郑云婷

(1.天地(唐山)矿业科技有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山 063012)

2021年我国原煤产量为41.3亿t，全国煤炭消费量为42.3亿t，煤炭占中国能源消耗总量的56.0%。据预测，到2030年煤炭在我国一次能源结构中的比例还将保持在55%左右[1]，因此在未来相当长的一段时间内，煤炭都是中国的主要能源。选煤是促进煤炭清洁高效利用最经济有效的途径之一[2-4]。随着采煤机械化程度的提高，原煤中细粒级(粒度在0.5 mm以下)的含量大幅增加，灰分也大大提高[5]，煤炭用户从节能减排和经济利益出发，对煤炭质量的要求越来越严格，因此细粒煤的洗选越来越受到重视。如何将细粒煤进行有效分选是当前选煤行业的研究热点[6]。浮选是分选细粒矿物应用最广、效果最好的选矿方法[7-9]。煤泥浮选是一个复杂的物理化学过程，煤泥浮选效果受细煤泥性质、生产操作条件等多种因素制约。针对细粒煤泥浮选难题，国内外学者通过强化调浆、优选浮选设备、优化工艺流程、添加药剂等方法来提高细粒煤泥的浮选效果。上述研究对细粒煤泥分选均起到了一定的促进作用，且研究主要集中在调浆、设备和药剂方面。

为解决细粒含量高、灰分高煤泥的分选问题，对山西朔州矿区煤泥进行了粒度分析、密度分析，并通过分步释放浮选试验和药剂制度试验，对该煤泥的分选提质进行了研究。

1 煤泥性质

1.1 煤泥粒度分析

试验煤样采自山西朔州矿区原煤中<0.5 mm粒级煤泥，混合、缩分、干燥后装袋密封备用。称取试验样品200 g，采用筛孔尺寸为0.045，0.074，0.125，0.25，0.5 mm的泰勒套筛依次进行湿法筛分，小筛分试验结果见表1。

表1 煤样小筛分试验结果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粗颗粒存在，产率为4.70%，若在实际生产中出现该状况，说明分级作业不够完善，存在“跑粗”现象，需注意控制入浮粒度上限。

(2)0.074～0.045 mm粒级产率为26.45%，灰分为39.70%，为主导粒级。

(3)<0.074 mm粒级产率为40.93%，<0.045 mm粒级产率为14.48%，且灰分偏高，说明细煤泥含量相对较高，矸石存在严重的泥化现象，因此在浮选过程中应注意高灰细泥对精煤的污染问题[10]。

1.2 煤泥密度分析

采用TD5M-WS 多管架自动平衡离心机进行煤泥小浮沉试验，离心机转速为3 000 r/min，用四氯化碳、三溴甲烷和苯等有机溶剂配置重液。煤泥小浮沉试验结果见表2。

表2 煤泥小浮沉试验结果Table 2 Float-and-sink analysis data %

由表2可以看出，该煤泥中低密度级产率较低，高密度级产率较高，各密度级具体情况是：<1.3 g/cm3密度级产率为4.80%，且这一密度级灰分也较低，为4.77%；主导密度级为>1.8 g/cm3，产率为44.06%，灰分不高，为67.25%[11]；1.4～1.5 g/cm3密度级产率为17.73%，灰分较高，为14.16%；<1.5 g/cm3密度级产率为37.21%，灰分较低，为10.76%，对分选有利[12]。

2 试验

2.1 煤泥分步释放浮选试验

按照GB/T 36167—2018《选煤实验室分步释放浮选试验方法》规定对煤泥进行分步释放浮选试验。试验选用叶轮转速为1 800 r/min，充气量为0.15 m3/(m2·min)的浮选机。试验条件为：浮选矿浆浓度为100 g/L，药剂用量为3.0 kg/t，药比(捕收剂用量∶起泡剂用量)为4∶1。试验流程如图1所示。试验结果见表3。由表3数据绘制煤样分步释放浮选曲线，如图2所示。

图1 分步释放浮选试验流程Fig.1 Flowsheet of timed-release flotation testing process

由表3可知：经过一次粗选，可以得到灰分为18.20%、产率为66.73%的精煤产品，一次性可排除33.27%的灰分为80.94%的尾煤产品。

表3 分步释放浮选试验结果Table 3 Result of timed-release flotation test %

由图2可知：随着分选次数的增加，精煤的产率和灰分都降低。经过一次精选，精煤灰分为12.92%，精煤产率为60.98%，精煤灰分得到有效的降低，说明通过精选可以将粗选过程中夹带的高灰细泥脱除[13-14]。通过三次精选可以获得产率为58.57%、灰分为11.35%的理论分选指标。查浮选曲线可知，理论精煤灰分要求为11.00%时，煤样的理论精煤产率为55.95%。对该煤样进行浮选在理论上可以得到较高产率的低灰精煤，分选利用价值较高[15]。

图2 分步释放浮选曲线Fig.2 Flotation curve plotted with timed-release analysis data

2.2 药剂制度试验

2.2.1 捕收剂比选试验

在药剂用量为1 000 g/t、药比为3∶1、入料浓度为100 g/L、充气量为0.25 m3/(m2·min)、搅拌强度为1 800 r/min试验条件下，以仲辛醇为起泡剂，比较了3种不同捕收剂的浮选效果，试验结果见表4。

表4 药剂选择浮选试验结果Table 4 Result of comparative test on different collectors %

由表4可以看出：在相同浮选条件下，捕收剂为核力合众药剂时，精煤产率为42.14%，精煤灰分为14.35%，可燃体回收率为58.36 %，浮选完善指标为42.51%，浮选效果在3种捕收剂中最好。因此后续试验采用该药剂作为捕收剂。

2.2.2 药剂制度比选试验

为了确定浮选药剂用量与捕收剂、起泡剂的用量比例，在入料浓度为100 g/L、充气量为0.25 m3/(m2·min)、搅拌强度为1 800 r/min试验条件下，以核力合众药剂为捕收剂，仲辛醇为起泡剂，考察了不同药剂用量和不同药比对浮选效果的影响。试验结果见表5。由表5可知：

表5 药剂制度试验结果Table 5 Result of comarative test on agent regimes %

(1)1#—3#试验中在浮选药剂用量不变的情况下，虽然2#试验精煤产率不是最高，但精煤灰分最低，浮选完善指标最高[16]，说明药比(捕收剂用量∶起泡剂用量)为3∶1时，浮选效果最好，因此最佳药比为3∶1。

(2)由2#、4#—8#试验结果可知，随着药剂用量的增加，精煤产率也在增加，6#试验的浮选完善指标最高，因此最佳药剂用量为2 000 g/t。

(3)在保证精煤产率的前提下，一次浮选工艺的精煤灰分在16%～18%之间，若通过减少药剂用量将精煤灰分降至13%以下，产率损失严重，因此若要得到较低灰分精煤，建议采用精选工艺。

3 结论

(1)粒度分析和密度分析表明，朔州地区煤泥中高灰细煤含量较高，主导密度级为>1.8 g/cm3，占原煤泥的44.06%。高灰细泥给该地区煤泥提质利用造成不利影响。

(2)由分步释放浮选试验可知，对该煤泥进行分选在理论上可以得到较高产率的精煤产品，分选利用价值较高。

(3)通过试验，获得最佳的药剂制度为：药剂用量为2 000 g/t、药比为3∶1；在此条件下，一次浮选精煤灰分在16%～18%之间，要想得到较低灰分精煤，建议采用精选工艺。