水質(zhì)對(duì)棋盤(pán)井選煤廠煤泥浮選的影響

溫 磊，張弘強(qiáng)，盧憲路, ，周坤強(qiáng)，宛 鶴

(1. 國(guó)能蒙西煤化工股份有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016100；2.西安建筑科技大學(xué) 資源工程學(xué)院，陜西 西安 710055)

隨著國(guó)家對(duì)工業(yè)廢水排放要求的日益嚴(yán)格[1-2]，礦山廢水處理與回收利用已成為實(shí)現(xiàn)企業(yè)清潔生產(chǎn)、解決水資源短缺和礦山廢水污染的有力措施[3]，同時(shí)也符合國(guó)家節(jié)能減排政策。

棋盤(pán)井煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市鄂托克旗境內(nèi)，所在地的氣候?qū)贉貛Ц咴箨懶詺夂?，氣候干燥，降雨量稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，井田內(nèi)無(wú)常年地表徑流，屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)。因此，該煤礦采用緩沖調(diào)節(jié)(平流式沉淀)+預(yù)處理(混凝+生化反應(yīng)+高密度澄清過(guò)濾+多介質(zhì)無(wú)閥濾池)+深度處理(恒溫?fù)Q熱+活性炭過(guò)濾+自清洗過(guò)濾+UF超濾+RO反滲透)的水處理工藝，對(duì)礦井水進(jìn)行處理，不僅可避免礦山廢水排放引起的環(huán)境問(wèn)題，而且能緩解選煤生產(chǎn)、生活用水短缺的情況。

有研究表明，煤泥浮選用水中存在的大量無(wú)機(jī)鹽離子不但能夠改變氣泡性質(zhì)[4-5]，還能改變煤粒表面電性，使得煤粒的可浮性發(fā)生變化[6-7]，有些影響有助于提高煤泥浮選的可燃體回收率[8-9]，有些則會(huì)給煤泥浮選過(guò)程控制帶來(lái)困難，并導(dǎo)致末精煤灰分超標(biāo)[10]。為考察水質(zhì)對(duì)煤泥浮選的影響，以內(nèi)蒙古棋盤(pán)井煤礦礦井水處理后所得的濃鹽水和生活用水以及選煤廠生產(chǎn)用水和濃縮機(jī)溢流水為研究對(duì)象，通過(guò)浮選試驗(yàn)考察了四種水質(zhì)對(duì)煤泥浮選效果的影響，并分析了水質(zhì)對(duì)煤泥浮選產(chǎn)生不良影響的原因，從而為煤泥浮選用水的選擇提供了依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

水樣為內(nèi)蒙古棋盤(pán)井煤礦礦井水經(jīng)水處理后獲得的濃鹽水和生活用水以及生產(chǎn)用水和濃縮機(jī)溢流水，其中生產(chǎn)用水為濃鹽水與濃縮機(jī)溢流水的混合物；煤樣為內(nèi)蒙古棋盤(pán)井選煤廠<0.5 mm粒級(jí)浮選入料；捕收劑和起泡劑分別為棋盤(pán)井選煤廠浮選生產(chǎn)用的柴油和仲辛醇。

1.2 試驗(yàn)流程

煤泥浮選流程如圖1所示。首先，將120 g煤樣加入到XFD 型單槽浮選機(jī)( 容積為 1.0 L、主軸轉(zhuǎn)速為1 700 r /min)，攪拌1 min，使煤樣分散；然后，依次加入捕收劑和起泡劑，分別攪拌2 min和1 min，充氣30 s；最后，浮選2 min，并收集泡沫和槽中剩余產(chǎn)品。

2 結(jié)果與討論

2.1 水樣性質(zhì)分析

濃鹽水、生產(chǎn)用水、濃縮機(jī)溢流水、生活用水水樣性質(zhì)見(jiàn)表1。

由表1可知：濃鹽水、生產(chǎn)用水、濃縮機(jī)溢流水中鈣離子、鈉離子、氯離子的濃度均較高，且濃鹽水和生產(chǎn)用水中鈣離子濃度遠(yuǎn)高于濃縮機(jī)溢流水和生活用水。

2.2 煤樣性質(zhì)分析

煤樣工業(yè)分析結(jié)果見(jiàn)表2。煤樣的XRD分析結(jié)果如圖2所示。

表2 煤樣工業(yè)分析結(jié)果Table 2 Coal sample proximate analysis %

由圖2可知，煤樣中成灰礦物主要為石英、方解石和高嶺石。

圖2 煤樣X(jué)RD分析結(jié)果Fig. 2 Coal sample XRD analysis

2.3 捕收劑用量探索試驗(yàn)

為了獲得最佳捕收劑用量，進(jìn)行了捕收劑用量探索試驗(yàn)，起泡劑用量設(shè)定為75 g/t，浮選用水為生活用水。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 捕收劑用量對(duì)浮選效果的影響Fig. 3 Influence of collector dosage on effects of flotation

