難選煤泥分級浮選試驗研究

＊王 淼

（神華準格爾能源有限責任公司 內蒙古 010300）

引言

隨著采煤機械化程度的提高及原煤煤質變差，浮選入料中高灰細泥含量逐漸增大[1-2]，傳統(tǒng)混合浮選一直面臨著高灰細泥污染精煤的問題。即分選粒級過寬，高灰細泥夾帶嚴重[3-5]。-0.074mm的細顆粒通常含有大量高灰細泥，會隨水分夾帶進入浮選精煤，且會搶先吸附藥劑并占據(jù)氣泡[6]。分級浮選是針對高灰細泥含量高的煤泥而進行的浮選工藝，以選煤廠煤泥為研究對象，根據(jù)粗粒、細粒煤泥表現(xiàn)出的不同特性，把需要進行浮選的-0.5mm的煤泥水，通過水力旋流器分級，分別采用更有針對性的設備進行浮選，可同時滿足粗、細顆粒煤泥的不同要求，從而改善浮選效果。以0.074mm為分級粒度，探索分級煤泥的最佳條件，探究煤泥分級的可行性。分級浮選已進行到工業(yè)應用中并取得了良好效果[7]。

1.煤樣性質

(1)煤樣粒度分析

按照GB/T 477-2008《煤炭篩分實驗方法》的相關規(guī)定處理煤泥樣品分別采用0.5mm、0.25mm、0.125mm、0.074mm和0.045mm的標準套篩進行篩分試驗，結果如表1所示。

表1 小篩分試驗

由表1可知，該煤泥各粒級的灰分隨著粒度的減小而不斷降低，＜0.074mm粒級產率為71.28%，0.074～0.5mm粒級產率為28.72%。數(shù)據(jù)顯示可得，煤泥浮選效果的影響有兩個方面，首先是煤泥中粗粒級含量較多時不能得到充分分解，精煤灰分略高于正常水平；此外夾帶現(xiàn)象容易發(fā)生在細粒級煤泥含量較大時，會造成選擇性差等問題，導致精煤污染。

(2)煤樣密度分析

按照GB/T 477-2008《煤炭篩分實驗方法》的相關規(guī)定處理煤泥樣品時，需取得小于0.5mm的煤泥樣品進行浮沉試驗，使用100g煤泥樣品，選取使用四氯化碳、苯、三溴甲烷配置成密度不同的重液，密度分別為1.3g/cm3、1.4g/cm3、1.5g/cm3、1.6g/cm3、1.7g/cm3和1.8g/cm3。設定高速離心機轉速為3000r/min，試驗結果見表2，結果表明：

表2 小浮沉試驗結果

①1.30～1.40g/cm3、1.40～1.50g/cm3密度級產率較高，分別為17.17%、34.81%，其加權灰分為6.11%，灰分增加趨勢明顯開始是在密度級+1.40g/cm3，煤泥主導密度級為1.30～1.50g/cm3，其加權灰分為6.11%，產率為51.98%。在密度級為1.40～1.50g/cm3中，其灰分為8.08%，比密度級為1.30～1.40g/cm3灰分高5.94%。

②從密度級+1.60g/cm3開始，原煤泥灰分開始低于各密度級灰分；此外中間密度級含量偏低，密度級1.50～1.80g/cm3產率為24.12%，其加權灰分為43.06%，這更加表明有機單體解離度差，需要密度級產物想實現(xiàn)低灰精煤以及得到高灰尾煤，需要在處理原煤時進一步解離處理。

③密度級+1.8g/cm3的灰分為81.17%，脈石礦物高嶺石、石英、伊利石等密度均大于+1.80g/cm3，可以看出這個密度級中有機體含量較少。

根據(jù)小浮沉試驗數(shù)據(jù)得出可選性曲線，如圖1所示：

圖1 煤泥可選性曲線

由圖1可得，當精煤灰分Ad=10.00%時，理論分選密度δ=16.06kg/L，γδ±0.1=20.83%，據(jù)中國煤炭可選性等級評定標準（GB/T 16417-2011），煤泥可選性等級為中等可選煤。精煤產率為63%，灰分產率為10%，相對于可得尾礦產率為37%，灰分產率為70.91%。由于受到黏土類礦物存在的影響，在實際的浮選過程中精煤的損失較高。因此采用合理的工藝，在保證精煤灰分的前提下提高精煤的回收率是重點。

