易泥化煤泥浮选效果优化研究.pdf

第51卷第2 期2023年4月文章编号：10 0 1-357 1（2 0 2 3）0 2-0 0 54-0 6苏可，李春旭，姜涵悦，陈冬琴，王云琳，王树，包西程，李永改（1.国家能源集团乌海能源有限责任公司，内蒙古乌海0 16 0 0 0；2.中国矿业大学化工学院，江苏徐州2 2 1116）摘要：为了改善易泥化煤泥浮选效果，基于煤样粒度、密度和岩性分析，采用单元浮选试验，探索了夹研中不同泥岩占比和不同夹研含量时的煤泥浮选效果；为进一步提高精煤产率和精煤可燃体回收率，选用KS712、K S7 36 型捕收剂进行煤泥浮选试验。试验结果表明：夹中的泥岩占比增加会降低精煤产率和可燃体回收率；煤泥中夹研含量的增加会使精煤灰分升高，并降低精煤可燃体回收率；当KS712、K S7 36 型捕收剂用量均为2 5g/t时，精煤产率分别为51.38%和56.15%，精煤灰分分别为11.34%和12.9 1%。KS712型捕收剂具有良好的选择性，KS736型捕收剂具有较强的捕收能力，有利于两种捕收剂均适用于易泥化煤泥的浮选作业，可有效提高易泥化煤泥的浮选效果。关键词：煤泥浮选；易泥化煤泥；煤质分析；新型捕收剂；浮选试验；浮选精煤产率；可燃体回收率中图分类号：TD94Study on optimization of the effect of flotation of the coalslime containing mudstone prone to degradation in waterSU Ke,LI Chunxu,JIANG Hanyue,CHEN Dongqin,WANG Yunlin,2.School of Chemical Engineering,China University of Mining&Technology,Xuzhou 221116,China)Abstract:In order to achieve a better result in flotation of the coal slime which is liable to undergo deg-radation in water,analysis on size,density and lithology of the coal sample,and batch-flotation test areboth made to explore the effect on slime flotation produced by different proportions of mudstone in dirtsfrom mining seams partings and different proportions of such dirts in coal attaining a higher yield of flota-tion concentrate product and recovery of collectors.As revealed by test result,the increase of proportionof mudstone in dirts can lead to decrease of yield of concentrate and recovery of combustible matter;theincrease of content of dirts in coal slime can cause the rise of concentrate ash and drop of recovery of com-bustible matter;when the collectors KS712 and KS736 are respectively used at an equal dosage of25 g/t,the yield and ash of the concentrate products are 51.38%and 56.15%in the former case,and11.34%and 12.91%in the latter case,respectively;it can be seen that the collector KS712 is exceed-ingly good in selectivity and the collector KS736 exhibits an extremely high collecting capability;and with收稿日期：2 0 2 3-0 1-0 3基金项目：江苏省自然科学基金青年基金项目（BK20180656）作者简介：苏可（19 8 8 一），男，吉林辽源人，从事煤矿井下开采与工艺方面的研究。