高濃度煤泥水處理效果的可行性研究

張遲強李延鋒金吉元

（1.中國礦業大學化工學院，江蘇省徐州市，221116；2.兗礦集團濟寧三號煤礦選煤廠，山東省濟寧市，272000）

高濃度煤泥水處理效果的可行性研究

張遲強1李延鋒1金吉元2

（1.中國礦業大學化工學院，江蘇省徐州市，221116；2.兗礦集團濟寧三號煤礦選煤廠，山東省濟寧市，272000）

針對常規浮選設備對高濃度煤泥水處理效果不佳等問題，采用充氣浮選和常規浮選兩段浮選的方式對其進行處理，分別探究了充氣量和礦漿濃度這兩個因素對高濃度煤泥水浮選效果的影響，并確定了各自最佳水平分別是充氣量為0.10 m3/h以及礦漿濃度為200 g/L。在此條件下對高濃度浮選與普通浮選進行了對比試驗，結果表明高濃度浮選精煤產率提高了0.74%，尾煤灰分提高了2.73%，浮選效果較為顯著。

高濃度煤泥水 充氣量 礦漿濃度 浮選效果

隨著地質條件的變化以及煤炭開采機械化程度的提高，原煤中的細粒級含量不斷增加，而煤炭得到有效分選的前提是將煤與矸石充分的解離，入選前大塊原煤的破碎勢必會使細粒粉煤的含量進一步加大，加之重介分選工藝對煤過粉碎現象嚴重，導致煤炭在分選過程中細粒粉煤的含量越來越高。目前選煤廠中對細粒粉煤的處理工藝主要為浮選，然而隨著重介選煤法逐步取代跳汰選煤法，其噸煤耗水量比跳汰選煤法減少1/3，致使浮選入料濃度變高，部分選煤廠的入料濃度可達120～160 g/L，超出了浮選機和浮選柱的浮選濃度上限，導致浮選精煤的質量變差，分選效果很不理想。

針對上述難題，本文對高濃度煤泥水采用兩段浮選的方式進行處理，即在傳統浮選前加一段充氣浮選，使可浮性好的煤優先浮選出來，保證精煤產率，由于一段煤的浮出使礦漿濃度降低，達到傳統浮選的入料濃度，二段即可采用常規浮選，保證精煤質量，兩段精煤混合得到最終精煤。

1　試驗裝置

浮選機采用實驗室普通的XFD-1.5型單槽浮選機，為了實現分段浮選的目的，該系統增加了一套充氣裝置，由空氣流量計和空氣壓縮機組成，浮選試驗系統如圖1所示。

圖1　浮選試驗系統

其工作流程為空氣泵產生穩定氣流，經緩沖瓶緩沖后，通過空氣流量計控制進入浮選機內進行充氣浮選的空氣量，充氣浮選完成后停止通氣，浮選機進行二段浮選。

2　煤樣性質分析

試驗煤樣來自河南新龍礦業梁北選煤廠入浮煤泥，該廠原煤煤泥含量較大，且煤質較脆，易泥化。按照《煤粉篩分試驗方法》（MT/T58-1993）和《煤粉浮沉試驗方法》（MT/T57-1993）對試驗所用煤樣進行小篩分和密度分析，得到煤泥粒度以及密度組成見表1和表2，根據表2做出煤泥可選性曲線如圖2所示。

表1　煤泥粒度組成

由表1可以看出，隨著粒度減小，各粒級的灰分逐漸升高，-0.074 mm粒級灰分為27.04%，高于煤泥總體灰分，說明矸石存在泥化現象，對浮選效果將會產生一定影響；煤泥中0.125～0.074 mm的產率含量占46.21%，但灰分卻達到21.13%，高灰細泥含量較多；0.5～0.25 mm粒級雖然產率僅有11.02%，但灰分卻最低，能否有效分選該部分粗顆粒對最終浮選效果有較大的影響。

表2　煤泥密度組成

由表2可以看出，煤泥的主導密度級為1.3～1.4 g/cm3和1.4～1.5 g/cm3，總產率達到65.97%，密度級為1.3～1.4 g/cm3和1.4～1.5 g/cm3的加權平均灰分為9.18%，對于這部分低灰精煤，可以適當提高浮選濃度，采用充氣浮選，優先浮選該部分精煤，以保證精煤產量；+1.5 g/cm3部分灰分較高，采用常規浮選以保證精煤質量。

