水質硬度對高灰難選煤泥浮選的影響研究

楊 吉

(山西省國新能源發展集團有限公司技術中心，山西省太原市，030006)

煤泥浮選是多種因素綜合影響的過程，這些因素相互影響、相互制約，使得煤泥浮選過程較為復雜。由于浮選是在水介質中進行的，因此煤泥水的性質對浮選影響很大。煤泥水是一種多相、多分散的復雜體系，水中含有多種礦物的懸浮顆粒且顆粒粒度分布較寬。研究發現不同礦區煤樣的礦物質含量、選煤廠補加水的水質狀況是影響煤泥水沉降的主要因素，水質硬度對煤泥浮選存在較大的影響，水質硬度低、顆粒粒度細、粘土礦物質含量高、顆粒表面電負性強是造成煤泥水難沉降的原因。

試驗煤樣來源于山西某選煤廠的浮選入料，屬于難選煤泥。為了考察水質硬度對煤泥浮選的影響，采用去離子水作為浮選用水，利用水質硬度調整劑 (CaCl2)調節水質硬度，進行浮選試驗。

1 試驗

1.1 樣品分析

本文對煤泥特性進行分析，包括礦物組成、潤濕性、粒度、密度及可浮性分析，煤泥X-射線衍射圖譜見圖1。

由圖1可知該煤泥中粘土礦物主要為高嶺石，其他礦物質如石英、伊利石、伊／蒙混層、方解石、白云石和黃鐵礦等含量較少。研究表明:粘土礦物可占到礦物總量的60%～80%，高嶺石是粘土的主要組成成分，當高嶺石在煤中不能得到有效解離則難以分選，但解離過細，易使高嶺石混入精煤，造成精煤灰分偏高，影響分選效果。

圖1 煤泥X-射線衍射圖譜

潤濕性是指固體與液體接觸時，固體被液體潤濕的程度，是礦物可浮性的標志。潤濕性好壞可以用接觸角θ來表征。接觸角越大，潤濕性越差，可浮性越好；反之，接觸角越小，潤濕性越好，可浮性越差。如果θ很小，則為親水性表面；如果θ很大，則為疏水性表面，但它們之間沒有嚴格的界限。

根據潤濕性cosθ、可浮性1-cosθ可知，θ值越小，cosθ值越大，煤泥的表面潤濕性越好，可浮性越差。通過測定得知，該煤泥的表面接觸角為56.7°，其他煤種表面的接觸角見表1。

表1 煤炭表面的接觸角大小

由表1可知，肥煤的新鮮表面的接觸角為83°～85°，該煤泥的實際接觸角和理論接觸角相差20°左右，通過添加藥劑有進一步改良表面性質的可能。粒度篩分數據見表2。

表2 粒度篩分數據表

由表2可以看出該煤泥粒度分布狀況，大于0.25mm粒級物料含量很少，為2.34%；適合浮選的 0.25～0.074mm 粒 級 物 料 含 量 僅 為28.48%；該煤泥中的細粒級物料含量比較高，小于0.074mm 粒級含量為69.18%，其中小于0.045mm 粒 級 含 量 為 53.73%， 灰 分 達 到33.75%，從粒度組成角度而言，該煤泥是非常難選的。根據表2中累積資料繪制的累積粒度特性曲線，如圖2所示。

從圖2中的負累積粒度特性曲線中可以看出，該煤泥細粒級物料含量比較高，且該粒級物料灰分明顯偏高，說明該煤泥存在嚴重的泥化現象，所以在浮選過程中應抑制該粒級的浮出，提高煤泥的選擇性，避免對精煤造成污染。

圖2 粒度累積特性曲線

煤泥密度分析數據見表3。

表3 密度分析數據表

由表3可以大致判斷出該煤泥的某些性質:該煤泥小于1.3g／cm3密度級和大于1.8g／cm3密度級含量較低，中間密度級含量較高，對分選極為不利；小于1.3g／cm3密度級灰分偏高，為4.12%，灰分不是很高；中間密度級灰分偏高，如1.5～1.6g／cm3密度級灰分達到24.54%左右；大于1.8g／cm3密度級灰分高達61.09%，高灰細粒煤泥混入精煤會影響精煤質量，該煤泥分選困難。

