基于高效浮选法的中低变质烟煤深度脱灰技术研究_郭文珍.pdf

第42卷第02期2023年02月煤炭技术Coal TechnologyVol.42 No.02Feb.2023doi:10.13301/ki.ct.2023.02.054煤炭加工与利用0引言现阶段，煤炭依然是我国能源利用的重要组成部分。寻求先进的方法和改进优化传统浮选工艺对提升煤炭高附加值利用具有重要意义。超纯煤指对煤深度脱灰，去除煤中夹带的无机矿物质，使灰分低于2%的提质煤产品。能用于燃烧的原材料、“煤代油”、炼焦等，当灰分低于1%时，能用来制备炭基材料，获得良好性能。超纯煤产业链发展前景十分可观且符合碳达峰、碳中和的时代背景。目前常用的制备方法有物理法、化学法和物理-化学法。其中化学法成本高、腐蚀性强并且难以实现完全机械化；纯物理法分选难度大、效率低，很难满足工业指标，工业化生产规模小，不适应快速发展的现代商业模式；而物理-化学法可兼顾成本和生产效率2方面，环境也得到改善，故更倾向于物理-化学法深度脱灰制备超纯煤。浮选法作为物理-化学法中的一种煤炭洗选技术，操作简单、可行性高、容易实现工业化生产，在现实生活中研究和应用居多。采用浮选法来制备超纯煤是煤炭企业转型重要的研究方向，传统的浮选技术存在工艺繁杂、药剂消耗量大、效率低且部分得不到工业需求等问题，故需优化改进浮选工艺。以神府东胜地区的中低变质烟煤为原料，采用高效浮选法和改进后的药剂制度来优化浮选工艺，以期取得较好的效果，实现煤炭深度脱灰和超纯煤的高效制备。1煤样分析1.1工业分析和元素分析煤样来自神府东胜地区，原煤粒径为0100 mm，质量为100 kg，经锤式破碎机破碎至3 mm以下，混基于高效浮选法的中低变质烟煤深度脱灰技术研究*郭文珍，邓小伟，吕波，房朝军（河南理工大学 化学化工学院，河南 焦作454003）摘要：以神府东胜煤田中低变质程度烟煤为研究对象，首先分析了物理化学性质，据此采用物理-化学法中的高效浮选法对其进行深度脱灰制备超纯煤，采用单一变量法探究细粒级含量、矿浆浓度、药剂制度等几个关键因素对浮选效果的影响，最终通过复配捕收剂与高效浮选法实现原煤的深度脱灰，将原煤的灰分由6%降低至1.9%，且产率为35%，约为普通捕收剂的2倍。该研究对煤炭的高附加值利用走向大规模工业化生产提供了一定的基础，对煤炭企业升级转型及煤炭清洁高效利用具有重要的现实意义。关键词：中低变质烟煤；浮选；深度脱灰；超纯煤；复配捕收剂；高附加值利用中图分类号：TD94文献标志码：A文章编号：1008 8725（2023）02 221 04ResearchonDeepDeashingTechnologyofMediumandLowMetamorphicBituminous Coal Based on High-efficiency Flotation MethodGUO Wenzhen,DENG Xiaowei,LYU Bo,FANG Chaojun(College of Chemistry and Chemical Engineering,Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454003,China)Abstract:Taking the medium and low metamorphic bituminous coal from Shenfu Dongsheng coalfieldas the research object,the physical and chemical properties were firstly analyzed,and then the ultra-pure coal was prepared by deep deashing of the high-efficiency flotation method in the physical-chemical method,and the single-variable method was adopted.The influence of several key factorssuch as fine particle content,pulp concentration,and chemical system on the flotation effect wasexplored.Finally,the deep deashing of raw coal was realized by compound collector and high-efficiency flotation method,and the ash content of raw coal was reduced from 6%to 1.9%,and theyield of 35%is about twice that of ordinary collectors.This research provides a certain foundation forthe high value-added utilization of coal to large-scale industrial production,and has importantpractical significance for the upgrading and transformation of coal enterprises and the clean andefficient utilization of coal.Key words:medium and low metamorphic bituminous coal；flotation;deep deashing；ultrapure coal；compound collector；high value-added utilization*国家自然科学基金（51904096；52004086）221第42卷第02期基于高效浮选法的中低变质烟煤深度脱灰技术研究郭文珍，等Vol.42 No.02匀后用研钵研磨对其做煤质工业分析和元素分析，如表1所示。