六偏磷酸鈉對(duì)煤泥的抑制機(jī)理及應(yīng)用實(shí)踐＊

蔣善勇 張 凱 裴健宇 劉炯天

（1.拜城縣眾泰煤焦化有限公司，新疆自治區(qū)阿克蘇市，842300；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇省徐州市，221008）

拜城縣眾泰煤焦化有限公司重介選煤廠年處理能力180萬(wàn)t／a，入洗原煤－0.5mm粒度級(jí)煤泥含量高達(dá)25.20%，采用常規(guī)浮選藥劑受到高灰細(xì)泥的影響使浮選精煤灰分偏高，通過(guò)對(duì)煤泥成分的分析，選用六偏磷酸鈉作為抑制劑用于浮選生產(chǎn)，在提高精煤產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益上取得了突出的成績(jī)。

1 選煤廠工藝及原浮選系統(tǒng)的弊端

1.1 選煤廠工藝

外購(gòu)原煤送至原煤坑貯存，入洗時(shí)通過(guò)鏟車(chē)或推土機(jī)卸入受煤坑，通過(guò)永磁除鐵器排出鐵磁性物質(zhì)后，由帶式輸送機(jī)進(jìn)入原煤分級(jí)篩進(jìn)行50mm分級(jí)，分級(jí)后的篩下物直接進(jìn)入原煤入洗帶式輸送機(jī)，篩上物通過(guò)撿出大塊矸石及其它雜物后，大于50mm的原煤破碎至50mm以下，與篩下物混合后進(jìn)入入洗刮板輸送機(jī)。

通過(guò)入洗刮板輸送機(jī)向兩組三產(chǎn)品旋流器給料，在旋流器中將原煤分離成精煤、中煤和矸石3種產(chǎn)品，分選的中煤和矸石產(chǎn)品經(jīng)脫介脫水后分別進(jìn)入中煤倉(cāng)和矸石倉(cāng)，通過(guò)汽車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)至各自的料場(chǎng)堆放、銷(xiāo)售。精煤經(jīng)脫介后大于10mm的部分，直接送至精煤場(chǎng)存放，10～0.5mm的部分通過(guò)離心機(jī)脫水后由帶式輸送機(jī)送至精煤場(chǎng)。離心液進(jìn)入精煤稀介桶，通過(guò)泵打入4臺(tái)精煤磁選機(jī)回收介質(zhì)，磁選機(jī)的精煤進(jìn)入合格介質(zhì)桶，磁選尾礦進(jìn)入精煤磁尾桶，通過(guò)泵打入分級(jí)濃縮旋流器處理后，旋流器底流進(jìn)入精煤泥回收篩回收粗煤泥，篩上物由帶式輸送機(jī)送至精煤場(chǎng)，精煤泥分級(jí)濃縮旋流器溢流及粗煤泥回收篩下水進(jìn)入浮選系統(tǒng)處理。

進(jìn)入浮選系統(tǒng)的煤泥水首先進(jìn)入兩臺(tái)礦漿預(yù)處理器，預(yù)先與部分捕收劑及起泡劑混合后進(jìn)入浮選機(jī)浮選。浮選精礦進(jìn)入浮選精礦池，通過(guò)泵打入快開(kāi)壓濾機(jī)脫水，濾餅為浮選精煤，通過(guò)刮板輸送機(jī)送至精煤帶式輸送機(jī)后轉(zhuǎn)運(yùn)至精煤場(chǎng)。快開(kāi)壓濾機(jī)濾液進(jìn)入循環(huán)水池循環(huán)使用。浮選尾礦與矸石磁選機(jī)尾礦進(jìn)入濃縮池濃縮后，溢流進(jìn)入循環(huán)水池，底流通過(guò)泵打入壓濾機(jī)脫水后，濾液進(jìn)入循環(huán)水池，濾餅通過(guò)刮板輸送機(jī)輸送至煤泥卸料點(diǎn)，通過(guò)鏟車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)至煤泥貯存場(chǎng)進(jìn)行銷(xiāo)售。

