絮凝劑對(duì)煤泥浮選的影響試驗(yàn)研究

周子玉，朱純楚

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

隨著機(jī)械化采煤的發(fā)展以及煤炭資源地質(zhì)條件的惡化，煤泥的粒度逐漸減小，極細(xì)煤泥含量(-74 μm的煤泥)增大。一些選煤廠-0.5 mm的煤泥占入廠原煤量30%左右，其中-74 μm的含量占浮選入料量60%以上[1]，有的甚至高達(dá)90%，細(xì)粒煤分選的問(wèn)題已經(jīng)日趨嚴(yán)峻。浮選是細(xì)粒煤泥分選的有效方法之一，但是夏靈勇等人[2]發(fā)現(xiàn)隨著細(xì)粒級(jí)煤含量的增多，可燃體回收率會(huì)下降，精煤灰分升高。在浮選過(guò)程中,細(xì)粒煤泥粘附在煤粒表面發(fā)生細(xì)泥罩蓋，細(xì)泥罩蓋會(huì)阻礙煤粒與氣泡之間的粘附，從而導(dǎo)致精煤產(chǎn)率較低。所以，用一般的浮選方法處理的效果往往不夠理想，絮凝浮選是處理微細(xì)粒礦物回收的有效辦法之一。

添加高分子絮凝劑選擇其中一種組分進(jìn)行絮凝,其余組分呈分散狀態(tài),使用常規(guī)浮選將絮體分離，來(lái)改善礦物表面的性質(zhì)，然后浮選出某些組分，是一種理想的極細(xì)粒煤泥的分選方法。蔡璋等人[3]對(duì)大武口-1.5 mm煤樣進(jìn)行絮凝浮選發(fā)現(xiàn)在適當(dāng)?shù)臈l件下可以得到灰分小于3%的精煤，可燃體回收率達(dá)到90%.樊金串等人[4]對(duì)馬蘭選煤廠煤樣進(jìn)行絮凝浮選試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)PAM可明顯提高浮選速率和精煤產(chǎn)率，并達(dá)到節(jié)省捕收劑用量的作用。鄒文杰等人[5]對(duì)錢家營(yíng)的+13 mm的精煤分析發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)浮選相比,選擇性絮凝浮選實(shí)驗(yàn)的浮選速率較大,且選擇性較高。田全志等人[6]對(duì)絮凝浮選繼續(xù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，隨著PAM用量的增加，浮選的速率明顯加快，可以明顯節(jié)省捕收劑的用量。王輝[7]發(fā)現(xiàn)絮凝浮選有一定的粒度要求，比較適合微細(xì)粒含量較多的浮選。沙杰等人[8]發(fā)現(xiàn)在絮凝劑加入之前加入捕收劑更加利于浮選。謝登峰[9]利用選擇性絮凝-浮選法制備超純煤能可得到精煤灰分為1.29%，產(chǎn)率為41.26%的超純煤。

在以上研究的基礎(chǔ)之上，文章通過(guò)選擇不同種類的聚丙烯酰胺(PAM)作為絮凝劑，針對(duì)同一煤樣來(lái)探究不同的絮凝劑種類對(duì)浮選實(shí)驗(yàn)的影響。從而得出最適合生產(chǎn)的絮凝劑種類，探究絮凝劑用量與浮選效果之間的關(guān)系，從而為指導(dǎo)實(shí)踐生產(chǎn)提供理論知識(shí)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以唐山礦-0.5 mm的浮選入料作為試驗(yàn)對(duì)象，其灰分為26.25%.將煤樣在40 ℃下烘干，將烘干后的煤樣按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 477-2008《煤炭篩分試驗(yàn)方法》進(jìn)行篩分試驗(yàn)，其結(jié)果如表1所示。

表1 煤泥粒度分析結(jié)果

從表1中可以看出，-0.074 mm粒級(jí)的產(chǎn)率達(dá)到51.92%，灰分為73.34%，其中-0.045 mm粒級(jí)的產(chǎn)率為41.87%，灰分為34.73%.細(xì)粒煤的產(chǎn)率以及灰分均較高，說(shuō)明煤樣中含有較多的高灰細(xì)泥，這部分高灰細(xì)泥在浮選過(guò)程中容易發(fā)生細(xì)泥夾帶與罩蓋，使得浮選效果惡化。

選用氯化鋅溶液為浮沉介質(zhì)進(jìn)行其密度的分析，試驗(yàn)過(guò)程嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 478-2008《煤炭浮沉試驗(yàn)方法》進(jìn)行，煤樣的密度組成結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，主導(dǎo)密度級(jí)為1.40～1.50 g/cm3，其含量為24.40%，灰分為15.79%；+1.80 g/cm3密度級(jí)的含量為17.73%，灰分為76.01%，在分選過(guò)程中，盡量減小高密度級(jí)對(duì)低密度級(jí)的污染是分選出合格精煤的前提。

