煤泥浮選工藝影響因素研究

趙 兵 兵

(中國煤炭科工集團北京華宇工程有限公司,河南平頂山 467000)

0 引 言

選煤是潔凈煤技術(shù)的基礎(chǔ),也是煤炭深加工和高效利用的前提[1],而在選煤中分選細粒煤的主要途徑是浮選。浮選是利用礦物疏水性差異而實現(xiàn)礦物分離的方法[2]。隨著采煤機械化的發(fā)展,原煤中煤泥含量增加,用戶和社會各方面也要求進一步提高精煤質(zhì)量、減少環(huán)境污染,因此,浮選在煤炭加工中的作用變得更加重要[3-4]。

選煤廠浮選效果的好壞,除了受限于煤炭本身的性質(zhì)外,浮選藥劑也是影響浮選效果的重要因素之一[5-6]。由于選煤廠采用的浮選藥劑絕大部分是石油產(chǎn)品或其副產(chǎn)品,而我國石油資源相對短缺,因此,提高能源利用效率,尋求新型高效浮選藥劑是當務(wù)之急[7]。除了藥劑種類,影響浮選效果的因素還有很多,如煤泥性質(zhì)、藥劑用量及入浮礦漿濃度等。朱張磊等[8]選用表面活性劑OP4與煤油復(fù)配進行浮選試驗,以減小高灰細泥對浮選精煤的污染。古玉[9]使用新型浮選藥劑對貧煤進行浮選試驗,提高了精煤產(chǎn)率,降低了精煤灰分。吳成舟等[10]對徐州某礦的煤泥進行浮選參數(shù)優(yōu)化試驗,對礦漿濃度、充氣量、藥劑比等工藝參數(shù)進行優(yōu)化,獲得了良好的浮選效果。

本文通過研究煤泥性質(zhì)、捕收劑用量、烷基糖苷與雜醇配比以及入浮礦漿濃度對望峰崗、新莊孜和祁東3個選煤廠的煤泥浮選效果的影響,探索煤泥浮選規(guī)律,以期為煤泥浮選工藝改進提供理論依據(jù)。

1 煤泥性質(zhì)

根據(jù)GB/T 19093—2003《煤粉篩分試驗方法》,對望峰崗、新莊孜和祁東選煤廠煤泥進行了小篩分試驗,結(jié)果見表1～3。

表1 望峰崗小篩分試驗結(jié)果Table 1 Screening experimental results of Wangfenggang fine coal

表2 新莊孜小篩分試驗結(jié)果Table 2 Screening experimental results of Xingzhuangzi fine coal

表3 祁東小篩分試驗結(jié)果Table 3 Screening experimental results of Qidong fine coal

由表1～3可知,望峰崗煤泥中＜0.045 mm粒級含量為 21.85%,＞0.125 mm 粒級含量為 61.93%,細粒級含量較高;新莊孜煤泥中＜0.045 mm粒級含量為 18.15%,＞0.125 mm 粒級含量為 66.63%;祁東煤泥中＜0.045 mm的微細顆粒含量只有14.66%,＞0.125 mm 粒級含量為 66.52%,細粒級含量較少。各煤樣平均灰分相差不大,＞0.045 mm粒級灰分較為均勻,但＜0.045 mm微細顆?；曳制毡檩^高。因此,只有防止跑粗現(xiàn)象,盡量多地抽出粗顆粒精煤,有選擇性地抽出微細粒精煤才能有效降低灰分、提高浮選完善指標。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 煤泥性質(zhì)對浮選效果的影響

按照GB/T 4757—2001《煤粉(泥)實驗室單元浮選試驗方法》分別對望峰崗、新莊孜和祁東選煤廠煤泥進行了單元可比性試驗,固定礦漿濃度為100 g/L,捕收劑正十二烷用量為1 000 g/t,起泡劑甲基異丁基甲醇(MIBC)用量為100 g/t。考察煤泥性質(zhì)對浮選效果的影響,結(jié)果見表4。

表4 不同煤泥浮選效果對比Table 4 Comparison of flotation efficiency of different fine coals %

由表4可知,不同性質(zhì)的煤泥浮選效果不同,根據(jù)浮選完善指標,祁東煤泥浮選效果最好,新莊孜次之,望峰崗煤泥浮選效果最差。這主要與煤泥的物理化學性質(zhì)有關(guān),相比較而言,3種煤泥中＞0.125 mm粒級含量差別不大,但祁東煤泥中＜0.045 mm微細粒級含量最少,而望峰崗煤泥則相反。浮選入料中含有大量細粒煤時,由于其比表面積大,一方面,細粒煤會很快吸附大量浮選藥劑,使粗粒煤不能與浮選藥劑充分接觸,降低粗粒煤的浮選速度;另一方面,細粒煤占據(jù)氣泡的活性表面或在粗顆粒上形成細泥罩蓋,抑制大顆粒煤的浮選,或隨其他顆粒進入泡沫產(chǎn)品,污染精煤質(zhì)量。因此,對于高灰細泥多的煤泥,應(yīng)采用高選擇性藥劑和改善浮選工藝條件來提高其浮選選擇性。

