余吾選煤廠細粒煤泥調(diào)漿浮選試驗研究

申 杰，黃 勇，張嘉云，王亞健，花曉中，武改英，劉向華，齊倩倩，孫麗蓉

(1.潞安化工集團余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長治 046000；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

1 綜 述

針對細粒煤泥浮選存在的問題，研究人員提出采用浮選柱[3]、載體浮選[4]、超聲預(yù)處理[5]、離心力場浮選[6]、添加新型藥劑[7]等方法來提高細粒煤的浮選效果。鄧濤等[8]對濱湖選煤廠旋流微泡浮選柱的工業(yè)生產(chǎn)研究表明，浮選柱針對細粒煤有較好的選擇性，有利于降低精煤灰分。李進等[9]采用自載體浮選方法對利民選煤廠細粒煤進行二次浮選，精煤產(chǎn)率提高了8.04個百分點，分選效果顯著提高。王衛(wèi)東[10]和鄭長龍[11]用超聲波對細粒煤進行預(yù)處理，結(jié)果表明，超聲能乳化藥劑，清洗煤粒表面，提高精煤產(chǎn)率和可燃體回收率。陳陽等[12]采用C-1捕收劑對細粒氧化煤進行浮選試驗，發(fā)現(xiàn)該藥劑與煤表面含氧官能團形成化學(xué)吸附，可明顯改善浮選效果。上述研究均在一定程度上提高了細粒煤的分選效果，但研究主要集中在浮選設(shè)備和浮選藥劑方面，對于浮選前的調(diào)漿預(yù)處理研究相對較少。

調(diào)漿作為浮選前重要的預(yù)處理環(huán)節(jié)，對浮選效果具有重要的影響[13]。研究表明，調(diào)漿有利于減少粗顆粒表面的細泥罩蓋，促進非極性油在水中的分散，強化捕收劑在煤顆粒表面的吸附效果，尤其對于細粒煤泥，高剪切調(diào)漿有利于促進顆粒之間的剪切絮凝，提高細粒煤浮選的選擇性和回收率。研究表明[14，16，17]，浮選前對細粒煤進行高剪切調(diào)漿可明顯促進煤泥礦化效果，降低藥劑消耗，提高浮選回收率。馬力強等[14]研究了調(diào)漿對煤泥浮選的影響規(guī)律，探討了煤泥調(diào)漿機理。

本文選取余吾選煤廠極細粒易泥化煤泥作為浮選入料，通過實驗室調(diào)漿試驗，探索了浮選藥劑用量、調(diào)漿時間和調(diào)漿轉(zhuǎn)速對浮選效果的影響，并與實驗室浮選機常規(guī)浮選試驗結(jié)果進行了比較。

2 試驗研究方法

2.1 樣品分析

試驗煤樣來自山西余吾選煤廠浮選入料，為貧瘦煤。依據(jù)GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗方法》的規(guī)定，對煤樣進行了小篩分實驗，煤樣粒度組成見表1；依據(jù)GB/T 478—2008《煤炭浮沉試驗方法》的規(guī)定對煤樣進行浮沉試驗，結(jié)果見表2；煤樣物相組成采用X射線衍射儀(XRD)進行分析，結(jié)果如圖1所示。

表1 煤樣粒度組成

由表1可知，煤樣中小于0.045 mm粒級的產(chǎn)率為70.73%，灰分為25.67%，細粒級的產(chǎn)率與灰分明顯高于其他粒級，說明煤樣可能存在矸石泥化現(xiàn)象，高灰細泥由于比表面積大，容易以“罩蓋”和“夾帶”的形式進入浮選精煤，因此大量高灰細泥的存在會對浮選造成不利的影響。

表2 煤樣密度組成

由表2可知，1.3～1.4 g/cm3密度級含量最高，占43.10%；原煤中密度級小于1.5 g/cm3密度級的灰分為11.60%，產(chǎn)率為80.57%，低密度級產(chǎn)率較高，灰分較低；1.5～1.8 g/cm3中間密度級產(chǎn)率相對較少；+1.8 g/cm3高密度級含量相對較高，灰分較高。因此，需要通過藥劑和調(diào)漿優(yōu)化浮選過程，盡量減少高密度細粒物料對浮選的影響。

圖1為煤樣的X射線衍射儀分析結(jié)果，從圖中可知，煤樣中的脈石礦物主要是高嶺石和石英，高嶺石遇水易泥化，在浮選過程中易造成細泥罩蓋和夾帶現(xiàn)象。

成語中的賓語前置，經(jīng)常以助詞“是”為標(biāo)記?！拔┟菑摹钡囊馑际且欢ㄒ慕邮艿降拿睿豢梢杂幸稽c違背的情況。賓語“命”前置在謂語“從”的前面。類似的現(xiàn)象在成語中還有很多，比如“惟利是圖 ”中的“利”、“馬首是瞻”中的“馬首”、“惟才是舉”中的“才”等都是“是”字前面的賓語。

