劉莉君，劉炯天,2

(1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110819; 2.中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇 徐州 221008)

我國煤炭儲量豐富，但是屬于煉焦煤煤種的資源量比例卻不高，只占總資源量的27%。其中，優(yōu)質(zhì)煉焦精煤(肥煤、焦煤)資源量更少，焦煤僅占我國煉焦煤資源的24%左右，肥煤與氣肥煤僅占13%左右。去除高灰、高硫、難洗選、不能用于煉焦的部分，優(yōu)質(zhì)的焦煤和肥煤占查明煤炭資源儲量的比例不足6%和3%[1]。近年來，隨著我國煤炭產(chǎn)量和入洗比例的不斷增加，新型和大型選煤廠也逐漸增多，但是在過去相當長的一段時間內(nèi)，大部分企業(yè)采取粗放的生產(chǎn)模式，造成了資源和能源的嚴重浪費[2]，尤其在煤泥分選方面。因此，急需提高煤炭的洗選加工技術(shù)來改善這一情況。

1 選擇性聚團工藝

1.1 選擇性聚團工藝

選擇性團聚工藝包括以下幾部分[3]：對煤泥樣品進行磨礦解離、加入分散劑進行顆粒分散、攪拌后再加入團聚劑進行攪拌。試驗流程見圖1。

圖1 難浮煤泥選擇性聚團工藝試驗流程

1.2 試驗材料與方法

唐山錢家營選煤廠，主要洗選加工優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源。近年來，隨著機械化采煤程度的提高，開采深度的加深，細粒煤泥含量也大大增加，而原有的處理方式分選該廠細粒煤效率低下，成為制約選煤廠發(fā)展的瓶頸。因此，本文試驗采用錢家營入浮煤泥為原料，進行探索試驗。煤泥入料灰分為23.35%，對試驗進行元素分析結(jié)果見表1。煤巖分析采用德國Leitz公司生產(chǎn)ORTHOPLAN顯微鏡，油浸反射光500倍，以步距行距0.6mm掃描全片并觀察統(tǒng)計，結(jié)果見表2。

表1 煤泥元素分析

樣品粒度差別較大，粒徑從幾微米到毫米級的都有。黃鐵礦單體及微粒鑲嵌狀均有，單體粒徑在幾～十幾微米，鑲嵌者<10μm：黏土多呈微粒充填胞腔或呈微粒集合體條帶狀散布于基質(zhì)鏡質(zhì)體中。

表2 樣品煤巖分析

綜合煤泥性質(zhì)分析可以發(fā)現(xiàn)，煤巖與礦物共生的連生體以及以黏土礦物為主的純礦物組分含量高，就必然導(dǎo)致浮選速度的降低以及浮選分離的困難。在同樣的浮選精煤質(zhì)量要求條件下，這種煤泥的浮選難度就明顯提高。

由煤的巖相分析可以看出，礦物質(zhì)以微米級粒度嵌布在有機質(zhì)中，礦物質(zhì)必須實現(xiàn)單體解離，才能把它們脫除，因此，本節(jié)試驗采取對原煤進行細磨。通過磨礦試驗確定合適的入料細度為-0.074mm含量86.85%。本文主要以煤油為團聚劑和浮選捕收劑，六偏磷酸鈉為分散劑，仲辛醇為起泡劑，試驗用攪拌器為XHF-D高速分散器(內(nèi)切式均漿機)。該儀器由電子調(diào)速控制操縱微型高速電機帶動特殊的不銹鋼內(nèi)外梅花型粉碎刀進行工作，經(jīng)過內(nèi)切式刀具的高速旋轉(zhuǎn)，從而對物質(zhì)進行攪拌及分散作用，分別考察攪拌速度、攪拌時間、聚團劑用量、分散劑用量等因素對聚團分選的影響。

