王樓煤礦煤泥浮選工藝優(yōu)化研究

呂鳳新 汪文生 龍祿財(cái)

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)，北京市海淀區(qū)，100083；2.山東能源臨礦集團(tuán)王樓煤礦,山東省濟(jì)寧市，272000)

★ 煤炭科技·加工轉(zhuǎn)化★

王樓煤礦煤泥浮選工藝優(yōu)化研究

呂鳳新1,2汪文生1龍祿財(cái)2

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)，北京市海淀區(qū)，100083；2.山東能源臨礦集團(tuán)王樓煤礦,山東省濟(jì)寧市，272000)

針對(duì)山東能源臨礦集團(tuán)王樓煤礦煤泥中細(xì)粒含量較高且灰分較高等問題，進(jìn)行了煤泥的粒度組成、礦物組成、分步釋放以及速度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著浮選進(jìn)行易浮顆粒含量減少，物料可浮性變差，高灰細(xì)顆粒對(duì)泡沫產(chǎn)品的污染越來越嚴(yán)重，對(duì)一次粗選精煤進(jìn)行粒度分析表明，一次粗選后精煤細(xì)粒含量高達(dá)8.47%，灰分達(dá)31.14%，對(duì)精煤品質(zhì)產(chǎn)生較大影響。在捕收劑為400 g/t和起泡劑為60 g/t的最佳藥劑制度條件下，對(duì)煤泥進(jìn)行一粗一精兩段浮選，可以得到產(chǎn)率為66.20%、灰分為11.30%的精煤，與一次粗選相比，精煤產(chǎn)品中細(xì)顆粒含量降到6.24%，降幅明顯且對(duì)精煤品質(zhì)影響較小。兩段浮選工藝可有效降低精煤灰分，提高精煤品質(zhì)，解決了高灰細(xì)泥夾帶問題，滿足了生產(chǎn)需求。

高灰細(xì)粒 可浮性變化 兩段浮選

我國(guó)選煤廠常規(guī)的煤泥浮選流程是一次粗選，因而灰分低的粗粒在浮選精煤中的分配率一般較低，而細(xì)粒在精煤中的分配率較高，并最終導(dǎo)致粗粒不能高效回收損失在尾煤中，高灰細(xì)泥則隨氣泡進(jìn)入到精煤中增加精煤灰分。微細(xì)粒雜質(zhì)由于比表面積大、質(zhì)量小和表面能高，首先吸附大量藥劑，占據(jù)大量氣泡表面并覆蓋粗顆粒，更加劇了粗粒的“跑粗”現(xiàn)象，因此煤泥浮選中微細(xì)粒和粗粒的高精度分選是回收的難點(diǎn)和重點(diǎn)。在浮選過程中，為了減少非目的細(xì)粒礦物的影響往往采取降低浮選強(qiáng)度，增大藥劑選擇性等犧牲處理量和回收率的方法，對(duì)選煤廠的生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著浮選過程的進(jìn)行，精煤灰分呈逐步升高的趨勢(shì)，粗粒級(jí)所占比例逐漸增高，細(xì)粒低灰的易浮粒級(jí)優(yōu)先浮出，高灰難浮物料則在浮選后期浮出，即煤泥可浮性在浮選過程中是一個(gè)不斷變化的過程。因此，浮選條件固定的一次粗選顯然不能適應(yīng)物料性質(zhì)隨著分選過程逐漸變化的狀況，達(dá)到最佳的分選效果。

本文以山東能源臨礦集團(tuán)王樓煤礦(以下簡(jiǎn)稱王樓煤礦)煤泥為研究對(duì)象，研究?jī)啥胃∵x工藝在煤泥浮選中的應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)煤泥的高效分選和精煤品質(zhì)的提高，完成煤泥浮選工藝的優(yōu)化，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 煤泥特性及可浮性分析

