余吾選煤廠細(xì)粒煤泥調(diào)漿浮選試驗(yàn)研究

申 杰，黃 勇，張嘉云，王亞健，花曉中，武改英，劉向華，齊倩倩，孫麗蓉

(1.潞安化工集團(tuán)余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046000；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

1 綜 述

針對(duì)細(xì)粒煤泥浮選存在的問(wèn)題，研究人員提出采用浮選柱[3]、載體浮選[4]、超聲預(yù)處理[5]、離心力場(chǎng)浮選[6]、添加新型藥劑[7]等方法來(lái)提高細(xì)粒煤的浮選效果。鄧濤等[8]對(duì)濱湖選煤廠旋流微泡浮選柱的工業(yè)生產(chǎn)研究表明，浮選柱針對(duì)細(xì)粒煤有較好的選擇性，有利于降低精煤灰分。李進(jìn)等[9]采用自載體浮選方法對(duì)利民選煤廠細(xì)粒煤進(jìn)行二次浮選，精煤產(chǎn)率提高了8.04個(gè)百分點(diǎn)，分選效果顯著提高。王衛(wèi)東[10]和鄭長(zhǎng)龍[11]用超聲波對(duì)細(xì)粒煤進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)果表明，超聲能乳化藥劑，清洗煤粒表面，提高精煤產(chǎn)率和可燃體回收率。陳陽(yáng)等[12]采用C-1捕收劑對(duì)細(xì)粒氧化煤進(jìn)行浮選試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該藥劑與煤表面含氧官能團(tuán)形成化學(xué)吸附，可明顯改善浮選效果。上述研究均在一定程度上提高了細(xì)粒煤的分選效果，但研究主要集中在浮選設(shè)備和浮選藥劑方面，對(duì)于浮選前的調(diào)漿預(yù)處理研究相對(duì)較少。

調(diào)漿作為浮選前重要的預(yù)處理環(huán)節(jié)，對(duì)浮選效果具有重要的影響[13]。研究表明，調(diào)漿有利于減少粗顆粒表面的細(xì)泥罩蓋，促進(jìn)非極性油在水中的分散，強(qiáng)化捕收劑在煤顆粒表面的吸附效果，尤其對(duì)于細(xì)粒煤泥，高剪切調(diào)漿有利于促進(jìn)顆粒之間的剪切絮凝，提高細(xì)粒煤浮選的選擇性和回收率。研究表明[14，16，17]，浮選前對(duì)細(xì)粒煤進(jìn)行高剪切調(diào)漿可明顯促進(jìn)煤泥礦化效果，降低藥劑消耗，提高浮選回收率。馬力強(qiáng)等[14]研究了調(diào)漿對(duì)煤泥浮選的影響規(guī)律，探討了煤泥調(diào)漿機(jī)理。

本文選取余吾選煤廠極細(xì)粒易泥化煤泥作為浮選入料，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室調(diào)漿試驗(yàn)，探索了浮選藥劑用量、調(diào)漿時(shí)間和調(diào)漿轉(zhuǎn)速對(duì)浮選效果的影響，并與實(shí)驗(yàn)室浮選機(jī)常規(guī)浮選試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。

2 試驗(yàn)研究方法

2.1 樣品分析

試驗(yàn)煤樣來(lái)自山西余吾選煤廠浮選入料，為貧瘦煤。依據(jù)GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗(yàn)方法》的規(guī)定，對(duì)煤樣進(jìn)行了小篩分實(shí)驗(yàn)，煤樣粒度組成見(jiàn)表1；依據(jù)GB/T 478—2008《煤炭浮沉試驗(yàn)方法》的規(guī)定對(duì)煤樣進(jìn)行浮沉試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2；煤樣物相組成采用X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖1所示。

表1 煤樣粒度組成

由表1可知，煤樣中小于0.045 mm粒級(jí)的產(chǎn)率為70.73%，灰分為25.67%，細(xì)粒級(jí)的產(chǎn)率與灰分明顯高于其他粒級(jí)，說(shuō)明煤樣可能存在矸石泥化現(xiàn)象，高灰細(xì)泥由于比表面積大，容易以“罩蓋”和“夾帶”的形式進(jìn)入浮選精煤，因此大量高灰細(xì)泥的存在會(huì)對(duì)浮選造成不利的影響。

