但是16%～20%的精煤灰分对于保证精煤发热量已经足够(>22.99 MJ/kg)，而且可以最大程度上减少尾煤的产量，此灰分对于该长焰煤的分选而言较为合理。

图1　分步释放试验结果

2　结果与讨论

2.1　捕收剂与起泡剂用量优化

考察了煤油和仲辛醇用量对浮选的影响，结果见图2和图3。

图2　煤油和仲辛醇用量对精煤可燃体回收率的影响

由图2可以看出，煤油和仲辛醇用量越高，精煤可燃体回收率也越高，但煤油用量超过2 000 g/t以后，精煤可燃体回收率变化幅度很小。煤油用量在1 000～2 000 g/t时，增加仲辛醇的用量有助于提高精煤可燃体回收率，但当煤油用量非常低(如500 g/t)时，增加起泡剂用量反而会导致精煤可燃体回收率大幅度降低。

图3　煤油和仲辛醇用量对精煤灰分的影响

从图3可以看出，煤油用量越高，精煤灰分越高。当煤油用量不足时，只有可浮性最好的颗粒(低灰)可以上浮，而当煤油和仲辛醇用量都过高时，精煤灰分也会过高(超过20%)。

考虑到长焰煤作为动力用煤，药耗过高不经济，兼顾精煤灰分和可燃体回收率，煤油和仲辛醇用量分别应该在1 000～2 000 g/t和150～250 g/t之间。

2.2　分散剂对长焰煤浮选的影响

分散剂在矿物浮选中普遍使用，其用量通常为1 000～4 000 g/t。分散剂在煤泥分选中的应用主要集中于选择性絮凝研究中，其用量通常非常高，以分散剂浓度4%[8]为例，约等于浮选用量400 kg/t干煤泥(按浮选浓度100 g/L计)。考虑到长焰煤浮选成本不宜过高，本研究将分散剂用量控制在1 000～3 000 g/t之间，添加于煤油之前，调浆时间3 min，考察了六偏磷酸钠、偏磷酸钠、多聚磷酸钠三种分散剂对浮选的影响，结果见图4。

图4　分散剂对浮选结果的影响

由图4可见，三种分散剂均可以显著提高精煤可燃体回收率，多聚磷酸钠(3 000 g/t)、六偏磷酸钠(2 000 g/t)、焦磷酸钠(2 000 g/t)分别可以使精煤可燃体回收率提高约11.80%、8.15%和6.41%，同时可使尾煤灰分提高18.48%、4.44%和10.10%，对应尾煤灰分均在60%以上。其中多聚磷酸钠(3 000 g/t)对应精煤灰分和尾煤灰分分别为19.64%和69.33%。

分散剂作用于高岭土等高灰物质会增强其负电性[9]，使这部分高灰细泥分散于矿浆中，消除对煤颗粒表面的罩盖，从而使可浮性较弱(灰分略高)的煤粒也有机会上浮进入泡沫层，这也是加入分散剂以后精煤灰分整体有所上升的原因。要保持较稳定、较低灰分的精煤产品，宜采用焦磷酸钠作分散剂。

三种分散剂对精煤可燃体回收率的促进作用从大到小依次为多聚磷酸钠>六偏磷酸钠>焦磷酸钠，这与它们的分子构型以及其中阴离子的量有关。三种分散剂的分子构型如图5所示(多聚磷酸钠是二聚、三聚磷酸钠的混合物，以三聚磷酸钠为例)。一方面分散剂通过在水中电离出阴离子吸附于颗粒表面，增加颗粒表面负电性，从而在静电斥力的作用下实现颗粒的分散[10]。相同用量下，三聚磷酸钠具有最多的总负电荷，六偏磷酸钠次之，焦磷酸钠负电荷量最少(表4)，这与精煤可燃体回收率变化规律一致，说明其负电性在分散作用中占主导。另一方面分散剂的分子构型对其分散作用也有影响，六偏磷酸钠因为是环状结构，其空间位阻效应最为明显，也是这三者中应用最广的分散剂。

图5　分散剂分子结构示意图

表4　分散剂中阴离子的数量

分散剂种类1000g/t2000g/t3000g/t三聚磷酸钠/mol13.5927.1840.78六偏磷酸钠/mol9.8119.6229.42焦磷酸钠/mol8.9717.9426.91

2.3　聚丙烯酰胺对长焰煤浮选的影响

选用了阴离子型、阳离子型、非离子型共三种聚丙烯酰胺，分子量均为600万，添加在分散剂(焦磷酸钠2 000 g/t)之后、捕收剂(煤油2 000 g/t)之前，调浆3 min，结果见图6。

图6　聚丙烯酰胺对浮选结果的影响

从图6可以看出，控制聚丙烯酰胺在较低用量下，可以改善长焰煤的浮选。少量聚丙烯酰胺(5 g/t)可以使精煤灰分降低约1.5%。同时阴离子聚丙烯酰胺可使精煤可燃体回收率提高约6.17%，当其用量为5 g/t时，精煤可燃体回收率可达94.23%，此时精煤、尾煤灰分分别为17.25%和66.27%。这表明，聚丙烯酰胺特别是阴离子型聚丙烯酰胺可以选择性地吸附在低灰微细粒煤表面，促进其回收；但随着用量增大，过量的聚丙烯酰胺会使分散的细泥重新聚集到煤粒表面，导致精煤灰分升高，同时可燃体回收率下降。阳离子型聚丙烯酰胺会使荷负电的高灰细泥絮凝于煤粒表面，阻碍捕收剂向煤表面吸附，从而随着用量增加，造成精煤灰分迅速升高而可燃体回收率降低。非离子型聚丙烯酰胺在较高用量下也可得到较为理想的结果。

3　结　论

长焰煤浮选精煤灰分不能太低，宜为16%～20%，煤油和仲辛醇用量分别应为1 000～2 000 g/t和150～250 g/t，以保证产品质量同时合理控制药耗。

分散剂可消除煤颗粒表面的高灰细泥罩盖从而促进煤的浮选。三种分散剂对精煤可燃体回收率的促进作用从大到小依次为：多聚磷酸钠>六偏磷酸钠>焦磷酸钠，这与它们的分子构型以及其中阴离子的量有关。其中多聚磷酸钠在3 000 g/t时可使精煤可燃体回收率提高11.80%、尾煤灰分提高18.48%，对应精、尾煤灰分分别为19.64%和69.33%。

使用少量聚丙烯酰胺可以使精煤灰分降低，可燃体回收率提高。使用少量阴离子聚丙烯酰胺可得到灰分17.25%、可燃体回收率94.23%的精煤，对应尾煤灰分66.27%。

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[3]郑云婷,程宏志,石焕.长焰煤表面性质及其对可浮性的影响[J].选煤技术,2016(2):11-15.

[4]韩艳娜. 无机电解质与表面活性剂共同作用对低阶煤表面性

质及可浮性的影响[D].太原：太原理工大学,2011.

[5]XIA Wencheng,YANG Jianguo,LIANG Chuan.A short review of improvement in flotation of low rank/oxidized coals by pretreatments[J].Powder Technology,2013,237:1-8.

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