余吾选煤厂细粒煤泥调浆浮选试验研究

2021-04-29张嘉云王亚健花晓中武改英刘向华齐倩倩孙丽蓉

煤炭加工与综合利用 2021年3期

申杰，黄勇，张嘉云，王亚健，花晓中，武改英，刘向华，齐倩倩，孙丽蓉

(1.潞安化工集团余吾煤业有限责任公司，山西长治 046000；2.中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院，北京 100083)

1 综述

针对细粒煤泥浮选存在的问题，研究人员提出采用浮选柱[3]、载体浮选[4]、超声预处理[5]、离心力场浮选[6]、添加新型药剂[7]等方法来提高细粒煤的浮选效果。邓涛等[8]对滨湖选煤厂旋流微泡浮选柱的工业生产研究表明，浮选柱针对细粒煤有较好的选择性，有利于降低精煤灰分。李进等[9]采用自载体浮选方法对利民选煤厂细粒煤进行二次浮选，精煤产率提高了8.04个百分点，分选效果显著提高。王卫东[10]和郑长龙[11]用超声波对细粒煤进行预处理，结果表明，超声能乳化药剂，清洗煤粒表面，提高精煤产率和可燃体回收率。陈阳等[12]采用C-1捕收剂对细粒氧化煤进行浮选试验，发现该药剂与煤表面含氧官能团形成化学吸附，可明显改善浮选效果。上述研究均在一定程度上提高了细粒煤的分选效果，但研究主要集中在浮选设备和浮选药剂方面，对于浮选前的调浆预处理研究相对较少。

调浆作为浮选前重要的预处理环节，对浮选效果具有重要的影响[13]。研究表明，调浆有利于减少粗颗粒表面的细泥罩盖，促进非极性油在水中的分散，强化捕收剂在煤颗粒表面的吸附效果，尤其对于细粒煤泥，高剪切调浆有利于促进颗粒之间的剪切絮凝，提高细粒煤浮选的选择性和回收率。研究表明[14，16，17]，浮选前对细粒煤进行高剪切调浆可明显促进煤泥矿化效果，降低药剂消耗，提高浮选回收率。马力强等[14]研究了调浆对煤泥浮选的影响规律，探讨了煤泥调浆机理。

本文选取余吾选煤厂极细粒易泥化煤泥作为浮选入料，通过实验室调浆试验，探索了浮选药剂用量、调浆时间和调浆转速对浮选效果的影响，并与实验室浮选机常规浮选试验结果进行了比较。

2 试验研究方法

2.1 样品分析

试验煤样来自山西余吾选煤厂浮选入料，为贫瘦煤。依据GB/T 477—2008《煤炭筛分试验方法》的规定，对煤样进行了小筛分实验，煤样粒度组成见表1；依据GB/T 478—2008《煤炭浮沉试验方法》的规定对煤样进行浮沉试验，结果见表2；煤样物相组成采用X射线衍射仪(XRD)进行分析，结果如图1所示。

表1 煤样粒度组成

由表1可知，煤样中小于0.045 mm粒级的产率为70.73%，灰分为25.67%，细粒级的产率与灰分明显高于其他粒级，说明煤样可能存在矸石泥化现象，高灰细泥由于比表面积大，容易以“罩盖”和“夹带”的形式进入浮选精煤，因此大量高灰细泥的存在会对浮选造成不利的影响。

表2 煤样密度组成

由表2可知，1.3～1.4 g/cm3密度级含量最高，占43.10%；原煤中密度级小于1.5 g/cm3密度级的灰分为11.60%，产率为80.57%，低密度级产率较高，灰分较低；1.5～1.8 g/cm3中间密度级产率相对较少；+1.8 g/cm3高密度级含量相对较高，灰分较高。因此，需要通过药剂和调浆优化浮选过程，尽量减少高密度细粒物料对浮选的影响。

图1为煤样的X射线衍射仪分析结果，从图中可知，煤样中的脉石矿物主要是高岭石和石英，高岭石遇水易泥化，在浮选过程中易造成细泥罩盖和夹带现象。

成语中的宾语前置，经常以助词“是”为标记。“惟命是从”的意思是一定要服从接受到的命令，不可以有一点违背的情况。宾语“命”前置在谓语“从”的前面。类似的现象在成语中还有很多，比如“惟利是图 ”中的“利”、“马首是瞻”中的“马首”、“惟才是举”中的“才”等都是“是”字前面的宾语。

图1 煤样X射线衍射仪(XRD)分析结果

2.2 试验方法

2.2.1 调浆试验

调浆试验在实验室1个调浆桶中进行，调浆桶直径为110 mm，最大容积为0.88 L，搅拌桶内部均匀布置4块挡板，采用单层叶轮进行搅拌，叶轮直径为50 mm，高度为10 mm，叶轮上均匀安装有3块叶片，叶片倾角为45°，搅拌轴通过变频电机驱动，电机转速0～2 600 r/min。

在调浆试验过程中，每次称取35 g的煤样，加入到搅拌槽中，加入500 mL自来水，配成浓度为70 g/L的矿浆，向搅拌桶中加入一定量的捕收剂煤油，调节调浆机的转速，搅拌一定时间，调浆完成后转入浮选装置进行浮选试验。

