不同密度細(xì)粒煤泥摻配粗粒煤浮選研究

王清權(quán)，王艷春，霍怡屹

(1.同煤集團(tuán)大地選煤工程有限責(zé)任公司 塔山選煤廠，山西 大同 037000；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)，北京 100083)

隨著煤炭開(kāi)采技術(shù)的機(jī)械化和自動(dòng)化，原煤中細(xì)粒煤泥的含量大幅度增加。寬粒級(jí)浮選會(huì)產(chǎn)生很多問(wèn)題，其中最突出的問(wèn)題就是細(xì)粒煤對(duì)浮選過(guò)程的影響。細(xì)粒煤的特點(diǎn)是粒度小，重力作用不明顯，比表面積大，表面能高。在礦漿中，細(xì)粒煤泥的動(dòng)量小，不容易克服水化膜作用，實(shí)現(xiàn)與氣泡的粘附較為困難，從而導(dǎo)致很多疏水性的細(xì)粒精煤難以實(shí)現(xiàn)和氣泡的附著形成礦化氣泡。且高灰細(xì)泥容易通過(guò)夾帶或罩蓋作用進(jìn)入精煤，污染精煤產(chǎn)品。人們通常的認(rèn)識(shí)是高灰細(xì)泥對(duì)浮選過(guò)程的影響最大，卻忽略了中密度細(xì)粒煤泥細(xì)粒，針對(duì)這一問(wèn)題，本文研究了不同密度煤泥對(duì)浮選的影響。[1-7]

1 試驗(yàn)方法

1.1 煤樣準(zhǔn)備

試驗(yàn)煤樣來(lái)自開(kāi)灤集團(tuán)某選煤廠的浮選入料和重選精煤(25～3mm)。浮選入料灰分24.78%，重選精煤灰分為9.74%，將浮選入料和重選精煤各自完全混勻后自然晾干。

先使用BM-三輥四筒棒磨機(jī)對(duì)重選精煤進(jìn)行粗磨，時(shí)間3min；再對(duì)粗磨后的重選精煤按照《煤樣的制備方法》(GB 474—2008)分別以0.5mm和0.125mm對(duì)粗磨后的產(chǎn)品進(jìn)行濕篩，抽濾、烘干后封袋保存，得到0.5～0.125mm的粗粒煤樣。

將-0.125mm的煤樣再次進(jìn)入棒磨機(jī)磨礦約5min。以0.074mm分別對(duì)二次磨礦產(chǎn)物和浮選入料進(jìn)行濕篩，篩下物抽濾、烘干后封袋保存。根據(jù)《煤粉浮沉實(shí)驗(yàn)方法》(GB/T 19092—2003)利用浮沉試驗(yàn)獲得不同密度細(xì)粒煤，使用苯、四氯化碳和三溴甲烷制備1.4g/cm3和1.8g/cm3的有機(jī)重液，并利用TD5A-WS型離心機(jī)對(duì)細(xì)粒煤泥進(jìn)行浮沉試驗(yàn)，得中(1.4～1.8g/cm3)、高(>1.8g/cm3)密度細(xì)粒煤(-0.074mm)，制備的細(xì)粒煤煤樣見(jiàn)表1。

表1 細(xì)粒煤制備

通過(guò)XRD試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粗粒煤灰分較低，非晶質(zhì)組分含量較高，除了非晶質(zhì)組分外，粗粒煤中還含有一定量的高嶺石。中密度細(xì)粒煤泥的組分較為復(fù)雜，均一性較差，非晶質(zhì)含量不如低密度細(xì)粒煤泥和粗粒煤含量高。其中，無(wú)機(jī)礦物質(zhì)以高嶺石、石英和黃鐵礦為主。高密度細(xì)粒煤泥灰分較高，非晶質(zhì)含量較低，無(wú)機(jī)礦物質(zhì)以高嶺石和石英為主，親水性較強(qiáng)。

1.2 浮選試驗(yàn)

分別將細(xì)粒煤泥按照質(zhì)量比10%、20%、30%、40%和50%摻入粗粒煤泥，使用XFDⅠV(0.5L)單槽浮選機(jī)進(jìn)行浮選試驗(yàn)，根據(jù)我國(guó)大部分選煤廠的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，藥劑比固定為1∶10，礦漿濃度為100g/L。為探索不同密度細(xì)粒煤對(duì)浮選藥劑用量的影響，對(duì)比最佳藥劑量下浮選產(chǎn)品指標(biāo)的變化，對(duì)不同浮選入料進(jìn)行單元浮選試驗(yàn)。固定浮選機(jī)參數(shù)為：轉(zhuǎn)速2000r/min，充氣量0.1m3/(m2·min)，刮泡速度28次/min，減少浮選機(jī)參數(shù)對(duì)浮選過(guò)程的影響。