通讯作者：李永改（19 8 9 一），女，江苏徐州人，博士，副教授，从事矿物加工理论与技术及设备研究工作。E-mail：liy o n g g a i c u m t.e d u.c n，T e l：0 516-8 359 1555。引用格式：苏可，李春旭，姜涵悦，等易泥化煤泥浮选效果优化研究J】选煤技术，2 0 2 3，51（2）：54-59.SU Ke,LI Chunxu,JIANG Hanyue,et al.Study on optimization of the effect of flotation of the coal slime containing mudstone prone to deg-radation in water J.Coal Preparation Technology,2023,51(2):54-59.54选煤技术COALPREPARATIONTECHNOLOGY易泥化煤泥浮选效果优化研究文献标志码：AWANG Shu,BAO Xicheng,LI Yongai?(1.CNH Energy Wuhai Energy,Wuhai 016000,China;3责任编辑：李志斌D0I：10.16 447/j.c n k i.c p t.2 0 2 3.0 2.0 10Vol.51No.2Apr.2023第51卷第2 期the use of both collectors for flotation of the fine coal which is susceptible to degradation in water,the flo-tation efficiency can get effectively improved.Keywords:fine coal flotation;fine coal susceptible to degradation in water;analysis of coal property;novel-type collecting agent;flotation test;yield of concentrate;recovery of combustible matter我国以煤为主体的能源结构短期内很难得到根本改变，煤炭仍然在能源供给体系中发挥着基础和兜底保障性作用1-3，煤炭的清洁高效利用仍是技术研发的重点和热点4-5。虽然我国有丰富的煤炭资源，烟煤中的贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、气肥煤、气煤、1/2 中黏煤都属于炼焦煤6-7 ，但是优质炼焦煤资源相对稀缺，强黏结性的主焦煤和肥煤仅占我国煤炭资源总量的3.53%和5.8 1%，不仅储量低，且分布很不均衡，此外部分炼焦煤原煤煤质较差，灰分和硫分都偏高)。针对炼焦煤资源特点，其洗选工艺一般为全粒级入选9-10 。在全粒级分选工艺中，煤泥分选工艺环节占有重要位置，并且细煤泥的比例越高，浮选系统负荷就越大，生产成本就越高。炼焦煤的浮选是合理利用和保护炼焦煤资源的重要措施。由于某些炼焦煤中矿物连生体和高灰细泥含量高，采用常规的烃类油捕收剂浮选效果较差，精煤灰分容易超标12-131，因此，选择高效的捕收剂就显得尤为重要14-15 国家能源集团乌海能源有限责任公司平沟煤矿现联合开采9-2”、10*两煤层，因9-2#、10*煤层样品水分9-2#0.56夹研0.6610#0.741.2试验方法浮选试验样品由原煤大筛分后通过棋盘法取样得到，具有代表性。对试验煤样进行粒度分析、密度分析、X射线衍射（XRD）分析等分析测试。1.2.1粒度分析根据GB/T4772008煤炭筛分试验方法规定，称取2 0 0 g样品，采用筛孔尺寸为0.5，0.25，0.12 5，0.0 7 4，0.0 45m m 的标准套筛对煤样进行小筛分试验。1.2.2密度分析根据GB/T4782008煤炭浮沉试验方法规定，采用苯、四氯化碳和三溴甲烷配制密度分别苏可等：易泥化煤泥浮选效果优化研究间存在较厚的夹研层，岩性较为复杂，泥岩与砂质泥岩并存，需研究其在洗选过程中对煤泥浮选的影响程度，以探明易泥化夹研在洗选过程中的影响机制，从而改善浮选效果，保护稀缺炼焦煤炭资源，提高企业效益。为此，以平沟煤矿煤样为研究对象，基于煤样粒度及密度组成分析、原煤岩性XRD分析，采用单元浮选试验进行了浮选效果优化研究。1试验样品与试验方法1.1试验样品试验选取平沟煤矿9-2 煤、夹研和10 煤，将各样品分别进行混匀、缩分、装袋。根据各煤层厚度以及密度确定9-2 煤、夹研、10 煤质量比为50.24:32.23:17.53，试验所用煤样均按该质量比配制。根据GB/T212一2 0 0 8 煤的工业分析方法的规定，对9-2 煤、夹研、10 煤进行工业分析，结果见表1。由表1可知：9-2 煤和10 煤牌号均为1/3焦煤，其中10 煤灰分较低，黏结指数较大，为优质煤。