1.2 原浮選系統(tǒng)的弊端

入洗原煤原生煤泥量達(dá)25.20%，由于分選過(guò)程中的泥化，使實(shí)際入浮煤泥量占原煤的比例高達(dá)30.20%，受煤泥中伴生礦物高嶺石、重晶石和方解石等的影響，精煤灰分高達(dá)14.36%，而客戶要求整體精煤灰分控制在11.00%以下，為了保證最終精煤產(chǎn)品灰分滿足要求，需要將重選部分的精煤灰分控制在9.00%以下，重選精煤產(chǎn)率僅為60.2%，浮選精煤產(chǎn)率為75.2%，最終精煤產(chǎn)品灰分為10.88%，綜合精煤產(chǎn)率僅為64.73%，嚴(yán)重影響精煤產(chǎn)率的提高。

2 X－射線衍射成分分析及抑制劑的選取

2.1 入浮煤泥X－射線衍射成分分析

為了分析查找導(dǎo)致浮選精煤灰分偏高的原因，采用X－射線衍射分析法對(duì)入浮煤泥成分進(jìn)行了分析，其分析圖譜如圖1所示，入浮煤泥的主要伴生礦物為高嶺石、重晶石和方解石等。

圖1 入浮煤泥X－射線衍射圖譜

2.2 六偏磷酸鈉的抑制機(jī)理及抑制劑的選取

六偏磷酸鈉（（NaPO3）6）不是一個(gè)簡(jiǎn)單的化合物，而是一種多磷酸鹽，在水溶液中各基本結(jié)構(gòu)單元相互聚合連成螺旋狀的鏈狀聚合體，它在水中的分解式如下：

（NaPO3）6＋6H2O＝6NaOH＋6HPO3（水解反應(yīng)）

HPO3＋H2O＝H3PO4（偏磷酸鈉水解成正磷酸）

H3PO4＝H＋＋H2PO4－（正磷酸解離）

H2PO4－＝H＋＋HPO42－

HPO42－＝H＋＋PO43－

六偏磷酸鈉在水溶液中電離的陰離子有很強(qiáng)的活性，可與煤泥中粘土礦物中的Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等離子反應(yīng)生成親水而穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而對(duì)晶格中含有這些金屬陽(yáng)離子的礦物產(chǎn)生抑制作用。六偏磷酸鈉吸附在礦物表面后還能增加表面的負(fù)電性，使礦物與荷負(fù)電的其它礦物在靜電斥力作用下相互分離，也可使帶負(fù)電的粘土礦泥處于懸浮分散狀態(tài)，降低對(duì)煤泥可浮性的影響。因此，選定六偏磷酸鈉作為浮選的抑制劑。

3 抑制劑的使用及效果分析

3.1 抑制劑使用量的確定

確定采用六偏磷酸鈉作為浮選抑制劑后，為了確定抑制劑的合理使用量，分別在生產(chǎn)系統(tǒng)中采用不加抑制劑、0.3kg／t、0.5kg／t、1.0kg／t、1.5 kg／t和2.0kg／t入浮煤泥的抑制劑使用量進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由試驗(yàn)結(jié)果得知，使用抑制劑后精煤灰分和產(chǎn)率隨著抑制劑用量的增加而下降，在抑制劑用量為1.0kg／t入浮煤泥時(shí)浮選精煤灰分降至10.56%，產(chǎn)率僅降低7.8%。隨著抑制劑用量的進(jìn)一步增加，浮選精煤灰分和產(chǎn)率反而升高，在此情況下，抑制劑的使用效果不明顯，浮選精煤灰分仍然偏高。出現(xiàn)以上現(xiàn)象的主要原因如下：隨著六偏磷酸鈉抑制劑用量的增加，礦漿中的負(fù)離子濃度也不斷增加，負(fù)離子與煤泥中粘土礦物中的Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等離子反應(yīng)生成親水而穩(wěn)定的絡(luò)合物，并由于電排斥作用使粘土礦物的高灰細(xì)泥分散，從而提高捕收劑的選擇性，使精煤灰分及精煤產(chǎn)率降低。但是，隨著六偏磷酸鈉抑制劑用量的進(jìn)一步增加，使負(fù)離子在礦漿中的量進(jìn)一步聚集，由于靜電吸引作用會(huì)使煤顆粒被吸附到負(fù)離子絮團(tuán)上，從而使吸附在負(fù)離子絮團(tuán)上的粘土礦物的高灰細(xì)泥被帶入浮選精煤中，從而使精煤灰分和精煤產(chǎn)率隨著六偏磷酸鈉抑制劑添加量的進(jìn)一步增加而增加。為此，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，為了獲得良好的浮選效果和減少藥劑浪費(fèi)，確定六偏磷酸鈉抑制劑的使用量為1.0kg／t。