從圖2煤泥可選性曲線分析可知，當精煤灰分為11.5%時，理論分選密度為1.62 g/cm3，鄰近密度物含量為14%，屬中等可選。

3　一段充氣量和礦漿濃度對高濃度浮選的影響

與傳統浮選不同，本次試驗在處理高濃度煤泥水時由于增加了1套充氣裝置，充氣量的多少將會影響最終的浮選效果。由于本文研究的內容為煤泥水的高濃度浮選，與常規浮選的區別就在于礦漿濃度的提高，因此有必要進行充氣量和礦漿濃度對高濃度浮選效果的探究。

圖2　煤泥可選性曲線

3.1一段充氣量對高濃度浮選的影響

浮選試驗條件:礦漿濃度為200 g/L，煤油作為捕收劑選用240 g/t，仲辛醇作為起泡劑選用128 g/t，藥劑加在充氣前，充氣時間為2 min。充氣量由小到大，分別為0.05 m3/h、0.08 m3/h、0.10 m3/h、0.12 m3/h和0.15 m3/h。充氣量探索試驗結果見表3，根據表3做出充氣量與精煤產率和灰分關系曲線如圖3和圖4所示（以下各圖中精1和精2分別表示一段精煤和二段精煤）。

由表3、圖3和圖4可以看出，精煤產率基本保持不變，隨著充氣量的增加，精1的產率逐漸增加，精2的產率逐漸下降，在充氣量達到0.1 m3/h之前，精1產率變化較大，原因在于此階段充氣量明顯不足，導致浮選速率較低，而當充氣量大于0.1 m3/h時，充氣量過大又惡化了浮選環境，不利于浮選效率的提高，因此精1產率變化較小；精煤灰分先升高后降低，原因在于當充氣量較小時，所得精煤主要由精2構成，而精2為普通浮選，對高濃度煤泥水處理效果不好，所以灰分較高。隨著充氣量的增加，一段效果分選效果逐漸發揮優勢，可以有效處理高濃度煤泥水，因而總精煤灰分降低。隨著充氣量繼續加大，由于浮選環境的惡化，致使高灰細泥進入精煤當中，所以灰分又快速升高。

圖3　充氣量與精1、精2及精煤產率關系

圖4　充氣量與精1、精2及精煤灰分關系

表3　充氣量探索試驗結果

基于綜上所述可知，當充氣量為0.1 m3/h時，精煤灰分最低，浮選效果最好。

3.2礦漿濃度對高濃度浮選的影響

為了區別于普通浮選，試驗選擇從普通浮選上限120 g/L進行探索，濃度依次為120 g/L、140 g/L、160 g/L、180 g/L、200 g/L、220 g/L、240 g/L和260 g/L。其他試驗條件為:藥劑加在充氣前，煤油作為捕收劑選用240 g/t，仲辛醇作為起泡劑選用128 g/t，充氣時間為2 min，充氣量為0.1 0 m3/h。礦漿濃度探索試驗結果見表4，礦漿濃度與精煤產率和灰分曲線如圖5和圖6所示。

表4　礦漿濃度探索試驗結果

圖5　礦漿濃度與精1、精2及精煤產率關系

圖6　礦漿濃度與精1、精2及精煤灰分關系

由表4、圖5和圖6可以看出，精煤產率基本保持不變，精1產率隨著濃度升高呈現先升后降趨勢，且在160 g/L時產率達到最大，這是由于此次探索試驗所用濃度相比充氣量探索試驗濃度相對偏高，造成這8組試驗因其他某種條件如藥劑量過剩，而導致精1產率隨著濃度的升高而增大，濃度增大到160 g/L之后，由于一段處理量有限，精2產率快速增加，濃度繼續增大至180 g/L后，大量高灰細泥被強制浮出，導致精1和精2的灰分明顯增高，而兩者產率基本維持不變。當濃度達到240 g/L以后，由于濃度太高，一段浮選的進行不夠徹底，二段浮選所能處理的濃度也已達到極限，從而造成分選效果變差，導致精1產率降低和精2灰分下降。

