高細(xì)泥含量難浮煤泥的反、正兩段浮選工藝

陳智超 李志紅 樊民強(qiáng)

(太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,山西省太原市,030024)

★煤炭科技·加工轉(zhuǎn)化★

高細(xì)泥含量難浮煤泥的反、正兩段浮選工藝

陳智超 李志紅 樊民強(qiáng)

(太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,山西省太原市,030024)

針對(duì)細(xì)煤泥含量高及浮選困難的問(wèn)題,進(jìn)行了先反浮選后正浮選的兩段浮選試驗(yàn)研究,試驗(yàn)結(jié)果表明,以淀粉為抑制劑、十二胺鹽酸鹽為捕收劑進(jìn)行反浮選,可以脫除約20%的高灰細(xì)泥;對(duì)礦漿進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌和使用氫氧化鈉調(diào)漿,可以消除淀粉對(duì)煤的抑制作用和改變十二胺藥劑的存在狀態(tài);然后進(jìn)行常規(guī)正浮選,可以獲得合格質(zhì)量精煤。反、正兩段浮選工藝為高細(xì)泥含量難浮煤泥的浮選提供了一條新的途徑。

細(xì)煤泥 兩段浮選 藥劑制度 反浮選

在煤泥浮選過(guò)程中,高灰細(xì)泥是導(dǎo)致浮精產(chǎn)率低及灰分高的主要原因。相關(guān)專(zhuān)家針對(duì)高灰難選細(xì)粒煤泥的煤質(zhì)進(jìn)行了分析,指出粒度較細(xì)的高嶺石顆粒吸附能力較強(qiáng),易隨氣泡上浮成為精煤;還有專(zhuān)家以糊精為煤的抑制劑,十二胺為捕收劑,研究了藥劑用量和礦漿p H值對(duì)煤泥反浮選效果的影響;還有研究以糊精為抑制劑,十二胺和十二烷基三甲基氯化銨為捕收劑,通過(guò)零調(diào)漿方法對(duì)動(dòng)力煤進(jìn)行了反浮選試驗(yàn)研究。

可以有效地抑制高灰細(xì)泥對(duì)浮選精煤污染的方法主要有分級(jí)浮選工藝、超聲處理和添加抑制劑。反浮選是在浮選中加入煤的抑制劑和礦物質(zhì)捕收劑,使礦物質(zhì)成為泡沫產(chǎn)品的分選過(guò)程。雖然,反浮選可以不脫泥直接進(jìn)行浮選,但通過(guò)一次反浮選往往難以獲得合格質(zhì)量的低灰精煤。本文探索了先反浮選脫泥后正浮選精選的兩段浮選工藝,并對(duì)其藥劑用量和分選條件進(jìn)行了優(yōu)化研究,使浮選精煤在質(zhì)量合格(灰分小于11.00%)的同時(shí)具有較高產(chǎn)率。

1 煤樣性質(zhì)

1.1 試驗(yàn)煤樣

試驗(yàn)選用的煤樣采自山西大遠(yuǎn)煤業(yè)集團(tuán)－3 mm原煤,在實(shí)驗(yàn)室自然晾干后進(jìn)行篩分,?。?.5 mm煤泥為浮選試驗(yàn)用煤樣,樣品粒度組成見(jiàn)表1。

由表1可以看出,煤樣粒度分布不均勻,細(xì)粒級(jí)含量偏高,－0.074 mm粒級(jí)產(chǎn)率高達(dá)40.21%;＋0.074 mm各粒級(jí)灰分隨粒度的減小略有增加,但變化不明顯,可以認(rèn)為煤質(zhì)均勻;而0.074～0.045 mm和－0.045 mm粒級(jí)灰分明顯高于其他粒級(jí),特別是－0.045 mm粒級(jí)的灰分高出煤樣平均灰分5.87%,說(shuō)明該煤泥樣品中含有較多的礦物質(zhì)細(xì)泥。

表1 煤泥篩分試驗(yàn)結(jié)果

為了進(jìn)一步了解煤泥中的礦物質(zhì)組成,采用X射線衍射儀(XRD)對(duì)樣品進(jìn)行物相分析,結(jié)果如圖1所示。

圖1 樣品XRD譜圖

由圖1可以看出,煤泥中的礦物成分主要是高嶺石、石英石和方解石,其中高嶺石的含量最高。高嶺石是一種黏土類(lèi)礦物,在煤中常呈團(tuán)塊狀和顆粒狀等,遇水極易泥化成細(xì)小顆粒,使煤漿泥化,浮選過(guò)程中會(huì)因機(jī)械夾帶進(jìn)入精煤,從而影響精煤的質(zhì)量。

