常村煤礦選煤廠煤泥浮選藥劑制度優(yōu)化研究

馬 超，王文賓，董連平，李志紅

(1.山西潞安環(huán)保與能源股份有限公司 常村煤礦選煤廠，山西 長治 040006；2.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024)

常村煤礦選煤廠隸屬于潞安環(huán)保與能源有限公司常村煤礦，新建重介車間采用預(yù)先脫泥、50～1 mm由無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選、1～0.25 mm粗煤泥干擾床分選機(jī)分選、<0.25 mm細(xì)煤泥浮選的工藝流程。選煤廠生產(chǎn)灰分≤10.5%的精煤，通過2臺XJM-S20機(jī)械攪拌式浮選機(jī)經(jīng)一段浮選得到精煤和尾煤。工業(yè)實(shí)踐中存在浮選尾煤灰分偏低、資源損失嚴(yán)重的現(xiàn)象，文章以常村煤礦選煤廠<0.25 mm原生煤泥為對象，進(jìn)行了浮選藥劑制度的優(yōu)化研究。

1 樣品及試驗(yàn)方法

1.1 煤泥粒度組成

煤泥粒度組成是影響其浮選效果的重要因素之一，特別是其中的細(xì)泥含量，會嚴(yán)重惡化煤泥的浮選效果[1-3]。常村煤礦選煤廠<0.25 mm原生煤泥的粒度分布結(jié)果見表1。

表1 煤泥試樣的粒度組成Table 1 Size analysis of test sample %

由表1可以看出，除<0.045 mm粒級外，其余各粒級煤樣的灰分相近，說明煤質(zhì)相對均勻。<0.045 mm粒級灰分明顯高于其他粒級以及試樣平均灰分，說明矸石存在一定的泥化現(xiàn)象，且該粒級產(chǎn)率高達(dá)34.85%，為煤泥樣品中的主導(dǎo)粒級，浮選過程中可能會造成選擇性降低。

1.2 煤泥礦物組成

煤泥中的礦物種類及含量也是影響浮選效果的重要因素之一[4-5]。采用X射線衍射方法對常村煤礦選煤廠煤泥試樣的礦物組成進(jìn)行分析，圖1為煤泥試樣的XRD譜圖。

圖1 煤泥試樣的XRD譜圖

由圖1可以看出，常村煤礦選煤廠煤泥中的礦物成分主要是石英和高嶺石。其中，石英是一種親水性礦物，浮選過程中容易與煤粒分離；而高嶺石是一種粘土類礦物，遇水極易泥化成細(xì)小顆粒，使煤漿增大粘性，細(xì)泥通過機(jī)械夾帶或在粗粒煤表面罩蓋進(jìn)入精煤，影響煤泥浮選效果[6-7]。

1.3 試驗(yàn)方法

采用實(shí)驗(yàn)室浮選機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，其中：浮選機(jī)槽體容積為1.5 L，葉輪轉(zhuǎn)速為1 800 r/min，充氣量為0.2 m3/(m2·min)，礦漿濃度為80 g/L。依據(jù)GB/T 30046—2013《煤粉(泥)浮選試驗(yàn)》，以現(xiàn)場藥劑與煤油、仲辛醇的不同組合進(jìn)行浮選試驗(yàn)，以精煤產(chǎn)率、精煤灰分和尾煤灰分作為評定浮選試驗(yàn)效果的指標(biāo)。

2 結(jié)果與討論

2.1 藥劑用量探索試驗(yàn)

藥劑是調(diào)控煤泥浮選效果的重要手段[8-10]。采用現(xiàn)場捕收劑和現(xiàn)場起泡劑組合進(jìn)行藥劑用量探索試驗(yàn)。首先，固定起泡劑用量為80 g/t，考查捕收劑用量對煤泥浮選效果的影響，不同條件下的試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 現(xiàn)場捕收劑用量探索試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Result of test on dosage of collector %

由表2可以看出，在起泡劑用量為80 g/t時，隨捕收劑用量的增加，浮選精煤產(chǎn)率提高，精煤灰分增大，但均明顯低于要求的精煤灰分；尾煤灰分隨藥劑用量的增加而增大，但在選擇的藥劑用量下，其灰分始終低于60.0%。為進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)場藥劑組合作用下的煤泥浮選結(jié)果，固定捕收劑用量為1 000 g/t，改變起泡劑用量進(jìn)行浮選試驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 現(xiàn)場起泡劑用量探索試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Result of test on dosage of frother %

