任瑞晨,程 明,張乾偉,李彩霞

(遼寧工程技術(shù)大學礦業(yè)學院,遼寧阜新 123000)

小錐角水力旋流器對難浮煤泥脫泥浮選工藝試驗研究

任瑞晨,程 明,張乾偉,李彩霞

(遼寧工程技術(shù)大學礦業(yè)學院,遼寧阜新 123000)

針對通化地區(qū)黏土含量大、主導粒級為高灰細粒級的難浮煤泥,采用小錐角水力旋流器進行高效脫泥探索,旋流器產(chǎn)物進行粒度和礦物組成分析,底流進行分步釋放浮選試驗。結(jié)果表明,采用?150 mm小錐角水力旋流器作為煤泥浮選前脫泥的主要設(shè)備;?150 mm與?75 mm旋流器串聯(lián)脫泥工藝中,＜0.045 mm粒級脫除率達到67.73%,灰分為50.10%,且高嶺石、伊利石等黏土礦物在?75 mm旋流器溢流中實現(xiàn)富集;?150 mm與?75 mm旋流器底流單獨或混合入料浮選,精煤產(chǎn)率(占本級)及可燃體回收率均比原煤泥直接浮選提高了2～3倍。

小錐角水力旋流器;難浮煤泥;脫泥;浮選

浮選是細粒級煤泥分選的最有效方法之一[1－3],是選煤生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。隨著礦井開采的不斷深入,原煤中矸石量大幅增加,煤泥中高灰細泥也隨之增加,煤泥浮選不斷惡化,出現(xiàn)了尾煤灰分過低、粗粒精煤損失大、藥劑消耗增加等問題[4－7]。提高精煤質(zhì)量和可燃體回收率、減少藥劑消耗是當前提高浮選效率、降低成本的關(guān)鍵與矛盾所在[8－10]。要解決此問題,從影響浮選效果的因素出發(fā),通過浮選前脫除異質(zhì)細泥的方法來實現(xiàn)浮選礦漿粒度及礦物組成的改變,改善浮選環(huán)境。選前脫泥有多種方法,如水力旋流器、篩網(wǎng)旋流器、耙式濃縮機等[11－12]。根據(jù)“預(yù)先拋尾”在非金屬礦物分選中的應(yīng)用和小直徑水力旋流器具有超細分級分選作用[13－15],本文擬采用小錐角水力旋流器對試驗煤泥進行脫泥浮選工藝試驗研究,分析旋流器產(chǎn)物粒度組成、礦物組成及浮選效果,以期對多細粒級、高泥化難浮煤泥的洗選工藝提供參考。

1 試 驗

1.1 煤泥性質(zhì)分析

試驗用煤樣取自吉林通化煤業(yè)集團臨江選煤廠的浮選入料,煤種為主焦煤,測定灰分為40.78%。為確定煤泥中的礦物組成,采用布魯克AXS公司的D8型X射線衍射儀在Cu靶,管電壓40 kV,管電流40 mA,在衍射角度為5°～85°的衍射條件下進行XRD物相定性分析,并采用K值法進行物相定量分析。煤泥的礦物組成為:石英15.64%;高嶺石6.24%;伊利石12.27%;方解石4.24%;長石1.26%;煤58.45%;其他1.90%?？芍?樣品中的主要成分是非晶質(zhì)礦物——煤,含量為58.45%;其次是石英、方解石和長石等自然可浮性較差的礦物,含量為21.14%;伊利石、高嶺石等黏土類礦物,含量為18.51%,黏土類礦物在浮選過程中會使礦漿泥化,對浮選精煤質(zhì)量影響較大。

同時,除非晶質(zhì)礦物煤外,其他礦物的含量為41.55%,結(jié)合實驗用煤泥灰分40.78%,兩者有所差異。這可能是由取樣與測定方法等誤差引起的,也可能是在灰分測定時,高溫條件下伊利石和高嶺石等黏土類礦物晶體片層中的水分及層間烴基被脫除[16－17],從而引起質(zhì)量損失,造成誤差。

