煤泥浮選工藝影響因素研究

趙 兵 兵

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司,河南平頂山 467000)

0 引 言

選煤是潔凈煤技術(shù)的基礎(chǔ),也是煤炭深加工和高效利用的前提[1],而在選煤中分選細(xì)粒煤的主要途徑是浮選。浮選是利用礦物疏水性差異而實(shí)現(xiàn)礦物分離的方法[2]。隨著采煤機(jī)械化的發(fā)展,原煤中煤泥含量增加,用戶和社會(huì)各方面也要求進(jìn)一步提高精煤質(zhì)量、減少環(huán)境污染,因此,浮選在煤炭加工中的作用變得更加重要[3-4]。

選煤廠浮選效果的好壞,除了受限于煤炭本身的性質(zhì)外,浮選藥劑也是影響浮選效果的重要因素之一[5-6]。由于選煤廠采用的浮選藥劑絕大部分是石油產(chǎn)品或其副產(chǎn)品,而我國(guó)石油資源相對(duì)短缺,因此,提高能源利用效率,尋求新型高效浮選藥劑是當(dāng)務(wù)之急[7]。除了藥劑種類,影響浮選效果的因素還有很多,如煤泥性質(zhì)、藥劑用量及入浮礦漿濃度等。朱張磊等[8]選用表面活性劑OP4與煤油復(fù)配進(jìn)行浮選試驗(yàn),以減小高灰細(xì)泥對(duì)浮選精煤的污染。古玉[9]使用新型浮選藥劑對(duì)貧煤進(jìn)行浮選試驗(yàn),提高了精煤產(chǎn)率,降低了精煤灰分。吳成舟等[10]對(duì)徐州某礦的煤泥進(jìn)行浮選參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn),對(duì)礦漿濃度、充氣量、藥劑比等工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,獲得了良好的浮選效果。

本文通過(guò)研究煤泥性質(zhì)、捕收劑用量、烷基糖苷與雜醇配比以及入浮礦漿濃度對(duì)望峰崗、新莊孜和祁東3個(gè)選煤廠的煤泥浮選效果的影響,探索煤泥浮選規(guī)律,以期為煤泥浮選工藝改進(jìn)提供理論依據(jù)。

1 煤泥性質(zhì)

根據(jù)GB/T 19093—2003《煤粉篩分試驗(yàn)方法》,對(duì)望峰崗、新莊孜和祁東選煤廠煤泥進(jìn)行了小篩分試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表1～3。

表1 望峰崗小篩分試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Screening experimental results of Wangfenggang fine coal

表2 新莊孜小篩分試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Screening experimental results of Xingzhuangzi fine coal

表3 祁東小篩分試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Screening experimental results of Qidong fine coal

由表1～3可知,望峰崗煤泥中＜0.045 mm粒級(jí)含量為 21.85%,＞0.125 mm 粒級(jí)含量為 61.93%,細(xì)粒級(jí)含量較高;新莊孜煤泥中＜0.045 mm粒級(jí)含量為 18.15%,＞0.125 mm 粒級(jí)含量為 66.63%;祁東煤泥中＜0.045 mm的微細(xì)顆粒含量只有14.66%,＞0.125 mm 粒級(jí)含量為 66.52%,細(xì)粒級(jí)含量較少。各煤樣平均灰分相差不大,＞0.045 mm粒級(jí)灰分較為均勻,但＜0.045 mm微細(xì)顆粒灰分普遍較高。因此,只有防止跑粗現(xiàn)象,盡量多地抽出粗顆粒精煤,有選擇性地抽出微細(xì)粒精煤才能有效降低灰分、提高浮選完善指標(biāo)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 煤泥性質(zhì)對(duì)浮選效果的影響