圖1 煤樣X射線衍射儀(XRD)分析結(jié)果

2.2 試驗方法

2.2.1 調(diào)漿試驗

調(diào)漿試驗在實驗室1個調(diào)漿桶中進行，調(diào)漿桶直徑為110 mm，最大容積為0.88 L，攪拌桶內(nèi)部均勻布置4塊擋板，采用單層葉輪進行攪拌，葉輪直徑為50 mm，高度為10 mm，葉輪上均勻安裝有3塊葉片，葉片傾角為45°，攪拌軸通過變頻電機驅(qū)動，電機轉(zhuǎn)速0～2 600 r/min。

在調(diào)漿試驗過程中，每次稱取35 g的煤樣，加入到攪拌槽中，加入500 mL自來水，配成濃度為70 g/L的礦漿，向攪拌桶中加入一定量的捕收劑煤油，調(diào)節(jié)調(diào)漿機的轉(zhuǎn)速，攪拌一定時間，調(diào)漿完成后轉(zhuǎn)入浮選裝置進行浮選試驗。

2.2.2 浮選試驗

浮選試驗在1臺有效容積為0.5 L的XFD型單槽浮選機中進行，浮選機主軸轉(zhuǎn)速最高為2 800 r/min。浮選過程中，固定浮選機攪拌轉(zhuǎn)速為1 800 r/min，將礦漿轉(zhuǎn)移到浮選槽中后，開啟浮選機，攪拌10 s，然后加入一定量的起泡劑仲辛醇，再攪拌10 s后，充氣浮選，浮選充氣量固定為0.15 m3/h。浮選過程中盡量保持礦漿液位不變，浮選刮泡時間為3 min。浮選完成后，將收集的精煤和剩余的尾煤分別過濾、烘干、稱重和化驗。

2.3 評價指標(biāo)

采用浮選完善指標(biāo)評價浮選效果[18]，其計算公式如下所示，浮選完善指標(biāo)越高，表明浮選效果越好。

式中：η為浮選完善指標(biāo)，%；γi為浮選精煤產(chǎn)率，%；Aj為浮選精煤灰分，%；Ay為計算入料灰分，%。

3 結(jié)果與討論

3.1 調(diào)漿時間對浮選效果的影響

試驗條件：礦漿濃度70 g/L，煤油用量1 000 g/t，仲辛醇用量 50 g/t，調(diào)漿轉(zhuǎn)速2 200 r/min，調(diào)漿時間對浮選效果的影響如圖2所示。

圖2 調(diào)漿時間對浮選效果的影響

由圖2可以看出，隨著調(diào)漿時間的增加，精煤產(chǎn)率略有升高，精煤灰分顯著降低，浮選完善指標(biāo)逐漸增加。當(dāng)調(diào)漿時間為1.5 min時，精煤產(chǎn)率為83.99%，灰分為11.04%，此時浮選完善指標(biāo)最高，為47.80%；當(dāng)調(diào)漿時間超過1.5 min后浮選完善指標(biāo)略有降低。調(diào)漿過程中，在捕收劑的作用下，顆粒之間會通過疏水絮凝形成絮團[19]，隨著調(diào)漿時間的延長，礦漿中形成的絮團逐漸增加，有利于提高精煤產(chǎn)率和回收率，同時，絮團也隨著調(diào)漿時間的延長而不斷破碎，絮團的破碎和再次絮凝有利于減少細泥夾帶，提高絮凝的選擇性，因此精煤灰分隨著調(diào)漿時間的延長，顯著降低。但調(diào)漿時間過長時，會造成藥劑在顆粒表面的脫附和絮團的過度破碎，導(dǎo)致精煤回收率降低[14]。后續(xù)試驗調(diào)漿時間選用1.5 min。

3.2 煤油用量對浮選效果的影響

試驗條件：礦漿濃度 70 g/L，調(diào)漿速率2 200 r/min，調(diào)漿時間1.5 min，仲辛醇用量50 g/t，煤油用量對浮選效果的影響如圖3所示。

圖3 煤油用量對浮選效果的影響

由圖3可以看出，隨著煤油用量的增加，精煤產(chǎn)率逐漸增加，但灰分也逐漸升高。當(dāng)煤油用量為500 g/t時，精煤產(chǎn)率為80.45%，灰分最低為9.44%，此時的浮選完善指標(biāo)達到最大值，為52.01%。隨著捕收劑用量的增加，低密度精煤表面疏水性增強，但中間密度級的中煤和高密度級的高灰細泥與捕收劑的作用也進一步增加，因此雖然精煤的產(chǎn)率增加，但精煤的選擇性降低，從前面的原煤粒度組成分析可知，原煤中含有大量小于0.045 mm的高灰細泥，這部分細泥較容易與捕收劑作用，降低浮選精煤的選擇性，因此后續(xù)試驗捕收劑用量選擇500 g/t。

