高濃度煤泥水處理效果的可行性研究

張遲強(qiáng)李延鋒金吉元

（1.中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇省徐州市，221116；2.兗礦集團(tuán)濟(jì)寧三號煤礦選煤廠，山東省濟(jì)寧市，272000）

高濃度煤泥水處理效果的可行性研究

張遲強(qiáng)1李延鋒1金吉元2

（1.中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇省徐州市，221116；2.兗礦集團(tuán)濟(jì)寧三號煤礦選煤廠，山東省濟(jì)寧市，272000）

針對常規(guī)浮選設(shè)備對高濃度煤泥水處理效果不佳等問題，采用充氣浮選和常規(guī)浮選兩段浮選的方式對其進(jìn)行處理，分別探究了充氣量和礦漿濃度這兩個因素對高濃度煤泥水浮選效果的影響，并確定了各自最佳水平分別是充氣量為0.10 m3/h以及礦漿濃度為200 g/L。在此條件下對高濃度浮選與普通浮選進(jìn)行了對比試驗，結(jié)果表明高濃度浮選精煤產(chǎn)率提高了0.74%，尾煤灰分提高了2.73%，浮選效果較為顯著。

高濃度煤泥水 充氣量 礦漿濃度 浮選效果

隨著地質(zhì)條件的變化以及煤炭開采機(jī)械化程度的提高，原煤中的細(xì)粒級含量不斷增加，而煤炭得到有效分選的前提是將煤與矸石充分的解離，入選前大塊原煤的破碎勢必會使細(xì)粒粉煤的含量進(jìn)一步加大，加之重介分選工藝對煤過粉碎現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致煤炭在分選過程中細(xì)粒粉煤的含量越來越高。目前選煤廠中對細(xì)粒粉煤的處理工藝主要為浮選，然而隨著重介選煤法逐步取代跳汰選煤法，其噸煤耗水量比跳汰選煤法減少1/3，致使浮選入料濃度變高，部分選煤廠的入料濃度可達(dá)120～160 g/L，超出了浮選機(jī)和浮選柱的浮選濃度上限，導(dǎo)致浮選精煤的質(zhì)量變差，分選效果很不理想。

針對上述難題，本文對高濃度煤泥水采用兩段浮選的方式進(jìn)行處理，即在傳統(tǒng)浮選前加一段充氣浮選，使可浮性好的煤優(yōu)先浮選出來，保證精煤產(chǎn)率，由于一段煤的浮出使礦漿濃度降低，達(dá)到傳統(tǒng)浮選的入料濃度，二段即可采用常規(guī)浮選，保證精煤質(zhì)量，兩段精煤混合得到最終精煤。

1　試驗裝置

浮選機(jī)采用實驗室普通的XFD-1.5型單槽浮選機(jī)，為了實現(xiàn)分段浮選的目的，該系統(tǒng)增加了一套充氣裝置，由空氣流量計和空氣壓縮機(jī)組成，浮選試驗系統(tǒng)如圖1所示。

圖1　浮選試驗系統(tǒng)

其工作流程為空氣泵產(chǎn)生穩(wěn)定氣流，經(jīng)緩沖瓶緩沖后，通過空氣流量計控制進(jìn)入浮選機(jī)內(nèi)進(jìn)行充氣浮選的空氣量，充氣浮選完成后停止通氣，浮選機(jī)進(jìn)行二段浮選。

2　煤樣性質(zhì)分析

試驗煤樣來自河南新龍礦業(yè)梁北選煤廠入浮煤泥，該廠原煤煤泥含量較大，且煤質(zhì)較脆，易泥化。按照《煤粉篩分試驗方法》（MT/T58-1993）和《煤粉浮沉試驗方法》（MT/T57-1993）對試驗所用煤樣進(jìn)行小篩分和密度分析，得到煤泥粒度以及密度組成見表1和表2，根據(jù)表2做出煤泥可選性曲線如圖2所示。

表1　煤泥粒度組成

由表1可以看出，隨著粒度減小，各粒級的灰分逐漸升高，-0.074 mm粒級灰分為27.04%，高于煤泥總體灰分，說明矸石存在泥化現(xiàn)象，對浮選效果將會產(chǎn)生一定影響；煤泥中0.125～0.074 mm的產(chǎn)率含量占46.21%，但灰分卻達(dá)到21.13%，高灰細(xì)泥含量較多；0.5～0.25 mm粒級雖然產(chǎn)率僅有11.02%，但灰分卻最低，能否有效分選該部分粗顆粒對最終浮選效果有較大的影響。