2.2.2 浮选试验

浮选试验在1台有效容积为0.5 L的XFD型单槽浮选机中进行，浮选机主轴转速最高为2 800 r/min。浮选过程中，固定浮选机搅拌转速为1 800 r/min，将矿浆转移到浮选槽中后，开启浮选机，搅拌10 s，然后加入一定量的起泡剂仲辛醇，再搅拌10 s后，充气浮选，浮选充气量固定为0.15 m3/h。浮选过程中尽量保持矿浆液位不变，浮选刮泡时间为3 min。浮选完成后，将收集的精煤和剩余的尾煤分别过滤、烘干、称重和化验。

2.3 评价指标

采用浮选完善指标评价浮选效果[18]，其计算公式如下所示，浮选完善指标越高，表明浮选效果越好。

式中：η为浮选完善指标，%；γi为浮选精煤产率，%；Aj为浮选精煤灰分，%；Ay为计算入料灰分，%。

3 结果与讨论

3.1 调浆时间对浮选效果的影响

试验条件：矿浆浓度70 g/L，煤油用量1 000 g/t，仲辛醇用量 50 g/t，调浆转速2 200 r/min，调浆时间对浮选效果的影响如图2所示。

图2 调浆时间对浮选效果的影响

由图2可以看出，随着调浆时间的增加，精煤产率略有升高，精煤灰分显著降低，浮选完善指标逐渐增加。当调浆时间为1.5 min时，精煤产率为83.99%，灰分为11.04%，此时浮选完善指标最高，为47.80%；当调浆时间超过1.5 min后浮选完善指标略有降低。调浆过程中，在捕收剂的作用下，颗粒之间会通过疏水絮凝形成絮团[19]，随着调浆时间的延长，矿浆中形成的絮团逐渐增加，有利于提高精煤产率和回收率，同时，絮团也随着调浆时间的延长而不断破碎，絮团的破碎和再次絮凝有利于减少细泥夹带，提高絮凝的选择性，因此精煤灰分随着调浆时间的延长，显著降低。但调浆时间过长时，会造成药剂在颗粒表面的脱附和絮团的过度破碎，导致精煤回收率降低[14]。后续试验调浆时间选用1.5 min。

3.2 煤油用量对浮选效果的影响

试验条件：矿浆浓度 70 g/L，调浆速率2 200 r/min，调浆时间1.5 min，仲辛醇用量50 g/t，煤油用量对浮选效果的影响如图3所示。

图3 煤油用量对浮选效果的影响

由图3可以看出，随着煤油用量的增加，精煤产率逐渐增加，但灰分也逐渐升高。当煤油用量为500 g/t时，精煤产率为80.45%，灰分最低为9.44%，此时的浮选完善指标达到最大值，为52.01%。随着捕收剂用量的增加，低密度精煤表面疏水性增强，但中间密度级的中煤和高密度级的高灰细泥与捕收剂的作用也进一步增加，因此虽然精煤的产率增加，但精煤的选择性降低，从前面的原煤粒度组成分析可知，原煤中含有大量小于0.045 mm的高灰细泥，这部分细泥较容易与捕收剂作用，降低浮选精煤的选择性，因此后续试验捕收剂用量选择500 g/t。

3.3 仲辛醇用量对浮选效果的影响

试验条件：矿浆浓度70 g/L，调浆速率2 200 r/min，调浆时间1.5 min，煤油用量500 g/t，仲辛醇用量对浮选效果的影响如图4所示。

图4 仲辛醇用量对浮选效果的影响

由图4可以看出，随着仲辛醇用量的增加，精煤产率逐渐增加，但灰分也逐渐升高。当仲辛醇用量为50 g/t时，精煤产率为80.45%，灰分最低为9.44%，此时的浮选完善指标达到最大值，为52.01%。随着起泡剂用量的增加，矿浆中气泡含量也随之增加，高灰细泥夹带现象加剧，因此灰分逐渐增大。故后续试验起泡剂用量选择50 g/t。

3.4 调浆转速对浮选效果的影响

试验条件：矿浆浓度70 g/L，煤油用量500 g/t，仲辛醇用量50 g/t，调浆时间1.5 min，调浆转速对浮选效果的影响如图5所示。

图5 调浆转速对浮选效果的影响

由图5可以看出，随着调浆转速的增加，精煤产率先增加后略有降低，但精煤灰分逐渐降低，浮选完善指标逐渐增加。当调浆转速为2 200 r/min时，精煤产率为80.45%，灰分为9.44%，浮选完善指标为52.01%，达到最大值。高剪切调浆可以对煤粒表面进行清洗，使煤粒表面黏附的高灰细泥在一定程度上得到清除，从而提高颗粒的表面疏水性。随着调浆转速的增加，颗粒获得的能量逐渐增加，有利于克服颗粒与药剂之间的能垒，促进药剂在颗粒表面的吸附，提高浮选效果。同时调浆转速的增加使煤油的分散程度不断提高，药剂与颗粒的碰撞概率也增加，但调浆转速过高时，过高的剪切力会造成煤颗粒的过粉碎，同时增加药剂在颗粒表面的解吸概率，降低调浆效果。

3.5 常规和调浆浮选试验对比

为了考察高剪切调浆细粒煤泥浮选的促进效果，在相同的试验条件下(矿浆浓度70 g/L，煤油用量500 g/t，仲辛醇用量50 g/t)，在浮选机中进行常规浮选试验，浮选机转速为1 800 r/min，捕收剂加入后调浆时间1.5 mm，浮选条件与调浆浮选试验保持一致。调浆试验与常规浮选试验的结果对比如图6所示。