難浮煤泥選擇性聚團工藝試驗研究

劉莉君，劉炯天,2

(1.東北大學資源與土木工程學院,遼寧 沈陽 110819; 2.中國礦業大學化工學院，江蘇 徐州 221008)

我國煤炭儲量豐富，但是屬于煉焦煤煤種的資源量比例卻不高，只占總資源量的27%。其中，優質煉焦精煤(肥煤、焦煤)資源量更少，焦煤僅占我國煉焦煤資源的24%左右，肥煤與氣肥煤僅占13%左右。去除高灰、高硫、難洗選、不能用于煉焦的部分，優質的焦煤和肥煤占查明煤炭資源儲量的比例不足6%和3%[1]。近年來，隨著我國煤炭產量和入洗比例的不斷增加，新型和大型選煤廠也逐漸增多，但是在過去相當長的一段時間內，大部分企業采取粗放的生產模式，造成了資源和能源的嚴重浪費[2]，尤其在煤泥分選方面。因此，急需提高煤炭的洗選加工技術來改善這一情況。

1 選擇性聚團工藝

1.1 選擇性聚團工藝

選擇性團聚工藝包括以下幾部分[3]：對煤泥樣品進行磨礦解離、加入分散劑進行顆粒分散、攪拌后再加入團聚劑進行攪拌。試驗流程見圖1。

圖1 難浮煤泥選擇性聚團工藝試驗流程

1.2 試驗材料與方法

唐山錢家營選煤廠，主要洗選加工優質煉焦煤資源。近年來，隨著機械化采煤程度的提高，開采深度的加深，細粒煤泥含量也大大增加，而原有的處理方式分選該廠細粒煤效率低下，成為制約選煤廠發展的瓶頸。因此，本文試驗采用錢家營入浮煤泥為原料，進行探索試驗。煤泥入料灰分為23.35%，對試驗進行元素分析結果見表1。煤巖分析采用德國Leitz公司生產ORTHOPLAN顯微鏡，油浸反射光500倍，以步距行距0.6mm掃描全片并觀察統計，結果見表2。

表1 煤泥元素分析

樣品粒度差別較大，粒徑從幾微米到毫米級的都有。黃鐵礦單體及微粒鑲嵌狀均有，單體粒徑在幾～十幾微米，鑲嵌者<10μm：黏土多呈微粒充填胞腔或呈微粒集合體條帶狀散布于基質鏡質體中。

表2 樣品煤巖分析

綜合煤泥性質分析可以發現，煤巖與礦物共生的連生體以及以黏土礦物為主的純礦物組分含量高，就必然導致浮選速度的降低以及浮選分離的困難。在同樣的浮選精煤質量要求條件下，這種煤泥的浮選難度就明顯提高。

由煤的巖相分析可以看出，礦物質以微米級粒度嵌布在有機質中，礦物質必須實現單體解離，才能把它們脫除，因此，本節試驗采取對原煤進行細磨。通過磨礦試驗確定合適的入料細度為-0.074mm含量86.85%。本文主要以煤油為團聚劑和浮選捕收劑，六偏磷酸鈉為分散劑，仲辛醇為起泡劑，試驗用攪拌器為XHF-D高速分散器(內切式均漿機)。該儀器由電子調速控制操縱微型高速電機帶動特殊的不銹鋼內外梅花型粉碎刀進行工作，經過內切式刀具的高速旋轉，從而對物質進行攪拌及分散作用，分別考察攪拌速度、攪拌時間、聚團劑用量、分散劑用量等因素對聚團分選的影響。

2 試驗結果

2.1 攪拌速度及攪拌時間對分選效果的影響

在選擇性聚團分選工藝中，機械能量的輸入是一個非常重要的影響因素，只有選擇足夠的攪拌速度與攪拌時間，才能獲得較好的分選指標。

試驗用攪拌器為XHF-D高速分散器對物質進行攪拌及分散作用，最高轉速可達20000r/min。試驗藥劑用量分別為煤油265g/t、仲辛醇100g/t。首先考察不同攪拌速度對分選效果的影響，在確定合適的攪拌速度后，再考察一定攪拌速度下攪拌時間對分選效果的影響。最終所得試驗數據見圖2。

由圖2可見，隨著攪拌速度的增加，精煤灰分逐漸減小；精煤產率曲線在8000r/min時出現拐點，當攪拌速度小于8000r/min時，隨著高速分散器轉速的增加，精煤產率逐漸增加，但隨后再繼續加大攪拌速度時，精煤產率卻明顯下降。究其原因，可能是XHF-D高速分散器的粉碎刀在較高的轉速下，將已經聚團的疏水煤粒重新打散而造成。因此可認為，XHF-D高速分散器的轉速控制在8000r/min時為最佳攪拌速度。在此轉速下，進行攪拌時間試驗。試驗數據見圖3。

圖2 攪拌速度與浮選指標關系曲線

圖3 攪拌時間與浮選指標關系曲線

攪拌時間對分選效果的影響如圖3所示。從圖3中可知，在攪拌時間較短時，精煤灰分含量高，精煤產率低；隨著攪拌時間的延長，浮選指標得到改善，精煤灰分含量急劇下降，精煤產率明顯增加；當攪拌時間達到15min時，精煤產率曲線出現一個明顯的拐點，此后再延長攪拌時間，精煤產率增加緩慢，灰分降低不明顯；當攪拌時間為20min時，精煤產率為52.38%，精煤灰分為11%；此后攪拌時間由20min增加到30min時，精煤產率與灰分基本保持不變，該時間稱為臨界攪拌時間，即疏水聚團的增長達到平衡狀態。

