高細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

(太原理工大學礦業工程學院,山西省太原市,030024)

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高細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

(太原理工大學礦業工程學院,山西省太原市,030024)

針對細煤泥含量高及浮選困難的問題,進行了先反浮選后正浮選的兩段浮選試驗研究,試驗結果表明,以淀粉為抑制劑、十二胺鹽酸鹽為捕收劑進行反浮選,可以脫除約20%的高灰細泥;對礦漿進行強烈攪拌和使用氫氧化鈉調漿,可以消除淀粉對煤的抑制作用和改變十二胺藥劑的存在狀態;然后進行常規正浮選,可以獲得合格質量精煤。反、正兩段浮選工藝為高細泥含量難浮煤泥的浮選提供了一條新的途徑。

細煤泥 兩段浮選 藥劑制度 反浮選

在煤泥浮選過程中,高灰細泥是導致浮精產率低及灰分高的主要原因。相關專家針對高灰難選細粒煤泥的煤質進行了分析,指出粒度較細的高嶺石顆粒吸附能力較強,易隨氣泡上浮成為精煤;還有專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,通過零調漿方法對動力煤進行了反浮選試驗研究。

可以有效地抑制高灰細泥對浮選精煤污染的方法主要有分級浮選工藝、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捕收劑,使礦物質成為泡沫產品的分選過程。雖然,反浮選可以不脫泥直接進行浮選,但通過一次反浮選往往難以獲得合格質量的低灰精煤。本文探索了先反浮選脫泥后正浮選精選的兩段浮選工藝,并對其藥劑用量和分選條件進行了優化研究,使浮選精煤在質量合格(灰分小于11.00%)的同時具有較高產率。

1 煤樣性質

1.1 試驗煤樣

試驗選用的煤樣采自山西大遠煤業集團－3 mm原煤,在實驗室自然晾干后進行篩分,取－0.5 mm煤泥為浮選試驗用煤樣,樣品粒度組成見表1。

由表1可以看出,煤樣粒度分布不均勻,細粒級含量偏高,－0.074 mm粒級產率高達40.21%;＋0.074 mm各粒級灰分隨粒度的減小略有增加,但變化不明顯,可以認為煤質均勻;而0.074～0.045 mm和－0.045 mm粒級灰分明顯高于其他粒級,特別是－0.045 mm粒級的灰分高出煤樣平均灰分5.87%,說明該煤泥樣品中含有較多的礦物質細泥。

表1 煤泥篩分試驗結果

為了進一步了解煤泥中的礦物質組成,采用X射線衍射儀(XRD)對樣品進行物相分析,結果如圖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礦物,在煤中常呈團塊狀和顆粒狀等,遇水極易泥化成細小顆粒,使煤漿泥化,浮選過程中會因機械夾帶進入精煤,從而影響精煤的質量。

煤泥浮選速度曲線如圖2所示。

由圖2可見,當精煤灰分為11.0%時,精煤產率為44.80%,計算得知此時可燃體回收率為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 試驗方法

浮選機采用XFD－1.5 L型充氣單槽浮選機,槽體容積為1.5 L,主軸轉速為1750 r/min,充氣量為0.15 m3/h,礦漿濃度為100 g/L。試驗所用藥劑如下:抑制劑為淀粉、細泥捕收劑為十二胺、p H值調整劑為氫氧化鈉、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種方案進行試驗:

(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,藥劑作用時間分別為1 min和10 s,刮泡時間為3 min,泡沫產品為精煤;

(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),藥劑作用時間均為1 min,刮泡時間為3 min,泡沫產品為尾煤;

(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,藥劑作用時間均為1 min,刮泡時間3 min,泡沫產品記作尾煤1;在剩余礦漿中添加NaOH調節礦漿p H值至堿性,然后加入煤油和仲辛醇,作用時間分別為1 min和10 s,刮泡3 min,泡沫產品為精煤,其余記作尾煤2。