表2 煤泥密度組成結(jié)果

1.2 試驗(yàn)方法與藥劑

試驗(yàn)裝置：振篩機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)篩直徑為200 mm，孔徑為 0.5 mm、0.25 mm、 0.125 mm、0.074 mm和0.045 mm(篩底和篩蓋)、搪瓷盆、燒杯、密度計(jì)、干燥箱、臺(tái)秤、托盤天平、撈勺、物料盆、重液桶、煤泥桶、網(wǎng)底桶、移液管、天平、玻璃棒等。

捕收劑：柴油；起泡劑：仲辛醇；煤樣：-0.5 mm浮選入料煤；絮凝劑：分子量為1 200萬(wàn)的陰離子、陽(yáng)離子、非離子的聚丙烯酰胺以及分子量為1 400萬(wàn)、1 200萬(wàn)、1 000萬(wàn)、700萬(wàn)和600萬(wàn)的聚丙烯酰胺。

絮凝浮選是在浮選過(guò)程中加入不同種類的絮凝劑，并按照GB/T 4757-2013《煤粉(泥)實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)方法》進(jìn)行煤泥浮選試驗(yàn)。利用0.5 LXFD 機(jī)械攪拌式浮選機(jī)中進(jìn)行試驗(yàn)，其試驗(yàn)流程如下：將礦漿放置至浮選槽中進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間為2 min，攪拌轉(zhuǎn)速為1 800 r/min，攪拌后在主軸周圍加入捕收劑，攪拌1 min，向主軸周圍小心滴絮凝劑，攪拌2 min后，加入起泡劑，攪拌30 s后開(kāi)啟充氣閥門，開(kāi)動(dòng)刮板刮泡，刮泡時(shí)間為3 min。對(duì)浮選后的精煤和尾煤進(jìn)行過(guò)濾、干燥和稱重。浮選參數(shù)和藥劑制度分別為：充氣量0.25 m3/(m2·min)，礦漿濃度固定為40 g/L，起泡劑用量固定為75 g/t，捕收劑用量為800～1 400 g/t，絮凝劑用量為1～5 mL。

浮選效果評(píng)價(jià)指標(biāo)采用精煤產(chǎn)率、精煤灰分和可燃體回收率(η,%)，可燃體回收率計(jì)算方法如下:

(1)

式中：Ay為原煤灰分，%；γy為原煤產(chǎn)率，%；Aj為精煤灰分，%；γi為精煤產(chǎn)率，%.

2 結(jié)果與討論

2.1 捕收劑用量對(duì)煤泥浮選的影響

在礦漿濃度為40 g/L的條件下，捕收劑用量選用800 g/t、1 000 g/t、1 200 g/t和1 400 g/t對(duì)煤泥進(jìn)行常規(guī)浮選試驗(yàn)，研究其最佳藥劑用量浮選結(jié)果如圖1所示。

圖1 捕收劑用量對(duì)煤泥浮選的影響

由圖1可以看出，精煤產(chǎn)率隨著捕收劑的用量增加而增加，而精煤灰分隨著捕收劑用量的增加而減少。當(dāng)捕收劑用量為1 400 g/t時(shí)，精煤產(chǎn)率82.72%達(dá)到最高，精煤灰分18.36%降到最低，所以在后續(xù)的試驗(yàn)中捕收劑用量為1 400 g/t。

2.2 絮凝劑種類對(duì)浮選效果的影響

為探究不同種類的絮凝劑對(duì)浮選效果的影響，在捕收劑用量為1 400 g/t時(shí)，選擇分子量為1 200萬(wàn)的非離子、陽(yáng)離子和陰離子絮凝劑進(jìn)行絮凝浮選試驗(yàn)，所得試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 絮凝劑種類對(duì)煤泥浮選的影響

由圖2可以看出，在添加絮凝劑之后，精煤的產(chǎn)率增加且精煤灰分減少。在三種不同類型的絮凝劑中，浮選效果最好的為非離子型絮凝劑，精煤產(chǎn)率達(dá)到80.33%；陽(yáng)離子型絮凝劑次之，精煤產(chǎn)率為79.19%；最后為陰離子型絮凝劑，此時(shí)精煤產(chǎn)率為77.50%.與未添加絮凝劑相比，加入非離子型絮凝劑后，精煤產(chǎn)率提高了5.31個(gè)百分點(diǎn)，精煤灰分下降了1.64個(gè)百分點(diǎn)。由此可得，添加絮凝劑可改善浮選效果，且非離子型絮凝劑的浮選效果得到顯著提高。