煤泥浮選速度曲線如圖2所示。

由圖2可見(jiàn),當(dāng)精煤灰分為11.0%時(shí),精煤產(chǎn)率為44.80%,計(jì)算得知此時(shí)可燃體回收率為52.26%,介于40%和60%之間,為難浮煤泥。

圖2 煤泥浮選速度曲線

1.2 試驗(yàn)方法

浮選機(jī)采用XFD－1.5 L型充氣單槽浮選機(jī),槽體容積為1.5 L,主軸轉(zhuǎn)速為1750 r/min,充氣量為0.15 m3/h,礦漿濃度為100 g/L。試驗(yàn)所用藥劑如下:抑制劑為淀粉、細(xì)泥捕收劑為十二胺、p H值調(diào)整劑為氫氧化鈉、煤捕收劑為煤油以及起泡劑為仲辛醇,均為分析純。其中,為了利于十二胺在礦漿中的溶解,將其與鹽酸以物質(zhì)的量1∶1配制成濃度為1%的十二胺鹽酸鹽溶液備用。采用以下3種方案進(jìn)行試驗(yàn):

(1)正浮選方案:煤樣與水混合均勻,依次加入捕收劑煤油和起泡劑仲辛醇,藥劑作用時(shí)間分別為1 min和10 s,刮泡時(shí)間為3 min,泡沫產(chǎn)品為精煤;

(2)反浮選方案:煤樣與水混合均勻,依次加入抑制劑淀粉和捕收劑十二胺鹽酸鹽(兼具起泡作用),藥劑作用時(shí)間均為1 min,刮泡時(shí)間為3 min,泡沫產(chǎn)品為尾煤;

(3)反、正兩段浮選方案:煤樣與水混合均勻,依次加入抑制劑淀粉和捕收劑十二胺鹽酸鹽,藥劑作用時(shí)間均為1 min,刮泡時(shí)間3 min,泡沫產(chǎn)品記作尾煤1;在剩余礦漿中添加NaOH調(diào)節(jié)礦漿p H值至堿性,然后加入煤油和仲辛醇,作用時(shí)間分別為1 min和10 s,刮泡3 min,泡沫產(chǎn)品為精煤,其余記作尾煤2。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 正浮選試驗(yàn)

煤泥浮選通常采用正浮選工藝,以煤油為捕收劑,仲辛醇為起泡劑,在不同藥劑用量條件下的浮選試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可以看出,隨著捕收劑和起泡劑用量的增加,精煤產(chǎn)率有所提高,但其灰分也隨之增加。在選擇藥劑用量相同的條件下,精煤灰分均超過(guò)11.00%。即使煤油和仲辛醇用量低至50 g/t,精煤灰分仍不合格,而此時(shí)的精煤產(chǎn)率僅為28.30%,究其原因主要是細(xì)泥污染精煤所致。

表2 煤油和仲辛醇用量對(duì)浮選效果的影響

2.2 反浮選試驗(yàn)

反浮選以浮起煤中礦物雜質(zhì)為目標(biāo),試驗(yàn)中采用淀粉為煤的抑制劑,十二胺鹽酸鹽為細(xì)泥捕收劑和起泡劑,不同藥劑用量條件下的反浮選試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 淀粉與十二胺鹽酸鹽用量對(duì)浮選結(jié)果的影響

由表3可以看出,改變淀粉和十二胺鹽酸鹽的用量,均會(huì)對(duì)浮選尾煤的灰分和產(chǎn)率產(chǎn)生影響。在選擇的藥劑用量范圍內(nèi),尾煤灰分可達(dá)50.0%以上,產(chǎn)率在20%～23%之間。雖然,反浮選的精煤產(chǎn)率為75%～80%,且精煤與尾煤的灰分差值達(dá)到35.00%左右,但精煤灰分遠(yuǎn)高于指標(biāo)要求。

反浮選尾煤的XRD譜圖如圖3所示。

圖3 反浮選尾煤的XRD譜圖

對(duì)比圖1可以發(fā)現(xiàn),反浮選尾煤中石英石的衍射峰強(qiáng)度明顯增高,說(shuō)明石英石的含量較多,十二胺對(duì)石英礦物具有良好的捕收作用;方解石的衍射峰強(qiáng)度也有所增加,說(shuō)明十二胺對(duì)方解石礦物有一定的捕收作用;高嶺石顆粒表面通常荷負(fù)電,能吸附大量帶正電的胺鹽,所以在XRD譜圖中可觀察到明顯的高嶺石衍射峰。

由此可見(jiàn),通過(guò)一段正浮選和一段反浮選均不能獲得合格質(zhì)量的精煤。但是,反浮選可脫除20%左右的礦物質(zhì),高灰細(xì)泥含量的減少將有利于改善煤泥正浮選過(guò)程的選擇性。

2.3 兩段浮選試驗(yàn)

