高灰難選煤浮選降灰試驗(yàn)研究

蔡念庚，劉瑞山，桂夏輝

(1.開灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司，河北 唐山 063018；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇 徐州 221008)

高灰難選煤浮選降灰試驗(yàn)研究

蔡念庚1，劉瑞山1，桂夏輝2

(1.開灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司，河北 唐山 063018；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇 徐州 221008)

針對(duì)內(nèi)蒙古烏海礦區(qū)高灰難選煤浮選精煤灰分高的問題，在煤泥分步釋放浮選試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析調(diào)漿時(shí)間、泡沫層厚度對(duì)浮選精煤灰分的影響，并對(duì)磨礦-浮選工藝的降灰效果進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：高灰細(xì)泥與中間密度級(jí)連生體的非選擇性上浮是造成浮選精煤灰分高的重要原因，高紊流流態(tài)對(duì)礦粒的擦洗效應(yīng)并未改善浮選選擇性，而厚泡沫層可有效抑制高灰細(xì)粒級(jí)對(duì)精煤的污染。磨礦-浮選可使煤泥得到更好的分選，在磨礦時(shí)間為0.5 min、入浮礦漿濃度為80 g/L、攪拌強(qiáng)度為1 800 r/min、柴油用量為600 g/t、仲辛醇用量為100 g/t、充氣量為0.25 m3/(m2·min)的條件下，通過浮選可獲得灰分為14.98%、產(chǎn)率為61.02%的精煤。

高灰難選煤泥；擦洗效應(yīng)；泡沫層厚度；非選擇性上浮；磨礦-浮選

高灰難選煤泥入浮比例的增大對(duì)煤泥浮選提出了更高要求，煤泥浮選中微細(xì)粒級(jí)和粗粒級(jí)的高精度分選與回收一直是選煤領(lǐng)域的難點(diǎn)和重點(diǎn)[1]。異質(zhì)細(xì)泥污染和連生體含量高是高灰難選煤泥分選面臨的兩大難題，其中，異質(zhì)細(xì)泥主要為細(xì)粒級(jí)粘土礦物及其泥化過程中產(chǎn)生的微米礦物。針對(duì)高灰難選煤泥的高效分選降灰難題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量探索與研究。夏靈勇等探索了高灰細(xì)泥對(duì)浮選過程的影響，認(rèn)為細(xì)泥在浮選過程中對(duì)精煤質(zhì)量產(chǎn)生了很大影響，細(xì)粒級(jí)含量越高，浮選精煤可燃體回收率越低，細(xì)粒煤質(zhì)量小、粒度小、捕收劑分散性差是造成細(xì)泥選擇性差的主要原因[2]。程宏志等通過振蕩浮選、選擇性絮凝、選擇性聚團(tuán)等方法提高了煤泥浮選選擇性[3-5]。桂夏輝等利用掃描電鏡(SEM)對(duì)異質(zhì)細(xì)泥在浮選過程中的行為特征進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)異質(zhì)細(xì)泥主要是通過機(jī)械夾帶和在粗粒煤表面罩蓋進(jìn)入精煤[6]。周開洪等研究了粒度組成、密度組成因素對(duì)煤泥浮選的影響，發(fā)現(xiàn)低灰粗粒損失在浮選尾煤中，高灰細(xì)泥則進(jìn)入精煤中[7]。張文軍等對(duì)浮選柱的工作原理和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在微細(xì)粒煤泥分選方面浮選柱比浮選機(jī)更具優(yōu)勢(shì)。Jameson研究發(fā)現(xiàn)，高能量狀態(tài)的流體環(huán)境適合于細(xì)顆粒的高效回收，高雷諾數(shù)的礦漿體系可增加細(xì)粒與氣泡的碰撞附著概率，而粗顆粒只需紊流度相對(duì)較低的流場(chǎng)。

為探索高灰難選煤浮選精煤的降灰方案，在實(shí)驗(yàn)室條件下，基于煤泥分步釋放浮選試驗(yàn)，分別對(duì)調(diào)漿時(shí)間、泡沫層厚度、磨礦-浮選工藝進(jìn)行研究，探索不同條件下的煤泥浮選效果，以確定最佳降灰方案。

1 試驗(yàn)

