水質(zhì)硬度對(duì)高灰難選煤泥浮選的影響研究

楊 吉

(山西省國(guó)新能源發(fā)展集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，山西省太原市，030006)

煤泥浮選是多種因素綜合影響的過(guò)程，這些因素相互影響、相互制約，使得煤泥浮選過(guò)程較為復(fù)雜。由于浮選是在水介質(zhì)中進(jìn)行的，因此煤泥水的性質(zhì)對(duì)浮選影響很大。煤泥水是一種多相、多分散的復(fù)雜體系，水中含有多種礦物的懸浮顆粒且顆粒粒度分布較寬。研究發(fā)現(xiàn)不同礦區(qū)煤樣的礦物質(zhì)含量、選煤廠補(bǔ)加水的水質(zhì)狀況是影響煤泥水沉降的主要因素，水質(zhì)硬度對(duì)煤泥浮選存在較大的影響，水質(zhì)硬度低、顆粒粒度細(xì)、粘土礦物質(zhì)含量高、顆粒表面電負(fù)性強(qiáng)是造成煤泥水難沉降的原因。

試驗(yàn)煤樣來(lái)源于山西某選煤廠的浮選入料，屬于難選煤泥。為了考察水質(zhì)硬度對(duì)煤泥浮選的影響，采用去離子水作為浮選用水，利用水質(zhì)硬度調(diào)整劑 (CaCl2)調(diào)節(jié)水質(zhì)硬度，進(jìn)行浮選試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)

1.1 樣品分析

本文對(duì)煤泥特性進(jìn)行分析，包括礦物組成、潤(rùn)濕性、粒度、密度及可浮性分析，煤泥X-射線衍射圖譜見(jiàn)圖1。

由圖1可知該煤泥中粘土礦物主要為高嶺石，其他礦物質(zhì)如石英、伊利石、伊／蒙混層、方解石、白云石和黃鐵礦等含量較少。研究表明:粘土礦物可占到礦物總量的60%～80%，高嶺石是粘土的主要組成成分，當(dāng)高嶺石在煤中不能得到有效解離則難以分選，但解離過(guò)細(xì)，易使高嶺石混入精煤，造成精煤灰分偏高，影響分選效果。

圖1 煤泥X-射線衍射圖譜

潤(rùn)濕性是指固體與液體接觸時(shí)，固體被液體潤(rùn)濕的程度，是礦物可浮性的標(biāo)志。潤(rùn)濕性好壞可以用接觸角θ來(lái)表征。接觸角越大，潤(rùn)濕性越差，可浮性越好；反之，接觸角越小，潤(rùn)濕性越好，可浮性越差。如果θ很小，則為親水性表面；如果θ很大，則為疏水性表面，但它們之間沒(méi)有嚴(yán)格的界限。

根據(jù)潤(rùn)濕性cosθ、可浮性1-cosθ可知，θ值越小，cosθ值越大，煤泥的表面潤(rùn)濕性越好，可浮性越差。通過(guò)測(cè)定得知，該煤泥的表面接觸角為56.7°，其他煤種表面的接觸角見(jiàn)表1。

表1 煤炭表面的接觸角大小

由表1可知，肥煤的新鮮表面的接觸角為83°～85°，該煤泥的實(shí)際接觸角和理論接觸角相差20°左右，通過(guò)添加藥劑有進(jìn)一步改良表面性質(zhì)的可能。粒度篩分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 粒度篩分?jǐn)?shù)據(jù)表

由表2可以看出該煤泥粒度分布狀況，大于0.25mm粒級(jí)物料含量很少，為2.34%；適合浮選的 0.25～0.074mm 粒 級(jí) 物 料 含 量 僅 為28.48%；該煤泥中的細(xì)粒級(jí)物料含量比較高，小于0.074mm 粒級(jí)含量為69.18%，其中小于0.045mm 粒 級(jí) 含 量 為 53.73%， 灰 分 達(dá) 到33.75%，從粒度組成角度而言，該煤泥是非常難選的。根據(jù)表2中累積資料繪制的累積粒度特性曲線，如圖2所示。

從圖2中的負(fù)累積粒度特性曲線中可以看出，該煤泥細(xì)粒級(jí)物料含量比較高，且該粒級(jí)物料灰分明顯偏高，說(shuō)明該煤泥存在嚴(yán)重的泥化現(xiàn)象，所以在浮選過(guò)程中應(yīng)抑制該粒級(jí)的浮出，提高煤泥的選擇性，避免對(duì)精煤造成污染。

圖2 粒度累積特性曲線

煤泥密度分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 密度分析數(shù)據(jù)表

由表3可以大致判斷出該煤泥的某些性質(zhì):該煤泥小于1.3g／cm3密度級(jí)和大于1.8g／cm3密度級(jí)含量較低，中間密度級(jí)含量較高，對(duì)分選極為不利；小于1.3g／cm3密度級(jí)灰分偏高，為4.12%，灰分不是很高；中間密度級(jí)灰分偏高，如1.5～1.6g／cm3密度級(jí)灰分達(dá)到24.54%左右；大于1.8g／cm3密度級(jí)灰分高達(dá)61.09%，高灰細(xì)粒煤泥混入精煤會(huì)影響精煤質(zhì)量，該煤泥分選困難。