3.3 仲辛醇用量對浮選效果的影響

試驗條件：礦漿濃度70 g/L，調(diào)漿速率2 200 r/min，調(diào)漿時間1.5 min，煤油用量500 g/t，仲辛醇用量對浮選效果的影響如圖4所示。

圖4 仲辛醇用量對浮選效果的影響

由圖4可以看出，隨著仲辛醇用量的增加，精煤產(chǎn)率逐漸增加，但灰分也逐漸升高。當(dāng)仲辛醇用量為50 g/t時，精煤產(chǎn)率為80.45%，灰分最低為9.44%，此時的浮選完善指標(biāo)達到最大值，為52.01%。隨著起泡劑用量的增加，礦漿中氣泡含量也隨之增加，高灰細泥夾帶現(xiàn)象加劇，因此灰分逐漸增大。故后續(xù)試驗起泡劑用量選擇50 g/t。

3.4 調(diào)漿轉(zhuǎn)速對浮選效果的影響

試驗條件：礦漿濃度70 g/L，煤油用量500 g/t，仲辛醇用量50 g/t，調(diào)漿時間1.5 min，調(diào)漿轉(zhuǎn)速對浮選效果的影響如圖5所示。

圖5 調(diào)漿轉(zhuǎn)速對浮選效果的影響

由圖5可以看出，隨著調(diào)漿轉(zhuǎn)速的增加，精煤產(chǎn)率先增加后略有降低，但精煤灰分逐漸降低，浮選完善指標(biāo)逐漸增加。當(dāng)調(diào)漿轉(zhuǎn)速為2 200 r/min時，精煤產(chǎn)率為80.45%，灰分為9.44%，浮選完善指標(biāo)為52.01%，達到最大值。高剪切調(diào)漿可以對煤粒表面進行清洗，使煤粒表面黏附的高灰細泥在一定程度上得到清除，從而提高顆粒的表面疏水性。隨著調(diào)漿轉(zhuǎn)速的增加，顆粒獲得的能量逐漸增加，有利于克服顆粒與藥劑之間的能壘，促進藥劑在顆粒表面的吸附，提高浮選效果。同時調(diào)漿轉(zhuǎn)速的增加使煤油的分散程度不斷提高，藥劑與顆粒的碰撞概率也增加，但調(diào)漿轉(zhuǎn)速過高時，過高的剪切力會造成煤顆粒的過粉碎，同時增加藥劑在顆粒表面的解吸概率，降低調(diào)漿效果。

3.5 常規(guī)和調(diào)漿浮選試驗對比

為了考察高剪切調(diào)漿細粒煤泥浮選的促進效果，在相同的試驗條件下(礦漿濃度70 g/L，煤油用量500 g/t，仲辛醇用量50 g/t)，在浮選機中進行常規(guī)浮選試驗，浮選機轉(zhuǎn)速為1 800 r/min，捕收劑加入后調(diào)漿時間1.5 mm，浮選條件與調(diào)漿浮選試驗保持一致。調(diào)漿試驗與常規(guī)浮選試驗的結(jié)果對比如圖6所示。

圖6 常規(guī)浮選與調(diào)漿浮選實驗結(jié)果對比

由圖6可以看出，與常規(guī)浮選相比，調(diào)漿浮選在精煤灰分基本不變的情況下，精煤產(chǎn)率增加了14個百分點，浮選完善指標(biāo)增加了8.6個百分點，因此，對于細粒煤泥，強剪切調(diào)漿有利于提高其浮選效果。

4 結(jié) 語

針對余吾選煤廠高灰細粒煤泥浮選精煤產(chǎn)率低、灰分高、藥劑消耗量大等問題，采用煤油和仲辛醇作為捕收劑和起泡劑，通過高剪切調(diào)漿技術(shù)對其進行表面改質(zhì)調(diào)漿，探索了藥劑用量、調(diào)漿轉(zhuǎn)速和調(diào)漿時間對浮選效果的影響，得到以下結(jié)論：

(1)煤樣中小于0.045 mm粒級的產(chǎn)率為70.73%，灰分為25.67%，產(chǎn)率和灰分明顯高于其他粒級，XRD分析結(jié)果表明脈石礦物主要是高嶺石和石英，高嶺石遇水易泥化，對浮選會產(chǎn)生不利的影響。

(2)當(dāng)煤油用量為500 g/t、仲辛醇用量為50 g/t、調(diào)漿轉(zhuǎn)速為2 200 r/min、調(diào)漿時間為1.5 min時，調(diào)漿浮選達到最佳效果，此時的精煤產(chǎn)率為80.45%，灰分為9.44%，浮選完善指標(biāo)為52.01%。

(3)在相同的藥劑用量和浮選試驗條件下，與常規(guī)浮選相比，當(dāng)精煤灰分基本相同時，調(diào)漿浮選精煤產(chǎn)率增加了14個百分點，浮選完善指標(biāo)提高了8.6個百分點。