1.1 設(shè)備與試劑

試驗(yàn)設(shè)備為XFD-1.5L型實(shí)驗(yàn)室機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，葉輪直徑為60 mm，攪拌強(qiáng)度在0～2 780 r/min之間，充氣量為0～0.6 m3/(m2·min)；實(shí)驗(yàn)室用φ50 mm旋流-靜態(tài)微泡浮選柱，高度為2 m；QHJM-2立式超細(xì)攪拌磨機(jī)，轉(zhuǎn)速在0～1 390 r/min內(nèi)可調(diào)，氧化鋯加球量為2～4 kg；密度分析儀器為GL-21M型小浮沉離心機(jī)。試驗(yàn)試劑為捕收劑柴油和起泡劑仲辛醇，兩種藥劑均來(lái)自生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

1.2 煤樣性質(zhì)

試驗(yàn)煤樣為內(nèi)蒙古烏海礦區(qū)的浮選入料，為稀缺焦煤，水分為2.47%，灰分為32.35%，揮發(fā)分為16.23%，固定碳為48.34%，由此來(lái)看，對(duì)其降灰提質(zhì)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。煤樣粒度組成如表1所示。

表1 煤樣粒度組成Table 1 Size composition of coal sample %

由表1可知：隨著粒級(jí)的減小，各粒級(jí)灰分總體上呈增加趨勢(shì)；主導(dǎo)粒級(jí)為<0.045 mm粒級(jí)，產(chǎn)率為26.63%，灰分高達(dá)40.52%，說(shuō)明煤樣較易泥化，高灰細(xì)泥含量高，浮選過程中要特別注意細(xì)泥的非選擇性上浮對(duì)浮選精煤的污染。

煤樣密度組成如表2所示。由表2可知：<1.40 g/cm3密度級(jí)的產(chǎn)率僅為14.48%，灰分為6.76%，說(shuō)明煤樣解離較充分；1.40～1.60 g/cm3為中間密度級(jí)，該密度級(jí)產(chǎn)率高達(dá)43.02%，灰分為20.93%，說(shuō)明連生體含量大，需進(jìn)一步解離方能分選出低灰精煤；>1.80 g/cm3密度級(jí)的產(chǎn)率為21.46%，灰分為70.70%，說(shuō)明煤樣中含有大量的泥質(zhì)礦物。

表2 煤樣密度組成Table 2 Density composition of coal sample %

1.3 試驗(yàn)方案

煤泥分步釋放浮選試驗(yàn)參照MT/T 144—1997《選煤實(shí)驗(yàn)室分步釋放浮選試驗(yàn)方法》規(guī)定進(jìn)行，試驗(yàn)條件為礦漿濃度80 g/L、攪拌強(qiáng)度1 800 r/min、柴油用量600 g/t、仲辛醇用量100 g/t、充氣量0.25 m3/(m2·min)。

設(shè)置浮選機(jī)攪拌強(qiáng)度為1 800 r/min，研究不同調(diào)漿時(shí)間對(duì)煤泥浮選效果的影響，調(diào)漿時(shí)間分別為0、5、10、15、20、25、30、35、40 min。

泡沫層厚度試驗(yàn)加藥順序?yàn)椋赫{(diào)漿4 min，加入柴油215 g/t，混合2 min；加入仲辛醇100 g/t，混合1 min。試驗(yàn)開始后，待泡沫層穩(wěn)定且厚度為15、20、25、30、35 cm時(shí)，分別收取五組浮選精煤、浮選尾煤，分析泡沫層厚度與其產(chǎn)率和灰分的關(guān)系。

磨礦-浮選試驗(yàn)順序?yàn)椋涸谀C(jī)轉(zhuǎn)速為600 r/min、磨礦濃度為50%的條件下，分別進(jìn)行0、0.5、1.0、1.5、2.0 min五個(gè)水平的磨礦作業(yè)，將磨后物料作為浮選機(jī)入料進(jìn)行浮選試驗(yàn)。

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)

以精煤灰分和產(chǎn)率作為浮選效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用兩產(chǎn)品平衡法計(jì)算浮選精煤產(chǎn)率，計(jì)算公式為：

式中：γj為精煤產(chǎn)率，%；Ay、Aj、Aw分別為原煤、精煤、尾煤的灰分，%。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 煤泥分步釋放浮選試驗(yàn)

煤泥分步釋放浮選試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。由表3可知：經(jīng)一次粗選后，浮選精煤產(chǎn)率高達(dá)80.27%，灰分高達(dá)23.21%；隨著精選次數(shù)的增加，精煤產(chǎn)率和灰分均呈下降趨勢(shì)，經(jīng)五次精選后，最終精煤灰分為16.64%，灰分仍然較高，說(shuō)明煤泥具有易浮難選的特性，必須通過表面改質(zhì)或者連生體解離方能得到合格的精煤產(chǎn)品。