由圖3可知，隨著捕收劑用量的增加，精煤灰分和產(chǎn)率均呈上升趨勢(shì)。根據(jù)棋盤(pán)井選煤廠對(duì)浮選精煤灰分的要求(≤11%)，確定最佳捕收劑用量為150 g/t，此時(shí)的浮選精煤產(chǎn)率為72.97%，灰分為10.80%。

2.4 起泡劑用量探索試驗(yàn)

為了獲得最佳起泡劑用量，進(jìn)行了起泡劑用量探索試驗(yàn)，捕收劑用量設(shè)定為150 g/t，浮選用水為生活用水。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 起泡劑用量對(duì)浮選效果的影響Fig. 4 Influence of frother dosage on flotation effects

由圖4可知：隨著起泡劑用量的增加，浮選精煤灰分和產(chǎn)率均呈上升趨勢(shì)。根據(jù)棋盤(pán)井選煤廠對(duì)浮選精煤灰分的要求(≤11%)，確定最佳捕收劑用量為75 g/t，此時(shí)的浮選精煤產(chǎn)率為72.97%，灰分為10.80%。

2.5 水樣性質(zhì)對(duì)煤泥浮選效果的影響

在獲得了最佳捕收劑用量(150 g/t)和最佳起泡劑用量(75 g/t)之后，進(jìn)一步研究了浮選用水性質(zhì)對(duì)煤泥浮選的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 水質(zhì)對(duì)煤泥浮選效果的影響Fig. 5 Infuence of water property on flotation effects

由圖5可知：在相同的浮選條件下，濃鹽水、生產(chǎn)用水、濃縮機(jī)溢流水和生活用水作為浮選用水時(shí)，浮選精煤產(chǎn)率分別為83.88%，83.51%，73.62%和72.97%，浮選精煤灰分分別為13.28%，12.74%，10.90%和10.80%。可見(jiàn)，采用不同水樣進(jìn)行浮選試驗(yàn)時(shí)，浮選精煤產(chǎn)率灰分由高到低為：濃鹽水>生產(chǎn)用水>濃縮機(jī)溢流水>生活用水。這表明濃鹽水和生產(chǎn)用水作為浮選用水有利于提高浮選精煤產(chǎn)率，同時(shí)也會(huì)造成浮選精煤灰分的升高；濃縮機(jī)溢流水用作浮選用水時(shí)，獲得的浮選精煤產(chǎn)率略高于生活用水，浮選精煤灰分則略低于生活用水。

由水樣性質(zhì)(表1)可知：濃鹽水和生產(chǎn)用水中鈣離子、鈉離子和氯離子含量遠(yuǎn)高于濃縮機(jī)溢流水和生活用水，而在浮選過(guò)程中鈣離子、鈉離子和氯離子吸附于煤樣表面可引起精煤灰分超標(biāo)。

進(jìn)一步比較濃縮機(jī)溢流水和生活用水中鈣離子、鈉離子、硫酸根離子和氯離子濃度可以發(fā)現(xiàn)，濃縮機(jī)溢流水中鈣離子濃度與生活用水相近，但鈉離子、硫酸根離子和氯離子濃度都遠(yuǎn)高于生活用水。結(jié)合濃縮機(jī)溢流水和生活用水的浮選結(jié)果可推測(cè)，在一定離子濃度內(nèi)鈉離子、硫酸根離子和氯離子對(duì)煤泥浮選效果的影響相對(duì)較小。因此，棋盤(pán)井生產(chǎn)用水中存在的大量鈣離子，是引起浮選精煤灰分超標(biāo)的主要原因。

3 結(jié)論

以棋盤(pán)井煤礦廢水處理后獲得的濃鹽水、選煤廠生產(chǎn)用水、濃縮機(jī)溢流水、生活用水為研究對(duì)象，研究了浮選用水性質(zhì)對(duì)煤泥浮選的影響，并分析了濃鹽水對(duì)煤泥浮選產(chǎn)生不良影響的原因，獲得主要結(jié)論如下：

(1)濃鹽水、生產(chǎn)用水、濃縮機(jī)溢流水、生活用水中主要的無(wú)機(jī)鹽離子為鈣離子、鈉離子、硫酸根離子和氯離子，其中濃鹽水和生產(chǎn)用水中鈣離子、鈉離子和氯離子濃度遠(yuǎn)高于濃縮機(jī)溢流水和生活用水。

(2)濃鹽水和生產(chǎn)用水作為浮選用水有利于提高浮選精煤產(chǎn)率，但對(duì)浮選精煤灰分有不良影響。采用不同水樣進(jìn)行浮選試驗(yàn)時(shí)，浮選精煤產(chǎn)率、灰分由高到低為：濃鹽水>生產(chǎn)用水>濃縮機(jī)溢流水>生活用水。

(3)濃鹽水和生產(chǎn)用水造成浮選精煤灰分超標(biāo)的原因可歸結(jié)為其中較高的鈣離子濃度。單獨(dú)使用濃縮機(jī)溢流水作為浮選用水有助于改善煤泥浮選精煤灰分指標(biāo)。