表1原煤工业分析结果Table 1Raw coal proximate analysis发热量/灰分挥发分40.0117.5982.387.3122.4822.192023年4月2 5日%胶质层厚度/mm全硫(MJ kg)0.5721.791.418.861.1527.24为1.3，1.4，1.5，1.6，1.8 g/cm的浮沉重液，采用AXTD5A型台式低速离心机，离心机的转速为30 0 0 r/min，离心旋转的时间为10 min，对煤样进行小浮沉试验。1.2.3X射线衍射（XRD）分析采用德国布鲁克D8ADVANCE型X射线多晶体衍射仪（Xr a y d i f f r a c t i o n，简称XRD）进行原煤岩性分析。测试中的光源为X光管铜靶辐射，管压为40 kV，电流为40 mA，测角仪精度为0.0001，扫描范围为0 140 1.2.4单元浮选试验为进一步了解煤样的可浮性，以便确定浮选工55GR.1值XY32.015.013.0027.516.086090第51卷第2 期艺并制定最佳药剂制度与工艺，采用XFD-1.0L型实验室单槽浮选机，选用柴油、仲辛醇对煤样进行单元浮选试验，仲辛醇用量为50 g/t，柴油用量分别为2 5，50，10 0，2 0 0，30 0 g/t。浮选条件：矿浆浓度为8 0 g/L，浮选机搅拌转速为18 0 0 r/min，充气量为0.2 m（mmin），调浆2 min后加人捕收剂，搅拌1min后加人起泡剂，30 s后开始刮泡，刮泡时间为 3 min。根据GB/T4757一2 0 13煤粉（泥）实验室单元浮选试验方法进行浮选试验，以可燃体回收率作为浮选效果的评价标准。根据GB/T34164一2 0 17 选煤厂浮选工艺效果评定方法中的可燃体回收率计算公式R,(100-A,)E,=100-A,计算可燃体回收率。式中：E，为可燃体回收率，%;R,为精煤产率，%;A，为精煤灰分，%；A，为计算入料灰分,%。1.2.5泥岩对煤泥浮选的影响为了探索夹研中泥岩占比对煤泥浮选的影响，试验时使夹研含量保持为32.2 3%，柴油、仲辛醇用量为50 g/t，夹研中泥岩占比分别为2 0%，40%，6 0%，8 0%，10 0%。夹研层中的上分层泥岩厚度为14cm，下分层泥岩总厚度为7 cm，泥岩占比变化时保持上分层泥岩与下分层泥岩比例不变，在此条件下探索其对可燃体回收率及精煤灰分的影响。1.2.6夹研对煤泥浮选的影响为了探索煤样中夹研对煤泥浮选的影响，将煤样中的夹研含量分别设定为30%，40%，50%，60%，7 0%，柴油、仲辛醇用量为50 g/t，探索其对可燃体回收率及精煤灰分的影响。2试验结果分析2.1煤样性质2.1.1粒度分析平沟煤矿煤样粒度组成见表2。由表2 可知：随着粒度减小，煤泥灰分逐渐升高，低灰粗粒含量相对较少；主导粒级为0.50.2 5mm，产率为41.62%，由于这部分颗粒粒度较粗，在浮选时容易从气泡上脱落，损失在尾煤中；细粒级的灰分较高，0.51.3528.641.3528.64100.0026.360.5 0.2541.6222.3842.9722.5898.65 26.330.25 0.12528.0623.9871.0323.13 57.0329.210.125 0.07410.9625.9781.9923.5128.97 34.260.074 0.0456.2428.8188.2323.8918.0139.310.04511.7744.87100.0026.3611.7744.87合计100.0026.362.1.2密度分析平沟煤矿煤样密度组成见表3。由表3可知：煤样中低密度级物料（1.8 g/cm密度级产率为14.2 3%，灰分为70.44%。表3煤样浮沉试验结果Table 3(Coal sample float-and-sink analysis data%密度级/产率灰分(g:cm-3)产率灰分产率灰分1.814.2370.44100.0026.3614.2370.44合计100.0026.362.1.3煤样XRD分析平沟煤矿煤样中各成分的XRD图谱如图1所示。由图1可知：上分层泥岩中所含主要脉石矿物为石膏、水合铝酸钙和钙矾石；下分层泥岩中所含主要脉石矿物为石英、水钙沸石和钙矾石；砂岩中所含有的主要脉石矿物为石英、水钙沸石和斜钙沸石；9-2 煤中所含有的主要脉石矿物为二水合硫酸钙、硫酸钙和水合铝酸钙；10 煤中所含有的主要脉石矿物为石英、水合铝酸钙和水钙沸石。石膏和沸石等矿物在浮选时会与煤竞争吸附药剂，从而降低浮选产率；石英等矿物对浮选影响不大。2.2夹研对煤泥浮选的影响2.2.1单元浮选试验煤样单元浮选结果见表4。由表4可知：随着柴油用量的增加，精煤产率和可燃体回收率逐渐提高，但同时精煤灰分也逐渐增加。