不同脈石礦物對煤炭浮選的影響

瞿 望

(中國礦業大學化工學院，江蘇省徐州市，221116)

煤炭浮選過程中脈石礦物會通過水流夾帶和細泥罩蓋等方式進入浮選泡沫，造成對浮選精煤的污染，這是很多選煤廠浮選精煤灰分難以降低的重要原因之一。

近些年，很多學者針對浮選精煤中的脈石污染問題提出了相應的解決措施，比如在浮選中增加超聲波處理、提高浮選時的泡沫層厚度、在浮選泡沫層添加噴淋水、在浮選柱泡沫區添加傾斜板以及添加凝聚劑使脈石礦物發生選擇性團聚等，這些措施對降低脈石礦物對浮選精煤的污染均有一定效果。但是，目前尚未探究各種降低脈石污染的方法對不同煤泥的適應性，這主要是因為目前不同的脈石礦物污染浮選精煤的機理尚不明確。在本研究中，將石英石、高嶺石和蒙脫石這3種脈石礦物分別與煤炭混合，然后進行浮選試驗和Zeta電位分布測試，從而探究不同的脈石礦物對煤炭浮選的影響，以及其各自污染浮選精煤的機理，這對于今后更有針對性地解決煤炭浮選時的細泥污染問題具有重要意義。

1 試驗研究

1.1 試驗煤樣

試驗所用的脈石礦物是由合肥萬泉非金屬礦有限公司提供的石英石、高嶺石和蒙脫石，3種脈石礦物的粒度均小于20 μm，3種脈石礦物的XRD結果如圖1所示。

圖1 3種脈石礦物的XRD圖譜

由圖1可以看出，各樣品中并沒有明顯的雜質。

試驗所用煤樣來自山西省大同市，為1/3焦煤，對-0.25 mm粒級的煤泥進行小浮沉試驗，取-1.4 kg/cm3的低灰煤泥(灰分為5.69%)分別與3種脈石礦物按1∶1的質量比混合，作為浮選入料，采用正十二烷和仲辛醇分別作為浮選捕收劑和起泡劑。

1.2 浮選試驗

浮選試驗采用XFD-1.5L單槽浮選機進行，葉輪轉速為1900 r/min，充氣量為0.25 m3/h。

試驗步驟如下：取90 g低灰煤泥與脈石的混合物放入浮選槽中加水攪拌4 min之后，加入1.2 kg/t的捕收劑攪拌2 min，再加入1.0 kg/t的起泡劑攪拌30 s，開始充氣并刮泡5 min。在刮泡過程中，用多個托盤分別在前20 s、20～40 s、40～60 s、60～90 s、90～120 s、120～180 s和180～300 s接取7組浮選精煤。將接到的每組精煤在過濾之前進行稱重，將精煤過濾、烘干后再稱量其干煤泥的重量，兩次稱重之差為浮選精煤中水的重量，從而計算水回收率；將浮選精煤進行小浮沉試驗，得到-1.4 kg/cm3(低灰煤泥)和+1.4 kg/cm3(脈石)的產率，從而計算脈石回收率。

1.3 Zeta電位分布試驗

將低灰煤泥磨細至-20 μm用于Zeta電位分布測試，將單獨的低灰煤泥或脈石礦物分別配成質量分數為為1%的懸浮液，沉降12 h后用滴管取1 mL上清液加入到比色皿中，然后將比色皿放入Zeta電位測試儀(Brookhaven ZetaPlus)中進行測試。之后，將低灰煤泥和脈石礦物按質量比1∶1進行混合后，配成質量分數為1%的懸浮液，采用相同的步驟進行Zeta電位分布測試。Zeta電位分布測試在pH值為7的條件下進行，采用NaCl作為電解質，濃度為0.1 mmol/L。

2 結果分析

2.1 浮選試驗結果

低灰煤泥與不同脈石混合后的浮選速率曲線如圖2所示。

圖2 低灰煤泥與不同脈石混合后的浮選速率曲線

由圖2可以看出，低灰煤泥與石英石、高嶺石混合后，可燃體回收率和浮選速率常數均有所降低，最大可燃體回收率由86.30%降低至75.32%和73.95%，浮選速率常數也由0.028降低至0.026；而低灰煤泥與蒙脫石混合后，可燃體回收率大幅降低至46.62%，而浮選速率常數也降低至0.022。這說明，蒙脫石對煤炭浮選速率具有非常顯著的影響，并會降低最終的浮選精煤可燃體回收率，而石英石和高嶺石對浮選速率和精煤可燃體回收率的影響較小。

