高灰難選煤泥浮選降灰試驗研究

榮國強，吳 迪，張友飛，李 明

(1.中國礦業大學 國家煤加工與潔凈化工程研究中心，江蘇 徐州221116；2.中國礦業大學 化工學院，江蘇 徐州221116；3.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山063012；4.河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山063012)

隨著高灰難選煤泥數量的增加，煤泥浮選難度越來越大。研究發現：異質細泥和粗顆粒連生體含量高[1-2]是這類煤泥難選的主要原因。國內研究者在這方面做了大量探索，蔡念庚等[3]研究發現：細泥質量輕、捕收劑性能差是浮選效果差的主要原因[1]。程宏志等[4]的研究表明：煤泥的選擇性聚團、選擇性絮凝、振蕩浮選等可以提高浮選選擇性[5-6]。桂夏輝等[7]的研究說明：機械夾帶和在粗粒煤表面罩蓋是異質細泥進入浮選精煤的主要方式。周開洪等[8]研究發現：低灰粗顆粒主要損失在浮選尾煤中，較多高灰細泥進入浮選精煤中。張文軍[9-13]等對浮選柱的工作原理和技術特點分析發現：在分選微細粒煤泥時，浮選柱比浮選機更具優勢。

基于前人的研究成果，在實驗室條件下，分別對煤油用量、浮選機刮泡時間、煤泥調漿時間、浮選柱降灰性能及<0.5 mm粒級原煤磨礦-浮選條件進行探索，并對比不同條件下的煤泥浮選效果，目的是為包頭礦區高灰難選煤泥的高效降灰提供理論借鑒和支持。

1 試驗部分

1.1 儀器設備和藥劑

(1)試驗設備。XFD-1.0 L型實驗室用單槽浮選機，調漿轉速在0～2 600 r/min之間，葉輪轉速在0～30 r/min之間；KY-50實驗室型旋流-靜態微泡浮選柱，浮選柱直徑為50 mm；標準套篩，篩孔尺寸分別為0.5、0.25、0.125、0.074、0.045 mm。

(2)試驗藥劑。試驗藥劑包括捕收劑和起泡劑兩種，捕收劑為柴油，起泡劑為仲辛醇，均采自生產現場。

1.2 試樣性質

1.2.1 粒度組成

試樣(煤泥)來自內蒙古包頭礦區，根據GB/T477—2008《煤炭篩分試驗方法》規定，采用標準套篩對試樣粒度組成進行分析，試驗結果如圖1所示。

由圖1可知：隨著粒度的減小，各粒級灰分增大。主導粒級為0.5～0.125 mm粒級，其產率為42.70%，灰分為28.75%，這說明低灰粗粒含量偏高，可能在一定程度上帶來尾煤灰分偏低的問題。<0.045 mm粒級產率為26.63%，灰分高達40.52%，說明這部分物料含有大量異質細泥，浮選時要注意異質細泥的非選擇性上浮對浮選精煤的污染。

1.2.2 密度組成

試樣的密度組成如圖2所示。由圖2可知：<1.40 g/cm3密度級的產率為14.48%，灰分為6.76%，這說明低密級含量低。>1.60 g/cm3密度級產率為42.50%，中間密度級(1.40～1.60 g/cm3)產率高達43.02%，灰分為20.93%，這說明連生體含量高。此外，結合煤泥的可浮性和現場要求判斷，當要求浮選精煤灰分為15%時，其屬于較難選煤泥。

圖1 試樣粒度組成

圖2 試樣密度組成

1.3 試驗方案

在實驗室條件下，保持入浮煤漿濃度恒定為80 g/L，分別依據相關要求對煤油用量、浮選機刮泡時間、煤泥調漿時間、浮選柱降灰性能及<0.5 mm粒級原煤磨礦-浮選條件進行探索，對比不同條件下的煤泥浮選效果，進而確定高灰難選煤泥的最佳降灰條件。

2 試驗結果與分析

2.1 煤泥分步釋放試驗

參考現場藥劑制度，依據GB/T 36167—2018《選煤實驗室分步釋放浮選試驗方法》規定，確定的煤泥分步釋放浮選試驗參數為：浮選機葉輪轉速1 800 r/min，充氣量0.25 m3/(m2·min)，礦漿濃度80 g/L，柴油用量600 g/t，仲辛醇用量100 g/t。試驗結果如圖3所示。

