四种不同煤的可浮性研究

2005/10/12 14:48:33

摘要　在确定煤样的理论可浮性和实际可浮性的基础上，从中间密度含量和基元灰分出发，对不同煤化程度的4种煤样进行了分析，提出了理论可浮性、中间密度含量及基元灰分对4种煤样实际可浮性不同程度的影响，为开发4种煤样所用的浮选剂及工艺操作提出了指导原则。
关键词　理论可浮性　实际可浮性　浮沉试验

1　煤的理论可浮性
　　煤的有机基质是以缩合的多环芳烃为主体，并且通过其所含的脂肪烃和各种官能团支链，如—OH、—COOH、＞C=O、—NH₂及—SR等交连构成的结构。多环芳烃基本呈疏水性，但它还受到电子离域性影响而有一定的亲水性，含氧、含氮的官能团呈亲水性，而含硫的官能团却又呈疏水性，脂肪烃也呈疏水性。因此，煤本身的疏水性是多个因素的综合表现，其总效应为较弱的疏水性，这就是煤本身具有浮游性的内在原因，常称为煤的理论可浮性。可见煤的理论可浮性取决于煤表面各种有机组分的净效应。本文选取了4种不同挥发分含量的煤（气、肥、焦、瘦）作为研究对象，它们的元素分析结果见表1。
　　根据孙守权提出的表面成分理论，在假设煤的容积化学组成和表面化学组成大致相同的前提下，根据各元素的重量百分数，通过经验公式（1）可直接算出其可浮性。

g15.gif (2127 bytes) 　　　　　　　　　　　（1）

式中：C、H、S、O、N——煤样中碳、氢、硫、氧、氮的重量百分数；

表1　4种煤样的元素分析结果（％）　　

指标	平顶山	马兰	西曲	太原
C_ad	80.85	84.76	84.48	85.60
C_daf	84.97	87.55	87.76	89.49
H_ad	5.00	5.20	4.88	4.83
H_daf	5.25	5.37	5.07	5.05
O_ad	7.13	4.62	4.42	2.85
O_daf	8.31	4.77	4.59	2.98
N_ad	1.63	1.44	1.48	1.50
N_daf	1.71	1.49	1.54	1.57
S_tad	0.541	0.773	0.965	0.871
S_tdaf	0.551	0.798	1.003	0.911
A_ad	3.14	2.29	2.74	3.26

　　X、Y、Z——灰分、氢含量、水分的校正系数；
　　M——煤的水分，％。
　　上述4种煤样的计算结果见表2。

表2　4种煤样的理论可浮性

序号	煤种	煤样	理论可浮性
1	气煤	平顶山	9.442
2	肥煤	马兰	10.599
3	焦煤	西曲	10.135
4	瘦煤	太原	10.429

2　煤的实际可浮性
　　采用分步释放法研究了4种不同挥发分煤的实际可浮性，结果见表3及图1。

表3　几种煤不同分选次数下的产率　　　（％）　　

煤样	1	2	3	4	5	6
煤样A	100	100	100	100	100	100
煤样B	0	0	0	0	0	0
平顶山	18.4	35.6	50.9	66.3	82	100
马兰	48.24	59.47	71.01	79.43	87.96	100
西曲	32.52	46.25	57.74	72.83	85.39	100
太原	26.48	37.67	52.49	68.36	82.80	100

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图1　浮选次数与浮选产率关系

　　设煤样A为全部可浮，煤样B为全部不浮，则以分选次数与产率关系曲线以下部分的面积作为煤实际可浮性的考察指标，可得出煤样A为500，煤样B为0。因为煤样A和煤样B对“可浮”这一概念的隶属度分别为1、0，所以我们确定此面积的1/500作为该煤样对“可浮”的隶属度，从而实现煤实际可浮性的量化。
　　煤实际可浮性的隶属函数为：

　　　　　　　　　　　　　　　　　（2）

式中：S——在［1，5］闭区间上精煤产率与分选次数曲线下的面积。
　　对该曲线进行数学回归可以得到它的方程：

y=f(x）　　　　　　　　　　　　　　　　　（3）

　　按式（2）积分可得S

　　　　　　　　　　　　　　　　　（4）

　　由此得可浮性指标:

　　　　　　　　　　　　　　　　　(5)

　　应用上述方法对4种煤样的实际可浮性进行评价得结果如表4。

表4　4种不同挥发分煤的实际可浮性

煤样	煤种	实际可浮性Fp
马兰	肥煤	0.6202
西曲	焦煤	0.5472
太原	瘦煤	0.5073
平顶山	气煤	0.4900

3　4种煤样浮沉试验结果
　　按照煤样密度分布测定的方法对4种煤样进行了浮沉试验，并计算出各自的中间密度级（1.45～1.8g/cm³）含量，结果见表5。

表5　4种煤样的浮沉试验结果　　　　　　　　　　（g/cm³)

煤种	指标（％）	-1.3	1.3～1．4	1．4～1．5	1．5～1．6	1．6～1．8	+1.8	中间密度级含量（％）
平顶山（气煤）	产率灰分	27.05 7.65	44.85 9.93	10.67 15.98	6.63 30.96	2.15 40.87	8.65 70.41	14.11
马兰（肥煤）	产率灰分	26.97 1.79	47.26 8.09	2.15 11.83	4.06 23.35	5.25 34.47	14.31 73.41	10.39
西曲（焦煤）	产率灰分	26.06 2.69	53.39 9.97	1.65 10.04	2.94 27.46	4.95 36.60	11.01 69.86	8.715
太原（瘦煤）	产率灰分	25.98 5.28	62.99 7.76	0.19 14.88	1.57 25.25	2.56 34.19	6.71 73.30	4.225

4　结　论
　　根据以上实验所测试的结果，将4种煤样的理论可浮性指标、实际可浮性指标、中间密度级含量指标及入料灰分列入表6，进行比较得出如下结论。
4.1　平顶山煤样的中间密度级含量最高，而且理论可浮性也是最差，尽管入料灰分不是很高，它的实际可浮性仍是4个煤样中最差的。说明中间密度级含量、理论可浮性对该煤种的实际可浮性都有重要的影响。中间密度级含量高，而且入料灰分不很高，说明矸石在煤中的分散程度很高，那么，该煤样的单体分离程度差，如果浮选时过分追求精煤回收率，须以大量增加精煤灰分作为代价的，因此可看出这类煤是很难选的。
　　针对这类煤质开发的浮选剂应加强选择性，而不应一味加强其捕收性能，应增加浮选剂中促进性组分的含量，尽管这样，它的浮选剂耗量还可能很大。
4.2　太原煤样的中间密度级含量、灰分及理
论可浮性的指标都是较好的，但它的实际可浮性却比马兰和西曲的煤样都差，说明还有未考虑到的其它因素有着重要的影响，这样相比之下已测试的因素对其可浮性影响略小。由于中间密度级含量少，说明提高精煤产率对精煤灰分影响较小。因此应加强浮选剂的捕收性能，并在操作中适当增加浮选时间，才能够取得较满意的工艺指标。
4.3　西曲煤样的中间密度级含量居中，灰分略高且理论可浮性一般，但其实际可浮性较好，这首先说明矸石在煤中的分散度不是很大，易于单体分离；但由于该煤样总灰分略高，因此，其对应浮选剂应具有良好的捕收性和一定的选择性能，才能获得较好浮选效果。
4.4　马兰煤的中间密度级含量一般，灰分最高，而理论可浮性和实际可浮性都好，说明矸石在煤中的分散程度最小，煤与矸石的单体分离也最好，因此可以说它是易浮的煤种，采用的浮选剂也不需太强的捕收性能，而稍加强其选择性能，这样在浮选剂耗量不太大的条件下，就能获得较为满意的工艺指标。因此，开发对应的浮选剂时，应在满足生产要求的情况下强调低耗量和低成本。

作者单位：霍卫东　赵志军（煤炭科学研究总院　北京100013）
　　　　　郭梦熊（中国矿业大学北京校区　北京100083）

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