煤泥兩段浮選試驗(yàn)采取先反浮選、后正浮選的方案。反浮選藥劑用量如下:淀粉用量為730 g/t,十二胺用量為870 g/t,泡沫產(chǎn)品記作尾煤1;對(duì)反浮選剩余礦漿進(jìn)行正浮選,煤油用量為900 g/t,仲辛醇用量為100 g/t,得到精煤和尾煤記作尾煤2;為了消除淀粉和十二胺藥劑對(duì)后續(xù)正浮選過(guò)程中產(chǎn)生的不利影響,在正浮選前先采用不同用量的NaOH進(jìn)行調(diào)漿,NaOH用量與浮選指標(biāo)關(guān)系圖如圖4所示。

由圖4可以看出,隨著Na OH用量的增加,精煤的產(chǎn)率不斷上升,而灰分則呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)。相關(guān)專(zhuān)家曾研究過(guò)十二胺浮選體系中淀粉對(duì)礦物的抑制作用與p H值的關(guān)系,認(rèn)為淀粉的抑制作用在酸性條件下最佳,中性和堿性條件下抑制作用明顯減弱。試驗(yàn)結(jié)果也表明,隨著礦漿p H值的提高,淀粉在石英石和赤鐵礦表面的吸附量降低;在p H值為10～11的范圍內(nèi),淀粉對(duì)赤鐵礦和石英石的選擇性吸附差別達(dá)到最大;在堿性范圍內(nèi),淀粉在赤鐵礦表面的吸附量大于在石英石表面的吸附量;從靜電引力的觀點(diǎn)看,這可能是因?yàn)榈矸墼谌芤褐袔ж?fù)電,當(dāng)?shù)矸叟c礦物表面作用時(shí),赤鐵礦的表面電位低于石英石表面電位,淀粉與赤鐵礦間靜電斥力弱于淀粉與石英間的靜電斥力,淀粉更容易吸附在表面電位較低的赤鐵礦表面。

圖4 NaOH用量與浮選指標(biāo)關(guān)系圖

在本試驗(yàn)中,隨著NaOH用量的增加礦漿堿性增強(qiáng),淀粉對(duì)煤的抑制作用減弱,從而可以提高精煤產(chǎn)率。

當(dāng)NaOH用量小于2130 g/t時(shí),精煤灰分隨著NaOH用量的增加而降低。這是因?yàn)槭凡妒談┲饕侩x子形式作用于礦物表面,十二胺解離成為有效離子的多少與礦漿p H值有很大關(guān)系。根據(jù)浮選溶液化學(xué)理論,p H值從5增加至10的區(qū)間內(nèi),十二胺的主要存在形式從離子逐漸變成分子,而這種改變阻礙了其在石英石表面的吸附。在本試驗(yàn)中,NaOH用量從0 g/t增加至2130 g/t,浮選礦漿的p H值由7提高到10,十二胺由離子狀態(tài)向分子狀態(tài)過(guò)渡,對(duì)細(xì)泥捕收作用逐漸減弱,致使精煤灰分不斷降低;NaOH用量由2130 g/t提高到3000 g/t,精煤灰分雖有所上升,但依然滿足灰分小于11.00%的要求,精煤產(chǎn)率則由38.20%提高至45.34%;繼續(xù)提高NaOH的用量,則使得淀粉的抑制作用減弱,煤粒的可浮性增強(qiáng),可能導(dǎo)致剩余大量的捕收劑。過(guò)量的煤油將會(huì)把部分細(xì)泥捕收至精煤產(chǎn)品,導(dǎo)致精煤產(chǎn)率提高的同時(shí)灰分升高。在精煤灰分合格的情況下,產(chǎn)率最高能達(dá)45.34%,說(shuō)明仍有部分精煤未被有效地分選出來(lái)。

考慮到強(qiáng)堿性礦漿后期處理的困難,NaOH用量選擇2130 g/t較為適宜;此時(shí)精煤產(chǎn)率只有38.2%,為了進(jìn)一步提高精煤產(chǎn)率,嘗試通過(guò)調(diào)整調(diào)漿攪拌過(guò)程來(lái)改善浮選效果。

2.3.1 攪拌時(shí)間

設(shè)定固定浮選機(jī)主軸轉(zhuǎn)數(shù)為1750 r/min,對(duì)反浮選后剩余礦漿進(jìn)行不同時(shí)間的攪拌,然后加入NaOH調(diào)漿,再進(jìn)行正浮選。不同攪拌時(shí)間作用下的浮選試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 攪拌時(shí)間與浮選指標(biāo)關(guān)系圖