煤樣按照GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗方法》中的規(guī)定,采用0.500,0.250,0.125,0.100,0.074和0.045 mm的標準套篩進行濕法小篩分試驗,以確定煤泥的粒度組成,結(jié)果見表1。

表1 煤泥粒度分析Table 1 Size analysis data of coal slime

由表1可知,原煤泥中粗粒級含量較少,＞0.250 mm粒級的產(chǎn)率為3.23%,灰分為20.22%;細粒級含量較高,＜0.045 mm粒級的產(chǎn)率為42.01%,是主導粒級,灰分為50.20%,比＞0.045 mm各粒級加權(quán)灰分高16.24%,說明有大量的異質(zhì)細泥混雜存在于此粒級中,根據(jù)原煤泥XRD的分析結(jié)果,此粒級細泥大部分為高嶺石、伊利石等黏土類礦物及石英;從粒度的變化上看,隨著粒度的減小,各粒級灰分逐漸增大,說明黏土類礦物在水中泥化生成了微細顆粒,這些親水性微細顆粒吸附于氣泡或煤粒表面,減少了氣泡和煤粒的接觸幾率,降低浮選選擇性,影響精煤質(zhì)量。因此,浮選前實現(xiàn)＜0.045 mm高灰細粒級的脫泥將是煤泥能夠?qū)崿F(xiàn)高效浮選的重點。

1.2 試驗設(shè)備及方法

通過單獨采用?150,?75,?50 mm三種小錐角水力旋流器進行脫泥試驗,確定采用?150 mm與?75 mm小錐角水力旋流器串聯(lián)進行脫泥試驗研究: ?150 mm小錐角水力旋流器作為煤泥浮選前脫泥的主要設(shè)備,?150 mm旋流器溢流進入?75 mm旋流器進一步分級,確保脫泥過程中主焦煤稀缺煤種的最大回收率。設(shè)備主要參數(shù)見表2。試驗條件:試驗煤泥每組30 kg,給料濃度10%,針對不同旋流器給料粒度及底流口徑,對入料進行相應(yīng)的“隔粗”處理,調(diào)節(jié)變頻器為40～45 Hz,使給料泵正常給料,強力攪拌10 min,將混合好的礦漿在0.15 MPa下進行?150 mm小錐角水力旋流器脫泥試驗,旋流器溢流在0.25 MPa的壓力下進行進一步分級脫泥,接取各旋流器底流、溢流,分別采用D8型X射線衍射儀在與原煤泥相同試驗條件及方法下進行定量分析,并分別進行旋流器脫泥分選效果、粒度組成及底流浮選效果分析。

表2 不同直徑小錐角水力旋流器參數(shù)Table 2 The parameters of different diameter small taper angle hydrocyclones

將原煤泥及各旋流器底流在相同條件下進行分步釋放浮選試驗。浮選設(shè)備為XFD型實驗室用1 L浮選機,藥劑用量等操作參數(shù)根據(jù)GB 4757—84《選煤實驗室單元浮選試驗方法》確定:捕收劑柴油用量420 g/t,起泡劑仲辛醇用量82 g/t,礦漿濃度100 g/ L,葉輪轉(zhuǎn)速1 800 r/min,充氣量0.37 m3/(m2· min),試驗流程參照MT/T 144—1997《選煤實驗室分步釋放浮選試驗方法》,一次粗選、4次精選,每次刮泡時間為3 min。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 不同直徑小錐角水力旋流器脫泥浮選工藝分析

分別選用?150,?75,?50 mm三種小錐角水力旋流器對原煤泥進行脫泥分選效果、底流浮選試驗研究,結(jié)果見表3,4。

表3 不同直徑旋流器脫泥分選效果Table 3 Pre-deslimingseparation results of different diameter hydrocyclones

表4 不同直徑旋流器底流浮選試驗結(jié)果Table 4 Flotation test results of different diameter hydrocyclone under flow%

由表3可知,?150,?75,?50 mm三種旋流器底流灰分分別為36.45%,37.01%,37.68%,均比試驗煤泥灰分40.78%低,且與相應(yīng)的溢流灰分差值均大于10.00%,說明小錐角水力旋流器達到了一定的脫泥降灰效果,部分高灰非煤礦物在分級分選中通過溢流排出;從各旋流器底流灰分來看,隨著旋流器直徑的減小,灰分呈增加趨勢,說明礦泥脫除率隨著旋流器直徑減小而降低。