以浮選完善指標(biāo)評(píng)價(jià)同種煤浮選效果，可燃體回收率評(píng)價(jià)不同種煤樣浮選效果，計(jì)算方法分別見(jiàn)式(1)、式(2)。

式中，η為浮選完善度；E為可燃體回收率，%；γj為浮選精煤產(chǎn)率，%；Aj為浮選精煤灰分，%；Ar為浮選入料灰分，%。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 細(xì)粒煤泥摻配浮選

2.1.1 摻配高密度細(xì)粒煤泥

高密度細(xì)粒煤泥摻配浮選試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。由精煤產(chǎn)率和灰分的變化可知，當(dāng)摻入少量(10%、20%)高密度細(xì)泥時(shí)，浮選效果惡化不明顯，當(dāng)摻入量繼續(xù)增加，浮選精煤產(chǎn)率下降較為明顯，精煤灰分較為穩(wěn)定。由于高密度細(xì)泥沒(méi)有疏水性表面，較難與氣泡結(jié)合，其進(jìn)入精煤的途徑只有泡沫水夾帶，因此對(duì)精煤灰分的影響較為平穩(wěn)。當(dāng)浮選入料中有高密度細(xì)泥存在時(shí)，藥劑量不足會(huì)導(dǎo)致浮選精煤產(chǎn)率低、灰分高。在一定程度上增加藥劑量可以降低浮選精煤灰分，且保證較高的精煤產(chǎn)率。當(dāng)浮選藥劑較高時(shí)，精煤產(chǎn)率和灰分也會(huì)隨之上升。

圖1 高密度細(xì)粒煤摻配浮選試驗(yàn)結(jié)果

2.1.2 摻配中密度細(xì)粒煤泥

中密度細(xì)粒煤摻配浮選試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，隨著中密度細(xì)粒煤摻入量的增多，浮選效果迅速惡化，精煤灰分持續(xù)快速增高，藥劑消耗量顯著增多。當(dāng)摻入量為30%及以下時(shí)，在一定范圍內(nèi)降低藥劑量可以顯著降低精煤灰分，當(dāng)摻入量達(dá)到40%后，降低浮選藥劑降灰效果不顯著，難以通過(guò)調(diào)整浮選藥劑量獲取低灰精煤。中密度細(xì)粒煤泥兼具疏水性表面和親水性表面，易與泡沫結(jié)合，可在粗顆粒表面覆蓋，也可隨泡沫夾帶，而其本身灰分較高，使浮選精煤灰分升高。

圖2 中密度細(xì)粒煤摻配浮選試驗(yàn)結(jié)果

2.2 最佳浮選藥劑量

不同密度細(xì)粒煤摻配浮選完善指標(biāo)如圖3所示。對(duì)比圖3(a)、圖2(b)曲線趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，高密度細(xì)粒煤泥摻入時(shí)，浮選完善指標(biāo)先隨著藥劑量的升高而升高，然后近乎保持水平狀態(tài)，不存在極大值點(diǎn)。這說(shuō)明，在最佳藥劑量下粗粒煤幾乎全部選出，高灰細(xì)泥在浮選機(jī)的攪拌作用下不會(huì)自行浮選上來(lái)，通常是通過(guò)粗粒煤或者礦化氣泡的夾帶作用進(jìn)入精煤[8-10]。

圖3 不同密度細(xì)粒煤摻配浮選完善指標(biāo)曲線

最佳藥劑量變化如圖4所示。由圖4可知，隨著中密度細(xì)粒煤泥摻入量的增加，最佳藥劑量增加十分明顯，中密度細(xì)粒煤泥配比與最佳藥劑量關(guān)系近似呈現(xiàn)線性關(guān)系。浮選入料中平均每增加10%中密度細(xì)粒煤泥，最佳用量增加約25μL；而每增加10%高密度細(xì)粒煤泥時(shí)，最佳用量增加約10μL。中密度細(xì)粒煤泥對(duì)藥劑消耗影響更為嚴(yán)重，這是由于其可以一定程度上吸附在氣泡表面；且中密度細(xì)粒煤兼具疏水表面和親水表面，疏水表面在疏水力的作用下可與粗粒煤的疏水表面結(jié)合，改變粗粒煤表面的疏水性。因此，中密度細(xì)粒煤可以通過(guò)與氣泡結(jié)合、罩蓋在粗粒煤表面和泡沫夾帶等方式惡化浮選效果。

