浮選藥劑制度對煤泥降灰脫硫效果的影響研究

甄 亮

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030000）

1 引言

硫是煤炭中普遍存在的一種元素，對于煤炭的后續(xù)應(yīng)用百害無利，因此脫硫?qū)τ诿禾肯催x來說是一個(gè)始終無法回避并且應(yīng)當(dāng)引起足夠重視的問題。隨著煤炭開采深度的增加，煤泥含量及原煤硫分均呈現(xiàn)上升趨勢。目前，煤泥的洗選仍是以浮選為主，但由于無機(jī)硫中的黃鐵礦硫在大氣環(huán)境下一般會表現(xiàn)出較好的可浮性，因此當(dāng)藥劑制度不合理時(shí)會造成浮精灰分及硫分的大幅上升，對于最終精煤產(chǎn)品質(zhì)量的控制相當(dāng)不利。本文以古交地區(qū)屯蘭選煤廠浮選入料為試驗(yàn)煤樣進(jìn)行浮選試驗(yàn)，對不同浮選藥劑制度下的浮選降灰脫硫效果進(jìn)行考察，為優(yōu)化浮選藥劑制度、改善煤泥脫硫效果提供試驗(yàn)參考。

2 樣品及藥劑準(zhǔn)備

本文以古交地區(qū)屯蘭選煤廠浮選入料為試驗(yàn)樣品，樣品基本性質(zhì)如表1所示。對其進(jìn)行小篩分試驗(yàn)，數(shù)據(jù)如表2所示。

表1 試驗(yàn)樣品基本性質(zhì)（空氣干燥基）

表2 試驗(yàn)樣品小篩分?jǐn)?shù)據(jù)表

如表1所示，該樣品硫分較高，全硫?yàn)?.28%，其中無機(jī)硫主要是硫化鐵礦，其含量占到了硫總量的63.59%，其余則以有機(jī)硫形態(tài)存在。

如表2小篩分?jǐn)?shù)據(jù)所示，該浮選入料存在5.92%的+0.5mm顆粒，一般情況下這對于浮選來說屬于超限顆粒，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)注意控制這部分粒級的含量。在-0.5mm各粒級中，-0.125mm粒級含量遠(yuǎn)高于0.5～0.125mm粒級，并且-0.125mm中各粒級的產(chǎn)率分布相對均勻，這部分的累積產(chǎn)率達(dá)到了64.91%。隨著粒度的減小，樣品灰分逐漸升高，硫分也逐漸升高。其中，灰分逐漸升高說明該樣品中矸石相對易碎，高灰組分在細(xì)粒級中相對集中。同時(shí)，由表1中數(shù)據(jù)可知，該樣品中無機(jī)硫占比要高于有機(jī)硫，而無機(jī)硫主要存在于成灰組分中，因此隨著粒度減小，硫分也呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢。此外，對于+0.125mm的各粒級，隨著粒度的減小，灰分和硫分分布相對穩(wěn)定，說明對于該樣品來說，當(dāng)粒度小于0.125mm時(shí)，矸石（包括無機(jī)硫）與煤巖組分的解離程度相對較好。

本文采用浮選試驗(yàn)對樣品脫硫效果進(jìn)行優(yōu)化，所用藥劑主要是不同用途的浮選藥劑，如表3所示。

表3 試驗(yàn)藥劑表

3 試驗(yàn)分析

本文采用實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)對煤泥浮選脫硫效果進(jìn)行考察，主要變量為捕收劑、起泡劑及抑制劑用量。各組試驗(yàn)中固定不變的試驗(yàn)參數(shù)為：浮選入料濃度100g/L、入浮礦漿1.5L、刮泡時(shí)間3min、主軸轉(zhuǎn)速1800r/min。試驗(yàn)結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)浮精產(chǎn)率、灰分及硫分，并繪制相應(yīng)折線圖。

3.1 捕收劑用量對煤泥浮選脫硫效果的影響

僅使用起泡劑和捕收劑進(jìn)行浮選試驗(yàn)，起泡劑用量固定為90g/t，捕收劑用量分別為600g/t、800g/t、1000g/t、1200g/t、1400g/t，試驗(yàn)后統(tǒng)計(jì)浮精產(chǎn)率、灰分及硫分，并繪制折線圖如圖1。

