王 軍，孫 健，侯玉茂，郭 通，賀文鵬，孔春朋

(1.新汶礦業(yè)集團(tuán)有限任公司 洗煤分公司，山東 泰安 271219；2.新礦內(nèi)蒙古能源有限責(zé)任公司 洗煤分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016299)

新礦集團(tuán)洗煤分公司內(nèi)蒙區(qū)域公司位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市鄂托克前旗上海廟鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)，所轄3座選煤廠生產(chǎn)工藝均為：大于1 mm塊煤重介旋流器分選，1～0.25 mm粗煤泥TBS分選機(jī)分選，小于0.25 mm細(xì)煤泥浮選柱分選。3個(gè)選煤廠主要負(fù)責(zé)集團(tuán)公司上海廟礦區(qū)5個(gè)礦井的原煤洗選任務(wù)。隨著各礦井延深，開(kāi)采煤層的煤化程度增加，原煤逐漸由氣肥煤向 1/3 焦煤過(guò)渡，形成未來(lái) 1/3焦煤產(chǎn)量不斷增加的趨勢(shì)[1]，因此，進(jìn)一步優(yōu)化1/3焦煤洗選工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量、最大化精煤產(chǎn)率對(duì)選煤廠的發(fā)展顯得尤為重要。在1/3焦煤洗選過(guò)程中，浮選精煤灰分高、產(chǎn)率不穩(wěn)定是3座選煤廠的通病，主要原因是各廠目前使用的起泡劑主要針對(duì)前期入洗比例較高的氣肥煤應(yīng)用效果進(jìn)行選擇的，沒(méi)有對(duì)1/3焦煤應(yīng)用效果進(jìn)行擇優(yōu)試驗(yàn)，在目前1/3焦煤作為主要入洗煤種的情況下，必須通過(guò)試驗(yàn)找出更適宜當(dāng)前1/3焦煤煤質(zhì)特點(diǎn)的起泡劑。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)起泡劑的研究多趨向于合成制劑或?qū)⒉煌鹋輨┙M合以發(fā)揮藥劑的協(xié)同作用來(lái)提高藥劑的起泡性能[2]。起泡劑的極性基和非極性的分子結(jié)構(gòu)決定了起泡劑的起泡能力和穩(wěn)泡能力[3]，而起泡劑中最常見(jiàn)的非極性基為烷烴，烷烴的碳鏈長(zhǎng)度和起泡劑的性能有重要關(guān)系，通過(guò)不同碳鏈長(zhǎng)度起泡劑對(duì)1/3焦煤浮選效果影響的研究，尋求使浮選效率最大化的起泡劑。

1 研究?jī)?nèi)容

(1)使用不同碳鏈長(zhǎng)度的備選起泡劑對(duì)上海廟礦區(qū)的2種1/3焦煤進(jìn)行浮選單因素尋優(yōu)試驗(yàn)，通過(guò)分析不同碳鏈長(zhǎng)度起泡劑下的浮選精礦產(chǎn)率、精礦灰分、尾礦灰分，計(jì)算浮選抽出率和浮選完善指標(biāo)。

(2)分析各類起泡劑的起泡性能和穩(wěn)泡性能，結(jié)合浮選試驗(yàn)結(jié)果，分析最適宜1/3焦煤的起泡劑種類，為藥劑選擇和研發(fā)提供依據(jù)[4]。

2 備選起泡劑

試驗(yàn)研究的備選起泡劑為醇類起泡劑，分別是分子結(jié)構(gòu)為C3～C5的雜醇、C6的MIBC起泡劑和C10的松醇油。醇類起泡劑是選煤廠最常用、性價(jià)比最高、應(yīng)用范圍最廣的起泡劑種類，功能基為羥基，起泡劑性能穩(wěn)定，浮選效果好，并且沒(méi)有捕收性。在醇類起泡劑中，碳鏈短的醇生成的泡沫穩(wěn)定性差，容易破碎，但選擇性較好，對(duì)降低精礦灰分有利；碳鏈長(zhǎng)的醇、含支鏈的醇和脂肪醇分子量較大，起泡性能好，同樣藥劑量下產(chǎn)生的氣泡更多，有利于提升精礦產(chǎn)率，但也會(huì)提高精礦灰分[5]。