2.2 捕收劑用量對浮選效果的影響

選取望峰崗煤泥進行單元浮選試驗,固定礦漿濃度為100 g/L,起泡劑雜醇用量為100 g/t,選用柴油作為捕收劑?？疾觳妒談┯昧繉Ω∵x效果的影響,結(jié)果如圖1所示?？芍?隨著捕收劑用量的增加,精煤產(chǎn)率不斷增加,精煤灰分先減小后增加,而浮選完善指標先升高后降低。說明捕收劑用量的增加使得捕收能力增強,但是選擇性變差,因此,捕收劑用量存在一個最佳用量范圍[11-13]。綜合考慮精煤產(chǎn)率、灰分和浮選完善指標,當捕收劑用量為600 g/t時,浮選效果最好,精煤產(chǎn)率為77%,精煤灰分為14.4%,浮選完善指標為46.5%。

圖1 捕收劑用量與精煤產(chǎn)率、精煤灰分及浮選完善指標的關(guān)系Fig.1 Relationship of collector dosage to clean coal yield,clean coal ash and floatation perfection

2.3 雜醇與APG配比對浮選效果的影響

為保證精煤產(chǎn)率的同時有效降低精煤灰分,選用雜醇與烷基糖苷(APG)復(fù)配的起泡劑,對望峰崗選煤廠煤泥進行浮選試驗。烷基糖苷為商品APG12-14,烷基碳數(shù)為12～14,糖聚合度1.4～1.6;雜醇為外購化工副產(chǎn)品,主要成分為仲辛醇。固定礦漿濃度為100 g/L,捕收劑柴油用量為600 g/t,雜醇和APG總添加量為100 g/t?？疾祀s醇與APG配比對浮選效果的影響,結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知,隨著APG比例的增加,精煤產(chǎn)率和灰分總體呈不斷降低趨勢,而浮選完善指標先增加后減少。說明APG的加入產(chǎn)生了協(xié)同作用,提高了浮選藥劑的選擇性,但不利于提高浮選精煤產(chǎn)率。

烷基糖苷具有非離子和陰離子表面活性劑的特征,其非極性基長短與極性基配合較好,因此具有很強的起泡能力,對精煤有較好的選擇性。同時,由于烷基糖苷存在羥基結(jié)構(gòu)使藥劑在水中分布均勻,可以促使空氣在礦漿中彌散成小氣泡,防止氣泡兼并,并提高氣泡在礦化和上浮過程中的穩(wěn)定性。這些分布均勻且穩(wěn)定的小氣泡,大大提高了礦漿中氣泡的表面積,更有利于微細顆粒煤泥的附著。但是,APG添加量過大會增加溶液黏性,氣體在液體中難以擴散形成泡沫,導(dǎo)致礦漿中泡沫量不足,降低浮選效果[14-16]。綜合考慮,雜醇與APG配比為2∶1時浮選效果最佳,精煤產(chǎn)率為76%,精煤灰分為13%,浮選完善指標為53.1%。

圖2 雜醇與APG配比與精煤產(chǎn)率、精煤灰分及浮選完善指標的關(guān)系Fig.2 Relationship of ratio of fusel and APG to clean coal yield,clean coal ash and floatation perfection

2.4 礦漿濃度對浮選效果的影響

選取望峰崗煤泥進行浮選試驗,固定捕收劑柴油用量為600 g/t,起泡劑用量為100 g/t,其中雜醇與APG配比為2∶1?？疾烊敫〉V漿濃度對浮選效果的影響,結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知,精煤產(chǎn)率、精煤灰分及浮選完善指標隨著入浮礦漿濃度的增加呈先增加后減小的趨勢。這是由于礦漿濃度較低時,藥劑處于過量狀態(tài),過量的捕收劑會產(chǎn)生排擠作用使氣泡穩(wěn)定性下降;而過量的起泡劑又能夠?qū)Σ妒談┊a(chǎn)生反向吸附,使煤粒表面疏水性減弱,這2種情況都會降低浮選效果;當?shù)V漿濃度高時,藥劑用量相對不足,浮選效果下降。綜合考慮,入浮濃度為100 g/L時,浮選完善指標最高,浮選效果最佳。此時,精煤產(chǎn)率為76%,精煤灰分為13%,浮選完善指標為53.1%。

圖3 入浮礦漿濃度與精煤產(chǎn)率、精煤灰分及浮選完善指標的關(guān)系Fig.3 Relationship of pulp density to clean coal yield,clean coal ash and floatation perfection