1.1 粒度組成

浮選試驗(yàn)入料煤樣采自王樓煤礦-0.5 mm原生煤泥，煤樣粒度組成見表1。

表1 煤樣粒度組成

由表1可以看出，浮選入料總體灰分較高達(dá)33.72%，其中混有少量+0.500 mm的粗顆粒，產(chǎn)率為4.96%，且灰分為28.34%，說明在選煤廠生產(chǎn)中分級(jí)設(shè)備分級(jí)效果不太理想。浮選入料為-0.500 mm煤泥中各粒級(jí)含量比較接近，不能通過分級(jí)浮選的方式進(jìn)行。隨著粒度的不斷減小，煤泥灰分不斷增高，其中-0.074 mm粒級(jí)產(chǎn)率為25.24%，且灰分極高，達(dá)到60.68%，這部分細(xì)粒容易因夾帶、黏附作用進(jìn)入精煤，影響精煤質(zhì)量。

1.2 礦物組成分析

煤中伴生礦物種類和性質(zhì)對(duì)煤的可浮性影響較大，直接關(guān)系到煤泥浮選效果，對(duì)煤樣進(jìn)行X-射線衍射測(cè)試，以分析煤泥中礦物組成，測(cè)試結(jié)果見圖1。

圖1 入浮煤泥X-射線衍射圖

由圖1可以看出，入浮煤泥中含有較多的脈石礦物，其中主要是高嶺石、石英和蒙脫石，此外還含有少量方解石、磁鐵礦以及其他礦物雜質(zhì)。其中，高嶺石、蒙脫石屬于極易泥化的黏土礦物，在浮選過程中容易產(chǎn)生高灰細(xì)泥，形成次生煤泥，對(duì)后續(xù)浮選過程會(huì)造成不利影響，增加后續(xù)浮選的難度。

1.3 分步釋放試驗(yàn)

分步釋放試驗(yàn)依據(jù)煤泥在氣泡上粘附的牢固程度，將其分離成具有不同灰分的組分，分步釋放曲線能夠較真實(shí)地反應(yīng)精煤的產(chǎn)率與灰分的關(guān)系。為確定煤泥可浮性，試驗(yàn)按照我國(guó)《選煤實(shí)驗(yàn)室分步釋放浮選試驗(yàn)方法》(MT144-86)進(jìn)行。分布釋放浮選試驗(yàn)結(jié)果見表2，分布釋放浮選曲線如圖2所示。

β-精煤產(chǎn)率-灰分曲線；ν-尾煤產(chǎn)率-灰分曲線；η-分選次數(shù)-精煤產(chǎn)率曲線圖2 分步釋放浮選曲線

由圖2和表2可以看出，當(dāng)要求精煤灰分為11%時(shí)，精煤產(chǎn)率為65%，此時(shí)可燃體回收率為85.44%，根據(jù)可燃體回收率指標(biāo)判定煤泥可浮性等級(jí)為易浮。從分步釋放試驗(yàn)結(jié)果來看，通過浮選法可以得到符合要求的浮選精煤和浮選尾煤。當(dāng)精煤灰分小于10%時(shí)，精煤產(chǎn)率隨著精煤灰分的增加而快速增加；當(dāng)精煤灰分大于10%時(shí)，精煤產(chǎn)率隨著精煤灰分的增加增長(zhǎng)緩慢，此時(shí)高灰細(xì)泥對(duì)精煤品質(zhì)的影響越來越顯著。

1.4 浮選速度試驗(yàn)

按照 《煤粉(泥)實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)方法》(GB/T 4757-2001)進(jìn)行浮選速度試驗(yàn)。浮選時(shí)間共2.5 min，按依次20 s、20 s、20 s、30 s和60 s刮泡分別收集精一、精二、精三、精四和精五共5個(gè)精煤產(chǎn)品，浮選速度試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 浮選速度試驗(yàn)結(jié)果 %