(1)雜醇。主要成分為丙醇、丁醇、戊醇，烷基鏈較短，形成氣泡易破碎，選擇性較好，適用于難選煤的浮選[6]。

(2)MIBC起泡劑。主要成分為甲基異丁基甲醇，為C6分子結(jié)構(gòu)(分子結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1)，具有起泡直徑小、較脆、選擇性強(qiáng)、藥劑活性好等優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)實(shí)驗(yàn)室浮選標(biāo)準(zhǔn)起泡劑[7]。

圖1 甲基異丁基甲醇分子結(jié)構(gòu)式

(3)松醇油。主要成分是α-萜烯醇(分子結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖2)，產(chǎn)生的氣泡強(qiáng)度較高，穩(wěn)定性好。

3 試 驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)樣品化驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)煤樣為1號(hào)煤泥和2號(hào)煤泥，分別來(lái)自長(zhǎng)城一礦選煤廠和中心選煤廠的1/3焦煤浮選入料，根據(jù)GB/T 212—2018《煤的工業(yè)分析方法》測(cè)得1號(hào)煤泥和2號(hào)煤泥的化驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

圖2 α-萜烯醇分子結(jié)構(gòu)式

表1 試驗(yàn)煤樣化驗(yàn)結(jié)果

從表1看出，1號(hào)煤泥灰分明顯低于2號(hào)煤泥，可浮性較優(yōu)，其余指標(biāo)無(wú)明顯差別。

3.2 試驗(yàn)條件

(1)浮選機(jī)型號(hào)：FXDM-82容量：1.5 L；

(2)浮選機(jī)技術(shù)參數(shù)：葉輪轉(zhuǎn)數(shù)1 800 r/min；充氣量0.25 m3/(m2·min)；葉輪直徑60 mm；

(3)浮選工藝條件：煤漿濃度60 g/ L；煤漿預(yù)攪拌時(shí)間2 min；收取泡沫時(shí)間3 min；煤漿溫度20 ±10 ℃；

(4)浮選藥劑：捕收劑使用輕柴油，用量0.10 mL；起泡劑使用備選的3種藥劑，用量分別見(jiàn)表2和表3。

表2 1號(hào)煤泥采用不同起泡劑單元浮選試驗(yàn)結(jié)果

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)按照GB/T 4757—2013《煤粉(泥)實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)方法》規(guī)定進(jìn)行操作，1號(hào)煤泥和2號(hào)煤泥試驗(yàn)結(jié)果如表2、表3所示。

表3 2號(hào)煤泥采用不同起泡劑單元浮選試驗(yàn)結(jié)果

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 1號(hào)煤泥試驗(yàn)結(jié)果分析

(1)通過(guò)表2中相同起泡劑種類、不同藥劑用量試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以看出，雜醇用量提高后1號(hào)煤泥浮選精礦產(chǎn)率和可燃體回收率有明顯提高，原因?yàn)殡s醇的起泡性能和穩(wěn)泡性能較其余2種藥劑較弱，在低用量時(shí)產(chǎn)生的氣泡量較少，無(wú)法完全帶出煤泥中的精煤組分。MIBC和松醇油用量增加對(duì)精礦產(chǎn)率和可燃體回收率的提升不明顯，說(shuō)明在低用量下，長(zhǎng)碳鏈起泡劑產(chǎn)生的氣泡量已經(jīng)足夠[9]。

(2)使用雜醇的實(shí)驗(yàn)組在低起泡劑用量時(shí)浮選精礦灰分相比高起泡劑用量下反而更高，原因?yàn)樵诘推鹋輨┯昧繒r(shí)浮選精礦部分流失進(jìn)入尾礦，浮選精礦中的低灰組分占比低，可燃體回收率較低，導(dǎo)致浮選精礦灰分較高。

(3)使用松醇油的實(shí)驗(yàn)組精礦產(chǎn)率和精礦灰分最高，進(jìn)一步印證了長(zhǎng)碳鏈、大分子結(jié)構(gòu)的起泡劑產(chǎn)生的泡沫穩(wěn)定性較強(qiáng)，對(duì)提高精礦產(chǎn)率有促進(jìn)作用，但浮選精礦灰分也明顯高于其他對(duì)照組。

