同煤集团石炭系原煤浮选可行性探讨

  贾怀军

  （大同煤矿集团大地选煤公司，山西省大同市，037003）

  摘  要  为了实现对大同煤矿集团石炭系原煤中动力煤的高效利用，选取矿区内开采石

炭系最有代表性的塔山矿、同忻矿和燕子山矿这3个矿区的动力煤为研究对象，选用煤油和仲辛醇为浮选药剂探究这3个矿区动力煤的可浮性能，通过正交浮选试验，确定其最佳浮选操作指标，同时进行主因素系列浮选试验，确定其最佳浮选效果，探讨同煤集团石炭纪原煤浮选的可行性。

  关键词  动力煤正交试验设计  浮选试验

  中图分类号  TD943    

  大同煤矿集团有限责任公司矿区范围包括太原以北的一些主要矿井，涉及面积6800 km2，地处资源丰富且煤质优良的大同煤田。煤田总储量890亿t，现主要开采的是石炭纪和侏罗纪煤层，煤质稳定，以低硫、高发热量以及挥发分适中的特点享誉世界，是少有的多用途优质烟煤。

  随着侏罗系煤炭资源的枯竭，大同地区新建矿井及老矿延伸后，开采原煤基本变为石炭系原煤。原煤灰分一般在40%左右，细煤泥灰分在26%左右，细煤泥如果不分选直接掺入精煤后，商品煤发热量无法满足客户要求。如果将煤泥外排，经济效益又会受到极大的影响，且严重违背国家环保和能源利用政策。因此通过对同煤集团石炭系煤种进行浮选研究，探讨大同煤矿集团动力煤增加浮选系统的可行性。

1  研究方案

  浮选是细粒和极细粒物料分选中应用最广、效果最好的一种选矿方法，其主要原理是依据矿物颗粒表面物化性质的差异进行分选的。目前浮选包括泡沫浮选、油浮选和球团浮选，鉴于选煤厂广泛使用的是泡沫浮选，此次研究主要针对泡沫浮选进行可行性探讨。

1.1  可浮性能探究

  通过对原煤工业分析、小筛分及分步释放试验，初探塔山矿、同忻矿和燕子山矿这3个矿区的动力煤的可浮性。

  选取煤油用量、仲辛醇用量、矿浆浓度和浮选充气量这4个影响因素，设计四因素三水平的正交试验，对正交试验结果进行结果分析，得出最佳浮选工艺条件及影响浮选的最关键因素。

  固定其他3个因素，改变最关键因素的量，进行单一变量试验，得出最关键因素的最佳效果点。

1.2  效果评价

  根据试验结果，计算确定3个矿区动力煤的可浮性等级。整体试验思路绘制出试验流程图如图1所示。

2试验内容

2.1  工业分析

    塔山矿区、同忻矿区和燕子山矿区原煤工业分析结果见表1。

    由表1可见，塔山矿区和同忻矿区动力煤的水分、灰分、挥发分及固定碳含量比较相近；燕子山矿区动力煤的水分、灰分、挥发分及固定碳含量与塔山矿区和同忻矿区相比都较高。

    结合焦渣特征分类和试验结果，分析可知塔山矿区和同忻矿区动力煤属于不熔融粘结性煤，燕子山矿区动力煤属于弱粘结性煤。塔山矿区、同忻矿区和燕子山矿区动力煤小筛分试验结果见表2。

    由表2可见，塔山矿、同忻矿和燕子山矿这3个矿区的煤样适宜浮选的粒级产率均较低，其中塔山矿区煤样适宜浮选的粒级产率与同忻矿区和燕子山矿区煤样相比相对较高；塔山矿区和同忻矿区的煤样细泥问题不严重，燕子山矿区煤样细泥问题严重。总体来说，塔山矿区和同忻矿区的煤样可以通过浮选达到降低灰分的效果，燕子山矿区煤泥想要通过浮选降低灰分则较为困难。

3  可浮性探究

    针对大同煤矿集团塔山矿区、同忻矿区和燕子山矿区动力煤灰分偏高的特点，采用浮选手段来提高其动力煤品质，对其可浮性进行了初步探究。

    采用传统浮选药剂煤油和仲辛醇，首先进行分步释放试验，对其浮选效果进行初评。其次，同时控制浮选矿浆浓度和充气量，设计四因素三水平正交浮选试验。根据试验结果综合分析，评定塔山矿区、同忻矿区和燕子山矿区动力煤可浮性能。

试验所需煤样质量按式(1)计算：

    试验所需药剂用量按体积来加药，质量与体积由式(3)换算：

3.1  分布释放试验

    分步释放浮选试验的实质是依据煤泥粘附在气泡上的牢固程度，将它们分离成若干不同灰分的组分。选煤验室分步释放浮选试验方法是通过一次粗选和多次精选的方法，将煤泥按其可浮性分成灰分不同的若干部分，试验结果是评价浮选工艺效果的依据。

    对于影响浮选试验结果的因素控制，本次浮选试验条件为：捕收剂选用煤油，用量为1000 g／t;起泡剂选用仲辛醇，用量为200 g/t;矿浆浓度为100 g/L;单位体积充气量为0.25 m3／h；搅拌速度为1800 r/min。