圖3 煤泥分步釋放浮選試驗結果

由圖3可知：經過一次粗選后，浮選精煤產率高達80.29%，灰分高達23.22%；隨著精選次數的增加，礦漿內殘余的藥劑越來越少，不同可浮性的煤粒對藥劑和能量的競爭愈發激烈，可浮性好的煤粒在精選階段顯現出更多優勢，浮選精煤產率和灰分均呈下降趨勢；經過五次精選后，最終精煤灰分為16.64%，仍然不能滿足灰分為15%的要求，進一步驗證了該煤泥具有易浮難選的性質[1]。

異質細泥和中間連生體的大量上浮，導致浮選精煤質量不能滿足要求，因此必須通過煤泥的表面改質或連生體解離才能獲得合格浮選精煤。

2.2 煤油用量探索試驗

在礦漿濃度為80 g/L、調漿轉速為2 100 r/min、調漿時間為4 min的條件下，以仲辛醇作為起泡劑，固定用量為100 g/t，調整煤油用量，并觀察其用量變化對煤泥浮選效果的影響。試驗時浮選機葉輪轉速為1 800 r/min，充氣量為0.25 m3/(m2·min)，刮泡時間為3 min。煤油用量探索試驗流程如圖4所示，試驗結果見表1。

圖4 煤油用量探索試驗流程

由表1可知：隨著煤油用量的增大，浮選精煤產率和灰分趨于穩定，精煤灰分在24%以上，遠遠超出浮選精煤灰分要求，說明浮選精煤受異質細泥和中間連生體污染嚴重。這可能是由煤油超量或刮泡時間過長引起的，即浮選過程過于充分。因此，需要降低煤油用量或縮短刮泡時間，以觀察煤泥浮選效果。

表1 煤油用量探索試驗結果

2.3 煤油用量與浮選機刮泡時間優化試驗

在其他參數不變，刮泡時間為2 min的條件下，煤泥浮選指標隨煤油用量變化情況見表2。由表2可知：降低煤油用量和縮短刮泡時間可在一定程度上降低浮選精煤灰分，但浮選精煤灰分仍在21%以上，不能滿足要求。

表2 煤油用量與浮選機刮泡時間優化試驗結果

為了確定煤泥難選的原因，對煤油、仲辛醇用量分別為215、100 g/t的浮選精煤密度組成和粒度組成進行分析，結果如圖5、圖6所示。

圖5 浮選精煤密度組成

由圖5可知：浮選精煤中>1.60 g/cm3密度級的產率為23.91%，灰分高達52.23%，說明異質細泥和中間連生體的非選擇性上浮是浮選精煤灰分高的主要原因。

圖6 浮選精煤粒度組成

由圖6可知：各粒級灰分均已超出浮選精煤灰分要求，說明浮選選擇性普遍較差。由于粗粒級的脫落概率大，其進入后使浮選精煤灰分低于細粒級灰分；粗粒級的灰分較高，說明其中含有部分未解離的中煤；由于細粒級跟隨性強，黏土類細泥易罩蓋在精煤表面或隨水流進入精煤泡沫，導致該粒級灰分偏高。

2.4 調漿時間探索試驗

在煤油用量為215 g/t、仲辛醇用量為100 g/t、充氣量為0.25 m3/(m2·min)、刮泡時間為3 min的條件下，對煤泥進行調漿，考察調漿時間對煤泥浮選效果的影響。調漿時間分別為0、5、10、15、20、25、30、40 min時，煤泥浮選效果見表3。

表3 不同調漿時間的煤泥浮選效果

由表3可知：隨著調漿時間的增加，浮選精煤灰分、產率均沒有明顯變化，說明高紊流對礦粒的打磨并未能改善浮選選擇性。

2.5 浮選柱降灰性能探索

稱取2 400 g干煤泥，放入容量為30 L的攪拌桶內，加水配制成濃度為80 g/L的礦漿；在煤油用量為215 g/t、仲辛醇用量為100 g/t、調漿時間為4 min的條件下，采用KY-50實驗室用旋流-靜態微泡浮選柱對其進行浮選，進而研究該浮選柱的降灰性能。當泡沫層穩定后，在泡沫層處于15、20、25、30、35 cm厚度時，分別對精煤、尾煤進行取樣，并對兩者進行化驗，結果見表4。