由表3可以看出，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行精煤產(chǎn)率不斷降低，浮選產(chǎn)物灰分不斷升高，原因是在浮選過程中，可浮性好的物料首先粘附在泡沫上，隨泡沫進(jìn)入到精煤產(chǎn)品中。隨著可浮性好的物料不斷減少，可浮性差的物料比重不斷增加，在浮選機(jī)的攪拌下，通過機(jī)械擾動(dòng)和泡沫夾帶不斷進(jìn)入到精煤中，造成精煤灰分的不斷升高，品質(zhì)不斷下降，浮選時(shí)間越長(zhǎng)，高灰細(xì)泥進(jìn)入精煤的現(xiàn)象越嚴(yán)重。

通過測(cè)定接觸角來判斷煤泥可浮性，不同時(shí)間浮選產(chǎn)品接觸角變化趨勢(shì)見圖3。

由圖3可以看出，隨著浮選過程的進(jìn)行，泡沫產(chǎn)品接觸角逐漸減小，疏水性減弱顯示煤泥可浮性的降低，因此隨著浮選的進(jìn)行，浮選槽內(nèi)剩余物料變得越來越難選。一次浮選無法協(xié)調(diào)粗、細(xì)顆粒煤泥關(guān)于捕收劑捕收性和選擇性以及對(duì)浮選條件強(qiáng)度要求的矛盾，更無法適應(yīng)浮選過程中物料可浮性的非線性變化，因此提出一粗一精的兩段分選流程。

圖3 泡沫產(chǎn)品接觸角變化趨勢(shì)圖

2 浮選工藝試驗(yàn)

2.1 一次浮選流程

2.1.1 一次浮選探索試驗(yàn)

為了初步確定煤泥分選條件，進(jìn)行常規(guī)煤泥浮選探索試驗(yàn)。浮選機(jī)采用實(shí)驗(yàn)室用單槽1.0 L浮選機(jī)，充氣量為 0.25 m3/h, 浮選機(jī)的參數(shù)如下：轉(zhuǎn)速為1900 r/min、捕收劑選用柴油、起泡劑選用仲辛醇、煤漿質(zhì)量濃度為80 g/L以及浮選流程為一次粗選。煤泥浮選-捕收劑條件浮選試驗(yàn)結(jié)果見表4，煤泥浮選-藥劑條件浮選試驗(yàn)指標(biāo)曲線如圖4所示。

表4 煤泥浮選-捕收劑條件浮選試驗(yàn)結(jié)果

圖4 煤泥浮選-藥劑條件浮選試驗(yàn)指標(biāo)曲線

由表4和圖4可以看出，在其它浮選條件固定時(shí)，隨著藥劑用量的增大，精煤產(chǎn)率和灰分均有所增加。起泡劑用量固定，捕收劑用量從400 g/t增加到1000 g/t時(shí)，精煤產(chǎn)率增加不明顯，精煤灰分從13.46%增加到15.67%，因此選取捕收劑用量400 g/t；固定捕收劑用量，起泡劑從60 g/t增加到120 g/t過程中，產(chǎn)率增加亦不明顯，用量為80 g/t時(shí)，精煤灰分從13.83%增加到14.21%，灰分增加明顯，綜合試驗(yàn)結(jié)果，最佳浮選藥劑用量選取捕收劑為400 g/t，起泡劑為60 g/t。

2.1.2 一次浮選穩(wěn)定試驗(yàn)

在最佳浮選藥劑條件下對(duì)煤泥進(jìn)行一次浮選，煤泥一次浮選流程如圖5所示，浮選試驗(yàn)結(jié)果見表4。

在起泡劑用量為60 g/t，捕收劑用量為400 g/t的條件下，一次浮選可以得到精煤的灰分為14.36%，產(chǎn)率為70.59%，可燃體回收率為91.15%，可以看出雖然浮選產(chǎn)品產(chǎn)率較高，但灰分不能滿足產(chǎn)品要求，表明有大量高灰顆粒夾雜在精煤中未能得到有效分選。尾煤產(chǎn)率為29.41%，灰分為80.05%，說明浮選過程中煤粒損失在尾煤中較少，對(duì)精煤產(chǎn)率影響較小。