    通过试验比较塔山矿区、同忻矿区和燕子山矿区煤样分步释放试验累计灰分与累计产率关系如图2所示。

    由图2可以看出，在浮选条件一样的情况下，塔山矿区和同忻矿区的煤样累计灰分与累计产率的关系基本一致，当累计灰分在15%左右时，累计产率达到80%左右，而燕子山矿区煤样的可浮性则较差。

3.2主因素三水平正交浮选试验

    改变柴油用量、仲辛醇用量、浮选矿浆浓度以及浮选单位充气量这4个影响浮选效果的因素进行四因素三水平的正交浮选试验。

    由四因素三水平正交浮选试验确定影响塔山矿区、同忻矿区和燕子山矿区煤样浮选的最主要因素及浮选最佳操作工艺条件见表3。

    塔山矿区、同忻矿区和燕子山矿区煤样在最佳浮选操作工艺条件下的试验结果见表4。

    综合表4与塔山矿、同忻矿和燕子山矿这3个矿区的煤样正交试验浮选结果对比可知，最佳浮选操作工艺条件下的试验结果与理论预期结果有一定偏差，说明四因素之间的交互作用对浮选结果有一定影响。所以需保持其它浮选因素不变，改变影响浮选的主要因素试验来确定最佳的浮选结果，即塔山矿区煤样浮选的主要因素为矿浆浓度，同忻矿区和燕子山矿区煤样浮选的主要因素为起泡剂用量。

4各矿区煤样主要因素浮选

4.1  塔山矿区煤样改变矿浆浓度浮选

塔山矿区煤样主因素系列浮选试验结果见表5。

    由表5可见，精矿产率随着矿浆浓度的增高而减少，灰分在人料浓度为40~140 g／L之间时逐步降低，在入料浓度>140 g/L后灰分又逐步回升，尾矿产率随着人料浓度增加而增加，灰分也随之下降。

    随着矿浆浓度的改变，精煤产率与灰分的关系如图3所示。

    由图3可以看出，随着矿浆浓度的增加产率整体呈下降趋势，灰分波动范围较小，在13%～18%之间。在一定范围内，灰分的变化与产率的变化呈一致性。结合表5可知，当矿浆浓度为130 g,/L时，浮选效果最好。

4.2  同忻矿区煤样改变起泡剂用量浮选

    同忻矿区煤样主因素系列浮选试验结果见表6。

    由表6可见，精矿产率随着仲辛醇用量的增加而增加，灰分主要在14. 89%～16. 97%之间波动。

    随着矿浆浓度的改变，精煤产率与灰分的关系如图4所示。

    由图4可以看出，随着仲辛醇用量的增加产率整体呈上升趋势，灰分波动范围较小，在14%～17%之间。在一定范围内，灰分的变化与产率的变化呈一致性。结合表6可知，当仲辛醇用量为200 g/t时，浮选效果最好。

4.3  燕子山矿区煤样改变起泡剂用量浮选

    燕子山矿区煤样主因素系列浮选试验结果见表7。

    由表7可见，精矿产率随着仲辛醇用量的增加而增加，灰分却在逐步降低。

    随着矿浆浓度的改变，精煤产率与灰分的关系如图5所示。

 由图5可以看出，随着仲辛醇用量的增加产率整体呈上升趋势，同时灰分呈下降趋势。在一定范围内，产率越高灰分越低。结合表7可知，当仲辛醇用量为300 g/t时，浮选效果最好。

5  结论

    为了提高大同煤矿集团塔山矿区、同忻矿区和燕子山矿区这3个矿区的动力煤的品质，采用浮选手段来降低塔山矿区、同忻矿区和燕子山矿区这3个矿区的动力煤的灰分，以提高其发热量。分别进行了原煤小筛分试验、四因素三水平正交浮选试验以及主因素系列浮选试验，通过对试验结果的综合分析，得到以下结论：

    (1)塔山矿区和同忻矿区动力煤属中灰、中挥发分、特低全水分以及不熔融粘结性煤，燕子山矿区动力煤属高灰、中高挥发分以及弱粘结性煤。

    (2)塔山矿区、同忻矿区和燕子山矿区动力煤的发热量分别为24325 J/g、23894 J/g、18528 J/g，经过浮选后，塔山煤样最佳浮选效果精煤发热量达到28700 J/g，比原煤发热量提高了4375 J/g，同时产率达到76. 88%；同忻煤样最佳浮选效果精煤发热量达到28410 J/g，比原煤发热量提高了4516 J/g，同时产率达到78. 69%;燕子山煤样最佳浮选效果精煤发热量达到28303 J/g，比原煤发热量提高了9775J/g，但是产率仅为35. 11%。

    (3)塔山和同忻矿区动力煤属于极易浮煤，燕子山矿区动力煤属于难浮煤。当煤油用量为1000 g/t、仲辛醇用量为160 g/t、矿浆浓度为130 g／L以及单位体积充气量为0.15 m3/h时，为塔山矿区最佳浮选条件；当煤油用量为1000 g/t、仲辛醇用量为200 g/t、矿浆浓度为60 g/L以及单位体积充气量为0. 15 m3／h时，为同忻矿区最佳浮选条件；当煤油用量为1000 g/t、仲辛醇用量为300 g/t、矿浆浓度为60 g/L以及单位体积充气量为0. 25m3／h时，为燕子山矿区最佳浮选条件。

    (4)塔山矿区、同忻矿区和燕子山矿区通过浮选煤样可提高经济效益分别为197.7元／t、

204.4元／t和-9.7元／t。