2 試驗結果與討論

2.1 正浮選試驗

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結果見表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,而此時的精煤產率僅為28.30%,究其原因主要是細泥污染精煤所致。

表2 煤油和仲辛醇用量對浮選效果的影響

2.2 反浮選試驗

反浮選以浮起煤中礦物雜質為目標,試驗中采用淀粉為煤的抑制劑,十二胺鹽酸鹽為細泥捕收劑和起泡劑,不同藥劑用量條件下的反浮選試驗結果見表3。

表3 淀粉與十二胺鹽酸鹽用量對浮選結果的影響

由表3可以看出,改變淀粉和十二胺鹽酸鹽的用量,均會對浮選尾煤的灰分和產率產生影響。在選擇的藥劑用量范圍內,尾煤灰分可達50.0%以上,產率在20%～23%之間。雖然,反浮選的精煤產率為75%～80%,且精煤與尾煤的灰分差值達到35.00%左右,但精煤灰分遠高于指標要求。

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

對比圖1可以發現,反浮選尾煤中石英石的衍射峰強度明顯增高,說明石英石的含量較多,十二胺對石英礦物具有良好的捕收作用;方解石的衍射峰強度也有所增加,說明十二胺對方解石礦物有一定的捕收作用;高嶺石顆粒表面通常荷負電,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,通過一段正浮選和一段反浮選均不能獲得合格質量的精煤。但是,反浮選可脫除20%左右的礦物質,高灰細泥含量的減少將有利于改善煤泥正浮選過程的選擇性。

2.3 兩段浮選試驗

煤泥兩段浮選試驗采取先反浮選、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,泡沫產品記作尾煤1;對反浮選剩余礦漿進行正浮選,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后續正浮選過程中產生的不利影響,在正浮選前先采用不同用量的NaOH進行調漿,NaOH用量與浮選指標關系圖如圖4所示。

由圖4可以看出,隨著Na OH用量的增加,精煤的產率不斷上升,而灰分則呈現先下降后上升的趨勢。相關專家曾研究過十二胺浮選體系中淀粉對礦物的抑制作用與p H值的關系,認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。試驗結果也表明,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,淀粉對赤鐵礦和石英石的選擇性吸附差別達到最大;在堿性范圍內,淀粉在赤鐵礦表面的吸附量大于在石英石表面的吸附量;從靜電引力的觀點看,這可能是因為淀粉在溶液中帶負電,當淀粉與礦物表面作用時,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用量與浮選指標關系圖

在本試驗中,隨著NaOH用量的增加礦漿堿性增強,淀粉對煤的抑制作用減弱,從而可以提高精煤產率。

當NaOH用量小于2130 g/t時,精煤灰分隨著NaOH用量的增加而降低。這是因為十二胺捕收劑主要靠離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值有很大關系。根據浮選溶液化學理論,p H值從5增加至10的區間內,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向分子狀態過渡,對細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,精煤產率則由38.20%提高至45.34%;繼續提高NaOH的用量,則使得淀粉的抑制作用減弱,煤粒的可浮性增強,可能導致剩余大量的捕收劑。過量的煤油將會把部分細泥捕收至精煤產品,導致精煤產率提高的同時灰分升高。在精煤灰分合格的情況下,產率最高能達45.34%,說明仍有部分精煤未被有效地分選出來。

考慮到強堿性礦漿后期處理的困難,NaOH用量選擇2130 g/t較為適宜;此時精煤產率只有38.2%,為了進一步提高精煤產率,嘗試通過調整調漿攪拌過程來改善浮選效果。

2.3.1 攪拌時間

設定固定浮選機主軸轉數為1750 r/min,對反浮選后剩余礦漿進行不同時間的攪拌,然后加入NaOH調漿,再進行正浮選。不同攪拌時間作用下的浮選試驗結果如圖5所示。

