超聲處理時間對煤泥浮選降灰的影響

【摘 要】本文研究了超聲波處理對煤泥浮選降灰的影響，研究結果表明在相同的浮選條件以及不同的超聲波處理時間，得到超聲處理3min時能夠最大程度提高精煤產率（91.88%），降低精煤灰分（12.77%），提高浮選效果；研究表明需要選擇合適的超聲波處理時間，得到煤粒與煤矸石、黃鐵礦等礦物質的最佳解離狀態以用于浮選。

【關鍵詞】超聲波；礦物加工；浮選效果；粒度

浮選是根據礦物顆粒表面物理化學性質的不同，從礦石中分離出有用礦物的技術方法，即按可浮性的差異進行礦物分選，是細粒和極細粒物料分選中應用最廣、效果最好的一種選礦方法[1]。煤泥浮選是降低細粒煤（-0.5mm）中的灰分和從煤中脫除細粒硫鐵礦的重要方法。

為了達到提高煤泥的浮選效率的目的，人們嘗試用很多的方法來強化煤泥的浮選。超聲波技術是比較理想的常用的物理調節法中的一種[2]。超聲波在液相中傳播時產生的空化效應（聲空化現象）能引起一系列次級效應，如清洗、分散、破碎作用以及乳化、化學效應等[3-4]。超聲波處理后的煤泥表面性質會發生變化，與浮選藥劑的作用也會隨之發生改變[5]。

采用超聲波作用于煤漿時，會形成強烈的機械性沖擊與攪拌的沖擊波和微射流，使得煤顆粒發生破碎和解離，并且能在煤漿中的煤粒、黃鐵礦等物質表面發生復雜的物理化學反應，從而對浮選行為產生一定的影響[6]。本文主要研究煤泥在不同的超聲波處理時間下，浮選行為的變化以及煤泥粒級的變化。

1 煤樣性質及浮選藥劑

煤樣采自貴州興安糯東井田18#層塊煤，經篩分試驗后所得自然級煤泥（-0.5mm）作為試驗用煤泥。煤樣的灰分Aad=22.29%，w（Std）=4.89%；自然級煤泥灰分Aad=18.73%，w（Std）=4.46%。試驗所用捕收劑為煤油，起泡劑為仲辛醇。試驗用超聲波儀器頻率為36kHz，功率為100W。

2 試驗結果與討論

2.1 不同超聲處理時間下的浮選結果

在考察不同超聲處理時間下煤泥浮選工藝的效果前，需要確定常規藥劑的最佳的浮選條件。而在選煤廠的實際操作過程中，浮選藥劑量是重要的控制因素。通過條件試驗，最終確定浮選條件為入浮濃度為80g/L、捕收劑用量為1200/t，起泡劑用量為120g/t，浮選機為XFD型0.5L單槽浮選機。采用不同的超聲時間處理，處理時間分別為0min～6min，步長為1min，將不同時間下處理的煤樣編號為0#，1#，...，6#。幾種不同處理的煤樣的浮選結果如表1所示。

由表1可以得到以下結果：

（1）由不同煤樣的可燃體回收率指標可以得出，該煤樣的可燃體回收率均在90%左右，屬于易浮煤泥。未處理的0#煤樣可燃體回收率為91.11%，精煤產率為90.61%，精煤灰分為13.13，3#煤樣的可燃體回收率可以提高2%左右，為92.38%，且3#煤樣的精煤產率和精煤灰分分別為91.88%和12.77%，較未處理煤泥精煤指標有明顯的提高。并且對于可燃體回收率降低的1#，2#，6#煤樣，雖然精煤產率有所降低，但灰分有明顯降低，分別為12.50%、12.99%、12.43%。

（2）在相同的浮選條件下，超聲處理前后的煤樣的浮選效果有所改變，超聲處理后的浮選完善指標較處理前普遍有不同程度的提高，說明超聲處理該煤樣能夠有效的促進煤泥浮選的進行。

