高灰中煤研磨預處理浮選提質研究

王 堯

(東曲礦選煤廠，山西 古交 030200)

引 言

當前在我國的煉焦煤洗選過程中，通常會存在中煤產品，其產率通常在20%～30%之間，這部分產品由于灰分及黏結指數等指標均難以滿足煉焦生產需求，因此一般僅作為動力煤使用，當其分選效果不徹底時，對于寶貴的煉焦煤資源來講無疑是一種浪費。但由于中煤灰分較高，矸石與煤巖組分的嵌布狀況較復雜，導致可選性較差，直接對其進行二次分選往往難以取得實質上的效果[1]。尤其是對于浮選中煤，直接進行二次浮選時往往造成藥劑消耗大，實際分選效果不明顯的情況。因此，研究如何對浮選中煤進行有效再分選，對于充分挖掘中煤潛在價值，促進資源合理利用具有重要意義。

1 試驗儀器與樣品準備

試驗主要以磨礦作為預處理手段，并對研磨預處理后的樣品進行浮選試驗，用到的主要試驗儀器如表1所示，試驗藥劑如表2所示。

表1 主要試驗儀器

表2 主要試驗藥劑

所用試驗樣品為某煉焦煤選煤廠浮選中煤。在一個正常生產班次中，每隔1 h截取2 L的的浮選中煤產品，將其充分混合后過濾烘干，再次對烘干后的樣品充分混合后備用，并按照國標GB/T 477-2008的有關要求進行粒度組成分析，組成如表3所示。

表3 浮選中煤粒度組成

由表3可見，該浮選中煤粒度相對較粗，-0.074 mm粒級細泥僅占13.08%，+0.5 mm粒級產率高達32.12%。由于浮選的適宜分選粒度上限為0.5 mm，因此這部分浮選中煤產物顯然未能得到有效分選。各粒級灰分較高，累計灰分高達49.41%。同時，隨著粒度的較小，灰分呈逐漸增加趨勢。這一方面說明在該樣品的粒度范圍內，矸石比煤巖組分易碎，樣品中存在較多高灰細泥；另一方面也說明在粗粒級產物中存在較多的礦物連生體，正是這些礦物連生體的存在阻礙了精煤組份的有效分選[2]。

2 研磨預處理對浮選效果的影響

由之前的試驗分析可知，該樣品粗粒級中存在較多的礦物連生體，導致顆粒灰分較高，無法有效回收精煤。本文采用研磨方式對樣品進行預處理，并對經不同時間研磨后的樣品進行浮選分步釋放試驗，考察其精煤產物灰分與產率的變化情況并繪制趨勢曲線。為了將試驗內容與實際生產相結合，浮選試驗中的藥劑用量與現場生產過程中的一般用藥量保持基本一致，即捕收劑(柴油)520 g/t，起泡劑(仲辛醇)200 g/t，入浮濃度80 g/L。浮選充氣量0.20 L/min，主軸轉速2 000 r/min[3]。

圖1 不同研磨時間下浮物灰分與產率關系變化圖

如圖1所示，在不同研磨時間處理后，浮物的累計灰分與累計產率的對應規律表現出很大的差異性。以本廠浮選精煤12%的灰分要求來看，研磨4 min后進行浮選，即可得到最大的精煤產率。研磨時間6 min時，精煤產率與研磨4 min時基本一致，均大于研磨時間2 min時的精煤產率，也即研磨時間在4 min～6 min時，均可達到較好的精煤回收效果。這說明，研磨預處理時間為2 min時，由于研磨時間不足，精煤組份與矸石解離不完全，導致精煤產率偏低。而研磨時間達到8 min后，浮選精煤產率又急劇減小，如果仍要達到研磨4 min時的精煤產率，則浮精灰分將大幅增加至30%以上，完全達不到精選效果。說明在研磨預處理8 min后，樣品已經發生了過磨現象，樣品中的細泥含量大幅增加，藥劑的選擇性變差，導致浮選效果急劇惡化。也就是說，采用研磨作為浮選預處理手段時，應當嚴格控制研磨時間，防止過磨現象的出現。最終確定，當要求浮精灰分為12%，研磨預處理時間為4 min時，可以獲得最大的浮精產率[4]。

