解離對于提高難浮煤泥可浮性的研究

張菲菲，付曉恒，王 婕，張路路

(中國礦業(yè)大學(北京)化學與環(huán)境工程學院，北京 100083)

解離對于提高難浮煤泥可浮性的研究

張菲菲，付曉恒，王 婕，張路路

(中國礦業(yè)大學(北京)化學與環(huán)境工程學院，北京 100083)

以龐龐塔礦選煤廠難浮煤泥為研究對象，通過小浮沉試驗和分步釋放浮選試驗，得出其可浮性差的原因是中間密度物含量較高。該煤泥不同程度解離后的浮選試驗結(jié)果表明，在磨煤時間為7 min(平均粒度11.75 μm)時，可取得最佳浮選效果，精煤產(chǎn)率達到74.37%，比未經(jīng)磨煤時提高了6.05個百分點；灰分為9.52%，比未經(jīng)磨煤時降低了6.08個百分點。

浮選；難浮煤泥 ；解離 ；可浮性

從煤的變質(zhì)程度來看，煉焦煤的煤泥應(yīng)屬于可浮性較好的煤泥[1]，但是仍有許多煉焦煤選煤廠的煤泥屬于難浮煤。煤泥難浮的原因十分復(fù)雜，煤顆粒的表面性質(zhì)[2]、密度[3]和粒度組成[4]、泥化[5]等多種因素均會影響煤泥的可浮性[6]。在生產(chǎn)中，為了控制浮選精煤的灰分，往往不得不盡量減少浮選藥劑的用量。或者采用精選工藝[7]，而減少藥劑用量會降低浮選精煤的產(chǎn)率。

為探索提高難浮煤泥可浮性的技術(shù)途徑，以龐龐塔礦選煤廠難浮煤泥為研究對象，通過小浮沉和分步釋放浮選試驗，得出該煤泥的密度與粒度特性，分析煤泥難浮的原因是其中間密度物含量很高，并探討了將煤樣進一步粉碎，使中間密度物獲得較好地解離從而改善其浮選效果的可行性。

1 煤泥性質(zhì)分析

1.1 煤泥粒度組成

研究采用的煤泥樣為龐龐塔礦選煤廠低硫低磷的1/3焦煤和少量氣煤，灰分為24.96%，粒度上限<0.5 mm。根據(jù)GB/T477—2008《煤炭篩分試驗方法》對煤樣進行了粒度分析，試驗結(jié)果見表1。

表1 龐龐塔礦選煤廠煤泥的粒度組成

由表1可見，該煤泥的粒度主要分布在0.5～0.045 mm之間，各粒級的灰分較為均勻。其中：>0.5 mm粒級粗顆粒含量很少，說明該廠選煤生產(chǎn)系統(tǒng)沒有明顯的跑粗現(xiàn)象；<0.045 mm粒級微細粒級含量很少，說明泥化現(xiàn)象不明顯。

1.2 煤泥密度組成

根據(jù)GB/T478—2008《煤炭浮沉試驗方法》對煤樣進行了密度分析，試驗結(jié)果見表2。

表2 龐龐塔礦選煤廠煤泥浮沉試驗綜合表

由表2可以看出：當灰分為9.28%時，精煤產(chǎn)率只有35.49%；該煤泥1.4～1.8 g/cm3中間密度級的產(chǎn)率高達62.13%，其中1.4～1.5 g/cm3、1.5～1.6 g/cm3所占產(chǎn)率均達到了24%左右；煤泥中1.6～1.8 g/cm3密度級產(chǎn)率也不低，為14.01%；而 >1.8 g/cm3密度級產(chǎn)率極小，只有2.38%。分析可知，該煤泥之所以浮選不出低灰分、高產(chǎn)率的精煤是因為中間密度物含量過高。

1.3 煤泥的可浮性

分步釋放浮選試驗的結(jié)論是浮選試驗理論上所能達到的最佳指標，得到的浮選分離指標常作為理論指標來評價浮選分離效果的好壞。按照行業(yè)標準MT/T 144—1997 《選煤實驗室分步釋放浮選試驗方法》，選用正十二烷為捕收劑進行分步釋放浮選試驗，試驗結(jié)果見圖1。

由圖1可以看出，當灰分控制在9%時，浮精產(chǎn)率僅為47.42%；當灰分控制在9%以下時，隨著灰分的降低，精煤產(chǎn)率也急劇降低。由此可見，該煤泥很難獲得較高產(chǎn)率的低灰精煤。