3 結(jié) 論

1)不同性質(zhì)的煤泥浮選效果不同,0.50～0.075 mm粒級含量多的煤泥利于浮選,而細粒級,特別是＜0.045 mm含量高的煤泥浮選效果差。

2)對于望峰崗選煤廠入浮煤泥,固定礦漿濃度為100 g/L,起泡劑雜醇用量為100 g/t,捕收劑用量為600 g/t時,浮選效果最好,精煤產(chǎn)率為77%,精煤灰分為14.4%,浮選完善指標為46.5%。

3)起泡劑中加入APG會產(chǎn)生協(xié)同作用,提高浮選藥劑的選擇性,但不利于提高浮選精煤產(chǎn)率。固定礦漿濃度為100 g/L,捕收劑柴油用量為600 g/t,雜醇和APG總添加量為100 g/t,當雜醇與APG配比為2∶1時,浮選效果最好,精煤產(chǎn)率為76%,精煤灰分為138%,浮選完善指標為53.1%。

4)對于望峰崗選煤廠入浮煤泥,固定捕收劑柴油用量為600 g/t,起泡劑用量為100 g/t,其中雜醇與APG配比為 2∶1時,其最佳礦漿濃度為100 g/L。此時,精煤產(chǎn)率為76%,精煤灰分為13%,浮選完善指標為53.1%。

參考文獻(References)：

[1]時本軒,謝廣元,張明,等.高效煤用捕收劑EC-9800的應(yīng)用效果實驗研究[J].中國煤炭,2012,38(2)：92-94.SHI Benxuan,XIE Guangyuan,ZHANG Ming,et al.Experimental research on the application of the high-effcient slime collector-EC-9800[J].China Coal,2012,38(2)：92-94.

[2]謝廣元.選礦學[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社,2001：388-389.

[3]朱東,徐初陽.煤炭粒度及表面特性對浮選效果的影響[J].選煤技術(shù),2008(2)：21-23.

[4]崔廣文,張繼柱,扶祥通,等.煤泥粒度組成對浮選影響的研究[J].選煤技術(shù),2007(4)：20-21.

[5]張開勇,李梅.煤泥浮選捕收劑優(yōu)化試驗研究[J].煤炭技術(shù),2011,30(12)：98-100.ZHANG Kaiyong,LI Mei.Test study of optimizing coal flotation collectors[J].Coal Technology,2011,30(12)：98-100.

[6]解維偉.煤乳化浮選藥劑的制備與應(yīng)用機理研究[D].北京：中國礦業(yè)大學(北京),2009.

[7]楊兵乾,朱昆陽,鹿克強,等.MJ復(fù)合藥劑在難選煤中的應(yīng)用研究[J].中國煤炭,2008,34(3)：67-68.

[8]朱張磊,郭麗娜,李志紅,等.OP4對難浮煤泥浮選影響的試驗研究[J].煤炭技術(shù),2016,35(8)：282-284.ZHU Zhanglei,GUO Li'na,LI Zhihong,et al.Research on influence of surfactant OP4 to flotation of difficult flotation coal slime[J].Coal Technology,2016,35(8)：282-284.

[9]古玉.新型浮選藥劑對顯德汪礦貧煤的浮選試驗影響研究[J].煤炭與化工,2016,39(3)：98-101.GU Yu.Study on influence of new type of flotation reagents to lean coal flotation in Xiangdewang Mine[J].Coal and Chemical Industry,2016,39(3)：98-101.

[10]吳成舟,彭耀麗,夏文成.煤泥浮選參數(shù)優(yōu)化試驗研究[J].煤炭技術(shù),2015,34(3)：303-305.WU Chengzhou,PENG Yaoli,XIA Wencheng.Experimental study of parameter optimization on coal slime flotation[J].Coal Technology,2015,34(3)：303-305.

[11]李煥宇,成志紅.藥劑優(yōu)化對焦煤煤泥浮選影響的研究[J].山西大學學報(自然科學版),2011,34(4)：642-645.LI Huanyu,CHENG Zhihong.Effect of reagent optimization on dlime flotation of coking coal[J].Journal of Shanxi University(Natural Science Edtion),2011,34(4)：642-645.

[12]沈正義,卓金武,匡亞莉,等.基于多目標正交試驗的浮選藥劑制度優(yōu)化研究[J].選煤技術(shù),2007(3)：1-3.

[13]NAIK P K,REDDY P S R,MISRA V N.Interpretation of interaction effects and optimization of reagent dosages for fine coal flotation[J].Journal of Heterocyclic Chemistry,2005,75(1/2)：83-90.

[14]徐初陽,閆芳,聶容春.烷基糖苷類浮選藥劑的合成及其浮選效果的研究[J].選煤技術(shù),2010(4)：13-15.

[15]吳建軍,馬喜平,邱海燕,等.烷基多苷的應(yīng)用[J].日用化學工業(yè),2004,34(3)：181-183.WU Jianjun,MA Xiping,QIU Haiyan,et al.Application of alkyl polyglucosides[J].China Surfactant Detergent&Cosmetics,2004,34(3)：181-183.

[16]孫巖.新表面活性劑[M].北京：化學工業(yè)出版社,2003：276-285.