(4)中心選煤廠洗選1/3焦煤的精煤指標(biāo)為10.5%和9.5%，如果浮選精礦灰分過(guò)高不但會(huì)影響最終精產(chǎn)品質(zhì)量，還會(huì)造成重介系統(tǒng)和粗煤泥系統(tǒng)“背灰”，反而降低整體精煤產(chǎn)率，因此，浮選精礦指標(biāo)必須控制在11.5%以內(nèi)。綜合考慮各項(xiàng)指標(biāo)，雜醇應(yīng)當(dāng)是最適宜1號(hào)煤泥浮選的起泡劑種類，在用量為0.010 mL(0.014 kg/t)時(shí)，浮選精礦產(chǎn)率達(dá)到74.19%，精礦灰分僅為10.27%，可燃體回收率92.11%，浮選完善指標(biāo)達(dá)到64.62%[10]。

4.2 2號(hào)煤泥試驗(yàn)結(jié)果分析

(1)通過(guò)表3中相同起泡劑種類、不同藥劑用量試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以看出，當(dāng)起泡劑用量提高后，各實(shí)驗(yàn)組浮選精礦產(chǎn)率均有提高，但提高幅度遠(yuǎn)不如精礦灰分提高幅度大[11]。雜醇和MIBC起泡劑用量提高后，可燃體回收率反而下降，說(shuō)明應(yīng)用在高灰煤泥浮選時(shí)，起泡劑用量較高造成浮選入料中的高灰煤泥在氣泡中附著量增加，對(duì)精礦形成污染，嚴(yán)重影響精礦品位。

(2)雜醇和MIBC起泡劑對(duì)2號(hào)煤泥的選擇性較差，在低用量和高用量情況下浮選精礦灰分都超出指標(biāo)要求，而且使用雜醇的實(shí)驗(yàn)組可燃體回收率明顯低于其他藥劑，說(shuō)明短碳鏈起泡劑不適合用于浮選2號(hào)煤泥。

(3)松醇油在用量為0.005 mL(0.007 kg/t)時(shí)對(duì)2號(hào)煤泥的浮選效果最佳，精礦產(chǎn)率63.49%，精礦灰分10.19%，可燃體回收率80.35%，浮選完善指標(biāo)為各實(shí)驗(yàn)組最高，達(dá)到58.06%。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)針對(duì)1/3焦煤的浮選試驗(yàn)結(jié)果顯示，在相同起泡劑用量下，碳鏈越長(zhǎng)的起泡劑產(chǎn)生的氣泡數(shù)量越多，氣泡穩(wěn)定性越好，使用長(zhǎng)碳鏈起泡劑有利于提升精礦產(chǎn)率。

(2)1/3焦煤的浮選精礦灰分、可燃體回收率和浮選完善指標(biāo)沒(méi)有隨所選起泡劑碳鏈長(zhǎng)度增加而發(fā)生線性變化，說(shuō)明起泡劑對(duì)煤泥的選擇性還受煤泥品質(zhì)、礦物組成和其他因素影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示，短碳鏈起泡劑用量較高時(shí)對(duì)灰分較低、可浮性較好的煤泥有更好應(yīng)用效果，長(zhǎng)碳鏈起泡劑用量較低時(shí)對(duì)灰分較高、可浮性較差的煤泥有更好的應(yīng)用效果。

(3)起泡劑的選擇應(yīng)當(dāng)與選煤廠的實(shí)際需求相匹配，在產(chǎn)品指標(biāo)要求寬松的選煤廠，應(yīng)當(dāng)選用長(zhǎng)碳鏈起泡劑以提高精煤產(chǎn)率，節(jié)約藥劑成本；在產(chǎn)品指標(biāo)要求比較嚴(yán)格的選煤廠，應(yīng)當(dāng)選用短碳鏈起泡劑，以保障浮選精煤灰分，避免因浮選精煤灰分超標(biāo)而影響產(chǎn)品精煤質(zhì)量[12]。