綜上分析，礦漿濃度在200 g/L時，精煤灰分為11.48%，最接近要求灰分11.50%，此時產率達到85.47%，實現了產率最大化。因此，礦漿濃度采用200 g/L。

4　高濃度浮選與普通浮選分選效果對比

根據前期探索試驗結果可知，在浮選機前加一段充氣浮選有助于改善高濃度煤泥水的處理效果，為了判斷高濃度浮選的可行性，又對普通浮選試驗進行了對比試驗。高濃度浮選試驗條件選用礦漿濃度為200 g/L，藥劑加在充氣前，煤油作為捕收劑選用240 g/t，仲辛醇作為起泡劑選用128 g/t，充氣時間為2 min，充氣量為0.1 m3/h，浮選機高濃度浮選試驗結果見表5；普通浮選試驗條件選用礦漿濃度為100 g/L，煤油作為捕收劑選用240 g/t，仲辛醇作為起泡劑選用1 2 8 g/t，浮選機普通浮選試驗結果見表6。

表5　浮選機高濃度浮選試驗結果

表6　浮選機普通浮選試驗結果

由表5和表6可以看出，普通浮選試驗最終精煤平均灰分為11.43%，產率為84.71%，高濃度浮選精煤平均灰分為11.47%，雖然灰分較普通浮選灰分偏高，但其灰分滿足要求11.50%的條件，且產率達到85.45%，與普通浮選相比提高了0.74%，從企業經濟效益角度來說，實現了效益最大化原則。普通浮選試驗尾煤平均灰分為69.36%，與高濃度浮選尾煤平均灰分達72.09%相比明顯偏低，原因可能是由于浮選濃度的提高，增加了粗顆粒與氣泡的碰撞幾率，改善了粗顆粒的礦化效果，使得煤泥中這部分低灰粗顆粒在分選過程中沒有錯配進入尾煤當中，從而使得尾煤灰分升高。

綜上所述，在最終精煤灰分要求為11.50%條件下，高濃度浮選精煤產率較普通浮選提高了0.74%，尾煤灰分提高2.73%，可以看出高濃度浮選可以有效降低尾煤中的精煤損失，提高精煤回收率，強化分選效果，使煤泥得到更有效的分選。

5　結語

隨著原煤中細粒含量的不斷增多，煤泥水濃度也會相應的越來越高，現有浮選設備的不足勢必會使高濃度煤泥水的處理成為選煤廠亟需解決的問題，本文在傳統浮選機的基礎上外加一段充氣浮選，通過試驗條件優化與普通浮選試驗作對比，對高濃度煤泥水的處理取得了良好效果，在最終精煤灰分要求為11.50%條件下，高濃度浮選精煤產率較普通浮選提高了0.74%，尾煤灰分提高2.73%。不僅證實了高濃度煤泥水處理的可行性，同時也為后續實驗設備的研發和應用提供了借鑒意義。

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（責任編輯 王雅琴）

Feasibility research of high concentration slime water treatment effect

Zhang Chiqing1，Li Yanfeng1，Jin Jiyuan2
（1.School of Chemical Engineering and Technology，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China；2.Coal Preparation Plant Jining No.3 Coal Mine，Yankuang Group Co.，Ltd.，Jining，Shandong 272000，China）

Aimed at problem of conventional flotation equipment failed to bring great treatment effects on high concentration slime water，the authors used aeration flotation and general flotation method to respectively explored inflating volume and pulp density factors'influences on flotation effects of high concentration slime water，they also found that the optimal level of inflating volume and pulp density were 0.10 m3/h and 200 g/L.The authors conducted contrast tests between high concentration flotation and general flotation when the inflating volume and pulp density get the optimal level，the results showed that productivity of cleaned coal increased 0.74%and ash content of coal increased 2.73%，which revealed that high concentration slime water flotation has significant flotation effect.

high concentration slime water，aeration quantity，pulp density，flotation effect

TD946

A

張遲強（1990-），男，山東濟寧人，礦物加工專業在讀研究生，主要研究方向為細粒煤分選。