表2　煤泥密度組成

由表2可以看出，煤泥的主導(dǎo)密度級為1.3～1.4 g/cm3和1.4～1.5 g/cm3，總產(chǎn)率達(dá)到65.97%，密度級為1.3～1.4 g/cm3和1.4～1.5 g/cm3的加權(quán)平均灰分為9.18%，對于這部分低灰精煤，可以適當(dāng)提高浮選濃度，采用充氣浮選，優(yōu)先浮選該部分精煤，以保證精煤產(chǎn)量；+1.5 g/cm3部分灰分較高，采用常規(guī)浮選以保證精煤質(zhì)量。

從圖2煤泥可選性曲線分析可知，當(dāng)精煤灰分為11.5%時，理論分選密度為1.62 g/cm3，鄰近密度物含量為14%，屬中等可選。

3　一段充氣量和礦漿濃度對高濃度浮選的影響

與傳統(tǒng)浮選不同，本次試驗在處理高濃度煤泥水時由于增加了1套充氣裝置，充氣量的多少將會影響最終的浮選效果。由于本文研究的內(nèi)容為煤泥水的高濃度浮選，與常規(guī)浮選的區(qū)別就在于礦漿濃度的提高，因此有必要進(jìn)行充氣量和礦漿濃度對高濃度浮選效果的探究。

圖2　煤泥可選性曲線

3.1一段充氣量對高濃度浮選的影響

浮選試驗條件:礦漿濃度為200 g/L，煤油作為捕收劑選用240 g/t，仲辛醇作為起泡劑選用128 g/t，藥劑加在充氣前，充氣時間為2 min。充氣量由小到大，分別為0.05 m3/h、0.08 m3/h、0.10 m3/h、0.12 m3/h和0.15 m3/h。充氣量探索試驗結(jié)果見表3，根據(jù)表3做出充氣量與精煤產(chǎn)率和灰分關(guān)系曲線如圖3和圖4所示（以下各圖中精1和精2分別表示一段精煤和二段精煤）。

由表3、圖3和圖4可以看出，精煤產(chǎn)率基本保持不變，隨著充氣量的增加，精1的產(chǎn)率逐漸增加，精2的產(chǎn)率逐漸下降，在充氣量達(dá)到0.1 m3/h之前，精1產(chǎn)率變化較大，原因在于此階段充氣量明顯不足，導(dǎo)致浮選速率較低，而當(dāng)充氣量大于0.1 m3/h時，充氣量過大又惡化了浮選環(huán)境，不利于浮選效率的提高，因此精1產(chǎn)率變化較?。痪夯曳窒壬吆蠼档?，原因在于當(dāng)充氣量較小時，所得精煤主要由精2構(gòu)成，而精2為普通浮選，對高濃度煤泥水處理效果不好，所以灰分較高。隨著充氣量的增加，一段效果分選效果逐漸發(fā)揮優(yōu)勢，可以有效處理高濃度煤泥水，因而總精煤灰分降低。隨著充氣量繼續(xù)加大，由于浮選環(huán)境的惡化，致使高灰細(xì)泥進(jìn)入精煤當(dāng)中，所以灰分又快速升高。

圖3　充氣量與精1、精2及精煤產(chǎn)率關(guān)系

圖4　充氣量與精1、精2及精煤灰分關(guān)系

表3　充氣量探索試驗結(jié)果

基于綜上所述可知，當(dāng)充氣量為0.1 m3/h時，精煤灰分最低，浮選效果最好。

3.2礦漿濃度對高濃度浮選的影響

為了區(qū)別于普通浮選，試驗選擇從普通浮選上限120 g/L進(jìn)行探索，濃度依次為120 g/L、140 g/L、160 g/L、180 g/L、200 g/L、220 g/L、240 g/L和260 g/L。其他試驗條件為:藥劑加在充氣前，煤油作為捕收劑選用240 g/t，仲辛醇作為起泡劑選用128 g/t，充氣時間為2 min，充氣量為0.1 0 m3/h。礦漿濃度探索試驗結(jié)果見表4，礦漿濃度與精煤產(chǎn)率和灰分曲線如圖5和圖6所示。

表4　礦漿濃度探索試驗結(jié)果

圖5　礦漿濃度與精1、精2及精煤產(chǎn)率關(guān)系

圖6　礦漿濃度與精1、精2及精煤灰分關(guān)系

由表4、圖5和圖6可以看出，精煤產(chǎn)率基本保持不變，精1產(chǎn)率隨著濃度升高呈現(xiàn)先升后降趨勢，且在160 g/L時產(chǎn)率達(dá)到最大，這是由于此次探索試驗所用濃度相比充氣量探索試驗濃度相對偏高，造成這8組試驗因其他某種條件如藥劑量過剩，而導(dǎo)致精1產(chǎn)率隨著濃度的升高而增大，濃度增大到160 g/L之后，由于一段處理量有限，精2產(chǎn)率快速增加，濃度繼續(xù)增大至180 g/L后，大量高灰細(xì)泥被強(qiáng)制浮出，導(dǎo)致精1和精2的灰分明顯增高，而兩者產(chǎn)率基本維持不變。當(dāng)濃度達(dá)到240 g/L以后，由于濃度太高，一段浮選的進(jìn)行不夠徹底，二段浮選所能處理的濃度也已達(dá)到極限，從而造成分選效果變差，導(dǎo)致精1產(chǎn)率降低和精2灰分下降。

