高剪切調漿對煤泥浮選效果的影響研究

張峻彥

(山西煤炭進出口集團有限公司 洗選部，山西 太原030006)

許多經典理論分析和試驗研究表明：在細煤泥浮選過程中，高灰細泥在精煤表面的罩蓋是影響浮選速度和精煤產率、灰分的重要因素[1-2]。一些新的研究成果認為：中等灰分煤泥的非極性表面與精煤表面的定向吸附，是發生罩蓋且影響低灰精煤吸附藥劑、氣泡礦化與浮出的最主要因素[3]。在浮選前的調漿過程中，通過流場為顆粒表面提供的強大剪切力，可以清除煤顆粒表面的雜質，減少細泥罩蓋，進而提高細粒煤產率[4-5]。

ENGEL M D等[4]對西澳大利亞州鎳礦石的浮選研究表明：高的剪切速率和單位功率輸入能夠獲得較高的浮選速率和最佳產率，鎳礦石浮選結果對調漿的剪切速率有很高的依賴性，這為從伴生MgO礦石中高選擇性地回收鎳金屬創造了良好條件。李振等[6-8]對各類攪拌葉輪與導流筒、擋板組合的功率準數(NP)、混合時間數(Nθ)等特征參數的研究表明:與軸流式葉輪相比，徑流式葉輪的NP較大，設備能耗較高，而Nθ較小，物料容易快速混合；導流筒有助于節省設備能耗，加快物料混合；而擋板使設備能耗增加，物料混合速率降低；在能耗相同的條件下，單葉輪中四折葉開啟式渦輪的混合時間最短，物料混合效率最高。同時指出：物料懸浮過程是由離底懸浮能力與有效作用范圍共同決定的過程，在相同條件下，物料懸浮水平較低時，系統的懸浮能力由離底懸浮能力決定；在實現較好的離底懸浮后，有效作用范圍逐漸占據主導地位。馬力強等[9-11]利用Sommer-field顆粒間碰撞模型，考察了高剪切條件下實際流場中油滴與煤泥顆粒碰撞的規律，并以錢家營選煤廠的煤泥為對象進行調漿試驗。在對粗煤泥(>0.074 mm)、細煤泥(<0.074 mm)煤樣進行試驗的基礎上，利用自制的新型調漿機進行半工業性試驗(給料量為35 m3/h)，重點考察調漿機葉輪線速度對精煤可燃體回收率的影響，結果表明：在不同規模的調漿試驗中，煤泥均存在適宜的剪切強度，不足或過度調漿均不利于精煤可燃體回收率的提高。李吉輝等[12-13]介紹了一種新型表面改質高效調漿機，并介紹了其在選煤廠的應用效果。與傳統礦漿預處理設備相比，煤泥經新型表面改質高效調漿機處理后，精煤產率提高8.86個百分點，灰分降低0.31個百分點，捕收劑用量減少 20個百分點。

此次研究以蒲縣能源有限公司選煤廠的浮選入料為研究對象，在利用高剪切調漿技術對其處理的基礎上進行浮選試驗，并與常規浮選的浮選指標進行對比，進而分析高剪切調漿對該選煤廠煤泥浮選效果的影響，以期提高煤泥浮選效果。

1 試驗部分

1.1 煤樣性質

試驗煤樣取自山西煤炭進出口集團蒲縣能源有限公司選煤廠浮選入料，煤樣小篩分試驗依據GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗方法》進行，結果見表1；煤樣物相組成采用X射線衍射儀(XRD)進行分析， 結果如圖1所示。

表1 煤樣粒度組成

由表1可知：煤樣中<0.074 mm粒級灰分為19.43%，明顯高出其他粒級灰分，說明該煤樣中的矸石易泥化。

圖1 煤樣物相組成

由圖1可知：煤樣中的脈石礦物主要是高嶺石和石英，其中高嶺石易泥化，在浮選過程中易發生罩蓋和夾帶現象[2-3]，是影響分選效果的主要脈石礦物。

1.2 儀器設備與試驗藥劑

(1)儀器設備。D8 Advance型粉末晶體X射線衍射儀，測試電壓為40 kV，測試電流為30 mA，陽極靶材料為Cu靶，用于分析煤樣的礦物組成；XFDIV1.0型單槽浮選機，電機功率為90 kW，主軸轉速在0～2 600 r/min之間，刮板轉速在0～30 r/min，用于煤泥浮選試驗；實驗室表面改質機，調漿桶直徑為110 mm，容積為0.88 L，攪拌器直徑為50 mm，高度為10 mm，設置有4個擋板，選用渦輪式攪拌葉槳，離底高度為25 mm，用于調漿試驗。