2.3 非離子型絮凝劑分子量對(duì)浮選效果的影響

為探究不同分子量的絮凝劑對(duì)浮選效果的影響，選擇600萬(wàn)、700萬(wàn)、1 000萬(wàn)、1 200萬(wàn)和1 400萬(wàn)的非離子型絮凝劑進(jìn)行絮凝浮選試驗(yàn)，所得試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 非離子型絮凝劑分子量對(duì)煤泥浮選的影響

由圖3可以看出，當(dāng)絮凝劑的分子量為700萬(wàn)時(shí)，此時(shí)產(chǎn)率最高為82.56%，精煤灰分最低為15.08%.綜合來(lái)看，可知其浮選效果并不會(huì)隨著分子量的增加而呈線性增加，而是在特定的一個(gè)分子量呈現(xiàn)較好的效果，而在1 000萬(wàn)分子量時(shí)可燃體回收率最低，可燃體回收率為88.34%.最高與最低之間相差6.43%，可以看出不同分子量對(duì)浮選的效果還是有較大的影響。

2.4 絮凝劑用量對(duì)浮選的影響

針對(duì)以上試驗(yàn)對(duì)絮凝劑的最佳用量進(jìn)行探究，選擇分子量為700萬(wàn)的非離子型絮凝劑進(jìn)行試驗(yàn)，絮凝劑的用量分別為1 mL、3 mL、5 mL、7 mL。煤泥入料濃度為40 g/L。浮選結(jié)果如圖4所示。

圖4 絮凝劑用量對(duì)煤泥浮選的影響

由圖4可以看出，可燃體回收率隨著絮凝劑用量的增加而增加，7 mL時(shí)可燃體回收率為95.54%，1 mL時(shí)為93.98%，兩者的差距僅有1.56%，可以看出絮凝劑的用量對(duì)浮選的影響不是太大，因此在生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中應(yīng)該經(jīng)濟(jì)使用絮凝劑的用量，才能更好地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。隨著絮凝劑用量增加，精煤灰分也有所提高，通常解釋為絮凝劑在浮選過(guò)程中，通過(guò)大分子橋連作用，使微細(xì)粒煤泥聚集成團(tuán)，增大其表觀粒徑，從而利于浮選過(guò)程的進(jìn)行，進(jìn)而提高了可燃體回收率和浮選速率。然而絮凝劑的用量取決于其在顆粒表面的覆蓋程度，過(guò)量的添加會(huì)導(dǎo)致微粒分散[10]。

2.5 精煤粒徑分布

為了得到不同粒級(jí)的回收率，將浮選完的精煤烘干之后，采用0.500 mm、0.25 mm、0.125 mm、0.074 mm和0.045 mm標(biāo)準(zhǔn)套篩進(jìn)行粒度分析，篩分的方法嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 47-2008 《煤炭篩分試驗(yàn)方法》進(jìn)行篩分試驗(yàn)。結(jié)果如圖5所示。

圖5 浮選精煤的粒徑分布

由圖5可以看出，在加入絮凝劑之后，0.045～0.074 mm粒度級(jí)的回收率提高了4.20%，其中0.074～0.125 mm粒度級(jí)的回收率提高了2.15%，-0.045 mm粒度級(jí)的回收率相差不大?？梢钥闯觯跄齽┑奶砑涌梢蕴岣呶⒓?xì)粒的回收率，對(duì)于一些微細(xì)粒礦物，絮凝浮選是比較有效的回收辦法。

3 結(jié) 語(yǔ)

1) 非離子型絮凝劑浮選效果優(yōu)于其他種類絮凝劑，在其他藥劑用量相同的情況下，通過(guò)添加不同種類的絮凝劑，在加入非離子型絮凝劑的一組煤泥浮選試驗(yàn)中，可燃體回收可以達(dá)到91.68%.因此，添加絮凝劑可以有效提高精煤產(chǎn)率，降低精煤的灰分。

2) 絮凝劑最佳分子量探究試驗(yàn)中，當(dāng)非離子型絮凝劑分子量為700萬(wàn)時(shí)，可燃體回收率91.67%達(dá)最高，最高與最低之間相差6.43%，可看出不同分子量對(duì)浮選的效果有較大的影響。隨著絮凝劑用量的增加，可燃體回收率增加的同時(shí)，精煤的灰分也在上升。

3) 通過(guò)粒徑的分布試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)絮凝劑的添加可以提高微細(xì)粒的回收率。