按照GB/T 4757—2001《煤粉(泥)實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)方法》分別對(duì)望峰崗、新莊孜和祁東選煤廠煤泥進(jìn)行了單元可比性試驗(yàn),固定礦漿濃度為100 g/L,捕收劑正十二烷用量為1 000 g/t,起泡劑甲基異丁基甲醇(MIBC)用量為100 g/t。考察煤泥性質(zhì)對(duì)浮選效果的影響,結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同煤泥浮選效果對(duì)比Table 4 Comparison of flotation efficiency of different fine coals %

由表4可知,不同性質(zhì)的煤泥浮選效果不同,根據(jù)浮選完善指標(biāo),祁東煤泥浮選效果最好,新莊孜次之,望峰崗煤泥浮選效果最差。這主要與煤泥的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān),相比較而言,3種煤泥中＞0.125 mm粒級(jí)含量差別不大,但祁東煤泥中＜0.045 mm微細(xì)粒級(jí)含量最少,而望峰崗煤泥則相反。浮選入料中含有大量細(xì)粒煤時(shí),由于其比表面積大,一方面,細(xì)粒煤會(huì)很快吸附大量浮選藥劑,使粗粒煤不能與浮選藥劑充分接觸,降低粗粒煤的浮選速度;另一方面,細(xì)粒煤占據(jù)氣泡的活性表面或在粗顆粒上形成細(xì)泥罩蓋,抑制大顆粒煤的浮選,或隨其他顆粒進(jìn)入泡沫產(chǎn)品,污染精煤質(zhì)量。因此,對(duì)于高灰細(xì)泥多的煤泥,應(yīng)采用高選擇性藥劑和改善浮選工藝條件來(lái)提高其浮選選擇性。

2.2 捕收劑用量對(duì)浮選效果的影響

選取望峰崗煤泥進(jìn)行單元浮選試驗(yàn),固定礦漿濃度為100 g/L,起泡劑雜醇用量為100 g/t,選用柴油作為捕收劑。考察捕收劑用量對(duì)浮選效果的影響,結(jié)果如圖1所示。可知,隨著捕收劑用量的增加,精煤產(chǎn)率不斷增加,精煤灰分先減小后增加,而浮選完善指標(biāo)先升高后降低。說(shuō)明捕收劑用量的增加使得捕收能力增強(qiáng),但是選擇性變差,因此,捕收劑用量存在一個(gè)最佳用量范圍[11-13]。綜合考慮精煤產(chǎn)率、灰分和浮選完善指標(biāo),當(dāng)捕收劑用量為600 g/t時(shí),浮選效果最好,精煤產(chǎn)率為77%,精煤灰分為14.4%,浮選完善指標(biāo)為46.5%。

圖1 捕收劑用量與精煤產(chǎn)率、精煤灰分及浮選完善指標(biāo)的關(guān)系Fig.1 Relationship of collector dosage to clean coal yield,clean coal ash and floatation perfection

2.3 雜醇與APG配比對(duì)浮選效果的影響

為保證精煤產(chǎn)率的同時(shí)有效降低精煤灰分,選用雜醇與烷基糖苷(APG)復(fù)配的起泡劑,對(duì)望峰崗選煤廠煤泥進(jìn)行浮選試驗(yàn)。烷基糖苷為商品APG12-14,烷基碳數(shù)為12～14,糖聚合度1.4～1.6;雜醇為外購(gòu)化工副產(chǎn)品,主要成分為仲辛醇。固定礦漿濃度為100 g/L,捕收劑柴油用量為600 g/t,雜醇和APG總添加量為100 g/t。考察雜醇與APG配比對(duì)浮選效果的影響,結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知,隨著APG比例的增加,精煤產(chǎn)率和灰分總體呈不斷降低趨勢(shì),而浮選完善指標(biāo)先增加后減少。說(shuō)明APG的加入產(chǎn)生了協(xié)同作用,提高了浮選藥劑的選擇性,但不利于提高浮選精煤產(chǎn)率。