表2 煤樣密度組成

由表2可知，1.3～1.4 g/cm3密度級(jí)含量最高，占43.10%；原煤中密度級(jí)小于1.5 g/cm3密度級(jí)的灰分為11.60%，產(chǎn)率為80.57%，低密度級(jí)產(chǎn)率較高，灰分較低；1.5～1.8 g/cm3中間密度級(jí)產(chǎn)率相對(duì)較少；+1.8 g/cm3高密度級(jí)含量相對(duì)較高，灰分較高。因此，需要通過(guò)藥劑和調(diào)漿優(yōu)化浮選過(guò)程，盡量減少高密度細(xì)粒物料對(duì)浮選的影響。

圖1為煤樣的X射線衍射儀分析結(jié)果，從圖中可知，煤樣中的脈石礦物主要是高嶺石和石英，高嶺石遇水易泥化，在浮選過(guò)程中易造成細(xì)泥罩蓋和夾帶現(xiàn)象。

成語(yǔ)中的賓語(yǔ)前置，經(jīng)常以助詞“是”為標(biāo)記。“惟命是從”的意思是一定要服從接受到的命令，不可以有一點(diǎn)違背的情況。賓語(yǔ)“命”前置在謂語(yǔ)“從”的前面。類似的現(xiàn)象在成語(yǔ)中還有很多，比如“惟利是圖 ”中的“利”、“馬首是瞻”中的“馬首”、“惟才是舉”中的“才”等都是“是”字前面的賓語(yǔ)。

圖1 煤樣X(jué)射線衍射儀(XRD)分析結(jié)果

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 調(diào)漿試驗(yàn)

調(diào)漿試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室1個(gè)調(diào)漿桶中進(jìn)行，調(diào)漿桶直徑為110 mm，最大容積為0.88 L，攪拌桶內(nèi)部均勻布置4塊擋板，采用單層葉輪進(jìn)行攪拌，葉輪直徑為50 mm，高度為10 mm，葉輪上均勻安裝有3塊葉片，葉片傾角為45°，攪拌軸通過(guò)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速0～2 600 r/min。

在調(diào)漿試驗(yàn)過(guò)程中，每次稱取35 g的煤樣，加入到攪拌槽中，加入500 mL自來(lái)水，配成濃度為70 g/L的礦漿，向攪拌桶中加入一定量的捕收劑煤油，調(diào)節(jié)調(diào)漿機(jī)的轉(zhuǎn)速，攪拌一定時(shí)間，調(diào)漿完成后轉(zhuǎn)入浮選裝置進(jìn)行浮選試驗(yàn)。

2.2.2 浮選試驗(yàn)

浮選試驗(yàn)在1臺(tái)有效容積為0.5 L的XFD型單槽浮選機(jī)中進(jìn)行，浮選機(jī)主軸轉(zhuǎn)速最高為2 800 r/min。浮選過(guò)程中，固定浮選機(jī)攪拌轉(zhuǎn)速為1 800 r/min，將礦漿轉(zhuǎn)移到浮選槽中后，開(kāi)啟浮選機(jī)，攪拌10 s，然后加入一定量的起泡劑仲辛醇，再攪拌10 s后，充氣浮選，浮選充氣量固定為0.15 m3/h。浮選過(guò)程中盡量保持礦漿液位不變，浮選刮泡時(shí)間為3 min。浮選完成后，將收集的精煤和剩余的尾煤分別過(guò)濾、烘干、稱重和化驗(yàn)。

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

采用浮選完善指標(biāo)評(píng)價(jià)浮選效果[18]，其計(jì)算公式如下所示，浮選完善指標(biāo)越高，表明浮選效果越好。

式中：η為浮選完善指標(biāo)，%；γi為浮選精煤產(chǎn)率，%；Aj為浮選精煤灰分，%；Ay為計(jì)算入料灰分，%。

3 結(jié)果與討論

3.1 調(diào)漿時(shí)間對(duì)浮選效果的影響

試驗(yàn)條件：礦漿濃度70 g/L，煤油用量1 000 g/t，仲辛醇用量 50 g/t，調(diào)漿轉(zhuǎn)速2 200 r/min，調(diào)漿時(shí)間對(duì)浮選效果的影響如圖2所示。