綜上分析，礦漿濃度在200 g/L時，精煤灰分為11.48%，最接近要求灰分11.50%，此時產(chǎn)率達(dá)到85.47%，實現(xiàn)了產(chǎn)率最大化。因此，礦漿濃度采用200 g/L。

4　高濃度浮選與普通浮選分選效果對比

根據(jù)前期探索試驗結(jié)果可知，在浮選機(jī)前加一段充氣浮選有助于改善高濃度煤泥水的處理效果，為了判斷高濃度浮選的可行性，又對普通浮選試驗進(jìn)行了對比試驗。高濃度浮選試驗條件選用礦漿濃度為200 g/L，藥劑加在充氣前，煤油作為捕收劑選用240 g/t，仲辛醇作為起泡劑選用128 g/t，充氣時間為2 min，充氣量為0.1 m3/h，浮選機(jī)高濃度浮選試驗結(jié)果見表5；普通浮選試驗條件選用礦漿濃度為100 g/L，煤油作為捕收劑選用240 g/t，仲辛醇作為起泡劑選用1 2 8 g/t，浮選機(jī)普通浮選試驗結(jié)果見表6。

表5　浮選機(jī)高濃度浮選試驗結(jié)果

表6　浮選機(jī)普通浮選試驗結(jié)果

由表5和表6可以看出，普通浮選試驗最終精煤平均灰分為11.43%，產(chǎn)率為84.71%，高濃度浮選精煤平均灰分為11.47%，雖然灰分較普通浮選灰分偏高，但其灰分滿足要求11.50%的條件，且產(chǎn)率達(dá)到85.45%，與普通浮選相比提高了0.74%，從企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益角度來說，實現(xiàn)了效益最大化原則。普通浮選試驗尾煤平均灰分為69.36%，與高濃度浮選尾煤平均灰分達(dá)72.09%相比明顯偏低，原因可能是由于浮選濃度的提高，增加了粗顆粒與氣泡的碰撞幾率，改善了粗顆粒的礦化效果，使得煤泥中這部分低灰粗顆粒在分選過程中沒有錯配進(jìn)入尾煤當(dāng)中，從而使得尾煤灰分升高。

綜上所述，在最終精煤灰分要求為11.50%條件下，高濃度浮選精煤產(chǎn)率較普通浮選提高了0.74%，尾煤灰分提高2.73%，可以看出高濃度浮選可以有效降低尾煤中的精煤損失，提高精煤回收率，強(qiáng)化分選效果，使煤泥得到更有效的分選。

5　結(jié)語

隨著原煤中細(xì)粒含量的不斷增多，煤泥水濃度也會相應(yīng)的越來越高，現(xiàn)有浮選設(shè)備的不足勢必會使高濃度煤泥水的處理成為選煤廠亟需解決的問題，本文在傳統(tǒng)浮選機(jī)的基礎(chǔ)上外加一段充氣浮選，通過試驗條件優(yōu)化與普通浮選試驗作對比，對高濃度煤泥水的處理取得了良好效果，在最終精煤灰分要求為11.50%條件下，高濃度浮選精煤產(chǎn)率較普通浮選提高了0.74%，尾煤灰分提高2.73%。不僅證實了高濃度煤泥水處理的可行性，同時也為后續(xù)實驗設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用提供了借鑒意義。

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（責(zé)任編輯 王雅琴）

Feasibility research of high concentration slime water treatment effect

Zhang Chiqing1，Li Yanfeng1，Jin Jiyuan2
（1.School of Chemical Engineering and Technology，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China；2.Coal Preparation Plant Jining No.3 Coal Mine，Yankuang Group Co.，Ltd.，Jining，Shandong 272000，China）

Aimed at problem of conventional flotation equipment failed to bring great treatment effects on high concentration slime water，the authors used aeration flotation and general flotation method to respectively explored inflating volume and pulp density factors'influences on flotation effects of high concentration slime water，they also found that the optimal level of inflating volume and pulp density were 0.10 m3/h and 200 g/L.The authors conducted contrast tests between high concentration flotation and general flotation when the inflating volume and pulp density get the optimal level，the results showed that productivity of cleaned coal increased 0.74%and ash content of coal increased 2.73%，which revealed that high concentration slime water flotation has significant flotation effect.

high concentration slime water，aeration quantity，pulp density，flotation effect

TD946

A

張遲強(qiáng)（1990-），男，山東濟(jì)寧人，礦物加工專業(yè)在讀研究生，主要研究方向為細(xì)粒煤分選。