烷基糖苷具有非離子和陰離子表面活性劑的特征,其非極性基長(zhǎng)短與極性基配合較好,因此具有很強(qiáng)的起泡能力,對(duì)精煤有較好的選擇性。同時(shí),由于烷基糖苷存在羥基結(jié)構(gòu)使藥劑在水中分布均勻,可以促使空氣在礦漿中彌散成小氣泡,防止氣泡兼并,并提高氣泡在礦化和上浮過(guò)程中的穩(wěn)定性。這些分布均勻且穩(wěn)定的小氣泡,大大提高了礦漿中氣泡的表面積,更有利于微細(xì)顆粒煤泥的附著。但是,APG添加量過(guò)大會(huì)增加溶液黏性,氣體在液體中難以擴(kuò)散形成泡沫,導(dǎo)致礦漿中泡沫量不足,降低浮選效果[14-16]。綜合考慮,雜醇與APG配比為2∶1時(shí)浮選效果最佳,精煤產(chǎn)率為76%,精煤灰分為13%,浮選完善指標(biāo)為53.1%。

圖2 雜醇與APG配比與精煤產(chǎn)率、精煤灰分及浮選完善指標(biāo)的關(guān)系Fig.2 Relationship of ratio of fusel and APG to clean coal yield,clean coal ash and floatation perfection

2.4 礦漿濃度對(duì)浮選效果的影響

選取望峰崗煤泥進(jìn)行浮選試驗(yàn),固定捕收劑柴油用量為600 g/t,起泡劑用量為100 g/t,其中雜醇與APG配比為2∶1。考察入浮礦漿濃度對(duì)浮選效果的影響,結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知,精煤產(chǎn)率、精煤灰分及浮選完善指標(biāo)隨著入浮礦漿濃度的增加呈先增加后減小的趨勢(shì)。這是由于礦漿濃度較低時(shí),藥劑處于過(guò)量狀態(tài),過(guò)量的捕收劑會(huì)產(chǎn)生排擠作用使氣泡穩(wěn)定性下降;而過(guò)量的起泡劑又能夠?qū)Σ妒談┊a(chǎn)生反向吸附,使煤粒表面疏水性減弱,這2種情況都會(huì)降低浮選效果;當(dāng)?shù)V漿濃度高時(shí),藥劑用量相對(duì)不足,浮選效果下降。綜合考慮,入浮濃度為100 g/L時(shí),浮選完善指標(biāo)最高,浮選效果最佳。此時(shí),精煤產(chǎn)率為76%,精煤灰分為13%,浮選完善指標(biāo)為53.1%。

圖3 入浮礦漿濃度與精煤產(chǎn)率、精煤灰分及浮選完善指標(biāo)的關(guān)系Fig.3 Relationship of pulp density to clean coal yield,clean coal ash and floatation perfection

3 結(jié) 論

1)不同性質(zhì)的煤泥浮選效果不同,0.50～0.075 mm粒級(jí)含量多的煤泥利于浮選,而細(xì)粒級(jí),特別是＜0.045 mm含量高的煤泥浮選效果差。

2)對(duì)于望峰崗選煤廠入浮煤泥,固定礦漿濃度為100 g/L,起泡劑雜醇用量為100 g/t,捕收劑用量為600 g/t時(shí),浮選效果最好,精煤產(chǎn)率為77%,精煤灰分為14.4%,浮選完善指標(biāo)為46.5%。

3)起泡劑中加入APG會(huì)產(chǎn)生協(xié)同作用,提高浮選藥劑的選擇性,但不利于提高浮選精煤產(chǎn)率。固定礦漿濃度為100 g/L,捕收劑柴油用量為600 g/t,雜醇和APG總添加量為100 g/t,當(dāng)雜醇與APG配比為2∶1時(shí),浮選效果最好,精煤產(chǎn)率為76%,精煤灰分為138%,浮選完善指標(biāo)為53.1%。

4)對(duì)于望峰崗選煤廠入浮煤泥,固定捕收劑柴油用量為600 g/t,起泡劑用量為100 g/t,其中雜醇與APG配比為 2∶1時(shí),其最佳礦漿濃度為100 g/L。此時(shí),精煤產(chǎn)率為76%,精煤灰分為13%,浮選完善指標(biāo)為53.1%。

參考文獻(xiàn)(References)：

[1]時(shí)本軒,謝廣元,張明,等.高效煤用捕收劑EC-9800的應(yīng)用效果實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)煤炭,2012,38(2)：92-94.SHI Benxuan,XIE Guangyuan,ZHANG Ming,et al.Experimental research on the application of the high-effcient slime collector-EC-9800[J].China Coal,2012,38(2)：92-94.