2 試驗結(jié)果

2.1 攪拌速度及攪拌時間對分選效果的影響

在選擇性聚團分選工藝中，機械能量的輸入是一個非常重要的影響因素，只有選擇足夠的攪拌速度與攪拌時間，才能獲得較好的分選指標。

試驗用攪拌器為XHF-D高速分散器對物質(zhì)進行攪拌及分散作用，最高轉(zhuǎn)速可達20000r/min。試驗藥劑用量分別為煤油265g/t、仲辛醇100g/t。首先考察不同攪拌速度對分選效果的影響，在確定合適的攪拌速度后，再考察一定攪拌速度下攪拌時間對分選效果的影響。最終所得試驗數(shù)據(jù)見圖2。

由圖2可見，隨著攪拌速度的增加，精煤灰分逐漸減??；精煤產(chǎn)率曲線在8000r/min時出現(xiàn)拐點，當攪拌速度小于8000r/min時，隨著高速分散器轉(zhuǎn)速的增加，精煤產(chǎn)率逐漸增加，但隨后再繼續(xù)加大攪拌速度時，精煤產(chǎn)率卻明顯下降。究其原因，可能是XHF-D高速分散器的粉碎刀在較高的轉(zhuǎn)速下，將已經(jīng)聚團的疏水煤粒重新打散而造成。因此可認為，XHF-D高速分散器的轉(zhuǎn)速控制在8000r/min時為最佳攪拌速度。在此轉(zhuǎn)速下，進行攪拌時間試驗。試驗數(shù)據(jù)見圖3。

圖2 攪拌速度與浮選指標關(guān)系曲線

圖3 攪拌時間與浮選指標關(guān)系曲線

攪拌時間對分選效果的影響如圖3所示。從圖3中可知，在攪拌時間較短時，精煤灰分含量高，精煤產(chǎn)率低；隨著攪拌時間的延長，浮選指標得到改善，精煤灰分含量急劇下降，精煤產(chǎn)率明顯增加；當攪拌時間達到15min時，精煤產(chǎn)率曲線出現(xiàn)一個明顯的拐點，此后再延長攪拌時間，精煤產(chǎn)率增加緩慢，灰分降低不明顯；當攪拌時間為20min時，精煤產(chǎn)率為52.38%，精煤灰分為11%；此后攪拌時間由20min增加到30min時，精煤產(chǎn)率與灰分基本保持不變，該時間稱為臨界攪拌時間，即疏水聚團的增長達到平衡狀態(tài)。

通過對上述兩組試驗數(shù)據(jù)的分析，可以認為：當采用XHF-D高速分散器為攪拌器械處理錢家營煤泥進行選擇性聚團-浮選時，最佳攪拌速度為8000r/min，最佳攪拌時間為20min。

2.2 六偏磷酸鈉用量對分選效果的影響

本文將探討六偏磷酸鈉用量對錢家營煤泥選擇性聚團分選的影響。試驗條件如下：XHF-D高速分散器為礦漿處理器，攪拌速度為8000r/min，攪拌時間為20min，仲辛醇100g/t，煤油265g/t，六偏磷酸鈉用量為變量，試驗數(shù)據(jù)見圖4。

圖4 六偏磷酸鈉用量與浮選指標關(guān)系曲線

從圖4可見，六偏磷酸鈉的加入對降低精煤的灰分含量非常有效。當用量為1500g/t時，精煤灰分為10.80%，與沒有加入六偏磷酸鈉、攪拌20min中試驗條件的精煤灰分相比，灰分下降了0.2%。但是，繼續(xù)增大六偏磷酸鈉用量，精煤灰分含量下降幅度較小，且在六偏磷酸鈉用量小時，精煤產(chǎn)率變化較??；但當六偏磷酸鈉超過1500g/t時，精煤產(chǎn)率就隨六偏磷酸鈉用量的增加急劇降低。因此，六偏磷酸鈉的最佳用量為1500g/t左右。