当柴油用量为2023年4月2 5日%筛上累计筛下累计浮物累计沉物累计3.3019.413.30100.0026.36第51卷第2 期100g/t时，精煤灰分达到16.0 4%，灰分较高，此时精煤产率与可燃体回收率分别为7 4.6 9%和86.73%，说明该煤易浮，在较低的药剂用量下即可获得较高的可燃体回收率，但同时也使部分高灰物质上浮，导致精煤灰分增加。根据小浮沉试验数10o-800n/600-400-2001200100-=80040200-102030405060708020/()(c)砂岩药剂用量/(gt-)柴油仲辛醇255050501005020050300502.2.2夹研中泥岩占比对煤泥浮选影响夹研中泥岩占比对可燃体回收率和精煤灰分的影响如图2 所示。由图2 可知：随着夹研中泥岩占比的增加，可燃体回收率逐渐降低，精煤灰分也随之缓慢下降，灰分变化幅度在1个百分点左右，变化微弱，说明泥岩占比的增加并没有增加精煤灰分。结合XRD分析可知，泥岩中主要脉石矿物为石膏、沸石和石英等。石膏和沸石孔隙发达，具有很强的吸附能力，石英矿物在煤表面罩盖作用并不明显，对浮选影响不大。泥岩占比的增加并没有增加浮选精煤的灰分，反而降低了精煤产率和可燃体回收率，说明泥岩在浮选中发挥的作用主要为竞争吸附药剂，使煤表面吸附的药剂量变少，从而导致精煤产率降低。因此，减少重选过程中夹研泥化产苏可等：易泥化煤泥浮选效果优化研究据，当精煤理论产率为7 3.7 0%时，理论灰分为14.20%，而在单元浮选试验中，精煤产率为69.43%时，精煤灰分为15.0 8%，尽量距离理论值有一定差距，但是需要在保证产量前提下进一步降低灰分。800700-60050018/E400300200100-100102030405060708020/（）(a)上分层泥岩一石美8002水钙佛石500-400300-200-100-00102030405060708020/()(e)10*煤图1煤样中各成分的XRD图谱Fig.1XRD spectrum of each mineral component表4单元浮选试验结果Table 4Results of batch-flotation test精煤产率灰分54.5313.0369.4315.0874.6916.0476.2416.3578.7816.692023年4月2 5日石黄-水锈佛石3钙概有1o2030405060708020/（）(b)下分层泥岩500水合销粮钙4003300-傲2 0 0100-0尾煤产率灰分45.4745.8130.5757.9725.3162.0923.7664.9021.2269.73生的次生煤泥量，有利于减弱脉石矿物对药剂的竞争吸附，改善浮选环境，提高精煤产率。85一一可燃体回收率精煤灰分18%/率回刺807570图2夹研中泥岩占比对可燃体回收率和精煤灰分的影响Fig.2Effect of proportion of argillaceous rock in dirton recovery of combustible matter and concentrate ash2-水合铝酸钙3水湾石30405060708020/(）(d)9-2*煤人料灰分27.9428.1927.6927.8927.942040夹研中泥岩占比/%可燃体回收率65.8182.1186.7388.4391.091715608010057第51卷第2 期2.2.3煤泥中夹研含量对煤泥浮选的影响夹研含量对可燃体回收率和精煤灰分的影响如图3所示。由图3可知：随着夹研含量的增加，可燃体回收率逐渐降低，精煤灰分逐渐升高，变化幅度在3个百分点左右，灰分升高归因于低灰煤泥占比的减少。8482787674727020图3夹研含量对可燃体回收率和精煤灰分的影响Fig.3Effect of content of dirt in coal on recoveryof combustible matter and concentrate ash结合XRD分析可知，砂岩中主要脉石矿物为石英等矿物，其在煤表面罩盖作用并不明显；泥岩中主要矿物为石膏、沸石等孔隙发达的矿物，竞争吸附药剂严重，因此夹研含量的增加显著降低了精煤产率和可燃体回收率。夹研含量从30%增至40%，Table 5 Results of batch-flotation test with the use of collector KS712药剂用量/（gt-)KS712仲辛醇25505050100502005030050Table 6Results of batch-flotation test with the use of collector KS736药剂用量/(g t-)精煤KS736仲辛醇25505050100502005030050由表6 可知：使用KS736型捕收剂进行浮选时，随着药剂用量的增加，精煤产率、精煤灰分和可燃体回收率均增加。