1.2 可浮性分析

煤炭可浮性的難易程度，取決于煤的巖相組成和伴生礦物性質(zhì)、煤的煤化程度和密度組成特性、煤表面的氧化程度以及在浮選過(guò)程中所采用的工藝條件等。根據(jù)GB-4757《選煤實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)方法》所規(guī)定進(jìn)行的浮選速度試驗(yàn)，流程如圖3所示，浮選速度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。由煤炭可浮性等級(jí)可知:在保證精煤灰分符合要求的前提下，當(dāng)可燃體回收率≥90.1%時(shí)，煤泥可浮性為極易??；回收率在80.1%～90.0%之間屬于易?。换厥章试?0.1%～80.0%為中等可?。换厥章试?0.1%～60.0%為難??；回收率≤40.0%為極難浮。因此，可以根據(jù)浮選速度試驗(yàn)結(jié)果來(lái)評(píng)定煤炭可浮性。

圖3 浮選速度試驗(yàn)流程圖

表4 浮選速度試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

由表3、4可以看出，當(dāng)指定灰分小于9.47%時(shí)，該煤泥屬于極難浮煤泥；當(dāng)灰分為9.62%，甚至10.24%時(shí)，其可浮性仍然屬于難浮煤泥。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)中使用的主要儀器:容積為1.5L的XFDⅢ型單槽式浮選機(jī)；最大稱量1000g，感量為l g的天平；最大稱量120g，感量為0.0001g的電子秤；溫度范圍在50℃～300℃的恒溫干燥箱；日本生產(chǎn)的D／Max-RA型轉(zhuǎn)靶X-射線衍射儀；溫度范圍在0℃～1600℃的馬弗爐；常州電動(dòng)工具廠生產(chǎn)的電磁振篩儀；湖南賽特湘儀生產(chǎn)GL-22M型高速冷凍離心機(jī)；上海山岳科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的YP-2型壓片機(jī)；德國(guó)KRUSS公司生產(chǎn)的DSA100型光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x。

1.4 試驗(yàn)方法

為了解不同水質(zhì)硬度對(duì)煤泥浮選的影響，在前期探索試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用去離子水來(lái)研究水質(zhì)硬度對(duì)浮選的影響，浮選機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速為1800r／min；充氣量為0.46m3／m2·min；礦漿濃度為100g／L；捕收劑為煤油，用量為400g／t；起泡劑為仲辛醇，用量100g／t。去離子水試驗(yàn)流程見(jiàn)圖4。

由圖4可見(jiàn)，浮選試驗(yàn)流程為:煤泥調(diào)漿攪拌2min，捕收劑接觸攪拌1min，起泡劑接觸攪拌10s后開(kāi)始刮泡，刮泡時(shí)間為3min。

圖4 去離子水試驗(yàn)流程圖

2 結(jié)果與討論

去離子水試驗(yàn)結(jié)果如表5和圖5所示。

表5 去離子水試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

圖5 去離子水條件下水質(zhì)硬度對(duì)分選效果的影響

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著水質(zhì)硬度的增加，水質(zhì)硬度在100～500mg／L之間時(shí)，精煤產(chǎn)率和灰分均增加，精煤產(chǎn)率增加了1.94%，灰分增加了0.67%；水質(zhì)硬度在500～700mg／L之間時(shí)，精煤產(chǎn)率和灰分均減小，精煤產(chǎn)率減小了2.13%，灰分減小了0.58%；水質(zhì)硬度在700～1000mg／L之間時(shí)，精煤產(chǎn)率和灰分均增加，精煤產(chǎn)率增加了2.56%，灰分增加了0.31%。

3 結(jié)論

X-射線衍射圖譜表明，該選煤廠浮選入料中粘土礦物主要為高嶺石，其他礦物質(zhì)如石英、伊／蒙混層、伊利石、方解石、黃鐵礦和白云石等含量較少。高嶺石具有易泥化的特性，應(yīng)注意其對(duì)浮選造成的影響。

該煤泥粒度和密度組成分析表明，細(xì)粒級(jí)物料含量偏高，特別是小于0.045mm粒級(jí)含量達(dá)到53.73%，且該粒級(jí)物料灰分明顯偏高，說(shuō)明該煤泥存在嚴(yán)重的泥化現(xiàn)象，故浮選過(guò)程中應(yīng)注意高灰細(xì)泥對(duì)精煤的污染問(wèn)題；該煤泥的密度組成對(duì)分選不利，其小于1.3g／cm3密度級(jí)和大于1.8g／cm3密度級(jí)含量較低，中間密度級(jí)含量較高。

煤泥可浮性分析表明，當(dāng)指定精煤灰分小于9.47%，該煤泥屬于極難浮煤泥；當(dāng)灰分為9.62%，甚至10.47%時(shí)，其可浮性 仍然屬于難浮煤泥。

采用去離子水為浮選用水，利用水質(zhì)硬度調(diào)整劑調(diào)節(jié)水質(zhì)硬度進(jìn)行浮選試驗(yàn)，結(jié)果表明:水質(zhì)硬度在100～500mg／L之間時(shí)，隨著水質(zhì)硬度的增加，精煤產(chǎn)率和灰分均增加；水質(zhì)硬度在500～700mg／L之間時(shí)，隨著水質(zhì)硬度的增加，精煤產(chǎn)率和灰分均減?。凰|(zhì)硬度700～1000mg／L之間時(shí)，隨著水質(zhì)硬度的增加，精煤產(chǎn)率和灰分均增加。

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