淺析同煤集團石炭系原煤浮選可行性
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作者：鄭曉敏
隨著侏羅系煤炭資源的枯竭，大同地區(qū)新建礦井及老礦延伸后，開采原煤基本變?yōu)槭肯翟骸Ｔ夯曳忠话阍?0%左右，細煤泥灰分在26%左右，細煤泥如果不分選直接摻入精煤后，商品煤發(fā)熱量無法滿足客戶要求。如果將煤泥外排，經(jīng)濟效益又會受到極大的影響，且嚴重違背國家環(huán)保和能源利用政策。因此通過對同煤集團石炭系煤種進行浮選研究，探討大同煤礦集團動力煤增加浮選系統(tǒng)的可行性。
1 研究方案
浮選是細粒和極細粒物料分選中應用最廣、效果最好的一種選礦方法，其主要原理是依據(jù)礦物顆粒表面物化性質(zhì)的差異進行分選的。目前浮選包括泡沫浮選、油浮選和球團浮選，鑒于選煤廠廣泛使用的是泡沫浮選，此次研究主要針對泡沫浮選進行可行性探討。
1.1 可浮性能探究
通過對原煤工業(yè)分析、小篩分及分步釋放試驗，初探塔山礦、同忻礦和燕子山礦這3個礦區(qū)的動力煤的可浮性。
選取煤油用量、仲辛醇用量、礦漿濃度和浮選充氣量這4個影響因素，設(shè)計四因素三水平的正交試驗，對正交試驗結(jié)果進行結(jié)果分析，得出最佳浮選工藝條件及影響浮選的最關(guān)鍵因素。
固定其他3個因素，改變最關(guān)鍵因素的量，進行單一變量試驗，得出最關(guān)鍵因素的最佳效果點。
1.2 效果評價
根據(jù)試驗結(jié)果，計算確定3個礦區(qū)動力煤的可浮性等級。整體試驗思路繪制出試驗流程圖如圖1所示。
2試驗內(nèi)容
2.1 工業(yè)分析
塔山礦區(qū)、同忻礦區(qū)和燕子山礦區(qū)原煤工業(yè)分析結(jié)果見表1。
由表1可見，塔山礦區(qū)和同忻礦區(qū)動力煤的水分、灰分、揮發(fā)分及固定碳含量比較相近；燕子山礦區(qū)動力煤的水分、灰分、揮發(fā)分及固定碳含量與塔山礦區(qū)和同忻礦區(qū)相比都較高。
結(jié)合焦渣特征分類和試驗結(jié)果，分析可知塔山礦區(qū)和同忻礦區(qū)動力煤屬于不熔融粘結(jié)性煤，燕子山礦區(qū)動力煤屬于弱粘結(jié)性煤。塔山礦區(qū)、同忻礦區(qū)和燕子山礦區(qū)動力煤小篩分試驗結(jié)果見表2。
由表2可見，塔山礦、同忻礦和燕子山礦這3個礦區(qū)的煤樣適宜浮選的粒級產(chǎn)率均較低，其中塔山礦區(qū)煤樣適宜浮選的粒級產(chǎn)率與同忻礦區(qū)和燕子山礦區(qū)煤樣相比相對較高；塔山礦區(qū)和同忻礦區(qū)的煤樣細泥問題不嚴重，燕子山礦區(qū)煤樣細泥問題嚴重。總體來說，塔山礦區(qū)和同忻礦區(qū)的煤樣可以通過浮選達到降低灰分的效果，燕子山礦區(qū)煤泥想要通過浮選降低灰分則較為困難。
3 可浮性探究
針對大同煤礦集團塔山礦區(qū)、同忻礦區(qū)和燕子山礦區(qū)動力煤灰分偏高的特點，采用浮選手段來提高其動力煤品質(zhì)，對其可浮性進行了初步探究。
采用傳統(tǒng)浮選藥劑煤油和仲辛醇，首先進行分步釋放試驗，對其浮選效果進行初評。其次，同時控制浮選礦漿濃度和充氣量，設(shè)計四因素三水平正交浮選試驗。根據(jù)試驗結(jié)果綜合分析，評定塔山礦區(qū)、同忻礦區(qū)和燕子山礦區(qū)動力煤可浮性能。
試驗所需煤樣質(zhì)量按式(1)計算：