[2]謝廣元.選礦學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2001：388-389.

[3]朱東,徐初陽(yáng).煤炭粒度及表面特性對(duì)浮選效果的影響[J].選煤技術(shù),2008(2)：21-23.

[4]崔廣文,張繼柱,扶祥通,等.煤泥粒度組成對(duì)浮選影響的研究[J].選煤技術(shù),2007(4)：20-21.

[5]張開(kāi)勇,李梅.煤泥浮選捕收劑優(yōu)化試驗(yàn)研究[J].煤炭技術(shù),2011,30(12)：98-100.ZHANG Kaiyong,LI Mei.Test study of optimizing coal flotation collectors[J].Coal Technology,2011,30(12)：98-100.

[6]解維偉.煤乳化浮選藥劑的制備與應(yīng)用機(jī)理研究[D].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京),2009.

[7]楊兵乾,朱昆陽(yáng),鹿克強(qiáng),等.MJ復(fù)合藥劑在難選煤中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)煤炭,2008,34(3)：67-68.

[8]朱張磊,郭麗娜,李志紅,等.OP4對(duì)難浮煤泥浮選影響的試驗(yàn)研究[J].煤炭技術(shù),2016,35(8)：282-284.ZHU Zhanglei,GUO Li'na,LI Zhihong,et al.Research on influence of surfactant OP4 to flotation of difficult flotation coal slime[J].Coal Technology,2016,35(8)：282-284.

[9]古玉.新型浮選藥劑對(duì)顯德汪礦貧煤的浮選試驗(yàn)影響研究[J].煤炭與化工,2016,39(3)：98-101.GU Yu.Study on influence of new type of flotation reagents to lean coal flotation in Xiangdewang Mine[J].Coal and Chemical Industry,2016,39(3)：98-101.

[10]吳成舟,彭耀麗,夏文成.煤泥浮選參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)研究[J].煤炭技術(shù),2015,34(3)：303-305.WU Chengzhou,PENG Yaoli,XIA Wencheng.Experimental study of parameter optimization on coal slime flotation[J].Coal Technology,2015,34(3)：303-305.

[11]李煥宇,成志紅.藥劑優(yōu)化對(duì)焦煤煤泥浮選影響的研究[J].山西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,34(4)：642-645.LI Huanyu,CHENG Zhihong.Effect of reagent optimization on dlime flotation of coking coal[J].Journal of Shanxi University(Natural Science Edtion),2011,34(4)：642-645.

[12]沈正義,卓金武,匡亞莉,等.基于多目標(biāo)正交試驗(yàn)的浮選藥劑制度優(yōu)化研究[J].選煤技術(shù),2007(3)：1-3.

[13]NAIK P K,REDDY P S R,MISRA V N.Interpretation of interaction effects and optimization of reagent dosages for fine coal flotation[J].Journal of Heterocyclic Chemistry,2005,75(1/2)：83-90.

[14]徐初陽(yáng),閆芳,聶容春.烷基糖苷類浮選藥劑的合成及其浮選效果的研究[J].選煤技術(shù),2010(4)：13-15.

[15]吳建軍,馬喜平,邱海燕,等.烷基多苷的應(yīng)用[J].日用化學(xué)工業(yè),2004,34(3)：181-183.WU Jianjun,MA Xiping,QIU Haiyan,et al.Application of alkyl polyglucosides[J].China Surfactant Detergent&Cosmetics,2004,34(3)：181-183.

[16]孫巖.新表面活性劑[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2003：276-285.