（3）雖然各個處理時間的浮選效果較處理前均有改善，但綜合對比精煤產率及灰分、可燃體回收率、浮選完善指標可以得到3#煤樣及超聲波處理3min的處理效果最好。

2.2 不同超聲處理時間對煤泥顆粒大小影響

分別取100g礦樣，與300ml的水混合后，用36kHz的超聲波處理不同時間，處理時間分別為0min～6min，步長為1min，將不同時間下處理的煤樣編號為0#，1#，...，6#，煤樣編號為0#～6#，將超聲波處理后的煤樣進行濕法篩分，得到篩分試驗結果見表2。

分析表2可得到以下結果：

（1）對于0.5～0.25的粒級，隨著超聲波處理時間的增加，其粒級的產率一直是在降低的，由于沒有+0.5的粒級，因此0.5～0.25的產率的變化能夠直觀的反映出超聲波處理對煤泥的破碎作用，這點與之前的相關研究結果相同[7]。觀察0.5～0.25粒級的灰分，相比較于未處理的煤泥灰分，除3min處理時間外，各個時間段該粒級的灰分均有所升高，由于煤泥中的灰分主要存在于煤矸石與黃鐵礦等礦物質中，這說明經過超聲波處理后，煤粒與煤矸石和黃鐵礦發生了解離，并且超聲波對煤粒的破碎作用最大。

（2）對于0.25～0.125的粒級，3min前0.25～0.125粒級的產率及灰分的變化，是呈現先降低而后有一個升高的過程，說明開始時超聲波對該粒級的破碎解離作用使得該粒級產率及灰分有所降低，之后隨著0.5～0.25粒級的破碎解離，0.25～0.125粒級的產率及灰分有所升高。3min時，0.5～0.25粒級的灰分有所降低，0.25～0.125粒級的灰分較未處理煤樣有大幅的提高，說明在3min左右，超聲波對該煤樣中的煤矸石與黃鐵礦等礦物質在超聲波的影響下發生了明顯的破碎解離從而使其分散到更細的粒級中去。

（3）對于-0.045的細粒級煤泥，可以看到隨著時間的增加，該粒級的產率在開始3min內隨著時間的增加而增加，而其灰分也在遞增，但是3min后，該粒級產率及灰分的變化趨于平穩。說明超聲波對細粒級煤泥的破碎解離作用并不明顯。

（4）結合浮選結果，雖然隨著時間的增加，超聲波能夠對煤泥起到破碎解離的作用，但由于細粒級的增加以及超聲波對黃鐵礦等礦物質的解離作用，處理時間過長反而會影響浮選效果，對浮選產生不利影響。

3 結論

（1）在相同的浮選條件下，使用超聲波處理煤樣，能增加精煤產率，降低精煤灰分，提高浮選效果。最佳處理時間為3min，精煤產率為91.88%，精煤灰分為12.77%，可燃體回收率為92.38%。

（2）超聲波對煤樣的破碎作用使得煤泥中的細粒級會隨著處理時間的增長而變多，但超聲波對細粒級的破碎作用并不明顯。

（3）超聲波能夠對煤粒產生解離的作用，但不是處理時間越長越好，隨著處理時間的增加，有可能會對浮選產生不利影響。結合前人所做研究可以得出，針對不同的煤樣，超聲波處理效果不同，需要選擇合適的超聲波處理時間，得到煤粒與煤矸石、黃鐵礦等礦物質的最佳解離狀態以用于浮選。

【參考文獻】

[1]謝廣元，主編.選礦學[M].中國礦業大學出版社，2001，8：388.

[2]康文澤，胡軍.物理調節法對礦物浮選的影響[J].潔凈煤技術，2004，10（4）：21-23.

[3]應崇福，等.超聲學[M].北京：科學出版社，1991.

[4]馮若，李化茂.聲化學及其應用[M].合肥：安徽科學技術出版社，1991.

[5]康文澤.煤泥超聲浮選的脫硫降灰研究[D].北京：中國礦業大學學報，2006.

[6]胡軍，陳建啟.超聲處理與煤系黃鐵礦的脫除[J].選煤技術，1998（4）：26-28.

[7]康文澤，丁淑芳，胡軍.超聲波對煤泥浮選的影響[J].黑龍江科技學院學報，2010（3）.

[責任編輯：周娜]