試驗所需藥劑用量按體積來加藥，質(zhì)量與體積由式(3)換算：
3.1 分布釋放試驗
分步釋放浮選試驗的實質(zhì)是依據(jù)煤泥粘附在氣泡上的牢固程度，將它們分離成若干不同灰分的組分。選煤驗室分步釋放浮選試驗方法是通過一次粗選和多次精選的方法，將煤泥按其可浮性分成灰分不同的若干部分，試驗結(jié)果是評價浮選工藝效果的依據(jù)。
對于影響浮選試驗結(jié)果的因素控制，本次浮選試驗條件為：捕收劑選用煤油，用量為1000 g／t;起泡劑選用仲辛醇，用量為200 g/t;礦漿濃度為100 g/L;單位體積充氣量為0.25 m3／h；攪拌速度為1800 r/min。
通過試驗比較塔山礦區(qū)、同忻礦區(qū)和燕子山礦區(qū)煤樣分步釋放試驗累計灰分與累計產(chǎn)率關(guān)系如圖2所示。
由圖2可以看出，在浮選條件一樣的情況下，塔山礦區(qū)和同忻礦區(qū)的煤樣累計灰分與累計產(chǎn)率的關(guān)系基本一致，當累計灰分在15%左右時，累計產(chǎn)率達到80%左右，而燕子山礦區(qū)煤樣的可浮性則較差。
3.2主因素三水平正交浮選試驗
改變柴油用量、仲辛醇用量、浮選礦漿濃度以及浮選單位充氣量這4個影響浮選效果的因素進行四因素三水平的正交浮選試驗。
由四因素三水平正交浮選試驗確定影響塔山礦區(qū)、同忻礦區(qū)和燕子山礦區(qū)煤樣浮選的最主要因素及浮選最佳操作工藝條件見表3。
塔山礦區(qū)、同忻礦區(qū)和燕子山礦區(qū)煤樣在最佳浮選操作工藝條件下的試驗結(jié)果見表4。
綜合表4與塔山礦、同忻礦和燕子山礦這3個礦區(qū)的煤樣正交試驗浮選結(jié)果對比可知，最佳浮選操作工藝條件下的試驗結(jié)果與理論預期結(jié)果有一定偏差，說明四因素之間的交互作用對浮選結(jié)果有一定影響。所以需保持其它浮選因素不變，改變影響浮選的主要因素試驗來確定最佳的浮選結(jié)果，即塔山礦區(qū)煤樣浮選的主要因素為礦漿濃度，同忻礦區(qū)和燕子山礦區(qū)煤樣浮選的主要因素為起泡劑用量。
4各礦區(qū)煤樣主要因素浮選
4.1 塔山礦區(qū)煤樣改變礦漿濃度浮選
塔山礦區(qū)煤樣主因素系列浮選試驗結(jié)果見表5。
由表5可見，精礦產(chǎn)率隨著礦漿濃度的增高而減少，灰分在人料濃度為40~140 g／L之間時逐步降低，在入料濃度>140 g/L后灰分又逐步回升，尾礦產(chǎn)率隨著人料濃度增加而增加，灰分也隨之下降。
隨著礦漿濃度的改變，精煤產(chǎn)率與灰分的關(guān)系如圖3所示。
由圖3可以看出，隨著礦漿濃度的增加產(chǎn)率整體呈下降趨勢，灰分波動范圍較小，在13%～18%之間。在一定范圍內(nèi)，灰分的變化與產(chǎn)率的變化呈一致性。結(jié)合表5可知，當?shù)V漿濃度為130 g,/L時，浮選效果最好。
4.2 同忻礦區(qū)煤樣改變起泡劑用量浮選
同忻礦區(qū)煤樣主因素系列浮選試驗結(jié)果見表6。
由表6可見，精礦產(chǎn)率隨著仲辛醇用量的增加而增加，灰分主要在14. 89%～16. 97%之間波動。
隨著礦漿濃度的改變，精煤產(chǎn)率與灰分的關(guān)系如圖4所示。
由圖4可以看出，隨著仲辛醇用量的增加產(chǎn)率整體呈上升趨勢，灰分波動范圍較小，在14%～17%之間。在一定范圍內(nèi)，灰分的變化與產(chǎn)率的變化呈一致性。結(jié)合表6可知，當仲辛醇用量為200 g/t時，浮選效果最好。