当药剂用量由2 5g/t增至300g/t，可燃体回收率由6 7.7 3%增至9 4.9 0%，且在药剂用量为30 0 g/t时精煤产率达到8 3.2 1%，说明KS736型捕收剂具有很强的捕收能力；当捕58选煤技术精煤灰分增长较为明显，因此夹研含量应尽可能控制在40%以下。为了减小脉石矿物竞争吸附药剂的副作用，可使用在煤表面吸附能力更强的浮选捕收剂，强化捕收剂在煤表面的吸附作用。2.3捕收剂试验由于使用传统浮选药剂无法达到理论产率及理论灰分，为进一步降低精煤灰分且保证精煤产一-精煤灰分一一可燃体回收率201918%/车17161514133040夹含量/%产率51.3856.7568.6477.7179.01表6 KS736型捕收剂单元浮选试验结果产率灰分56.1512.9174.4415.5878.8716.2480.4316.6083.2117.902023年4月2 5日率，选用中国矿业大学自主研发的KS712、KS736型捕收剂进行浮选试验，试验结果见表5、表6。由表5可知：使用KS712型捕收剂进行浮选时，随着药剂用量的增加，精煤产率、精煤灰分和可燃体回收率均增加。当捕收剂用量为2 5g/t时，精煤产率为51.38%，灰分为11.34%，相比使用506070表5KS712型捕收剂单元浮选试验结果精煤灰分11.3413.7915.3616.0116.3680柴油浮选时精煤灰分降低近2 个百分点，产率也随之降低，但仅降低3.15个百分点，说明KS712型捕收剂具有良好的选择性，可显著降低精煤灰分；当捕收剂用量为30 0 g/t时，可燃体回收率达到91.65%，但此时精煤灰分较高，因此使用该捕收剂进行浮选时应以较低的药剂用量来降低精煤灰分。当要求浮选精煤灰分小于12%时，推荐使用KS712型捕收剂，药剂用量为：KS712型捕收剂为25g/t，仲辛醇为50 g/t。%尾煤人料灰分产率灰分48.6245.8243.2547.3831.3654.8622.2968.6320.9971.32尾煤产率灰分43.8546.8725.5663.9121.1371.8219.5772.8316.7978.11收剂用量为2 5g/t时，精煤灰分为12.9 1%，相比使用柴油浮选时精煤灰分有所降低，精煤灰分降低的同时产率反而升高了1.6 2 个百分点，说明KS736型捕收剂也具有较好的选择性。当KS736型捕收剂用量为2 5g/t时，精煤灰分与精煤产率接近1.5g/cm密度级理论灰分与产率；可燃体回收可燃体回收率28.1063.3628.3268.2527.7480.4127.7490.3227.8991.65人料灰分可燃体回收率27.8067.7327.9487.2027.9891.7327.6092.6628.0194.90%第51卷第2 期率相比柴油和KS712型捕收剂为最高，浮选效果优异，在实际生产过程中若想获得更高的可燃体回收率应选择该类型捕收剂进行浮选作业。3结论（1）根据小浮沉试验结果，当理论精煤产率为7 3.7 0%时，理论精煤灰分为14.2 0%；单元浮选试验中，精煤产率为6 9.43%时，灰分为15.08%，虽距离理论值有一定差距，但需要进一步在保证精煤产率前提下降低精煤灰分。（2）夹中泥岩占比的增加降低了精煤产率和可燃体回收率，说明泥岩在浮选中产生的影响主要为竞争吸附药剂，使煤表面吸附的药剂量变少，从而导致精煤产率降低。（3）随着夹研含量的增加，精煤产率和可燃体回收率逐渐降低，精煤灰分逐渐升高，灰分升高归因于低灰煤泥占比的减少。（4）当KS712型捕收剂用量为2 5g/t时，精煤产率为51.38%，精煤灰分为11.34%，相比柴油，KS712型捕收剂具有良好的选择性，可显著降低精煤灰分；KS736型捕收剂具有较强的捕收能力，当KS736型捕收剂用量为2 5g/t时，精煤产率为56.15%，精煤灰分为12.9 1%，适用于对精煤可燃体回收率要求更高的浮选作业。参考文献：1柳建华，“双碳”背景下煤炭洗选行业发展趋势探索一一基于煤炭生产企业视角J煤炭加工与综合利用，2 0 2 2（6）：7-10.2任世华，焦小淼，谢亚辰碳达峰碳中和目标下，煤炭行业发展若干思考J】：中国能源，2 0 2 1，43(11):34-40.苏可等：易泥化煤泥浮选效果优化研究3任世华我国煤炭业态未来发展趋势分析【J】煤炭经济研究，2 0 16，36（4）：57-6 0.4张秀捧“双碳”形势下我国煤炭洗选业发展途径J】煤炭加工与综合利用，2 0 2 2（1）：11-19.5蒋茂荣，肖新建碳达峰碳中和背景下，我国煤炭减量发展途径初步分析与建议J中国能源，2021,43(9):38-43.6张锐，夏阳超，谭金龙，等低阶煤分子碳结构的分析与研究J中国煤炭，2 0 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