通過對上述兩組試驗數據的分析，可以認為：當采用XHF-D高速分散器為攪拌器械處理錢家營煤泥進行選擇性聚團-浮選時，最佳攪拌速度為8000r/min，最佳攪拌時間為20min。

2.2 六偏磷酸鈉用量對分選效果的影響

本文將探討六偏磷酸鈉用量對錢家營煤泥選擇性聚團分選的影響。試驗條件如下：XHF-D高速分散器為礦漿處理器，攪拌速度為8000r/min，攪拌時間為20min，仲辛醇100g/t，煤油265g/t，六偏磷酸鈉用量為變量，試驗數據見圖4。

圖4 六偏磷酸鈉用量與浮選指標關系曲線

從圖4可見，六偏磷酸鈉的加入對降低精煤的灰分含量非常有效。當用量為1500g/t時，精煤灰分為10.80%，與沒有加入六偏磷酸鈉、攪拌20min中試驗條件的精煤灰分相比，灰分下降了0.2%。但是，繼續增大六偏磷酸鈉用量，精煤灰分含量下降幅度較小，且在六偏磷酸鈉用量小時，精煤產率變化較小；但當六偏磷酸鈉超過1500g/t時，精煤產率就隨六偏磷酸鈉用量的增加急劇降低。因此，六偏磷酸鈉的最佳用量為1500g/t左右。

六偏磷酸鈉作為分散劑在此工藝中的作用，主要是破壞了礦物質微粒與煤微粒間的互凝作用，使礦物質微粒呈單個顆粒分散在礦漿中，這樣就使聚團具有非常高的選擇性，導致精煤灰分含量的降低。但是，若分散劑用量過大，就會吸附在煤粒表面，從而減弱煤微粒的聚團程度，使精煤產率降低。綜上所述，在細粒難選煤泥的選擇性聚團浮選工藝中，加入適量的分散劑來達到降灰的目的是必需的。

2.3 非極性油用量對分選效果的影響

最常用的非極性油是各種標號的柴油、煤油。本論文主要考察煤油用量對分選效果的影響。試驗條件如下：XHF-D高速分散器為礦漿處理器，攪拌速度為8000r/min，攪拌時間為20min，仲辛醇用量為100g/t，六偏磷酸鈉用量為1500g/t，煤油為變量。試驗結果見圖5。

圖5 煤油用量對精煤產率和精煤灰分的影響

煤油用量對錢家營煤泥聚團浮選精煤產率和灰分的影響如圖5所示。由圖可見，在煤油用量低時，煤泥的浮選效果差，隨著煤油用量的加大，煤粒的聚團浮選指標得到改善，精煤產率增加，灰分降低。當煤油用量大于800g/t左右時，精煤產率增加趨勢開始減緩；繼續增加煤油用量，精煤產率略有升高，但同時精煤灰分也開始升高。這是因為在低非極性油用量時，煤粒的聚團行為不強烈，隨著油用量的增大，煤粒的疏水聚團行為增強，聚團逐漸長大，精煤產率增加；但當非極性油的用量過大時，聚團的選擇性降低，使部分無機礦物質混入精煤聚團中，導致機械夾雜增多，從而使精煤灰分上升。

綜上所述，可認為選擇性聚團-浮選工藝的最佳分選條件為：XHF-D高速分散器在轉速為8000r/min

時，預處理礦漿20min；仲辛醇用量為100g/t；六偏磷酸鈉用量為1500g/t；煤油用量為790g/t。在此分選條件下，所得精煤產率為58.72%，精煤灰分為10.69%，精煤可燃體回收率為68.42%。

3 結 論

選擇性聚團的分選機理，可以用疏水作用和浮選相結合來解釋。選擇性聚團的特點是，要將煤磨到較細的粒度，使煤與無機礦物質充分解離。煤的微粒由于天然疏水性和油的強化疏水作用聚集在一起，形成煤粒聚團。將包含這種煤粒的煤漿放在浮選攪拌槽中，煤粒表面的少量油強化了煤粒的疏水性，使煤的聚團容易吸附在氣泡上，隨氣泡上浮成為精煤，無機礦物質由于親水，仍存在于水中。通過試驗驗證，選擇性聚團-浮選時，攪拌速度為8000r/min，攪拌時間為20min；六偏磷酸鈉的為1500g/t，煤油用量為790g/t；此時得到精煤產率為58.72%，精煤灰分為10.69%，精煤可燃體回收率為68.42%。因此，通過選擇性聚團浮選工藝分選難浮煉焦煤泥，可以得到較好的分選效果。

[1] 申明新. 中國煉焦煤資源與利用[M].北京：化學工業出版社，2007：24-34.

[2] 楊永仁.煤礦環保優秀論文集[C].北京：煤炭工業出版社，1999.

[3] 楊巧文. 選擇性聚團深度脫灰工藝及其應用研究[D] .北京：中國礦業大學北京研究生部，1998.