由表3可以看出，在捕收劑用量一定時，隨起泡劑用量的增加，精煤產(chǎn)率提高，精煤灰分變化不明顯。在起泡劑用量增加至120 g/t時，浮選尾煤灰分可以達(dá)到65.49%。

綜合分析，對常村煤礦選煤廠<0.25 mm原生煤泥采用現(xiàn)場藥劑組合時，為實(shí)現(xiàn)資源的高效回收，藥劑用量以捕收劑1 000 g/t、起泡劑120 g/t為宜。通過浮選可得到產(chǎn)率為81.29%、灰分為8.61%的精煤，但藥劑用量偏高。

2.2 藥劑組合優(yōu)化試驗(yàn)

為進(jìn)一步考查現(xiàn)場浮選藥劑的性能與分選效果，將其分別與傳統(tǒng)浮選藥劑煤油或仲辛醇進(jìn)行組合。在起泡劑用量為80 g/t時，不同藥劑組合對應(yīng)的浮選試驗(yàn)結(jié)果見表4。為便于比較，同時列出煤油與仲辛醇組合時的浮選試驗(yàn)結(jié)果，圖2所示為不同藥劑組合作用下的浮選精煤可燃體回收率。

表4 藥劑組合優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Result of test on optimum combination of reagents %

圖2 不同藥劑組合作用下的浮選精煤可燃體回收率

由表4和圖2可以看出，不同藥劑組合對煤泥浮選效果影響顯著，且捕收劑與起泡劑存在一定的交互作用。相同浮選條件下，現(xiàn)場捕收劑與仲辛醇起泡劑組合作用時獲得的浮選指標(biāo)最佳，藥劑用量分別為600 g/t和80 g/t時，可使尾煤灰分達(dá)到75.0%以上，精煤可燃體回收率達(dá)到95.58%。與仲辛醇起泡劑配合時，現(xiàn)場捕收劑的作用性能優(yōu)于煤油捕收劑。但是，現(xiàn)場起泡劑與煤油捕收劑配合時的浮選效果最差，甚至低于其與現(xiàn)場捕收劑的作用效果。無論其與煤油捕收劑，還是與現(xiàn)場捕收劑配合，均需在較高的藥劑用量下才能獲得較好的浮選指標(biāo)?？梢?，捕收劑與起泡劑之間存在一定的交互作用，現(xiàn)場使用的起泡劑效果欠佳。

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果，在選擇的藥劑種類和用量范圍內(nèi)，精煤灰分均低于10.0%，符合工業(yè)生產(chǎn)要求。

從資源回收的角度講，應(yīng)使尾煤灰分達(dá)到65.0%，甚至在70.0 %以上。對傳統(tǒng)煤油/仲辛醇藥劑組合，控制煤油用量為600 g/t，仲辛醇用量為80 g/t，精煤產(chǎn)率為82.75%，尾煤灰分接近70.0%，可燃體回收率為93.43%。與之相比較，現(xiàn)場捕收劑和仲辛醇起泡劑組合，可在相同藥劑用量下獲得相近浮選指標(biāo)，且效果略優(yōu)于煤油/仲辛醇組合。而現(xiàn)場起泡劑的性能欠佳，無論與煤油捕收劑組合，還是與現(xiàn)場捕收劑組合，獲得相近浮選指標(biāo)時均需較高的藥劑用量。即幾種藥劑組合的作用效果優(yōu)劣順序?yàn)椋含F(xiàn)場捕收劑/仲辛醇組合>煤油/仲辛醇組合>現(xiàn)場藥劑組合>煤油/現(xiàn)場起泡劑組合。

3 結(jié)論

常村煤礦選煤廠<0.25 mm原生煤泥中細(xì)泥含量較高，影響浮選過程的選擇性，藥劑種類和用量對浮選效果有顯著影響。

(1)不同藥劑組合作用下的煤泥浮選效果不同，捕收劑與起泡劑之間存在一定的交互作用，實(shí)踐中應(yīng)通過試驗(yàn)加以確定。

(2)現(xiàn)場使用的捕收劑性能較好，與仲辛醇起泡劑配合時，在捕收劑用量600 g/t、起泡劑用量80 g/t時，可得到產(chǎn)率為85.38%、灰分為9.43%的精煤，尾煤灰分為75.52%，精煤可燃體回收率為95.58%。

(3)現(xiàn)場使用的起泡劑性能欠佳，相近分選指標(biāo)下，需要較高的藥劑用量。

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