圖2 調(diào)漿時(shí)間對(duì)浮選效果的影響

由圖2可以看出，隨著調(diào)漿時(shí)間的增加，精煤產(chǎn)率略有升高，精煤灰分顯著降低，浮選完善指標(biāo)逐漸增加。當(dāng)調(diào)漿時(shí)間為1.5 min時(shí)，精煤產(chǎn)率為83.99%，灰分為11.04%，此時(shí)浮選完善指標(biāo)最高，為47.80%；當(dāng)調(diào)漿時(shí)間超過(guò)1.5 min后浮選完善指標(biāo)略有降低。調(diào)漿過(guò)程中，在捕收劑的作用下，顆粒之間會(huì)通過(guò)疏水絮凝形成絮團(tuán)[19]，隨著調(diào)漿時(shí)間的延長(zhǎng)，礦漿中形成的絮團(tuán)逐漸增加，有利于提高精煤產(chǎn)率和回收率，同時(shí)，絮團(tuán)也隨著調(diào)漿時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷破碎，絮團(tuán)的破碎和再次絮凝有利于減少細(xì)泥夾帶，提高絮凝的選擇性，因此精煤灰分隨著調(diào)漿時(shí)間的延長(zhǎng)，顯著降低。但調(diào)漿時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，會(huì)造成藥劑在顆粒表面的脫附和絮團(tuán)的過(guò)度破碎，導(dǎo)致精煤回收率降低[14]。后續(xù)試驗(yàn)調(diào)漿時(shí)間選用1.5 min。

3.2 煤油用量對(duì)浮選效果的影響

試驗(yàn)條件：礦漿濃度 70 g/L，調(diào)漿速率2 200 r/min，調(diào)漿時(shí)間1.5 min，仲辛醇用量50 g/t，煤油用量對(duì)浮選效果的影響如圖3所示。

圖3 煤油用量對(duì)浮選效果的影響

由圖3可以看出，隨著煤油用量的增加，精煤產(chǎn)率逐漸增加，但灰分也逐漸升高。當(dāng)煤油用量為500 g/t時(shí)，精煤產(chǎn)率為80.45%，灰分最低為9.44%，此時(shí)的浮選完善指標(biāo)達(dá)到最大值，為52.01%。隨著捕收劑用量的增加，低密度精煤表面疏水性增強(qiáng)，但中間密度級(jí)的中煤和高密度級(jí)的高灰細(xì)泥與捕收劑的作用也進(jìn)一步增加，因此雖然精煤的產(chǎn)率增加，但精煤的選擇性降低，從前面的原煤粒度組成分析可知，原煤中含有大量小于0.045 mm的高灰細(xì)泥，這部分細(xì)泥較容易與捕收劑作用，降低浮選精煤的選擇性，因此后續(xù)試驗(yàn)捕收劑用量選擇500 g/t。

3.3 仲辛醇用量對(duì)浮選效果的影響

試驗(yàn)條件：礦漿濃度70 g/L，調(diào)漿速率2 200 r/min，調(diào)漿時(shí)間1.5 min，煤油用量500 g/t，仲辛醇用量對(duì)浮選效果的影響如圖4所示。

圖4 仲辛醇用量對(duì)浮選效果的影響

由圖4可以看出，隨著仲辛醇用量的增加，精煤產(chǎn)率逐漸增加，但灰分也逐漸升高。當(dāng)仲辛醇用量為50 g/t時(shí)，精煤產(chǎn)率為80.45%，灰分最低為9.44%，此時(shí)的浮選完善指標(biāo)達(dá)到最大值，為52.01%。隨著起泡劑用量的增加，礦漿中氣泡含量也隨之增加，高灰細(xì)泥夾帶現(xiàn)象加劇，因此灰分逐漸增大。故后續(xù)試驗(yàn)起泡劑用量選擇50 g/t。

3.4 調(diào)漿轉(zhuǎn)速對(duì)浮選效果的影響

試驗(yàn)條件：礦漿濃度70 g/L，煤油用量500 g/t，仲辛醇用量50 g/t，調(diào)漿時(shí)間1.5 min，調(diào)漿轉(zhuǎn)速對(duì)浮選效果的影響如圖5所示。

