水質(zhì)對棋盤井選煤廠煤泥浮選的影響

溫 磊，張弘強，盧憲路, ，周坤強，宛 鶴

(1. 國能蒙西煤化工股份有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016100；2.西安建筑科技大學(xué) 資源工程學(xué)院，陜西 西安 710055)

隨著國家對工業(yè)廢水排放要求的日益嚴格[1-2]，礦山廢水處理與回收利用已成為實現(xiàn)企業(yè)清潔生產(chǎn)、解決水資源短缺和礦山廢水污染的有力措施[3]，同時也符合國家節(jié)能減排政策。

棋盤井煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市鄂托克旗境內(nèi)，所在地的氣候?qū)贉貛Ц咴箨懶詺夂颍瑲夂蚋稍铮涤炅肯∩伲舭l(fā)強烈，井田內(nèi)無常年地表徑流，屬于嚴重缺水地區(qū)。因此，該煤礦采用緩沖調(diào)節(jié)(平流式沉淀)+預(yù)處理(混凝+生化反應(yīng)+高密度澄清過濾+多介質(zhì)無閥濾池)+深度處理(恒溫換熱+活性炭過濾+自清洗過濾+UF超濾+RO反滲透)的水處理工藝，對礦井水進行處理，不僅可避免礦山廢水排放引起的環(huán)境問題，而且能緩解選煤生產(chǎn)、生活用水短缺的情況。

有研究表明，煤泥浮選用水中存在的大量無機鹽離子不但能夠改變氣泡性質(zhì)[4-5]，還能改變煤粒表面電性，使得煤粒的可浮性發(fā)生變化[6-7]，有些影響有助于提高煤泥浮選的可燃體回收率[8-9]，有些則會給煤泥浮選過程控制帶來困難，并導(dǎo)致末精煤灰分超標[10]。為考察水質(zhì)對煤泥浮選的影響，以內(nèi)蒙古棋盤井煤礦礦井水處理后所得的濃鹽水和生活用水以及選煤廠生產(chǎn)用水和濃縮機溢流水為研究對象，通過浮選試驗考察了四種水質(zhì)對煤泥浮選效果的影響，并分析了水質(zhì)對煤泥浮選產(chǎn)生不良影響的原因，從而為煤泥浮選用水的選擇提供了依據(jù)。

1 試驗

1.1 試驗原料

水樣為內(nèi)蒙古棋盤井煤礦礦井水經(jīng)水處理后獲得的濃鹽水和生活用水以及生產(chǎn)用水和濃縮機溢流水，其中生產(chǎn)用水為濃鹽水與濃縮機溢流水的混合物；煤樣為內(nèi)蒙古棋盤井選煤廠<0.5 mm粒級浮選入料；捕收劑和起泡劑分別為棋盤井選煤廠浮選生產(chǎn)用的柴油和仲辛醇。

1.2 試驗流程

煤泥浮選流程如圖1所示。首先，將120 g煤樣加入到XFD 型單槽浮選機( 容積為 1.0 L、主軸轉(zhuǎn)速為1 700 r /min)，攪拌1 min，使煤樣分散；然后，依次加入捕收劑和起泡劑，分別攪拌2 min和1 min，充氣30 s；最后，浮選2 min，并收集泡沫和槽中剩余產(chǎn)品。

2 結(jié)果與討論

2.1 水樣性質(zhì)分析

濃鹽水、生產(chǎn)用水、濃縮機溢流水、生活用水水樣性質(zhì)見表1。

由表1可知：濃鹽水、生產(chǎn)用水、濃縮機溢流水中鈣離子、鈉離子、氯離子的濃度均較高，且濃鹽水和生產(chǎn)用水中鈣離子濃度遠高于濃縮機溢流水和生活用水。

2.2 煤樣性質(zhì)分析

煤樣工業(yè)分析結(jié)果見表2。煤樣的XRD分析結(jié)果如圖2所示。

表2 煤樣工業(yè)分析結(jié)果Table 2 Coal sample proximate analysis %

由圖2可知，煤樣中成灰礦物主要為石英、方解石和高嶺石。

圖2 煤樣XRD分析結(jié)果Fig. 2 Coal sample XRD analysis

2.3 捕收劑用量探索試驗

為了獲得最佳捕收劑用量，進行了捕收劑用量探索試驗，起泡劑用量設(shè)定為75 g/t，浮選用水為生活用水。試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 捕收劑用量對浮選效果的影響Fig. 3 Influence of collector dosage on effects of flotation