由表4可知,在滿足精煤灰分Ad≤12.00%的條件下,?150,?75,?50 mm三種旋流器底流浮選精煤產(chǎn)率(占全級)、可燃體回收率及綜合尾煤灰分與原煤泥直接浮選相比,均有較大幅度的提高,煤泥經(jīng)脫泥后浮選效果明顯改善;?150 mm旋流器底流浮選可燃體回收率為49.67%,綜合尾煤灰分為50.52%,精煤產(chǎn)率(占本級)為35.63%,均比?75 mm與?50 mm兩種旋流器高,但精煤產(chǎn)率占原煤泥全級的22.00%,與其他兩種旋流器相比較低,這是因為?150 mm旋流器脫泥工藝中,拋除了大量細泥,減少了高灰細粒級礦泥對浮選精煤質(zhì)量的影響,達到了較好的浮選效果,但與?75 mm與?50 mm兩種旋流器相比,較多的煤及粗粒級進入溢流,導致溢流灰分降低,底流產(chǎn)率降低,浮選入料量減少,影響了浮選精煤占煤泥全粒級的產(chǎn)率。

2.2 ?150 mm與?75 mm旋流器串聯(lián)脫泥浮選工藝分析

由2.1節(jié)試驗研究可得,?150 mm小錐角水力旋流器可實現(xiàn)較好的脫泥分選效果,而且底流浮選精煤占本級產(chǎn)率最高,選作為煤泥浮選前脫泥的主要設(shè)備。針對由底流產(chǎn)率較低而影響了浮選精煤占全級產(chǎn)率的問題,在與2.1相同的試驗條件下,選取?150 mm與?75 mm旋流器串聯(lián)脫泥工藝進行試驗研究。

由表5可知,兩串聯(lián)旋流器綜合底流、溢流灰分相差13.31%,其中底流產(chǎn)率為71.55%,灰分與?150 mm旋流器相近,為36.79%;溢流灰分為50.10%,比?150 mm旋流器提高了3.73%。與表3中各直徑旋流器脫泥效果相比,?150 mm與?75 mm旋流器串聯(lián)工藝達到了更好的脫泥降灰效果。

表5 ?150 mm與?75 mm旋流器串聯(lián)脫泥分選效果Table 5 Pre-deslimingseparation results of series ?150 mm and ?75 mm hydrocyclone

對?150 mm與?75 mm旋流器串聯(lián)脫泥工藝各產(chǎn)品進行粒度分析,結(jié)果如圖1所示?？芍??150－Y中＞0.045 mm粒級含量為17.66%,溢流存在“跑粗”問題;串?75－D中＞0.045 mm粒級含量為61.27%,串?75－Y中＜0.045 mm粒級含量為98.70%,說明旋流器串聯(lián)達到了很好的“截粗”效果;將?75－Y作為細泥尾礦,則拋除量為總煤泥的28.45%,與原煤泥中＜0.045 mm粒級42.01%相比,脫泥效率達到了67.73%,?150 mm與?75 mm旋流器串聯(lián)脫泥工藝達到了很好的脫泥效果。?150－D中＞0.250 mm粗粒級、0.250～0.074 mm中粒級比串?75－D高, 0.074～0.045 mm細粒級及＜0.045 mm極細粒級比串?75－D低;?150－D主導粒級為0.250～0.074 mm,含量為38.82%,?75－D主導粒級為＜0.045 mm,含量為38.73%。說明小錐角水力旋流器串聯(lián)脫泥工藝可確保脫泥過程中粗粒級的回收率,也可以為煤泥分級實現(xiàn)窄粒級浮選提供可能。

針對小錐角水力旋流器脫泥拋除的礦物成分,對?150 mm與?75 mm旋流器串聯(lián)脫泥工藝中各產(chǎn)品

圖1 ?150 mm與?75 mm旋流器串聯(lián)產(chǎn)品的粒度分析Fig.1 Size analysis of series ?150 mm and ?75 mm hydrocyclone products