2.煤泥可浮性試驗研究

(1)煤泥浮選藥劑優(yōu)化試驗

在試驗過程中分別設置不同用量的起泡劑，按照試驗過程國標GB/T 4757-2013《煤粉（泥）實驗室單元浮選試驗方法》進行，在本實驗中采用的起泡劑為仲辛醇，捕收劑為煤油試驗結果，見圖2和圖3。

圖2 ＞0.074mm級煤泥浮選起泡劑用量試驗結果

圖3 ＜0.074mm級煤泥浮選起泡劑用量試驗結果

如圖2所示，捕收劑用量為1000g/t時，隨著起泡劑用量的增大可以發(fā)現(xiàn)，浮選精煤的產率和灰分指標逐漸增大，當起泡劑用量為120g/t時達到最大值，然后隨著起泡劑用量的增加，精煤產率和灰分指標又逐漸減少。其現(xiàn)象的原因可以解釋為：隨著起泡劑用量的增加，氣泡數(shù)量增加，氣泡與顆粒碰撞的概率增加，精煤產率便會提高；但是，當起泡劑用量過大時，煤表面會形成反吸附，降低了煤的浮力。另一方面，附著在氣泡上的粗粒煤具有較大的相對墜落力，容易從氣泡中墜落。為了提高粗顆粒的捕收率，為了提高礦石顆粒和氣泡的粘附能力和凝固強度，減少沉降，必須增加捕收劑的用量。

如圖3所示，起泡劑用量的逐漸增大，精煤產率與精煤灰分也會逐漸增大呈上升趨勢，當起泡劑用量為120g/t時，對應精煤產率為30.28%，灰分為13.89%，因此選擇120g/t為起泡劑的最佳藥劑用量。

由于120g/t是起泡劑的最佳用量，因此在此條件下對捕收劑用量進行了單因素試驗，試驗結果如圖4和圖5所示。

圖4 ＞0.074mm級煤泥浮選捕收劑用量試驗結果

圖5 ＜0.074mm級煤泥浮選捕收劑用量試驗結果

從圖4可見，捕收劑含量的增加，浮選精煤產率和灰分呈現(xiàn)出了先增加后下降的明顯趨勢，當選擇捕收劑最佳用量為1000g/t時，浮選精煤的產率大約在92.57%左右，并達到最大值，其精煤灰分為9.51%，因此選擇1000g/t是捕收劑最佳用量。然而，隨著捕收劑用量的增加，精煤的產率有減小的趨勢，但灰分含量緩慢增加，這說明增加捕收劑用量提高精煤回收率的能力是有限的。

從圖5可見，當捕收劑用量不斷增加時，浮選精煤的產率也呈現(xiàn)上升的趨勢，此外捕收劑為900g/t和1000g/t用量時，精煤灰分產率接近14%，但當捕收劑為1000g/t用量時，精煤產率為29.76%，比捕收劑用量為900g/t時高1.7%。因此選擇1000g/t為捕收劑的最佳藥劑用量。

(2)煤泥濃度條件試驗

使用起泡劑為120g/t用量和捕收劑為1000g/t用量時，分別對兩個粒級煤泥浮選礦漿濃度進行了單因素試驗，其試驗結果見圖6和圖7。

圖6 ＞0.074mm級煤泥浮選濃度試驗結果

圖7 ＜0.074mm級煤泥浮選濃度試驗結果

從圖6可見，隨著礦漿濃度增大，浮選精煤產率和灰分整體呈下降的趨勢，在礦漿濃度為80g/L時，浮選精煤產率為92.88%左右，達到最大值，精煤的灰分為9.14%，因此選擇80g/L為最佳礦漿濃度。