表1煤样的工业分析和元素分析由表1可以看出：该煤样的灰分为6%,水分是1.1%，硫分是0.4%，元素主要以碳为主，煤样具有低灰、低硫高发热量等特点，故可以作为深度脱灰制备超纯煤的理想原料。1.2矿物组成分析为了更好地脱灰，进一步对神府东胜的煤样进行了矿物成分分析（XRD）如图1所示，结构分析（SEM）如图2所示。图1煤样XRD图谱图2煤样SEM照片1.碳酸盐2.石英由图1可知：神府东胜的煤样中主要含有的杂质为石英和硅酸盐矿物，这些物质在浮选过程中同样具有亲水性，会夹带在精煤中影响精煤的灰分，磨矿时既要将这些杂质充分解离，也要防止过磨。综合考虑才能提高煤的可浮性，取得较好的实验效果。图2可以看出：煤样中含有的矿物杂质是石英和硅酸盐等无机矿物质，且石英以15 m的团块状和片状嵌布、附着在煤样颗粒缝隙和表面，硅酸盐等以110 m的粒状和片层状附着在煤颗粒表面，而煤炭主要以块状赋存且含量高，其整体结构相对简单，煤炭和脉石矿物通过研磨等手段较易解离，是制备超纯煤良好的原料。2实验2.1试验设备实验主要使用的仪器是XDF1型单槽浮选机，浮选槽为1 L。2.2试验方法将原矿0100 mm破碎并磨矿至0.074 mm左右，浮选工艺流程和药剂制度如图3所示，以单一变量法探讨细粒级含量、矿浆浓度和药剂制度对浮选的影响。浮选过程中，充气量为200 L/h，每次充气加药前都把浮选机转速调到2 700 r/min，高速搅拌可以使煤细颗粒和无机矿物等充分解离开，再将转速调到2 000 r/min进行常规浮选。图3一粗三精流程图3结果分析3.1细粒级含量煤粒度对浮选结果有很大的影响，浮选时要求煤颗粒要充分解离，为制备超纯煤做准备，但是也不能过磨，要找到最佳的磨矿时间。该实验探究了细粒级（0.074 mm）的煤颗粒占总入料的70%、80%、90%。在本节实验中，控制药剂制度和工艺流程为不变条件，只改变磨矿的粒度。根据实验结果绘制不同细粒级含量下产品产率和灰分的关系曲线，如图4所示。由图4（a）可知：在其他条件不变的情况下，细粒级（0.074 mm）的煤颗粒占总入料的70%、80%、90%时，尾煤的产率逐渐降低，说明矿物杂质逐渐减少，浮选趋于稳定状态。细粒级占70%时，第1段尾1的产率最高为66%，说明磨矿时间较短，煤颗粒没有充分解离，大部分煤颗粒流入尾矿。细粒级占90%时，精 煤 的 产 率 最 低 是18%，说 明 磨 矿 时 间 较长，存在过磨现象，主要体现在原煤与水混合较为困难，呈现漂浮状，矿浆均匀性差，导致浮选时矿泡不稳定。细粒级占80%时，浮选第1段流入尾1的产率最低，最后精煤的产率最高，说明磨矿时间恰当，Mad1.1Ad6Vdaf29.5Cd78.47Hd9.78Nd13.68St，d0.4Qgr，d/MJkg-126.08工业分析/%元素分析/%122 mEHT=10.00 kVMag=1.97 KXSignal A=SE2WD=12.2 mmTime:14:02:01System Vacuum=8.46e-007 mbar1020304050607080902/（）衍射强度/cps1401201008060402001-Mg3Al2（SiO4）32-SiO23-Al4（Si4O10）（OH）84-Fe2O35-Ca（Mg，Al）（Si，Al）2O612345搅拌加药柴油1 200 g/t2#油400 g/t柴油300 g/t2#油100 g/t尾1尾2尾3尾4柴油150 g/t2#油50 g/t柴油75 g/t2#油25 g/t精煤222第42卷第02期Vol.42 No.02基于高效浮选法的中低变质烟煤深度脱灰技术研究郭文珍，等无机的矿物杂质和煤颗粒已解离，矿浆均匀性和矿泡稳定性较好，因此这个粒级占比是最佳的浮选条件。（a）各产品的产率（b）各产品的灰分图4不同细粒级含量浮选结果由图4（b）可知：细粒级占70%时，精煤灰分最低为2.2%，但是产率过低，不是最佳选择。细粒级占90%时，精煤的灰分最高为2.6%，脱灰效果不明显。细粒级占80%时，精煤的灰分为2.4且产率最高，脱灰效果较好。在其他实验条件不变的情况下，只改变磨矿的细粒级占比，综合考虑产率和灰分，煤细颗粒0.074 mm级占80%时精煤产率最高，灰分低，浮选效果最好。3.2矿浆浓度矿浆浓度会影响回收率和精煤的质量，保持工艺流程和药剂制度条件不变，选细粒级含量占总入料的80%，对矿浆浓度为6%、10%、20%分别进行实验探索。不同矿浆浓度下各产品产率和灰分结果，如图5所示。由图5（a）可知：矿浆浓度为6%、10%和20%时的浮选尾煤产率呈现逐渐下降的趋势，这是由于原煤的灰分不高，大部分精煤都浮选出来，尾煤随着浮选次数增加会越来越少。其中矿浆浓度为10%和20%的尾煤产率下降速度的更快，最高差值的是矿浆浓度为10%时尾煤产率从50%降到2%。而矿浆浓度为6%的尾煤产率下降的趋势较平缓，尾2、尾3和尾4的产率比其他2个浓度的都要高，能在浮选的过程中收集较多低灰分的尾煤，且精煤产率还能达到31%。3种浓度下的精煤产率，相差不大，其中矿浆浓度为20%的精煤产率最高为37%，矿浆浓度为10%的精煤产率为28%，矿浆浓度为6%的精煤产率为31%。因此综合分析尾煤产率和精煤产率，在相对较低矿浆浓度下，药剂与矿浆中的矿物碰撞结合地更充分，矿泡稳定性强，不易产生夹带现象，所以精煤产率较高，尾煤产率低。效果较好的是矿浆浓度为6%。（a）各产品的产率（b）各产品的灰分图5不同矿浆浓度浮选结果由图5（b）可知：随着矿浆浓度的减小，浮选过程中夹带杂质越少，浮选精煤和尾煤的灰分都呈现下降的趋势，且灰分值波动范围也呈现减小的趋势。矿浆浓度为20%的精煤产率最高，但可能出现药剂量不足，浮选过程中夹带杂质较多，其灰分也是最高的为2.8%；矿浆浓度为6%时，精煤产率最低达到2.1%，脱灰效果最好。综合分析