圖5 攪拌時間與浮選指標關系圖

由圖5可以看出,延長攪拌時間對改善煤泥浮選效果影響顯著,特別對提高精煤產率有利。適宜的攪拌時間為8～14 min,精煤灰分符合要求,產率可達到50.0%以上;攪拌時間為14 min時,精煤產率最高達到56.83%,精煤灰分10.94%。由此可見,對礦漿進行攪拌可以對煤粒表面起到擦洗作用,去除黏附在煤粒表面的高灰細泥。

當攪拌時間為14 min時,兩段浮選的精煤和尾煤2產品XRD物相分析結果分別如圖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,精煤產品中的礦物質主要是高嶺石和少量方解石,石英礦物基本不存在;尾煤2中的礦物種類與原樣基本相同,仍有石英和方解石礦物,說明反浮選不夠徹底。

2.3.2 攪拌強度

鑒于攪拌時間較長在工業實施中比較難實現,所以考察了攪拌強度對浮選效果的影響。實驗室浮選機主軸轉速分為3檔,即1570 r/min、1750 r/min和1920 r/min,對反浮選剩余礦漿進行不同強度攪拌,時間分別為4 min、9 min和14 min,然后加入NaOH調漿,再進行正浮選。不同攪拌條件下的浮選試驗結果如圖8所示。

圖8 浮選機轉速－浮選指標關系圖

由圖8可看出,攪拌強度對浮選指標有很大影響。攪拌時間相同時,隨著浮選機轉速的提高,精煤產率增加,同時精煤灰分逐漸增高。當浮選機轉速為1920 r/min時,攪拌4 min可得的精煤產率為56.87%、灰分為10.82%,與轉速為1750 r/min、攪拌14 min時的浮選效果相當。可見,浮選機轉速越高,達到較好浮選效果所需的攪拌時間越短。高速剪切的作用對去除淀粉的抑制作用有強烈影響,且在一定范圍內,速度越高作用越明顯。

3 結論

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

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

(3)兩段浮選之間,需通過攪拌作用和NaOH調漿消除反浮選藥劑對正浮選的不利影響。其中,NaOH的適宜用量為2130 g/t,對應礦漿p H值為10。

本文所研究的先反浮選后正浮選工藝,可以從高細泥含量難浮煤泥中分選出灰分較低以及產率較高的精煤產品,實現兩種相反浮選工藝的有效銜接,為高細泥含量難浮煤泥的浮選提供新的途徑。

[1] 王市委,陶秀祥,呂則鵬等.高灰難選細粒煤泥煤質分析及其浮選工藝探討[J].中國煤炭,2010 (11)

[2] 梁龍,彭耀麗,譚佳琨等.高灰細泥對煤炭分級浮選的影響研究[J].煤炭工程,2014(6)

[3] 蔣善勇,張凱,裴健宇等.六偏磷酸鈉對煤泥的抑制機理及應用實踐[J].中國煤炭,2012(4)

[4] 樊民強,楊紅麗,徐宇霞等.煤泥反浮選試驗研究[J].選煤技術,2001(4)

[5] 耿琳琳,楊潤全,王豪等.動力煤反浮選的試驗研究[J].中國煤炭,2014(7)

[6] 印萬忠,孫傳堯.淀粉及其與Pb＋2對硅酸鹽礦物抑制和協同抑制作用的晶體化學分析[J].礦冶, 1999(1)

[7] 王燦霞.p H對胺類捕收劑反浮選脫硅的影響[J].武漢工程大學學報,2011(2)

[8] Somasundaran P.et.al.Solution Chemistry:Minerals and Reagents[M].Amsterdam:Elsevier Science Ltd,2006

[9] 李延鋒,張曉博,桂夏輝等.難選煤泥形貌特征及攪拌強化可浮性試驗研究[J].中國礦業大學學報,2012(6)

(責任編輯 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,河南安陽人,在讀碩士研究生,研究方向為細粒煤浮選。