表3 煤泥分步釋放試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Timed-release analysis of coal slime %

為研究浮選精煤灰分高的原因，對(duì)累計(jì)灰分為20.23%、累計(jì)產(chǎn)率為60.74%的浮選精煤密度組成、粒度組成進(jìn)行分析，結(jié)果如表4、表5所示。

表4 浮選精煤密度組成Table 4 Density composition of flotation concentrate %

由表4可知：浮選精煤中>1.60 g/cm3密度級(jí)的產(chǎn)率為23.91%，灰分高達(dá)52.23%，說(shuō)明高灰物料的非選擇性上浮是造成浮選精煤灰分高的重要原因。

表5 浮選精煤粒度組成Table 5 Size composition of flotation concentrate %

由表5可知：各粒級(jí)灰分均超出產(chǎn)品要求灰分，選擇性普遍較差。由于粗粒級(jí)脫落概率大，進(jìn)入精煤中的煤泥為表面疏水性較強(qiáng)的煤泥，故其灰分較細(xì)粒級(jí)低；而細(xì)粒級(jí)跟隨性強(qiáng)，粘土類泥質(zhì)易罩蓋在精煤表面或隨水流進(jìn)入精煤泡沫，導(dǎo)致該粒級(jí)灰分高。結(jié)合密度組成分析可知，粗粒級(jí)精煤中含有部分未解離的中煤。

2.2 浮選機(jī)調(diào)漿時(shí)間試驗(yàn)

為強(qiáng)化煤泥表面改質(zhì)，促進(jìn)礦漿分散，尋求浮選精煤降灰途徑，對(duì)不同調(diào)漿時(shí)間進(jìn)行研究，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知：隨著調(diào)漿時(shí)間的增加，浮選精煤灰分和產(chǎn)率均無(wú)明顯變化，說(shuō)明高紊流流態(tài)對(duì)礦粒的擦洗效應(yīng)并未使浮選選擇性得到改善。

2.3 浮選柱泡沫層厚度試驗(yàn)

不同泡沫層厚度時(shí)的浮選柱浮選試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2可知：隨著浮沫層厚度的增加，精煤灰分和產(chǎn)率均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這主要是因?yàn)楹衽菽瓕佑休^強(qiáng)的二次富集作用，能減少異質(zhì)細(xì)泥的機(jī)械夾帶。在精煤產(chǎn)率相同的情況下，與浮選機(jī)精煤灰分相比，浮選柱精煤灰分低1～2個(gè)百分點(diǎn)。

圖1 不同調(diào)漿時(shí)間時(shí)的煤泥浮選效果Fig.1 Flotation result of coal slime at different slutty mixing times

圖2 泡沫層厚度對(duì)浮選效果的影響Fig.2 Effect of froth layer thickness on flotation

該煤泥為易浮難選煤泥，不同密度級(jí)可浮性差異不顯著，大部分中間密度級(jí)連生體被氣泡攜帶進(jìn)精煤，厚泡沫層可有效抑制高灰細(xì)粒級(jí)對(duì)精煤的污染，但對(duì)連生體的抑制作用不大，精煤灰分降低程度有限，所以有必要對(duì)中間密度級(jí)物料進(jìn)行充分解離，以釋放更多的低灰精煤，盡可能的增大入料中不同密度級(jí)的可浮性差異。為此，探索煤泥磨礦-浮選的降灰效果。

2.4 磨礦-浮選試驗(yàn)

2.4.1 磨礦時(shí)間的確定

不同磨礦時(shí)間時(shí)的煤泥粒度組成如圖3所示。由圖3可知：磨礦時(shí)間為0.5 min時(shí)，>0.25 mm粒級(jí)產(chǎn)率下降13.07個(gè)百分點(diǎn)，0.25～0.125 mm粒級(jí)產(chǎn)率下降6.52個(gè)百分點(diǎn)；磨后粗粒級(jí)灰分增加，細(xì)粒級(jí)灰分下降，這說(shuō)明入料中>0.25 mm粒級(jí)含有大量的連生體，低灰煤粒經(jīng)磨礦后得到釋放。當(dāng)磨礦時(shí)間增加至1 min時(shí)，>0.25 mm粒級(jí)產(chǎn)率下降至4.10%，0.25～0.125 mm粒級(jí)產(chǎn)率下降至8.33%，<0.045 mm粒級(jí)產(chǎn)率上升至57.20%，浮選最佳粒度范圍0.25～0.074 mm粒級(jí)含量?jī)H為24.16%，浮選效果不理想。綜合分析可知，0.5 min為煤泥最佳磨礦時(shí)間。