圖5 煤泥一次浮選流程圖

2.2 一粗一精兩段浮選流程

針對(duì)一次浮選流程中細(xì)顆粒不能得到有效分選的問題，對(duì)煤泥進(jìn)行精煤再選試驗(yàn)，精煤再選建立在一次浮選之上，即在煤漿質(zhì)量濃度為80 g/L、起泡劑用量為60 g/t、捕收劑用量為400 g/t的條件下進(jìn)行一次浮選，將浮選出的粗精煤混合進(jìn)行二次精選，二次精選的煤漿質(zhì)量濃度為60 g/L，煤漿攪拌時(shí)間為1 min，煤泥一粗一精試驗(yàn)流程如圖6所示，精煤再選試驗(yàn)結(jié)果見表5。

實(shí)驗(yàn)室浮選試驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)室起泡劑用量為60 g/t、捕收劑用量為400 g/t條件下，一次浮選可以得到的粗精煤灰分為14.36%，產(chǎn)率為70.59%，再加一次精選可以得到精煤產(chǎn)率為66.20%，將精煤灰分由14.36%降到11.30%?？梢园l(fā)現(xiàn)一粗一精工藝對(duì)降低浮選精煤灰分效果明顯，有利于精煤品質(zhì)的提高。

圖6 煤泥一粗一精浮選流程圖

藥劑制度起泡劑/g·t-1捕收劑/g·t-1產(chǎn)品產(chǎn)率/%灰分/%可燃體回收率/%60400浮精705914369115尾煤29418005885合計(jì)10000337510000

表5 煤泥一粗一精浮選試驗(yàn)結(jié)果

2.3 產(chǎn)品粒度對(duì)比分析

對(duì)一次浮選和一粗一精兩段浮選進(jìn)行產(chǎn)品粒度分析，產(chǎn)品粒度對(duì)比分析見表6。

由表6可以看出，一次浮選尾煤各粒級(jí)的灰分都在74%以上，說明粗顆粒沒有損失在尾礦中。一次浮選精煤產(chǎn)品中0.075～0.125 mm含量11.82%，灰分明顯高于前面粒級(jí)，造成這種情況的原因是無機(jī)礦物和煤粒之間以連生體的形式存在。-0.075 mm粒級(jí)產(chǎn)率8.47%，灰分高達(dá)31.14%，與以上各粒度級(jí)相比，此粒級(jí)的灰分明顯變高，說明這部分煤泥的非可燃體含量較多，即有大量高灰細(xì)粒由于粘附作用、機(jī)械擾動(dòng)以及泡沫夾帶等方式進(jìn)入的精煤產(chǎn)品。

一粗一精浮選流程各粒級(jí)產(chǎn)品相較于一次浮選，都能拋除一部分高灰顆粒，品質(zhì)均有所提高，尤其以-0.075 mm粒級(jí)拋除效果最好，拋除部分占總?cè)肓?.23%，拋除部分灰分達(dá)65.17%，將-0.075 mm粒級(jí)灰分由31.14%降到17.98%，產(chǎn)率由8.47%降到6.24%，雖然細(xì)粒部分灰分依然偏高，但總體產(chǎn)率較小，對(duì)精煤灰分影響較小，因此可以說明一粗一精兩段浮選流程在減少細(xì)泥夾帶，降低精煤產(chǎn)率，提高精煤品質(zhì)方面有較好表現(xiàn)。

