高灰難選煤浮選降灰試驗研究

蔡念庚，劉瑞山，桂夏輝

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

高灰難選煤浮選降灰試驗研究

蔡念庚1，劉瑞山1，桂夏輝2

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

針對內(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的基礎(chǔ)上，分析調(diào)漿時間、泡沫層厚度對浮選精煤灰分的影響，并對磨礦-浮選工藝的降灰效果進行研究。試驗結(jié)果表明：高灰細(xì)泥與中間密度級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)粒級對精煤的污染。磨礦-浮選可使煤泥得到更好的分選，在磨礦時間為0.5 min、入浮礦漿濃度為80 g/L、攪拌強度為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煤泥浮選提出了更高要求，煤泥浮選中微細(xì)粒級和粗粒級的高精度分選與回收一直是選煤領(lǐng)域的難點和重點[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)粒級粘土礦物及其泥化過程中產(chǎn)生的微米礦物。針對高灰難選煤泥的高效分選降灰難題，國內(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)泥對浮選過程的影響，認(rèn)為細(xì)泥在浮選過程中對精煤質(zhì)量產(chǎn)生了很大影響，細(xì)粒級含量越高，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)對異質(zhì)細(xì)泥在浮選過程中的行為特征進行了觀察，發(fā)現(xiàn)異質(zhì)細(xì)泥主要是通過機械夾帶和在粗粒煤表面罩蓋進入精煤[6]。周開洪等研究了粒度組成、密度組成因素對煤泥浮選的影響，發(fā)現(xiàn)低灰粗粒損失在浮選尾煤中，高灰細(xì)泥則進入精煤中[7]。張文軍等對浮選柱的工作原理和優(yōu)點進行了分析，發(fā)現(xiàn)在微細(xì)粒煤泥分選方面浮選柱比浮選機更具優(yōu)勢。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較低的流場。

為探索高灰難選煤浮選精煤的降灰方案，在實驗室條件下，基于煤泥分步釋放浮選試驗，分別對調(diào)漿時間、泡沫層厚度、磨礦-浮選工藝進行研究，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

1.1 設(shè)備與試劑

試驗設(shè)備為XFD-1.5L型實驗室機械攪拌式浮選機，葉輪直徑為60 mm，攪拌強度在0～2 780 r/min之間，充氣量為0～0.6 m3/(m2·min)；實驗室用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，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。試驗試劑為捕收劑柴油和起泡劑仲辛醇，兩種藥劑均來自生產(chǎn)現(xiàn)場。

1.2 煤樣性質(zhì)

試驗煤樣為內(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%，由此來看，對其降灰提質(zhì)具有重要的應(yīng)用價值。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：隨著粒級的減小，各粒級灰分總體上呈增加趨勢；主導(dǎo)粒級為<0.045 mm粒級，產(chǎn)率為26.63%，灰分高達40.52%，說明煤樣較易泥化，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密度級的產(chǎn)率僅為14.48%，灰分為6.76%，說明煤樣解離較充分；1.40～1.60 g/cm3為中間密度級，該密度級產(chǎn)率高達43.02%，灰分為20.93%，說明連生體含量大，需進一步解離方能分選出低灰精煤；>1.80 g/cm3密度級的產(chǎn)率為21.46%，灰分為70.70%，說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 試驗方案

煤泥分步釋放浮選試驗參照MT/T 144—1997《選煤實驗室分步釋放浮選試驗方法》規(guī)定進行，試驗條件為礦漿濃度80 g/L、攪拌強度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)置浮選機攪拌強度為1 800 r/min，研究不同調(diào)漿時間對煤泥浮選效果的影響，調(diào)漿時間分別為0、5、10、15、20、25、30、35、40 min。

泡沫層厚度試驗加藥順序為：調(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。試驗開始后，待泡沫層穩(wěn)定且厚度為15、20、25、30、35 cm時，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-浮選試驗順序為：在磨機轉(zhuǎn)速為600 r/min、磨礦濃度為50%的條件下，分別進行0、0.5、1.0、1.5、2.0 min五個水平的磨礦作業(yè)，將磨后物料作為浮選機入料進行浮選試驗。

1.4 評價指標(biāo)

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

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 試驗結(jié)果與分析

2.1 煤泥分步釋放浮選試驗

煤泥分步釋放浮選試驗結(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80.27%，灰分高達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，經(jīng)五次精選后，最終精煤灰分為16.64%，灰分仍然較高，說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，對累計灰分為20.23%、累計產(chǎn)率為60.74%的浮選精煤密度組成、粒度組成進行分析，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密度級的產(chǎn)率為23.91%，灰分高達52.23%，說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：各粒級灰分均超出產(chǎn)品要求灰分，選擇性普遍較差。由于粗粒級脫落概率大，進入精煤中的煤泥為表面疏水性較強的煤泥，故其灰分較細(xì)粒級低；而細(xì)粒級跟隨性強，粘土類泥質(zhì)易罩蓋在精煤表面或隨水流進入精煤泡沫，導(dǎo)致該粒級灰分高。結(jié)合密度組成分析可知，粗粒級精煤中含有部分未解離的中煤。