圖3 磨礦時(shí)間-煤泥粒度組成曲線Fig.3 Grinding time - size composition of coal slime curve

2.4.2 磨礦-浮選試驗(yàn)

在礦漿濃度為80 g/L時(shí)，在最優(yōu)試驗(yàn)條件下探索磨后煤泥的浮選降灰效果，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知：在磨礦時(shí)間為0.5 min時(shí)，通過浮選可獲得灰分為14.98%、產(chǎn)率為61.02%的精煤，浮選效果良好；隨著磨礦時(shí)間的增加，精煤進(jìn)一步得到釋放，精煤灰分繼續(xù)下降，但產(chǎn)率也下降，說(shuō)明煤泥粒度過細(xì)不利于浮選。這主要是因?yàn)榇罅考?xì)泥在礦漿體系中與煤?！案?jìng)爭(zhēng)”吸附藥劑，導(dǎo)致釋放出的低灰物料因藥劑不足無(wú)法與氣泡粘附，而損失在尾煤中。

圖4 磨礦-浮選試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Result of Grinding - flotation test

3 結(jié)論

(1)高灰細(xì)泥和連生體的非選擇性上浮是造成精煤灰分高的重要原因，粗粒級(jí)連生體與低灰物料可浮性差異小，易被氣泡攜帶進(jìn)精煤；細(xì)粒級(jí)跟隨性強(qiáng)，粘土類泥質(zhì)易罩蓋在精煤表面或者隨水流進(jìn)入精煤泡沫，導(dǎo)致該粒級(jí)灰分高。

(2)高紊流流態(tài)對(duì)礦粒的擦洗效應(yīng)并未使浮選選擇性得到改善，厚泡沫層可有效抑制高灰細(xì)粒級(jí)對(duì)精煤的污染，但對(duì)連生體的抑制作用不大，精煤灰分降低程度有限。因此，必須對(duì)中間密度級(jí)物料進(jìn)行充分解離，使更多的低灰精煤得到釋放，盡可能的增大入料中不同密度級(jí)的可浮性差異。

(3)磨礦-浮選可使煤泥得到更好的分選，當(dāng)磨礦時(shí)間為0.5 min、入浮礦漿濃度為80 g/L、攪拌強(qiáng)度為1 800 r/min、柴油用量為600 g/t、仲辛醇用量為100 g/t、充氣量為0.25 m3/(m2·min)時(shí)，浮選效果最好，可獲得灰分為14.98%、產(chǎn)率為61.02%的精煤。

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Experimental study on ash reduction of hard-to-separate and high-ash coal by flotation

CAI Nian-geng1, LIU Rui-shan1，GUI Xia-hui2

(1.Kailuan Group Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063018, China; 2.China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008, China)

In order to reduce ash of flotation concentrate of hard-to-separate and high-ash coal in Wuhai mining area of Inner Mongolia, effect of slurry mixing time and froth layer thickness on ash of concentrate is analyzed by timed-release analysis of coal slime flotation, at the same time, studied ash reduction result of grinding and flotation technology.The test result shows: high ash of flotation concentrate is mainly caused by non-selective floating upwards of high-ash fine slime and medium-density intergrowth, while flotation selectivity isn't improved by scrubbing of high turbulent flow on mineral particles, but thick froth layer can prevent high-ash fines mixing in concentrate.The better flotation concentrate with 14.98% ash and 61.02% yield is obtained under the condition of grinding in 0.5 min, slurry concentration of 80 g/L, mixing intensity of 1 800 r/min, aeration volume of 0.25 m3/(m2·min), dosage of 600 g/L diesel and 100 g/t octanol 2.

hard-to-separate and high-ash coal slime; scrubbing effect; froth layer thickness; non-selective floating upwards; grinding and flotation

1001-3571(2015)03-0021-05

TD943

A

2015-05-13

10.16447/j.cnki.cpt.2015.03.006

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAB01B00)

蔡念庚( 1963— )，男，河北省灤縣人，高級(jí)工程師，從事煤炭洗選、運(yùn)銷管理方面的工作。

E-mail:cainiangeng@kailuan.com.cn Tel：0315-3025158