圖1 龐龐塔礦選煤廠浮選分步釋放試驗曲線

2 煤泥的解離試驗

2.1 礦物種類及嵌布

通過對煤樣制片和萊茲偏反光顯微鏡觀察，煤樣中的礦物質(zhì)主要是粘土、黃鐵礦、方解石和石英，其嵌布粒度基本都在15 μm以下(圖2)。

圖2 龐龐塔礦選煤廠未磨煤樣 (平均粒度185.4 μm)連生情況

2.2 磨煤時間粒度關(guān)系

為了使煤樣中的礦物質(zhì)解離，采用介質(zhì)為鋼球的磨機進行了磨煤試驗[8]。試驗時入料濃度為30%，磨煤時間分別為3、5 、7 、10、15、20 min，磨后煤樣平均粒度分別為150.01、39.91、11.75、8.25、6.68、4.90 μm(圖3)。

由圖3可見，磨煤時間在10min以內(nèi)時煤樣粒度迅速下降；在10～15 min之間粒度下降速度趨于緩慢，在15 min以后粒度幾乎不再下降，趨于水平狀態(tài)。綜合考慮礦物質(zhì)的解離和節(jié)省能耗，磨礦時間應(yīng)控制在一個合適的粒度范圍[9]。

2.3 礦物解離試驗

由不同磨煤時間對應(yīng)的無機礦物解離情況(表3)可見，未磨煤樣平均粒度為185.4 μm,其中含有大量連生體，有機單體含量僅為30.4%，連生體總量高達66.6%，連生現(xiàn)象十分嚴重；在連生成分中粘土占據(jù)主導(dǎo)地位，含量高達65%，占連生體總量的97.60%，其余為有機連黃鐵礦，有機連方解石，有機連石英。可見，要獲得灰分較低、產(chǎn)率較高的精煤，連生體的解離很有必要。

圖3 煤的粉碎粒度d50 、d90與時間關(guān)系

圖4 磨煤時間為7 min(平均粒度11.75 μm)時煤樣解離情況

礦物成份磨煤時間/min05710有機和無機的連生體有機單體30.456.555.849.7有機連粘土6539.339.345有機連黃鐵礦0.20.60.40.2有機連方解石0.20.200有機連石英0.80.61.50.2有機連多種礦物0.40.20.20無機單體粘土1.60.20.81.7黃鐵礦0.40.81.00.8方解石0.20.40.70.8石英0.81.21.01.6總含量100100100100總點數(shù)507509517516粒度粗為主粗為主粗為主粗為多連生體總量66.640.941.445.4無機單體總量3.02.62.84.9

由不同磨煤時間對應(yīng)的無機礦物解離情況(表3、圖4)可見，當磨煤時間為5 min時，有機單體含量迅速上升到了56.5%，其中有機連粘土含量下降迅速，由65%下降到39.3%，下降了25.7個百分點，有機連石英、有機連多種礦物都呈下降趨勢，且在無機單體含量方面，黃鐵礦、方解石、石英都有所上升；當磨煤時間為7 min時，有機單體含量以及連生體總量與磨煤5 min樣品相差無幾，其中有機連黃鐵礦、有機連方解石含量下降，粘土、黃鐵礦的無機單體含量略有上升；當磨煤時間為10 min時，其解離效果并沒有顯著提升，反而稍差，可見隨著磨煤時間的進一步增加，煤樣解離粒度變化不大。因此，綜合考慮能耗和解離效果，控制合適的磨煤時間很重要。顯然，對于該煤樣，磨煤時間控制在7 min為最佳，即平均粒度11.75 μm為其最佳解離粒度。

3 分選試驗

把乳化柴油作為捕收劑是浮選細粒煤的有效方法之一[10]。為探究在何種解離粒度下，該煤泥可以在精煤灰分10%條件下達到最大產(chǎn)率，使用乳化柴油仿照分步釋放試驗進行了浮選試驗。試驗捕收劑采用乳化柴油，用量為30 mL/g，礦漿濃度為50 g/L,由于乳化柴油兼具起泡劑功能，不加入起泡劑便可取得良好浮選效果，故該系列試驗不采用起泡劑。試驗采用磨煤時間分別為0、3、5 、7 、10、15 min時的6個樣品，煤樣平均粒度分別為185.4、150.01 、39.91、11.75 、8.25 、6.68 μm。