表1 浮選抑制劑試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

3.2 浮選原料來(lái)源及主要工藝設(shè)備

精煤稀介及中煤稀介，通過(guò)磁選機(jī)回收磁鐵礦粉介質(zhì)后的尾礦分別進(jìn)入精煤磁尾桶和中煤磁尾桶，通過(guò)各自配置的輸送泵送至分級(jí)濃縮旋流器分級(jí)，旋流器的底流經(jīng)過(guò)弧形篩加噴水進(jìn)一步脫泥后，進(jìn)入高頻篩脫泥和脫水，高頻篩的篩上物作為直接精煤與＋0.5mm部分精煤混合后銷(xiāo)售；分級(jí)濃縮旋流器的溢流、弧形篩的篩下物及高頻篩的篩下物通過(guò)高差自流到兩臺(tái)礦漿預(yù)處理器，通過(guò)礦漿預(yù)處理器處理后的煤泥進(jìn)入兩臺(tái)浮選機(jī)浮選。

3.3 抑制劑的準(zhǔn)備及添加

購(gòu)置的六偏磷酸鈉抑制劑為固體顆粒，為了充分發(fā)揮抑制劑的良好效果，必須首先將抑制劑調(diào)配成飽和水溶液，我公司自制了兩套內(nèi)徑1m、高2 m且各配有一套攪拌裝置的攪拌桶，在使用的過(guò)程中保證一個(gè)攪拌桶使用，另一個(gè)攪拌桶作為配置飽和溶液使用，以保證生產(chǎn)過(guò)程中的正常添加。在每臺(tái)攪拌桶的添加管上均設(shè)有流量計(jì)，根據(jù)檢測(cè)的礦漿濃度及流量并結(jié)合浮選精煤灰分指標(biāo)調(diào)節(jié)抑制劑的添加量，從而保證良好的抑制效果，改善浮選的完善度指標(biāo)。

為了保證礦漿與抑制劑能有足夠的接觸作用時(shí)間，將抑制劑的溶液添加到進(jìn)入礦漿預(yù)處理器的主管道，使礦漿在管道內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程中與在礦漿預(yù)處理器里面的抑制劑在攪拌過(guò)程中充分混合，保證取得應(yīng)有的效果。

3.4 抑制劑使用后的效果分析

抑制劑使用前后效果的對(duì)比如表2所示，雖然使用抑制劑后浮選精煤產(chǎn)率降低了7.8%（以浮選入料計(jì)算的產(chǎn)率），但是由于浮選精煤灰分的降低，使重選精煤的控制灰分由9.00%增加至11.00%，重選精煤產(chǎn)率增加10.80%（以重選實(shí)際量計(jì)算的產(chǎn)率）。

表2 抑制劑使用前后效果對(duì)比表%

4 結(jié)論

采用六偏磷酸鈉作為抑制劑對(duì)含有方解石、重晶石和高嶺石等伴生礦物的煤泥浮選具有較好的抑制效果，對(duì)于拜城縣眾泰煤焦化有限公司入浮的煤泥，在六偏磷酸鈉使用量為1.0kg／t時(shí)，取得了良好的效果，在保持最終精煤產(chǎn)品質(zhì)量不變的情況下，使綜合精煤產(chǎn)率提高5.18%，由于精煤市場(chǎng)銷(xiāo)售價(jià)為900元／t，中煤副產(chǎn)品的價(jià)格為200元／t，兩者之間的差價(jià)達(dá)700元，每噸入洗原煤增加效益達(dá)36.26元，年新增效益達(dá)6526.8萬(wàn)元，每年處理原煤180萬(wàn)t，便可多生產(chǎn)精煤9.324萬(wàn)t，在相同原煤處理能力情況下精煤的產(chǎn)量提高8.00%，對(duì)優(yōu)質(zhì)資源的綜合利用和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升起到了促進(jìn)作用。

［1］ 趙躍民.煤炭資源綜合利用手冊(cè)［M］.北京：科學(xué)出版社，2004

［2］ 馮其明，周清波，張國(guó)范等.六偏磷酸鈉對(duì)方解石的抑制機(jī)理［J］.中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2011（2）

［3］ 戚冬偉，宋玲玲，馮莉等.煤泥絮團(tuán)分散劑的應(yīng)用研究［J］.安徽科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（4）