由圖3可知，隨著捕收劑用量的增加，精煤灰分和產(chǎn)率均呈上升趨勢。根據(jù)棋盤井選煤廠對浮選精煤灰分的要求(≤11%)，確定最佳捕收劑用量為150 g/t，此時的浮選精煤產(chǎn)率為72.97%，灰分為10.80%。

2.4 起泡劑用量探索試驗

為了獲得最佳起泡劑用量，進行了起泡劑用量探索試驗，捕收劑用量設(shè)定為150 g/t，浮選用水為生活用水。試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 起泡劑用量對浮選效果的影響Fig. 4 Influence of frother dosage on flotation effects

由圖4可知：隨著起泡劑用量的增加，浮選精煤灰分和產(chǎn)率均呈上升趨勢。根據(jù)棋盤井選煤廠對浮選精煤灰分的要求(≤11%)，確定最佳捕收劑用量為75 g/t，此時的浮選精煤產(chǎn)率為72.97%，灰分為10.80%。

2.5 水樣性質(zhì)對煤泥浮選效果的影響

在獲得了最佳捕收劑用量(150 g/t)和最佳起泡劑用量(75 g/t)之后，進一步研究了浮選用水性質(zhì)對煤泥浮選的影響。試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 水質(zhì)對煤泥浮選效果的影響Fig. 5 Infuence of water property on flotation effects

由圖5可知：在相同的浮選條件下，濃鹽水、生產(chǎn)用水、濃縮機溢流水和生活用水作為浮選用水時，浮選精煤產(chǎn)率分別為83.88%，83.51%，73.62%和72.97%，浮選精煤灰分分別為13.28%，12.74%，10.90%和10.80%。可見，采用不同水樣進行浮選試驗時，浮選精煤產(chǎn)率灰分由高到低為：濃鹽水>生產(chǎn)用水>濃縮機溢流水>生活用水。這表明濃鹽水和生產(chǎn)用水作為浮選用水有利于提高浮選精煤產(chǎn)率，同時也會造成浮選精煤灰分的升高；濃縮機溢流水用作浮選用水時，獲得的浮選精煤產(chǎn)率略高于生活用水，浮選精煤灰分則略低于生活用水。

由水樣性質(zhì)(表1)可知：濃鹽水和生產(chǎn)用水中鈣離子、鈉離子和氯離子含量遠高于濃縮機溢流水和生活用水，而在浮選過程中鈣離子、鈉離子和氯離子吸附于煤樣表面可引起精煤灰分超標。

進一步比較濃縮機溢流水和生活用水中鈣離子、鈉離子、硫酸根離子和氯離子濃度可以發(fā)現(xiàn)，濃縮機溢流水中鈣離子濃度與生活用水相近，但鈉離子、硫酸根離子和氯離子濃度都遠高于生活用水。結(jié)合濃縮機溢流水和生活用水的浮選結(jié)果可推測，在一定離子濃度內(nèi)鈉離子、硫酸根離子和氯離子對煤泥浮選效果的影響相對較小。因此，棋盤井生產(chǎn)用水中存在的大量鈣離子，是引起浮選精煤灰分超標的主要原因。

3 結(jié)論

以棋盤井煤礦廢水處理后獲得的濃鹽水、選煤廠生產(chǎn)用水、濃縮機溢流水、生活用水為研究對象，研究了浮選用水性質(zhì)對煤泥浮選的影響，并分析了濃鹽水對煤泥浮選產(chǎn)生不良影響的原因，獲得主要結(jié)論如下：

(1)濃鹽水、生產(chǎn)用水、濃縮機溢流水、生活用水中主要的無機鹽離子為鈣離子、鈉離子、硫酸根離子和氯離子，其中濃鹽水和生產(chǎn)用水中鈣離子、鈉離子和氯離子濃度遠高于濃縮機溢流水和生活用水。

(2)濃鹽水和生產(chǎn)用水作為浮選用水有利于提高浮選精煤產(chǎn)率，但對浮選精煤灰分有不良影響。采用不同水樣進行浮選試驗時，浮選精煤產(chǎn)率、灰分由高到低為：濃鹽水>生產(chǎn)用水>濃縮機溢流水>生活用水。

(3)濃鹽水和生產(chǎn)用水造成浮選精煤灰分超標的原因可歸結(jié)為其中較高的鈣離子濃度。單獨使用濃縮機溢流水作為浮選用水有助于改善煤泥浮選精煤灰分指標。