张云飞

（国能神东煤炭集团有限责任公司，陕西 榆林 719300）

浮选是分选细粒矿物最有效、应用最广泛的方法之一。目前，国能神东煤炭集团有限责任公司（简称神东公司）煤泥产出量大，所有选煤厂原煤全入洗后煤泥产量约2 000 万t/a，仅布尔台选煤厂煤泥产量约150 万t/a。神东公司利用布尔台选煤厂10 万t/a 煤泥浮选脱灰降硫系统浮选出来的精煤的灰分可由30%～40%降至10%以下，其工业分析数据与销售精煤相近，可完全满足煤化工企业气化用煤的需求，且浮选精煤中粒度＜0.045 mm 的物料的质量分数高达60%以上、含水率极高，是制备水煤浆的优势原料，因此以煤泥为原料代替部分原煤制备水煤浆，能创造可观的效益。

但神东浮选精煤不易被水润湿又具有较高的比表面积，单独制浆时浆体极易产生团聚，使浆体黏度升高，流动性变差[1]，需要对其进行“整形”处理，利用“细”的优点将浮选精煤制备成超细水煤浆。超细水煤浆不同于传统意义上的燃料用水煤浆和气化用水煤浆，不属于水煤浆的最终产品，主要用于与其他煤种有效结合后进行气化煤浆提浓。水煤浆添加剂可以改变煤粒的表面性质，使煤粒表面紧紧地被添加剂分子和水化膜包围，并均匀地分散在水中，可防止煤粒聚结，并提高水煤浆的流动性[2]，因此有必要从市面上筛选适合浮选精煤提浓制浆的添加剂。王国房[3-4]以对氨基苯磺酸钠、苯酚、甲醛为主要原料合成的氨基磺酸系水煤浆添加剂具有官能团种类丰富、分子极性强、与煤粒表面匹配性强等特点；采用磺化、缩合手段对木质素磺酸盐分子进行改性，通过调整分子结构和分子量分布，改善其亲水亲油官能团的平衡，制成适宜于低阶煤气化水煤浆的添加剂。萘系添加剂是水煤浆行业使用量最大、应用最广泛的添加剂，通过对萘系添加剂进行复配和复合改性，表明其能提高水煤浆浓度，降低黏度，提高稳定性[5]。

本文模拟工业干法制浆，将神华煤、神东浮选精煤制备成不同粒度分布的煤粉后进行级配制浆，并在煤浆中添加木质素改性系、萘系复配和氨基磺酸系添加剂，通过对比药剂种类及添加量对水煤浆性能的影响，筛选出与浮选精煤提浓制浆匹配的添加剂，现将其介绍如下。

1 实 验

1.1 主要原料和仪器

实验煤样：神华煤、神东浮选精煤，添加剂：木质素改性系（棕褐色粉末）、萘系复配（深棕色粉末）、氨基磺酸系（棕褐色粉末）。

实验仪器：NXS-4CP 型水煤浆黏度计（成都仪器厂）、Mastersizer 3000 粒度仪（英国马尔文仪器有限公司）、HB43-S 快速水分测定仪（梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司）、JJ-1 电动搅拌器（金坛市环宇科学仪器厂，200 W）、QHJM-3 超细研磨机（湖南清河重工机械有限公司）、XMB-Φ240 mm×300 mm 棒磨机（武汉探矿机械厂）、5E-JCA 颚式破碎机（长沙开元仪器有限公司）、5E-SSB200 标准筛振筛机（长沙开元仪器有限公司）。

1.2 水煤浆的制备

将神华煤用颚式破碎机破碎至粒度在3 mm 以下，投入棒磨机中进行研磨，研磨时根据煤的磨矿特性和出料粒度要求（粒径≤75 μm 煤粉的质量分数在35%～40%）进行多次取样振动筛分，样品粒度满足要求后全部取出，作为粗粉备用。神东浮选精煤经压滤脱水后水分仍达到25%～30%，无法用超细研磨机直接进行研磨，需经自然晾晒后（水分降到10%以下）再研磨30 min，即适当调整浮选精煤的粒度分布并改变煤颗粒的形状（由不规则棱角状变成球状），通过粒度仪测试煤颗粒粒径，筛选平均粒径为15 μm 左右的细粉备用。将制备好的浮选精煤细粉和神华煤粗粉按不同比例添加制成气化煤浆，添加剂质量分数为0.5%。

1.3 水煤浆性能的测定及技术指标

1.3.1 水煤浆性能的测定

水煤浆表观黏度的测定根据GB/T 18856.4—2008《水煤浆试验方法 第4 部分：表观粘度测定》，测试水煤浆在实验温度20 ℃、剪切速率100 s-1时的表观黏度；流动性的测定采用目测法，根据浆体自然下落的间断状态，分为B 和C 两个级别，为了进一步区分B级流动性的较小差别，分别以“+”和“-”表示，即B+、B-；稳定性的测定采用插棒法，分为4 个等级：A、B、C、D；浓度的测定采用快速水分测定仪测量。