2.2 浮選機調(diào)漿時間試驗

為強化煤泥表面改質(zhì)，促進礦漿分散，尋求浮選精煤降灰途徑，對不同調(diào)漿時間進行研究，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知：隨著調(diào)漿時間的增加，浮選精煤灰分和產(chǎn)率均無明顯變化，說明高紊流流態(tài)對礦粒的擦洗效應(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

不同泡沫層厚度時的浮選柱浮選試驗結(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，這主要是因為厚泡沫層有較強的二次富集作用，能減少異質(zhì)細(xì)泥的機械夾帶。在精煤產(chǎn)率相同的情況下，與浮選機精煤灰分相比，浮選柱精煤灰分低1～2個百分點。

圖1 不同調(diào)漿時間時的煤泥浮選效果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，不同密度級可浮性差異不顯著，大部分中間密度級連生體被氣泡攜帶進精煤，厚泡沫層可有效抑制高灰細(xì)粒級對精煤的污染，但對連生體的抑制作用不大，精煤灰分降低程度有限，所以有必要對中間密度級物料進行充分解離，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

2.4.1 磨礦時間的確定

不同磨礦時間時的煤泥粒度組成如圖3所示。由圖3可知：磨礦時間為0.5 min時，>0.25 mm粒級產(chǎn)率下降13.07個百分點，0.25～0.125 mm粒級產(chǎn)率下降6.52個百分點；磨后粗粒級灰分增加，細(xì)粒級灰分下降，這說明入料中>0.25 mm粒級含有大量的連生體，低灰煤粒經(jīng)磨礦后得到釋放。當(dāng)磨礦時間增加至1 min時，>0.25 mm粒級產(chǎn)率下降至4.10%，0.25～0.125 mm粒級產(chǎn)率下降至8.33%，<0.045 mm粒級產(chǎn)率上升至57.20%，浮選最佳粒度范圍0.25～0.074 mm粒級含量僅為24.16%，浮選效果不理想。綜合分析可知，0.5 min為煤泥最佳磨礦時間。

圖3 磨礦時間-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

在礦漿濃度為80 g/L時，在最優(yōu)試驗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：在磨礦時間為0.5 min時，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；隨著磨礦時間的增加，精煤進一步得到釋放，精煤灰分繼續(xù)下降，但產(chǎn)率也下降，說明煤泥粒度過細(xì)不利于浮選。這主要是因為大量細(xì)泥在礦漿體系中與煤粒“競爭”吸附藥劑，導(dǎo)致釋放出的低灰物料因藥劑不足無法與氣泡粘附，而損失在尾煤中。

圖4 磨礦-浮選試驗結(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，粗粒級連生體與低灰物料可浮性差異小，易被氣泡攜帶進精煤；細(xì)粒級跟隨性強，粘土類泥質(zhì)易罩蓋在精煤表面或者隨水流進入精煤泡沫，導(dǎo)致該粒級灰分高。

(2)高紊流流態(tài)對礦粒的擦洗效應(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)粒級對精煤的污染，但對連生體的抑制作用不大，精煤灰分降低程度有限。因此，必須對中間密度級物料進行充分解離，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)磨礦時間為0.5 min、入浮礦漿濃度為80 g/L、攪拌強度為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，浮選效果最好，可獲得灰分為14.98%、產(chǎn)率為61.02%的精煤。

[1] 桂夏輝.煤泥分選過程強化及兩段式分選研究[D].徐州:中國礦業(yè)大學(xué),2012.

[2] 夏靈勇，佟順增，桂夏輝.高灰細(xì)泥對煤泥浮選影響的試驗研究[J].選煤技術(shù)，2010(5):15-18.

[3] 程宏志，路邁西，石 煥，等．振蕩法提高浮選選擇性的作用機理[J].煤炭學(xué)報，2007，32(5) : 531-534．

[4] 蔡 璋，蔣榮立，羅時磊，等．極細(xì)粒煤泥分選新方法-選擇性絮凝[J]．中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，1993，22(1): 54-61．

[5] 王懷法，湛含輝，楊潤全．高灰極難選煤泥的絮凝浮選試驗研究[J].選煤技術(shù)，2001(1): 17-19．

[6] 桂夏輝,程 敢,劉炯天，等.異質(zhì)細(xì)泥在煤泥浮選中的過程特征[J].煤炭學(xué)報，2012，37(2):301-309.

[7] 周開洪,程 敢,王永田.粒度和密度組成對煤泥浮選的影響[J].礦山機械,2012,40(11):84-89.

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

國家科技支撐計劃項目(2014BAB01B00)

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

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