圖4 不同密度細(xì)粒煤配比-最佳藥劑量關(guān)系曲線

2.3 不同密度煤泥摻配浮選效果

圖5 一定浮選藥劑用量下細(xì)粒煤泥配比-可燃體回收率關(guān)系曲線

在一定浮選藥劑用量下，不同配比的高、中密度細(xì)粒煤泥可燃體回收率變化如圖5所示。由圖5(a)可知，隨著高密度細(xì)粒煤泥含量的增加，可燃體回收率下降十分明顯。當(dāng)浮選藥劑用量較低時(shí)，高密度細(xì)粒煤泥增多會(huì)大幅降低可燃體回收率。這是由于高密度細(xì)粒煤泥中的主要成分為高嶺石，遇水易泥化形成微細(xì)的顆粒，這些微細(xì)顆粒比表面積很大，既可占據(jù)氣泡表面，阻礙粗粒煤與氣泡碰撞附著，也可附著在煤表面或煤表面的孔隙中，改變煤表面性質(zhì)，降低粗粒煤的疏水性。由圖5(b)可知，相同藥劑量下，可燃體回收率隨著中密度細(xì)粒煤泥配比的增加而下降。這是由于中密度細(xì)粒煤泥粘附在粗粒煤表面，改變粗粒煤的表面性質(zhì)，使其損失在礦漿中，造成可燃體回收率下降[11-14]。

對(duì)比圖5(a)(b)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)浮選藥劑用量增大時(shí)，高密度細(xì)粒煤泥摻入組的可燃體回收率可得到明顯的提升，而中密度細(xì)粒煤泥摻入組的可燃體回收率提升效果不佳。結(jié)合2.1.2可知，當(dāng)繼續(xù)增大浮選藥劑用量時(shí)，浮選精煤產(chǎn)率和可燃體回收率在一定程度上升高，但同時(shí)會(huì)造成中密度細(xì)粒煤泥大量進(jìn)入精煤，影響精煤產(chǎn)品質(zhì)量惡化明顯。

當(dāng)不同密度細(xì)粒煤配比為10%，捕收劑用量為5μL；配比為20%，捕收劑用量為10μL；配比為30%，捕收劑用量為20μL；配比為40%，捕收劑用量為30μL時(shí)，可燃體回收率對(duì)比如圖6所示。由圖6可見(jiàn)，在相同的浮選條件下，中密度細(xì)粒煤對(duì)浮選過(guò)程的抑制作用更大。

圖6 相同藥劑量條件不同細(xì)粒煤配比-可燃體回收率變化圖

綜上，高密度細(xì)粒煤泥與粗粒煤結(jié)合能力較弱，主要通過(guò)泡沫水夾帶和黏土礦物泥化影響浮選效果。而中密度細(xì)粒煤對(duì)浮選影響更為明顯，由于其表面性質(zhì)不均一，可通過(guò)可在粗粒煤和氣泡表面發(fā)生罩蓋，泡沫水夾帶，與氣泡結(jié)合進(jìn)入精煤等方式影響浮選，對(duì)浮選藥劑使用量和浮選過(guò)程的抑制作用更加明顯。中密度細(xì)粒煤泥疏水性表面與粗粒煤之間的作用力以疏水力為主，而高密度細(xì)粒煤泥與粗粒煤之間的作用力是以范德華力為主，疏水力的大小是范德華力大小的接近10倍，可以解釋中密度細(xì)粒煤對(duì)浮選藥劑量影響更大的現(xiàn)象[15]。

3 結(jié) 論

1)在相同細(xì)粒煤泥配比和浮選條件下，中密度細(xì)粒煤泥對(duì)浮選效果影響最大。即使在較低藥劑量的條件下，中密度細(xì)粒煤泥的存在，也很難獲取到較低灰分的精煤。

2)中密度細(xì)粒煤泥對(duì)浮選藥劑的消耗最大，高密度細(xì)粒煤泥次之，低密度細(xì)粒煤泥最小。

3)中密度細(xì)粒煤泥兼具親水和疏水表面，當(dāng)該種煤泥大量存在時(shí)，其疏水表面在疏水力的作用下易與粗顆粒疏水表面結(jié)合，形成罩蓋，影響粗顆粒上??；當(dāng)浮選藥劑用量增大時(shí)，中密度細(xì)粒煤泥易與結(jié)合，進(jìn)入浮選精煤，惡化浮選效果。