圖5 調(diào)漿轉(zhuǎn)速對(duì)浮選效果的影響

由圖5可以看出，隨著調(diào)漿轉(zhuǎn)速的增加，精煤產(chǎn)率先增加后略有降低，但精煤灰分逐漸降低，浮選完善指標(biāo)逐漸增加。當(dāng)調(diào)漿轉(zhuǎn)速為2 200 r/min時(shí)，精煤產(chǎn)率為80.45%，灰分為9.44%，浮選完善指標(biāo)為52.01%，達(dá)到最大值。高剪切調(diào)漿可以對(duì)煤粒表面進(jìn)行清洗，使煤粒表面黏附的高灰細(xì)泥在一定程度上得到清除，從而提高顆粒的表面疏水性。隨著調(diào)漿轉(zhuǎn)速的增加，顆粒獲得的能量逐漸增加，有利于克服顆粒與藥劑之間的能壘，促進(jìn)藥劑在顆粒表面的吸附，提高浮選效果。同時(shí)調(diào)漿轉(zhuǎn)速的增加使煤油的分散程度不斷提高，藥劑與顆粒的碰撞概率也增加，但調(diào)漿轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，過(guò)高的剪切力會(huì)造成煤顆粒的過(guò)粉碎，同時(shí)增加藥劑在顆粒表面的解吸概率，降低調(diào)漿效果。

3.5 常規(guī)和調(diào)漿浮選試驗(yàn)對(duì)比

為了考察高剪切調(diào)漿細(xì)粒煤泥浮選的促進(jìn)效果，在相同的試驗(yàn)條件下(礦漿濃度70 g/L，煤油用量500 g/t，仲辛醇用量50 g/t)，在浮選機(jī)中進(jìn)行常規(guī)浮選試驗(yàn)，浮選機(jī)轉(zhuǎn)速為1 800 r/min，捕收劑加入后調(diào)漿時(shí)間1.5 mm，浮選條件與調(diào)漿浮選試驗(yàn)保持一致。調(diào)漿試驗(yàn)與常規(guī)浮選試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比如圖6所示。

圖6 常規(guī)浮選與調(diào)漿浮選實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

由圖6可以看出，與常規(guī)浮選相比，調(diào)漿浮選在精煤灰分基本不變的情況下，精煤產(chǎn)率增加了14個(gè)百分點(diǎn)，浮選完善指標(biāo)增加了8.6個(gè)百分點(diǎn)，因此，對(duì)于細(xì)粒煤泥，強(qiáng)剪切調(diào)漿有利于提高其浮選效果。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)余吾選煤廠高灰細(xì)粒煤泥浮選精煤產(chǎn)率低、灰分高、藥劑消耗量大等問(wèn)題，采用煤油和仲辛醇作為捕收劑和起泡劑，通過(guò)高剪切調(diào)漿技術(shù)對(duì)其進(jìn)行表面改質(zhì)調(diào)漿，探索了藥劑用量、調(diào)漿轉(zhuǎn)速和調(diào)漿時(shí)間對(duì)浮選效果的影響，得到以下結(jié)論：

(1)煤樣中小于0.045 mm粒級(jí)的產(chǎn)率為70.73%，灰分為25.67%，產(chǎn)率和灰分明顯高于其他粒級(jí)，XRD分析結(jié)果表明脈石礦物主要是高嶺石和石英，高嶺石遇水易泥化，對(duì)浮選會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

(2)當(dāng)煤油用量為500 g/t、仲辛醇用量為50 g/t、調(diào)漿轉(zhuǎn)速為2 200 r/min、調(diào)漿時(shí)間為1.5 min時(shí)，調(diào)漿浮選達(dá)到最佳效果，此時(shí)的精煤產(chǎn)率為80.45%，灰分為9.44%，浮選完善指標(biāo)為52.01%。

(3)在相同的藥劑用量和浮選試驗(yàn)條件下，與常規(guī)浮選相比，當(dāng)精煤灰分基本相同時(shí)，調(diào)漿浮選精煤產(chǎn)率增加了14個(gè)百分點(diǎn)，浮選完善指標(biāo)提高了8.6個(gè)百分點(diǎn)。