山西华宁焦煤有限责任公司(以下简称：华宁选煤厂)为矿井型炼焦煤选煤厂，设计能力为3.0Mt/a，采用有压两产品重介质旋流器主再选+TBS+浮选的联合工艺。选煤厂主要入选的2#煤为中低灰分、特低硫、低磷、高发热量、中等粘结性的瘦煤，是我国优质的炼焦配煤。目前，华宁选煤厂存在因产品水分偏大，尤其是浮选精煤的水分较高，导致产品无效运输、冬季装卸困难、客户质量纠纷等一系列问题。

为了降低选煤厂精煤水分，选煤厂通过调整设备参数、增添脱水设备及添加助滤剂来解决问题。实践证明，助滤剂的使用更加节能、高效。鹿克强等研究了高分子絮凝剂在田庄选煤厂精煤脱水中的作用效果，通过试验研究发现，加入高分子絮凝剂后，田庄选煤厂浮选精煤过滤效果变好，精煤水分降低，经济效益明显提高。西曲矿选煤厂将煤泥脱水助滤剂加入浮选精煤中，提高了煤泥的过滤效率，降低了精煤产品水分。赵固二矿选煤厂采用添加助滤剂的方法来降低浮选精煤的水分，通过试验得出了助滤剂的种类和最佳用量，取得了较好的实用效果，不仅缩短了压滤周期，而且使精煤水分降低了3个百分点。

助滤剂包括高分子絮凝剂和表面活性剂两种类型。高分子絮凝剂又分为阴离子型、阳离子型和非离子型。为了降低华宁选煤厂浮选精煤的水分，共采用四种助滤剂，其中包括三种高分子絮凝剂和一种表面活性剂，通过真空过滤试验，来确定最佳药剂种类和用量，为现场浮选精煤水分的脱除提供了理论依据。

1 试验研究

1.1 试样及药剂性质分析

试样来自华宁选煤厂浮选精煤，现场采集的浮选精煤经过过滤烘干，得到干燥的试验样品，再根据GB/T477—2008《煤炭筛分试验方法》进行粒度组成分析，试验样品的小筛分试验结果见表1。

表1  浮选精煤小筛分试验结果

由表1可知，浮选精煤中＜0.042mm的含量占全粒级的43.63%，灰分为13.12%。说明在华宁选煤厂中，浮选精煤的粒级较细，而细粒级的颗粒在脱水过程中会堵塞滤饼孔隙，为过滤过程带来极大的困难。试验采用的助滤剂主要包括表面活性剂和聚丙烯酰胺，具体的药剂信息见表2。

表2  试验药剂性质

为分析试验样品中矿物质种类，对其进行了XRD分析，结果如图1所示。

图1  浮选精煤XRD图谱

由图1可知，华宁选煤厂的浮选精煤中含有大量高岭土、少量蒙脱石和石英，这些矿物不仅粒度细，且表面带有较高的负电荷，使得悬浮液的稳定性提高，具有较高的分散性，不利于滤饼的形成。同时粘土矿物表面亲水性高，表面易形成稳定的水化膜，使得脱水难度增加。因此，需要添加合适的药剂，在降低悬浮液稳定性的同时，增加颗粒表面的疏水性，提高浮选精煤的脱水效果。

1.2 试验方法

试验样品选取浓度为220g/L。脱水试验采用真空过滤的方法，真空度为0.05MPa，表面活性剂的质量浓度为1%，聚丙烯酰胺的配制浓度为0.1%。过滤结束后，取出滤饼并在烘箱中用105℃烘干2h，最终测得滤饼水分。

2 结果分析

2.1 脱水试验结果分析

4种不同助滤剂对华宁选煤厂浮选精煤的助滤试验结果如图2—图5所示。

图2  十二烷基苯磺酸钠SDBS对精煤脱水的影响

由图2可知，随着十二烷基苯磺酸钠SDBS用量的增加，精煤的水分先减小后增大，在十二烷基苯磺酸钠SDBS用量为300g/t时，精煤水分达到最低，为23.8%，相比于不添加药剂时的精煤水分的28.5%，降低了4.7个百分点。

图3  阴离子聚丙烯酰胺对精煤脱水的影响

由图3可知，加入阴离子聚丙烯酰胺后，随着阴离子聚丙烯酰胺用量的增加，精煤水分先减小后增大，在阴离子聚丙烯酰胺用量为200g/t时，精煤水分达到最小，为22.3%，相比于不添加药剂时的精煤水分(28.5%)，降低了6.2个百分点。