從圖7可見，隨著礦漿濃度增大，浮選精煤產率整體呈下降的趨勢，但灰分整體呈上升趨勢，在礦漿濃度為80g/L時，浮選精煤產率為34.74%左右，精煤的灰分為13.31%，為灰分最小值，因此選擇80g/L為最佳礦漿濃度。

所以，＞0.074mm的煤泥和＜0.074mm的煤泥浮選最優(yōu)條件為捕收劑濃度1000g/t、起泡劑100g/t、礦漿濃度80g/L。其中＞0.074mm的煤泥浮選灰分為9.14%，精煤產率92.88%；＜0.074mm的煤泥浮選灰分為13.31%，精煤產率34.74%。

(3)分布釋放試驗

煤泥浮選分步釋放試驗是指采用一次粗選和多次精選工藝流程進行煤泥浮選的方法。根據(jù)煤泥的可浮性將其分為不同灰分的若干部分，并根據(jù)試驗結果對浮選工藝效果進行評價。

由《選煤實驗室臺階釋放度檢測方法》（MT/T 144-1997）的國家標準下進行操作，在煤泥釋放劑最佳劑量條件下，其他試驗條件與煤泥單元釋放步驟試驗相同，進行煤泥釋放步驟試驗，根據(jù)算術平均法、灰分按平均加權法的方法計算最終實驗結果。

全粒級浮選分布釋放試驗結果與分粒級浮選分布釋放試驗結果見圖8。

圖8 全粒級浮選分布釋放試驗結果與分粒級浮選分布釋放試驗結果對比

從圖8可以看出，當灰分為10%時，全粒級分布釋放產率為42.24%，0.074～0.5mm粒級分布釋放產率為92.15%，＜0.074mm粒級分布釋放產率為25.92%，分粒級分布釋放累計產率為44.79%，相比全粒級分布釋放產率高出2.55%。

(4)浮選速度實驗

在以煤泥藥劑浮選試驗結果為依據(jù)后進行了煤泥浮選速度的試驗，在使用煤油捕收劑的用量為1000g/t，仲辛醇起泡劑的單位用量為120g/t的藥劑條件下，其他試驗條件與煤泥浮選單元試驗條件相同。

全粒級浮選速度試驗結果與分粒級浮選速度試驗結果見圖9。從圖9可以看出，＜0.5mm粒級難以選出灰分小于10%的精煤；當灰分為10%時，0.074～0.5mm粒級浮選速度產率92.84%；當灰分為14%時，＜0.074mm粒級浮選速度產率26.23%。

圖9 全粒級浮選速度試驗結果與分粒級浮選速度試驗結果對比

3.結論

在試驗中得出捕收劑濃度為1000g/t、起泡劑濃度為120g/t、礦漿濃度為80g/t的煤泥浮選最佳情況下，對于各個不同粒級的煤泥，浮選效果存在明顯差異，得到如下結論：

（1）煤泥濃度條件試驗表明，當煤泥粒徑＞0.074mm的煤泥浮選精煤產率為92.88%，灰分為9.14%，煤泥粒徑＜0.074mm的浮選精煤產率降低了58.14%，僅為34.74%，而灰分提高了4.17%，為13.31%。這說明粒徑越小選擇性越差與浮選效果不好的特點。

（2）浮選分布釋放試驗表明，全粒級分布釋放產率42.24%，分粒級分布釋放累計產率44.79%，相比全粒級分布釋放產率高出2.55%。這說明要改善高灰難選煤泥的浮選效果的關鍵是要解決高灰細泥的污染問題。

（3）浮選速度試驗表明，精煤灰分為10%時，＜0.5mm粒級的難以分選出，但0.074～0.5mm粒級的浮選速度產率可達92.84%，當灰分為14%時，＜0.074mm粒級浮選速度產率26.23%。這說明在現(xiàn)有條件下，進行分粒級浮選是可行的。

本文試驗證明了分級浮選有利于減輕高灰細泥對精煤產率及灰分的影響，但未從藥劑種類、充氣時間、刮泡速度等因素對分級浮選效果的影響進行研究，未來可在浮選機參數(shù)等影響因素下，解決分級浮選在技術、經濟等方面的生產問題。