3 入料質量濃度對浮選效果的影響

入料礦漿濃度是浮選操作中的一個重要控制參數，對浮選精煤的產率及灰分具有重要影響。在保持浮選藥劑用量不變的情況下，將研磨4min后的浮選中煤樣品以不同濃度進行單元浮選試驗，考察其浮精產率及灰分的變化趨勢，如圖2所示。

圖2 不同入料濃度時浮精產率與灰分變化

由圖2可知，當入料濃度不同時，浮精的產率呈逐漸上升趨勢，但上升幅度較小，最低產率與最高產率之差僅為6.9%。浮精灰分變化較大。一方面，隨入料濃度增加，浮精灰分一直呈上升趨勢；另一方面，當入料質量濃度超過80 g/L后，浮精灰分急劇升高，當入料質量濃度大于140 g/L后，浮精灰分的上升趨勢減緩。考慮到入料濃度增加后浮選效果惡化的原因可能是藥劑不足引起的，因此，選擇入料質量濃度為120 g/L時進行不同藥劑用量下的浮選單元實驗，其中捕收劑與起泡劑之間的藥劑比保持不變，在原有藥劑用量的基礎上加倍用藥，藥劑量分別為原有藥劑量的1.5倍、2.0倍和2.5倍，對其浮精產率及灰分變化情況繪制折線圖，如圖3所示。

圖3 增加藥劑量后浮精產率與灰分變化趨勢

由圖3可知，在其他條件不變的情況下提高浮選藥劑用量后，浮精產率和灰分同時顯著提高。其中，浮精產率在藥劑用量變為原藥劑量的2倍后趨于平穩，說明在一定的礦漿量下，捕收劑的捕收能力并不能始終隨捕收劑用量的增加而增大，捕收劑選擇性惡化的程度有一定的下限[5]。浮精的灰分隨藥劑量的增多而持續升高，當藥劑用量變為原藥劑量的2倍后，這一上升趨勢有所減緩，這同樣說明捕收劑的選擇性惡化有一定的下限，但過量的浮選藥劑使得精煤灰分升高的趨勢過大，浮選過程已經基本失去了富集精煤，去除矸石的作用。

綜合以上分析表明，隨著入料濃度的升高，單位時間內通過浮選槽的物料增多，浮選藥劑的選擇性會變差，部分高灰細泥進入浮精，造成浮精灰分升高。同時，由于浮選藥劑用量一定時，其對顆粒的捕收及攜帶能力有限，入料濃度的增加并不能顯著提高其浮精產率，只會讓更多的細泥有機會進入浮精，導致浮精灰分急劇上升。此時盲目增加浮選藥劑用量，只會繼續惡化浮選效果，并不能改善浮精品質。因此，綜合考慮浮精產率與灰分兩個指標，本文認為當入料質量濃度為80 g/L時，浮選效果最佳，此時浮精產率60.2%，浮精灰分17.8%。

4 結語

本文以某煉焦煤選煤廠浮選中煤為試驗樣品，采用研磨手段進行預處理以改善中煤再選效果，并得到以下結論。

1)在浮精灰分要求不超過12%時，研磨時間4 min時可獲得最大浮精產率，研磨時間過長會造成浮精產率急劇降低。

2)入料濃度過大會造成浮精灰分急劇升高，浮選藥劑過量也會惡化浮精品質，最佳入料質量濃度為80 g/L，最佳浮精產率60.2%，浮精灰分17.8%。

3)通過研磨手段可進一步實現煤巖組分與矸石的解離，對于改善中煤再選效果具有重要意義。