4.3 燕子山礦區(qū)煤樣改變起泡劑用量浮選
燕子山礦區(qū)煤樣主因素系列浮選試驗結(jié)果見表7。
由表7可見，精礦產(chǎn)率隨著仲辛醇用量的增加而增加，灰分卻在逐步降低。
隨著礦漿濃度的改變，精煤產(chǎn)率與灰分的關(guān)系如圖5所示。
由圖5可以看出，隨著仲辛醇用量的增加產(chǎn)率整體呈上升趨勢，同時灰分呈下降趨勢。在一定范圍內(nèi)，產(chǎn)率越高灰分越低。結(jié)合表7可知，當仲辛醇用量為300 g/t時，浮選效果最好。
5 結(jié)論
為了提高大同煤礦集團塔山礦區(qū)、同忻礦區(qū)和燕子山礦區(qū)這3個礦區(qū)的動力煤的品質(zhì)，采用浮選手段來降低塔山礦區(qū)、同忻礦區(qū)和燕子山礦區(qū)這3個礦區(qū)的動力煤的灰分，以提高其發(fā)熱量。分別進行了原煤小篩分試驗、四因素三水平正交浮選試驗以及主因素系列浮選試驗，通過對試驗結(jié)果的綜合分析，得到以下結(jié)論：
(1)塔山礦區(qū)和同忻礦區(qū)動力煤屬中灰、中揮發(fā)分、特低全水分以及不熔融粘結(jié)性煤，燕子山礦區(qū)動力煤屬高灰、中高揮發(fā)分以及弱粘結(jié)性煤。
(2)塔山礦區(qū)、同忻礦區(qū)和燕子山礦區(qū)動力煤的發(fā)熱量分別為24325 J/g、23894 J/g、18528 J/g，經(jīng)過浮選后，塔山煤樣最佳浮選效果精煤發(fā)熱量達到28700 J/g，比原煤發(fā)熱量提高了4375 J/g，同時產(chǎn)率達到76. 88%；同忻煤樣最佳浮選效果精煤發(fā)熱量達到28410 J/g，比原煤發(fā)熱量提高了4516 J/g，同時產(chǎn)率達到78. 69%;燕子山煤樣最佳浮選效果精煤發(fā)熱量達到28303 J/g，比原煤發(fā)熱量提高了9775J/g，但是產(chǎn)率僅為35. 11%。
(3)塔山和同忻礦區(qū)動力煤屬于極易浮煤，燕子山礦區(qū)動力煤屬于難浮煤。當煤油用量為1000 g/t、仲辛醇用量為160 g/t、礦漿濃度為130 g／L以及單位體積充氣量為0.15 m3/h時，為塔山礦區(qū)最佳浮選條件；當煤油用量為1000 g/t、仲辛醇用量為200 g/t、礦漿濃度為60 g/L以及單位體積充氣量為0. 15 m3／h時，為同忻礦區(qū)最佳浮選條件；當煤油用量為1000 g/t、仲辛醇用量為300 g/t、礦漿濃度為60 g/L以及單位體積充氣量為0. 25m3／h時，為燕子山礦區(qū)最佳浮選條件。
(4)塔山礦區(qū)、同忻礦區(qū)和燕子山礦區(qū)通過浮選煤樣可提高經(jīng)濟效益分別為197.7元／t、
204.4元／t和-9.7元／t。
6摘 要 為了實現(xiàn)對大同煤礦集團石炭系原煤中動力煤的高效利用，選取礦區(qū)內(nèi)開采石炭系最有代表性的塔山礦、同忻礦和燕子山礦這3個礦區(qū)的動力煤為研究對象，選用煤油和仲辛醇為浮選藥劑探究這3個礦區(qū)動力煤的可浮性能，通過正交浮選試驗，確定其最佳浮選操作指標，同時進行主因素系列浮選試驗，確定其最佳浮選效果，探討同煤集團石炭紀原煤浮選的可行性。
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