低灰煤泥與不同脈石礦物混合后的浮選精煤水回收率和脈石回收率的關系如圖3所示。

圖3 浮選精煤水回收率和脈石回收率的關系

由圖3可以看出，低灰煤泥與石英石和高嶺石混合后，浮選精煤的脈石回收率和水回收率隨著浮選時間的延長而逐漸升高，且二者呈明顯的線性相關關系。而低灰煤泥與蒙脫石混合后，脈石回收率在前90 s有明顯的升高，而在第90～300 s升高的幅度較小，且脈石回收率與水回收率無線性相關關系。這充分說明，石英石和高嶺石主要是通過水流夾帶進入到浮選泡沫中，這與學者所提出的脈石水流夾帶模型相吻合；而蒙脫石主要不是通過水流夾帶進入浮選泡沫中的，蒙脫石很可能是通過細泥罩蓋的方式覆蓋到低灰煤炭顆粒表面，再隨著煤炭顆粒一起進入到浮選泡沫中污染浮選精煤。這需要通過Zeta電位分布的測試結果進行驗證。

2.2 Zeta電位分布試驗結果

Zeta電位分布是表征礦物細泥罩蓋的常用手段，現已被眾多學者所采用。若2種礦物混合礦的Zeta電位分布是雙峰分布，且兩個峰的位置恰好是2種礦物單獨進行Zeta電位分布測試時單峰分布的位置時，說明2種礦物并未發生細泥罩蓋，仍均勻分散在測試介質中；若2種礦物混合礦的Zeta電位分布式單峰分布，且峰的位置介于2種礦物單獨進行Zeta電位分布測試時兩個單峰之間時，說明兩種礦物之間發生了細泥罩蓋。煤泥與石英石單獨以及混合進行Zeta電位分布測試的結果如圖4所示。

由圖4可以看出，單獨的煤泥和石英石的Zeta電位為單峰分布，峰的位置分別在-12 mV和-37 mV；而煤泥-石英石混合礦物的Zeta電位分布為雙峰分布，且兩個峰的位置恰好位于-37 mV和-12 mV，這說明在該條件下，煤泥與石英石并未發生細泥罩蓋。

圖4 煤泥與石英石單獨以及混合進行Zeta電位分布測試

圖5 煤泥與高嶺石單獨以及混合進行Zeta電位分布測試結果

煤泥與高嶺石單獨以及混合進行Zeta電位分布測試結果如圖5所示。

圖5與圖4的結果比較類似，煤泥和高嶺石混合后的Zeta電位分布為雙峰分布，且峰的位置與單獨的煤泥和高嶺石的Zeta電位分布峰的位置相同，這說明煤泥和高嶺石也未發生細泥罩蓋。

煤泥與蒙脫石單獨以及混合進行Zeta電位分布測試結果如圖6所示。

圖6 煤泥與蒙脫石單獨以及混合進行Zeta電位分布測試結果

而圖6的結果顯示，煤泥與蒙脫石混合后，Zeta電位為單峰分布，且峰的位置在-33 mV，介于單獨的煤泥和蒙脫石的Zeta電位之間，這說明煤泥與蒙脫石發生了細泥罩蓋。

由此可見，蒙脫石主要會通過細泥罩蓋黏附到煤炭顆粒表面，之后再隨著煤炭進入到浮選泡沫中，從而污染浮選精煤；而石英石和高嶺石并未與煤炭發生細泥罩蓋，它們主要是通過水流夾帶的方式進入到浮選泡沫污染浮選精煤。

3 結論

通過將石英石、高嶺石和蒙脫石分別與低灰煤泥混合后進行浮選試驗和Zeta電位分布測試，來分析不同脈石礦物污染浮選精煤的機理。浮選試驗結果表明，石英石和高嶺石的回收率與水回收率呈線性相關關系，說明其通過水流夾帶的方式污染浮選精煤，這種污染方式對可燃體回收率和浮選速率影響較小，而蒙脫石的回收率與水回收率沒有線性相關關系，說明水流夾帶不是蒙脫石污染浮選精煤的主要方式。Zeta電位分布結果表明，石英石和高嶺石并未與低灰煤泥發生細泥罩蓋，而蒙脫石與低灰煤泥發生了細泥罩蓋，這是蒙脫石污染浮選精煤的主要方式，這種污染方式會使可燃體回收率和浮選速率大幅降低。