圖5 不同平均粒度浮選試驗灰分、產(chǎn)率對比圖

由圖5可見，對于平均粒度為185.4 μm的未磨煤樣，其灰分高達15.6%，產(chǎn)率只有68.32%，通過分步釋放浮選試驗也很難獲得低灰分精煤；經(jīng)過解離之后，隨著煤樣平均粒度的降低，精煤產(chǎn)率逐漸升高，精煤灰分隨之也有明顯的降低；當平均粒度下降到10 μm左右時，灰分可以控制在9%左右；當平均粒度為11.75 μm時，灰分為9.52%，此時產(chǎn)率最高，達74.37%，比未經(jīng)粉碎時的精煤產(chǎn)率提高6.05個百分點，灰分降低6.08個百分點。磨煤后的浮選試驗結(jié)果表明，解離可以提高該難浮煤泥的可浮性。

4 結(jié)論

(1) 由小浮沉試驗與分步釋放浮選試驗可知，該煤泥難浮的主要原因是中間密度物含量高。

(2) 該煤樣中礦物質(zhì)主要有粘土、黃鐵礦，方解石，石英，其中有機連粘土嵌布極細且含量高達65%，連生體總量為66.6%，此時進行浮選產(chǎn)率及灰分分別為68.32%、15.6%；經(jīng)過磨碎至11.75 μm后，這些連生體基本解離，有機連粘土含量降至39.3%,有機單體含量由30.4%上升到55.8%，浮選精煤產(chǎn)率和灰分分別達到74.37%、9.52%，比未經(jīng)粉碎時的精煤灰分降低6.08%而產(chǎn)率提高6.05個百分點。

(3) 根據(jù)粉碎前后浮選試驗的精煤產(chǎn)率和灰分對比可知，將平均粒度控制在11.75 μm，可達到最佳浮選效果，能有效解決難浮煤泥的可浮性問題。

[1] 張雙元，吳國光.煤化學[M].中國礦業(yè)大學出版社，1987:100-104.

[2] 夏文成.太西氧化煤難浮機理及其可浮性改善研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學,2014.

[3] 侯 彤,陶秀祥,呂則鵬,等. 煤泥浮選中礦物賦存狀態(tài)分析[J]. 煤炭科學技術(shù),2009(1):114-116.

[4] 崔廣文,王京發(fā),楊 碩,等. 細粒難浮煤泥浮選試驗研究[J]. 潔凈煤技術(shù),2013(6):1-4.

[5] 荀海鑫. 超聲強化稀缺難浮煤泥浮選研究[D].哈爾濱：黑龍江科技學院,2009.

[6] 王懷法.近三年來浮選技術(shù)的進展[J].選煤技術(shù)，2006(5)：33-39.

[7] 趙林盛,彭 垠,邢春芳,等. 優(yōu)質(zhì)稀缺煉焦中煤再選技術(shù)的試驗研究[J]. 中國煤炭,2013(9):77-81.

[8] 佟順增.高灰難選煤泥的解離特性研究[J].選煤技術(shù)，2014(2)：9-13.

[9] 付曉恒,李 萍,劉 虎,等. 煤的超細粉碎與超凈煤的分選[J]. 煤炭學報,2005(2):219-223.

[10] 解維偉,朱書全,夏中磊,等. 煤用乳化浮選藥劑研究[J]. 中國煤炭,2007(7):59-60，63.

Research on dissociation technology applied to improving floatability of the difficult floated coal slime

ZHANG Fei-fei,FU Xiao-heng,WANG Jie,ZHANG Lu-lu

(School of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China)

Taking example of difficult floated coal slime from coal preparation plant of Pangpangta mime, based on float-and-sink test and timed-release analysis, it is difficult to float this slime as a result of high content of intermediate density material. Different results of slime flotation test are obtained at different degree of dissociation, however, the best floatation with the 74.37% yield of clean coal and 9.52% ash content of clean coal, is obtained in 7 minutes of grinding slime(average particle size to be 11.75 μm). Compared with original slime, yield of clean coal is increased by 6.05%, and ash content of clean coal is reduced by 6.08%.

flotation; difficult floated slime; dissociation; floatability

TD943

A

1001-3571(2015)04-0006-04

2015-06-21

10.16447/j.cnki.cpt.2015.04.002

國家自然科學基金(51474221)

張菲菲(1990—)，女，河北省邢臺市人，在讀碩士研究生，研究方向：煤泥浮選。

E-mail：kdzhangfeifei@163.com Tel：18813089396