表4 浮選柱浮選試驗結果

由表4可知：隨著泡沫層厚度的增加，精煤灰分和產率均降低，這是因為厚泡沫層有強的二次富集作用，能夠減少機械夾帶的異質細泥。在精煤產率相同的情況下，與浮選機選出的精煤相比，浮選柱選出的精煤灰分低1～2個百分點。

結合前面分析得知，此煤泥屬于易浮難選煤泥，入料的不同密度級可浮性差異不顯著。多數中間連生體被氣泡帶入精煤，厚泡沫層能夠有效抑制高灰細泥污染浮選精煤，但對連生體的抑制作用不大，所以浮選精煤灰分下降程度有限。因此，必須對中間連生體進行充分解離，盡量增加給料中不同密度級的可浮性差異，并釋放出更多的低灰精煤。

2.6 <0.5 mm粒級原煤磨礦-浮選試驗

在調漿轉速為2 100 r/min、調漿時間為4 min、煤油用量為215 g/t、仲辛醇用量為100 g/t、刮泡時間為2 min、充氣量為0.25 m3/(m2·min)的條件下，采用QHJM-2立式超細攪拌磨機將煤泥磨細，觀察不同磨礦時間(0、0.5、1.0、1.5、2.0 min)下的煤泥浮選效果。<0.5 mm粒級原煤磨礦-浮選試驗結果見表5。

表5 <0.5 mm粒級原煤磨礦-浮選試驗結果

由表5可知：原煤經過磨礦后可以釋放出部分精煤，進而使精煤灰分降至要求灰分。當磨礦時間為0.5 min時，浮選精煤灰分為14.98%，產率為61.02%，其灰分滿足要求。隨著磨礦時間的增加，浮選精煤灰分降低，產率也降低，說明煤泥粒度不宜過細，否則不利于浮選。這是因為礦漿內的大量細泥和煤粒競吸藥劑，其中的低灰顆粒因得不到藥劑無法粘附在氣泡表面，從而損失在尾煤中。

不同磨礦時間的煤泥粒度組成見表6。由表6可知：當磨礦時間為0.5 min時，>0.25 mm粒級的產率下降13.07個百分點，0.25～0.125 mm粒級的產率下降6.52個百分點；煤泥經過磨礦后，粗粒級灰分增加，細粒級灰分降低，這進一步說明入料>0.25 mm粒級含有大量連生體；當磨礦時間為1 min時，>0.25 mm粒級的產率降至4.10%，0.125～0.25 mm粒級的產率降至8.33%，<0.045 mm粒級的產率升至57.20%，此時浮選最佳粒級(0.25～0.074 mm粒級)的產率僅為24.16%，煤泥浮選效果不能滿足要求。因此，在試驗條件下，當磨礦時間為0.5 min時，煤泥浮選效果最好，可以獲得灰分為14.98%、產率為61.02%的浮選精煤。

表6 不同磨礦時間的煤泥粒度組成

3 結論

(1)內蒙古包頭礦區的煤泥屬于高灰難選煤泥，其中的低灰粗顆粒含量偏高，可能帶來尾煤灰分偏低的問題；<0.045 mm粒級含有大量異質細泥，易對浮選精煤造成污染；中間連生體含量高，需要對其進行充分解離。

(2)高灰細泥和中間連生體的非選擇性上浮是浮選精煤灰分偏高的重要原因，在對煤泥磨礦的基礎上，采用浮選柱浮選時降灰效果更好。

(3)在調漿轉速為2 100 r/min、調漿時間為4 min、煤油用量為215 g/t、仲辛醇用量為100 g/t、充氣量為0.25 m3/(m2·min)、刮泡時間為2 min、磨礦時間為0.5 min的條件下，煤泥浮選后可以獲得灰分為14.98%、產率為61.02%的浮選精煤。