1.2 可浮性分析

煤炭可浮性的難易程度，取決于煤的巖相組成和伴生礦物性質、煤的煤化程度和密度組成特性、煤表面的氧化程度以及在浮選過程中所采用的工藝條件等。根據GB-4757《選煤實驗室單元浮選試驗方法》所規定進行的浮選速度試驗，流程如圖3所示，浮選速度試驗結果見表4。由煤炭可浮性等級可知:在保證精煤灰分符合要求的前提下，當可燃體回收率≥90.1%時，煤泥可浮性為極易浮；回收率在80.1%～90.0%之間屬于易浮；回收率在60.1%～80.0%為中等可浮；回收率在40.1%～60.0%為難浮；回收率≤40.0%為極難浮。因此，可以根據浮選速度試驗結果來評定煤炭可浮性。

圖3 浮選速度試驗流程圖

表4 浮選速度試驗數據表

由表3、4可以看出，當指定灰分小于9.47%時，該煤泥屬于極難浮煤泥；當灰分為9.62%，甚至10.24%時，其可浮性仍然屬于難浮煤泥。

1.3 試驗設備

試驗中使用的主要儀器:容積為1.5L的XFDⅢ型單槽式浮選機；最大稱量1000g，感量為l g的天平；最大稱量120g，感量為0.0001g的電子秤；溫度范圍在50℃～300℃的恒溫干燥箱；日本生產的D／Max-RA型轉靶X-射線衍射儀；溫度范圍在0℃～1600℃的馬弗爐；常州電動工具廠生產的電磁振篩儀；湖南賽特湘儀生產GL-22M型高速冷凍離心機；上海山岳科學儀器有限公司生產的YP-2型壓片機；德國KRUSS公司生產的DSA100型光學接觸角測量儀。

1.4 試驗方法

為了解不同水質硬度對煤泥浮選的影響，在前期探索試驗的基礎上，采用去離子水來研究水質硬度對浮選的影響，浮選機葉輪轉速為1800r／min；充氣量為0.46m3／m2·min；礦漿濃度為100g／L；捕收劑為煤油，用量為400g／t；起泡劑為仲辛醇，用量100g／t。去離子水試驗流程見圖4。

由圖4可見，浮選試驗流程為:煤泥調漿攪拌2min，捕收劑接觸攪拌1min，起泡劑接觸攪拌10s后開始刮泡，刮泡時間為3min。

圖4 去離子水試驗流程圖

2 結果與討論

去離子水試驗結果如表5和圖5所示。

表5 去離子水試驗數據表

圖5 去離子水條件下水質硬度對分選效果的影響

從試驗結果可以看出，隨著水質硬度的增加，水質硬度在100～500mg／L之間時，精煤產率和灰分均增加，精煤產率增加了1.94%，灰分增加了0.67%；水質硬度在500～700mg／L之間時，精煤產率和灰分均減小，精煤產率減小了2.13%，灰分減小了0.58%；水質硬度在700～1000mg／L之間時，精煤產率和灰分均增加，精煤產率增加了2.56%，灰分增加了0.31%。

3 結論

X-射線衍射圖譜表明，該選煤廠浮選入料中粘土礦物主要為高嶺石，其他礦物質如石英、伊／蒙混層、伊利石、方解石、黃鐵礦和白云石等含量較少。高嶺石具有易泥化的特性，應注意其對浮選造成的影響。

該煤泥粒度和密度組成分析表明，細粒級物料含量偏高，特別是小于0.045mm粒級含量達到53.73%，且該粒級物料灰分明顯偏高，說明該煤泥存在嚴重的泥化現象，故浮選過程中應注意高灰細泥對精煤的污染問題；該煤泥的密度組成對分選不利，其小于1.3g／cm3密度級和大于1.8g／cm3密度級含量較低，中間密度級含量較高。

煤泥可浮性分析表明，當指定精煤灰分小于9.47%，該煤泥屬于極難浮煤泥；當灰分為9.62%，甚至10.47%時，其可浮性 仍然屬于難浮煤泥。

采用去離子水為浮選用水，利用水質硬度調整劑調節水質硬度進行浮選試驗，結果表明:水質硬度在100～500mg／L之間時，隨著水質硬度的增加，精煤產率和灰分均增加；水質硬度在500～700mg／L之間時，隨著水質硬度的增加，精煤產率和灰分均減小；水質硬度700～1000mg／L之間時，隨著水質硬度的增加，精煤產率和灰分均增加。

[1]馮莉，劉炯天，張明青等.煤泥水沉降特性的影響因素分析[J].中國礦業大學學報，2010(5)

[2]肖寧偉，張明青，曹亦俊.選煤廠難沉降煤泥水性質及特點研究[J].中國煤炭，2012(6)

[3]謝廣元.選礦學[M].中國礦業大學出版社，2001

[4]《選煤標準使用手冊》編委會.選煤標準使用手冊[S].北京:中國標準出版社，1999