由圖5可以看出,延長(zhǎng)攪拌時(shí)間對(duì)改善煤泥浮選效果影響顯著,特別對(duì)提高精煤產(chǎn)率有利。適宜的攪拌時(shí)間為8～14 min,精煤灰分符合要求,產(chǎn)率可達(dá)到50.0%以上;攪拌時(shí)間為14 min時(shí),精煤產(chǎn)率最高達(dá)到56.83%,精煤灰分10.94%。由此可見(jiàn),對(duì)礦漿進(jìn)行攪拌可以對(duì)煤粒表面起到擦洗作用,去除黏附在煤粒表面的高灰細(xì)泥。

當(dāng)攪拌時(shí)間為14 min時(shí),兩段浮選的精煤和尾煤2產(chǎn)品XRD物相分析結(jié)果分別如圖6和圖7所示。

圖6 精煤XRD譜圖

圖7 尾煤2的XRD譜圖

由圖6和圖7可以看出,精煤產(chǎn)品中的礦物質(zhì)主要是高嶺石和少量方解石,石英礦物基本不存在;尾煤2中的礦物種類(lèi)與原樣基本相同,仍有石英和方解石礦物,說(shuō)明反浮選不夠徹底。

2.3.2 攪拌強(qiáng)度

鑒于攪拌時(shí)間較長(zhǎng)在工業(yè)實(shí)施中比較難實(shí)現(xiàn),所以考察了攪拌強(qiáng)度對(duì)浮選效果的影響。實(shí)驗(yàn)室浮選機(jī)主軸轉(zhuǎn)速分為3檔,即1570 r/min、1750 r/min和1920 r/min,對(duì)反浮選剩余礦漿進(jìn)行不同強(qiáng)度攪拌,時(shí)間分別為4 min、9 min和14 min,然后加入NaOH調(diào)漿,再進(jìn)行正浮選。不同攪拌條件下的浮選試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

圖8 浮選機(jī)轉(zhuǎn)速－浮選指標(biāo)關(guān)系圖

由圖8可看出,攪拌強(qiáng)度對(duì)浮選指標(biāo)有很大影響。攪拌時(shí)間相同時(shí),隨著浮選機(jī)轉(zhuǎn)速的提高,精煤產(chǎn)率增加,同時(shí)精煤灰分逐漸增高。當(dāng)浮選機(jī)轉(zhuǎn)速為1920 r/min時(shí),攪拌4 min可得的精煤產(chǎn)率為56.87%、灰分為10.82%,與轉(zhuǎn)速為1750 r/min、攪拌14 min時(shí)的浮選效果相當(dāng)?？梢?jiàn),浮選機(jī)轉(zhuǎn)速越高,達(dá)到較好浮選效果所需的攪拌時(shí)間越短。高速剪切的作用對(duì)去除淀粉的抑制作用有強(qiáng)烈影響,且在一定范圍內(nèi),速度越高作用越明顯。

3 結(jié)論

(1)高灰細(xì)泥影響浮選過(guò)程的選擇性,以淀粉為抑制劑,十二胺鹽酸鹽為捕收劑進(jìn)行反浮選,可有效脫除煤樣中約20%的礦物質(zhì)。

(2)采用反、正兩段浮選工藝,即先通過(guò)反浮選脫除部分高灰細(xì)泥,然后再進(jìn)行正浮選,可明顯改善浮選過(guò)程的選擇性,提高浮選效果。

(3)兩段浮選之間,需通過(guò)攪拌作用和NaOH調(diào)漿消除反浮選藥劑對(duì)正浮選的不利影響。其中,NaOH的適宜用量為2130 g/t,對(duì)應(yīng)礦漿p H值為10。

本文所研究的先反浮選后正浮選工藝,可以從高細(xì)泥含量難浮煤泥中分選出灰分較低以及產(chǎn)率較高的精煤產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)兩種相反浮選工藝的有效銜接,為高細(xì)泥含量難浮煤泥的浮選提供新的途徑。

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(責(zé)任編輯 王雅琴)

Reverse-direct two-stage flotation technology for difficult-to-float coal slime with high content fine slime

Chen Zhichao,Li Zhihong,Fan Minqiang
(College of Mining Technology,Taiyuan University of Technology,Taiyuan,Shanxi 030024,China)

Aiming at problem of difficult to float with high content fine slime,the authors conducted two stage flotation experimental study:firstly reverse flotation and then direct flotation.The results showed:the reverse flotation with starch depressor and lauryl amine hydrochloride collectors can remove about 20%fine slime with high ash;violent stirring pulp and using natrium hydroxydatum to mix the pulp can eliminate inhibiting effects of starch for coal and change existential state of lauryl amine medicament;and then conducting regular direct flotation can get qualified clean coal.The reverse-direct flotation process provided a new approach for the hard-tofloat coal slimes with high content of fine slime.

fine slime,two-stage flotation,reagent rules,reverse flotation

TD943

A

陳智超(1989－),男,河南安陽(yáng)人,在讀碩士研究生,研究方向?yàn)榧?xì)粒煤浮選。