1.3.2 水煤浆的技术指标

GB/T 31426—2015《气化水煤浆》中气化水煤浆的部分技术指标见表1。

表1 气化水煤浆的部分技术要求

2 结果与分析

2.1 浮选精煤粒度分析

将研磨后的浮选精煤采用粒度仪进行粒度测试，浮选精煤研磨前后的粒度分布曲线分别见图1、图2，研磨前后的粒度参数对比见表2。

图1 浮选精煤研磨前的粒度分布

图2 浮选精煤研磨后的粒度分布

表2 研磨前后的粒度参数对比

结合图1、图2 和表2 可以看出，浮选精煤经过超细研磨机研磨后，体积平均粒径与表面积平均粒径的差值更接近，说明颗粒的形状越规则，粒度分布越集中，同时，粒径在75 μm 以下的细粉的含量明显增多。粒度变小后的浮选精煤是制备超细水煤浆的最佳原料。

2.2 浮选精煤制浆提浓效果

煤浆提浓的关键是制备出合格的细浆（粉），然后将制备好的细浆（粉）返回到棒磨机中。细浆（粉）的作用是在提高煤浆流动性的同时优化颗粒的堆积效率，进而提高煤浆浓度，实现气化水煤浆的高效堆积，提高煤浆浓度还能提高有效气产率、大大降低氧气和煤浆的单耗。国内气化水煤浆粒度分布要求见表3，浮选精煤提浓制浆性能指标见表4，最佳级配下的粒度分布见图3。

图3 最佳级配下的粒度分布

表3 国内气化水煤浆粒度分布要求

表4 浮选精煤提浓制浆性能指标

由表4 可知，随着浮选精煤细粉比例的增加，煤浆浓度升高，表观黏度增大，流动性变差，稳定性变好。在浮选精煤细粉质量分数为15%时，制得的浆体的浓度、表观黏度、流动性等各性能都能满足工业气化浆要求，此时煤浆质量分数为63.40%，较工业生产中神华煤单棒磨机出浆质量分数（60.40%）高3 个百分点，为最佳级配比。由图3 可知，细颗粒加入到粗颗粒中，起到了互相填充的作用，提高了堆积效率，使得粒度分布均匀，满足工业生产中气化煤浆的粒度要求，出现的不明显双峰表明其大致符合连续双峰级配。

2.3 添加剂种类及用量对制浆性能的影响

实验中使用到木质素改性系、萘系复配、氨基磺酸系添加剂，利用上述3 种不同用量的添加剂制备气化水煤浆，添加剂种类及用量与浆体表观黏度的关系见图4（实验中级配的条件固定为粗细粉质量比85∶15，水煤浆质量分数63%）。

图4 添加剂种类及用量与浆体表观黏度的关系

由图4 可知，添加剂用量过少会导致浆体表观黏度较大，随着添加剂用量的增加，水煤浆的表观黏度呈下降趋势；木质素改性系与萘系添加剂在药剂质量分数为0.7%～1.0%时，表观黏度下降平缓；氨基磺酸系添加剂制浆表观黏度较高，在药剂质量分数为0.9%时，制得的浆体的表观黏度才能满足气化水煤浆的要求；在常规用药质量分数为0.5%时，木质素改性系制得的浆体的表观黏度（≤1 300 mPa·s）低于其他两种，浆体的流动性和稳定性同样优于其他两种。经分析，添加剂效果从好到差依次为：木质素改性系、萘系复配、氨基磺酸系，可确定木质素改性系添加剂为实验的最佳匹配药剂。

2.4 添加剂对不同浓度浆体性能的影响

添加高剂量（质量分数为1.0%）的木质素改性系添加剂制备质量分数为63%～66%的煤浆，并测定其表观黏度，煤浆质量分数与表观黏度的关系见图5。

图5 煤浆质量分数与表观黏度的关系

由图5 可知，随着煤浆浓度的不断升高，表观黏度不断增加，此时游离水比例变少，颗粒间团聚程度加大、间距变小，相互之间的作用增大，使得摩擦碰撞增多，润滑和缓冲作用减小；在药剂质量分数为1.0%、浆体表观黏度≤1 300 mPa·s 的气化要求条件下，浮选精煤最高制浆质量分数为65%。

3 结 语

将神东煤泥浮选后加工制成浮选精煤细粉，并与神华煤粗粉有效结合进行气化煤浆提浓。当浮选精煤细粉质量分数为15%时，对比工业生产中神华煤单棒磨机出浆质量分数为60.40%的气化煤浆，煤浆提浓后质量分数增长了3 个百分点，煤浆粒度分布大致符合连续双峰级配，制得的浆体的浓度、表观黏度、流动性等各性能都能满足工业气化浆要求。通过分析不同种类及用量的添加剂对制浆性能的影响，确定木质素改性系添加剂为神华煤的最佳匹配药剂；在药剂质量分数为1.0%、浆体表观黏度≤1 300 mPa·s 的气化要求条件下，浮选精煤最高制浆质量分数为65%。