图4  非离子聚丙烯酰胺对精煤脱水的影响

由图4可知，加入非离子聚丙烯酰胺后，随着非离子聚丙烯酰胺用量的增加，精煤水分先减小后增大，在非离子聚丙烯酰胺用量为50g/t时，精煤水分达到最低，为21.0%，相比于不添加药剂时的精煤水分(28.5%)，降低了7.5个百分点。

图5  阳离子聚丙烯酰胺对精煤脱水的影响

由图5可知，加入阳离子聚丙烯酰胺后，随着阳离子聚丙烯酰胺用量的增加，精煤水分先减小后增大，在阳离子聚丙烯酰胺用量为200g/t时，精煤水分达到最小，为24.2%，相比于不添加药剂时的精煤水分(28.5%)，降低了4.3个百分点。

综上所述，十二烷基苯磺酸钠和三种聚丙烯酰胺对于华宁选煤厂浮选精煤均有较好的脱水效果。相比于其他三种药剂，非离子聚丙烯酰胺的脱水效果最好。

2.2 脱水机理分析

2.2.1 样品的润湿性分析

煤是一种含有多种含氧官能团的多元芳香烃化合物。尽管碳具有较强的疏水性，但煤表面的含氧官能团却具有很强的亲水性。此外，根据XＲD分析结果可知，华宁选煤厂浮选精煤中含有大量的高岭石、蒙脱石等粘土矿物及石英，这些矿物是天然的亲水性矿物，它们的存在增加了脱水难度。

四种药剂最佳用量下，浮选精煤的接触角变化如图6所示。

图6  药剂对浮选精煤接触角的影响

由图6可知：没有药剂作用时，浮选精煤的接触角为65.5°；加入一定量的SDBS后，浮选精煤的接触角增大为72.3°；而加入一定量的聚丙烯酰胺后，样品的接触角几乎不变。接触角越大，样品越不易润湿，即样品的疏水性越强。通过接触角的变化可以看出，四种药剂中只有SDBS可以在一定程度上提高样品的疏水性，降低滤饼水分。其余三种药剂对样品的疏水性影响不大，这主要是因为SDBS是两亲分子，极性头基吸附在颗粒表面，疏水碳链朝向水中，降低了试样的亲水性。而聚丙烯酰胺中含有大量—COO—极性基团，尽管在药剂作用过程中会掩盖部分样品表面原来的含氧官能团，但同时也会带入新的极性基团，所以聚丙烯酰胺对样品表面的润湿性影响不大。

2.2.2 絮凝作用机理分析

加入药剂后，不仅会引起样品表面润湿性的改变，还会对样品起到一定的絮凝作用，特别是加入聚丙烯酰胺后，药剂对样品的絮凝效果明显。加入聚丙烯酰胺后，药剂分子会通过“架桥”作用使样品中的小颗粒絮凝成较大的絮团，从而避免小颗粒因为钻隙作用而降低滤饼的孔隙率，影响水分的脱除。虽然部分研究发现高分子化合物形成的松散絮团内部含有一定的水分难以脱除，但是本研究中采用的是低分子量的聚丙烯酰胺，形成的絮团较小且絮团密实，因而絮团内部含有极少的水分。

3 结论

(1) 十二烷基苯磺酸钠和三种聚丙烯酰胺对浮选精煤均有很好的脱水作用。

(2) 四种药剂对浮选精煤的脱水效果不同。其中，非离子聚丙烯酰胺的脱水效果最好，在非离子聚丙烯酰胺用量为50g/t时，精煤水分达到最低，为21.0%，相比不添加药剂时(28.5%)，降低了7.5个百分点。

(3) 表面活性剂与聚丙烯酰胺的作用机理不同：十二烷基苯磺酸钠主要通过提高样品表面的疏水性来提高脱水效果，降低滤饼水分；而聚丙烯酰胺通过“架桥”作用使试样中的小颗粒絮凝成较大的絮团，从而避免了小颗粒的钻隙作用而降低滤饼的孔隙率，促进了水分的脱除。

◎作者简介：陈雷(1986—)，男，山西临汾人，助理工程师，从事选煤厂生产管理工作。

◎引用格式：陈雷，刘志栋.华宁选煤厂浮选精煤脱水试验研究［J］.选煤技术，2020(2)：22－25.