表6 產(chǎn)品粒度對(duì)比分析表

3 結(jié)論

(1)浮選入料的粒度分析結(jié)果表明：入料中-0.075 mm粒級(jí)的產(chǎn)率為25.24%，灰分高達(dá)60.68%，該粒級(jí)灰分明顯高于其它粒級(jí)，且含量較高，在浮選過程中極易造成高灰細(xì)泥的污染。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，精煤產(chǎn)率不斷降低，浮選產(chǎn)物灰分不斷升高，原因是在浮選過程中，可浮性好的物料，首先粘附在泡沫上，隨泡沫進(jìn)入到精煤產(chǎn)品中。隨著可浮性好的物料不斷減少，可浮性差的物料比重不斷增加，在浮選機(jī)的攪拌下，通過機(jī)械擾動(dòng)和泡沫夾帶不斷進(jìn)入到精煤中，造成精煤灰分的不斷升高，品質(zhì)不斷下降，浮選時(shí)間越長(zhǎng)，高灰細(xì)泥進(jìn)入精煤的現(xiàn)象越嚴(yán)重。

(2)在起泡劑用量為60 g/t、捕收劑用量為400 g/t的條件下，一次浮選可以得到的精煤灰分為14.36%，產(chǎn)率為70.59%，可燃體回收率91.15%，可以看出雖然浮選產(chǎn)品產(chǎn)率較高，但灰分不能滿足產(chǎn)品要求。粒度分析和礦物組成分析結(jié)果表明：一次浮選精煤產(chǎn)品中-0.075 mm粒級(jí)產(chǎn)率和灰分較高，說明這部分煤泥的非可燃體含量較多，即有大量高灰細(xì)粒由于粘附作用、機(jī)械擾動(dòng)以及泡沫夾帶等方式進(jìn)入的精煤產(chǎn)品。

(3)實(shí)驗(yàn)室一粗一精兩段浮選試驗(yàn)結(jié)果表明：精煤再選可以得到精煤產(chǎn)率為66.20%，浮選精煤灰分由14.36%降到11.30%，高灰細(xì)粒拋除效果明顯。實(shí)驗(yàn)室一粗一精工藝可有效降低浮選精煤灰分，對(duì)干擾精煤品質(zhì)的高灰細(xì)粒部分有較好的分選效果。浮選精煤灰分降低有利于重選效果的提高，重選精煤不再需要為浮選精煤灰分背灰，為選煤廠運(yùn)營(yíng)和管理帶來方便。

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StudyoncoalslimeflotationprocessoptimizationinWanglouCoalMine

Lv Fengxin1,2, Wang Wensheng1, Long Lucai2

(1.China University of Mining and Technology, Beijing, Haidian, Beijing 100083, China; 2. Wanglou Coal Mine of Shandong Energy Linyi Mining Group, Jining, Shandong 272000, China)

Aiming at the high fines content and high ash in coal slime of Wanglou Coal Mine of Shandong Energy Linyi Mining Group, experimental study on size composition, mineral composition, regressive release and speed of coal slime proved that with the process of flotation, the easy-floating particles content decreased and the floatability of material became bad, and the pollution of high-ash fine slime on froth product became more and more serious. The size analysis of the clean products of single-stage roughing showed that the fines content of clean coal was up to 8.47%, with a high ash content of 31.14%, which had a great impact on the quality of the clean coal. Under the condition of the best agent regime with a collector concentration of 400 g/t and a foaming agent concentration of 60 g/t, the yield of clean coal under two-stage flotation was 66.20%, with a ash content of 11.30%, and the fines content in the clean coal products dropped to 6.24% comparing to single-stage roughing, that showed a significant decline in fines content and less impact on the quality of clean coal. The two-stage flotation could effectively reduce the ash content and improve the quality of clean coal, solve the problem of high-ash fine slime and meet the production needs.

high-ash fine slime, floatability change, two-stage flotation

呂鳳新，汪文生，龍祿財(cái). 王樓煤礦煤泥浮選工藝優(yōu)化研究[J]. 中國(guó)煤炭，2017，43(12):127-132.

Lv Fengxin, Wang Wensheng, Long Lucai. Study on coal slime flotation process optimization in Wanglou Coal Mine [J]. China Coal, 2017, 43(12):127-132.

TD943

A

呂鳳新(1974-)，男，山東臨沂人，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事煤炭洗選、煤礦機(jī)電設(shè)備管理和技術(shù)等方面的研究。

(責(zé)任編輯 王雅琴)