(2)試驗藥劑。捕收劑選用柴油，來自生產現場，試驗用量為1 077 g/t；起泡劑選用仲辛醇，也來自生產現場，試驗用量為165 g/t。

1.3 試驗方案

依據GB/T 30046.3—2013《煤粉(泥)浮選試驗 第3部分：釋放評價試驗方法》進行煤泥分步釋放試驗，依據GB/T 4757—2013《煤粉(泥)實驗室單元浮選試驗方法》進行煤泥單元浮選試驗。在精煤灰分相同的條件下，以精煤可燃體回收率作為評價指標，對調漿浮選和常規浮選兩種情況下的煤泥浮選效果進行對比分析。精煤可燃體回收率計算式為：

式中：EC為精煤可燃體回收率；γC為理論產率；Ad,c為精煤干基灰分；Ad,f為入料干基灰分。

2 試驗結果與分析

2.1 分步釋放試驗

在礦漿濃度為100 g/L、柴油用量為1 077 g/t、仲辛醇用量為165 g/t、充氣量為0.15 m3/h、浮選機葉輪轉速為1 800 r/min的條件下，對煤泥進行分步釋放試驗。試驗結果見表2，依據表2繪制的分步釋放浮選曲線如圖2所示。

表2 分步釋放試驗結果

圖2 分步釋放浮選曲線

由圖2可知：當要求精煤灰分為10%時，浮選精煤的理論產率在87%左右；該煤泥通過多次精選可以得到低灰精煤，經過5次精選后的低灰精煤產率為27.81%、灰分為5.89%。

2.2 最佳調漿參數探索

調漿轉速和調漿時間是影響調漿效果的最主要因素，為此，在特定條件下研究這兩個因素對調漿效果的影響規律。在礦漿濃度為100 g/L、柴油用量為1 077 g/t、仲辛醇用量為165 g/t、充氣量為0.15 m3/h、葉輪轉速為1 800 r/min的條件下，對煤泥的調漿參數進行研究，試驗結果如圖 3所示。

圖3 調漿轉速和調漿時間對煤泥浮選效果的影響

由圖3可知：調漿轉速和調漿時間對精煤灰分和產率、可燃體回收率的影響規率相似，即都存在一個最佳值，低于或高于最佳值時，浮選效果均降低。在調漿轉速從1 600 r/min上升到2 000 r/min的過程中，三個浮選指標均增加；在調漿轉速為2 000 r/min時各指標均達到達最大值；隨著葉輪轉速的增加，三個浮選指標均有不同程度的降低。調漿時間對三個浮選指標的影響相似。綜合分析，該煤樣的最佳調漿轉速為2 000 r/min，最佳調漿時間為2 min，后續試驗均采用此條件進行。

2.3 調漿浮選與常規浮選對比分析

煤泥常規浮選條件為：礦漿濃度100 g/L，葉輪轉速1 800 r/min，充氣量0.15 m3/h。在煤泥調漿浮選試驗過程中，先采用實驗室表面改質機進行調漿，再使用浮選機進行一段浮選；調漿時葉輪轉速為2 000 r/min，調漿時間為2 min，礦漿濃度為100 g/L，葉輪轉速為1 800 r/min，充氣量為0.15 m3/h。調漿浮選與常規浮選的浮選指標對比結果如圖 4所示。

由圖 4可知：在要求精煤灰分不高于10%時，常規浮選的柴油最佳用量為900 g/t，調漿浮選的柴油最佳用量為500 g/t，對應的精煤產率為86.32%。這說明在要求精煤灰分相同時，經表面改質機調漿后，精煤產率增加約8個百分點，精煤可燃體回收率提高7個百分點，柴油用量減少45個百分點。

圖4 調漿浮選與常規浮選的浮選指標對比結果

2.4 調漿對煤泥浮選速度的影響

為了研究調漿對煤泥浮選速度的影響規律，通過試驗對調漿浮選和常規浮選的浮選速度進行對比，結果如圖 5所示。

圖5 調漿浮選與常規浮選的浮選速度對比結果

由圖5可知：在刮泡時間為1 min時，常規浮選的累計精煤可燃體回收率為68.97%，調漿浮選的累計精煤可燃體回收率為77.92%；在刮泡時間為3 min時，常規浮選的累計精煤可燃體回收率為80.74%，調漿浮選的累計精煤可燃體回收率為88.52%。由此可以看出：浮選入料經高剪切調漿后，浮選速度明顯增加，說明高剪切調漿能夠改善煤泥的表面疏水性，從而提高其可浮性。

3 結論

(1)煤樣中<0.074 mm粒級灰分明顯高出其他粒級灰分，其中的脈石礦物主要是高嶺石和石英，且高嶺石易泥化，它是影響分選效果的主要脈石礦物。

(2)當要求精煤灰分為10%時，與常規浮選相比，在調漿轉速為2 000 r/min、調漿時間為2 min的條件下，精煤產率增加約8個百分點，精煤可燃體回收率提高7個百分點，柴油用量節省45個百分點。

(3)對于蒲縣能源有限公司選煤廠的浮選入料，可以通過高剪切調漿清理顆粒表面雜質，達到煤粒表面改質的目的，從而有效提高精煤產率和精煤可燃體回收率，同時大幅降低浮選劑(柴油)用量。