如圖1所示，隨著捕收劑用量的增加，浮精產(chǎn)率逐漸升高，當(dāng)捕收劑用量達(dá)到1200g/t后，浮精產(chǎn)率趨于穩(wěn)定；而浮精灰分和硫分均呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢，并且在捕收劑用量為1000g/t時(shí)，浮精灰分及硫分均出現(xiàn)最低值。這說明，在捕收劑用量增加后，由于捕收劑的總捕收能力變大，因此有更多的精煤組分進(jìn)入浮精，這在一定程度上導(dǎo)致浮精中矸石組分占比相對降低，因此灰分降低；同時(shí)，由于精煤組分中的硫分主要是有機(jī)硫，并且有機(jī)硫含量低于捕收劑用量為600g/t時(shí)的浮精硫分，因此隨著捕收劑用量的增多，浮精硫分也出現(xiàn)一定程度的降低。但當(dāng)捕收劑用量進(jìn)一步增多后，其選擇性將會惡化，更多的高灰組分進(jìn)入浮精，造成灰分升高，尤其是更多的硫鐵礦硫也隨捕收劑進(jìn)入浮精，最終導(dǎo)致硫分再次升高。綜合以上分析，本文認(rèn)為最佳的捕收劑用量應(yīng)為1000g/t，此時(shí)的浮選脫灰降硫效果最佳。

圖1 不同捕收劑用量下浮選效果變化

3.2 起泡劑用量對煤泥浮選脫硫效果的影響

在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，仍僅使用起泡劑和捕收劑進(jìn)行浮選試驗(yàn)，捕收劑用量固定為1000g/t，起泡劑用量分別為 70g/t、90g/t、110g/t、130g/t、150g/t，試驗(yàn)后統(tǒng)計(jì)浮精產(chǎn)率、灰分及硫分，并繪制折線圖如圖2。

如圖2所示，當(dāng)起泡劑用量增加后，浮精產(chǎn)率逐漸上升，但上升幅度較??；當(dāng)起泡劑用量不大于110 g/t時(shí)，浮精灰分及硫分基本保持穩(wěn)定，當(dāng)起泡劑用量大于110g/t時(shí)，浮精灰分及硫分均升高，但硫分的上升幅度相對較小。造成這些結(jié)果的原因：一方面在于起泡劑用量的增多使得用于發(fā)生礦化作用的氣泡產(chǎn)生一定程度的增多，有利于浮精產(chǎn)率的提高，但由于捕收劑用量一定，捕收能力有限，因此浮精產(chǎn)率的上升幅度較小；另一方面，起泡劑用量過多后，氣泡的穩(wěn)定性更好，但過好的穩(wěn)定性使得氣泡在泡沫層中進(jìn)行二次富集作用時(shí)不能發(fā)生合理破裂，即部分吸附了矸石組分的氣泡變得過于穩(wěn)定，無法在二次富集作用下返回礦漿中，引入最終浮精，造成灰分即硫分升高，但由于二次富集作用屬于補(bǔ)充富集作用，因此其對浮精灰分及硫分的影響程度相對較小。最終確定，最佳的起泡劑用量為110g/t。

圖2 不同起泡劑用量下浮選效果變化

3.3 抑制劑用量對煤泥浮選脫硫效果的影響

捕收劑和起泡劑的最佳用量分別為1000g/t和110g/t，在這一藥劑用量下增加使用氧化鈣作為抑制劑，抑制劑用量分別為300g/t、600g/t、900g/t、1200g/t，試驗(yàn)后統(tǒng)計(jì)浮精產(chǎn)率、灰分及硫分，并繪制折線圖如圖3。

如圖3所示，使用抑制劑后的浮精產(chǎn)率有所上升，并且隨著抑制劑用量的增加，浮精產(chǎn)率持續(xù)上升，但這種上升的總體幅度較小；浮精灰分和硫分均降低，當(dāng)抑制劑用量達(dá)到900g/t后，繼續(xù)增加抑制劑用量時(shí)灰分和硫分基本保持不變。現(xiàn)有研究表明，氧化鈣作為抑制劑時(shí)，其主要作用機(jī)理是水解出的OH-離子與硫鐵礦發(fā)生反應(yīng)生成親水性較好的氫氧化鐵和氫氧化亞鐵，通過這種方式使硫鐵礦的可浮性惡化，從而達(dá)到脫硫的效果。同時(shí)，氧化鈣溶于水形成的氫氧化鈣還可以發(fā)揮一定的凝聚作用，使細(xì)小的無機(jī)礦物顆粒發(fā)生聚沉，從而達(dá)到一定的降灰效果。綜合以上分析可以確定，以氧化鈣作為抑制劑可以有效改善浮選效果，起到降灰脫硫的效果，最佳用量為900g/t。

圖3 不同抑制劑用量下浮選效果變化

4 結(jié)論

本文以古交地區(qū)屯蘭選煤廠浮選入料為試驗(yàn)樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)，通過改變捕收劑、起泡劑及抑制劑的用量，研究合理有效的浮選藥劑制度，進(jìn)一步改善當(dāng)前浮選過程降灰脫硫的效果，并得到以下結(jié)論：

（1）捕收劑和起泡劑用量過多后均會造成浮精灰分及硫分的升高，其中捕收劑對浮精質(zhì)量的影響程度大于起泡劑，最佳使用量分別為捕收劑1000g/t，起泡劑110g/t；

（2）使用氧化鈣作為抑制劑可進(jìn)一步起到降灰脫硫的作用，但對浮精產(chǎn)率影響較小，最佳藥劑用量為900g/t。