六偏磷酸鈉作為分散劑在此工藝中的作用，主要是破壞了礦物質(zhì)微粒與煤微粒間的互凝作用，使礦物質(zhì)微粒呈單個顆粒分散在礦漿中，這樣就使聚團具有非常高的選擇性，導(dǎo)致精煤灰分含量的降低。但是，若分散劑用量過大，就會吸附在煤粒表面，從而減弱煤微粒的聚團程度，使精煤產(chǎn)率降低。綜上所述，在細粒難選煤泥的選擇性聚團浮選工藝中，加入適量的分散劑來達到降灰的目的是必需的。

2.3 非極性油用量對分選效果的影響

最常用的非極性油是各種標號的柴油、煤油。本論文主要考察煤油用量對分選效果的影響。試驗條件如下：XHF-D高速分散器為礦漿處理器，攪拌速度為8000r/min，攪拌時間為20min，仲辛醇用量為100g/t，六偏磷酸鈉用量為1500g/t，煤油為變量。試驗結(jié)果見圖5。

圖5 煤油用量對精煤產(chǎn)率和精煤灰分的影響

煤油用量對錢家營煤泥聚團浮選精煤產(chǎn)率和灰分的影響如圖5所示。由圖可見，在煤油用量低時，煤泥的浮選效果差，隨著煤油用量的加大，煤粒的聚團浮選指標得到改善，精煤產(chǎn)率增加，灰分降低。當煤油用量大于800g/t左右時，精煤產(chǎn)率增加趨勢開始減緩；繼續(xù)增加煤油用量，精煤產(chǎn)率略有升高，但同時精煤灰分也開始升高。這是因為在低非極性油用量時，煤粒的聚團行為不強烈，隨著油用量的增大，煤粒的疏水聚團行為增強，聚團逐漸長大，精煤產(chǎn)率增加；但當非極性油的用量過大時，聚團的選擇性降低，使部分無機礦物質(zhì)混入精煤聚團中，導(dǎo)致機械夾雜增多，從而使精煤灰分上升。

綜上所述，可認為選擇性聚團-浮選工藝的最佳分選條件為：XHF-D高速分散器在轉(zhuǎn)速為8000r/min

時，預(yù)處理礦漿20min；仲辛醇用量為100g/t；六偏磷酸鈉用量為1500g/t；煤油用量為790g/t。在此分選條件下，所得精煤產(chǎn)率為58.72%，精煤灰分為10.69%，精煤可燃體回收率為68.42%。

3 結(jié) 論

選擇性聚團的分選機理，可以用疏水作用和浮選相結(jié)合來解釋。選擇性聚團的特點是，要將煤磨到較細的粒度，使煤與無機礦物質(zhì)充分解離。煤的微粒由于天然疏水性和油的強化疏水作用聚集在一起，形成煤粒聚團。將包含這種煤粒的煤漿放在浮選攪拌槽中，煤粒表面的少量油強化了煤粒的疏水性，使煤的聚團容易吸附在氣泡上，隨氣泡上浮成為精煤，無機礦物質(zhì)由于親水，仍存在于水中。通過試驗驗證，選擇性聚團-浮選時，攪拌速度為8000r/min，攪拌時間為20min；六偏磷酸鈉的為1500g/t，煤油用量為790g/t；此時得到精煤產(chǎn)率為58.72%，精煤灰分為10.69%，精煤可燃體回收率為68.42%。因此，通過選擇性聚團浮選工藝分選難浮煉焦煤泥，可以得到較好的分選效果。

[1] 申明新. 中國煉焦煤資源與利用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：24-34.

[2] 楊永仁.煤礦環(huán)保優(yōu)秀論文集[C].北京：煤炭工業(yè)出版社，1999.

[3] 楊巧文. 選擇性聚團深度脫灰工藝及其應(yīng)用研究[D] .北京：中國礦業(yè)大學(xué)北京研究生部，1998.