進行XRD分析,結(jié)果如圖2所示?？芍??150－Y、串?75－Y礦物組成中黏土類礦物高嶺石、伊利石含量之和分別為21.41%,25.59%,分別高于原煤泥(18.51%)2.90%,7.08%,且串?75－Y中明顯增加,說明通過串聯(lián)兩種不同直徑小錐角水力旋流器的應(yīng)用,黏土類礦物在旋流器溢流中實現(xiàn)了較好的富集,降低了浮選入料中極細粒級礦泥對浮選的影響,有利于浮選效果的提高。對于串聯(lián)脫泥工藝中?75 mm旋流器的溢流產(chǎn)品,可與浮選尾煤合并進行尾礦濃縮壓濾處理,在尾煤燃燒之后,可考慮石英、高嶺石等有用礦物的分選提純,實現(xiàn)尾煤綜合利用。

圖2 ?150 mm與?75 mm旋流器串聯(lián)產(chǎn)品的物質(zhì)組成Fig.2 Compositions of series ?150 mm and ?75 mm hydrocyclone products

由表6可知,?150－D、串?75－D及混合3種入料浮選效果均較好,在滿足精煤灰分Ad≤12.00%的條件下,?150－D精煤產(chǎn)率(占本級)、可燃體回收率ε、尾煤灰分分別為37.63%,52.27%,51.60%,均高于其他兩種入料,結(jié)合圖1,3種浮選入料的粒度組成不同,?150－D粗粒級較多,串?75－D細粒級較多,說明粗、細煤泥表現(xiàn)出不同的可浮性,入浮粒度越寬,浮選效果也會變差;與原煤泥直接浮選相比,3種入料精煤產(chǎn)率(占本級)及可燃體回收率ε均提高了2～3倍,且尾煤灰分也有不同程度的提高,說明浮選前脫除細粒級高灰礦泥、減少煤泥中極微細的細泥顆粒,是改善浮選效果的關(guān)鍵所在;3種精煤占全級的產(chǎn)率分別為21.67%,3.79%,24.84%,其中?150－D、串?75－D兩種旋流器底流單獨浮選精煤產(chǎn)率之和高于混合浮選,說明窄粒級浮選更有利于強化各粒級煤泥回收,提高浮選效益。同時結(jié)果也表明兩種旋流器底流既可混合浮選,也可單獨作浮選入料,?150 mm與?75 mm旋流器串聯(lián)脫泥浮選工藝具有很好的靈活性,同時也為煤泥窄粒級浮選提供了良好的工藝參考。

表6 串聯(lián)旋流器底流浮選試驗結(jié)果Table 6 Flotation test results of series hydrocyclone under flow%

3 結(jié) 論

(1)原煤泥中＜0.045 mm粒級為主導粒級,產(chǎn)率為42.01%,灰分為50.20%,此粒級中含有大量高嶺石和伊利石等黏土類礦物,造成原煤泥難以實現(xiàn)有效浮選。通過小錐角水力旋流器預(yù)先脫泥,黏土類礦物在旋流器溢流中實現(xiàn)富集,降低了浮選入料中極細粒級礦泥對浮選精煤質(zhì)量的污染。

(2)?150 mm與?75 mm小錐角水力旋流器串聯(lián)脫泥工藝中脫泥效率達到67.73%,灰分為50.10%,其中?150－D中＜0.045 mm粒級含量為28.06%,比原煤泥42.01%低13.95%;?75－Y中＜0.045 mm粒級含量為98.70%,串聯(lián)脫泥工藝確保了脫泥過程中較粗粒級的回收。

(3)兩種底流單獨或混合入料浮選,精煤產(chǎn)率(占本級)及可燃體回收率均比原煤泥直接浮選提高了2～3倍,尾煤灰分也有不同程度的提高。

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Study on small taper angle hydrocyclone for pre-desliming flotation process of a difficult-to-float coal slime

REN Rui-chen,CHENG Ming,ZHANG Qian-wei,LI Cai-xia

(College of Mining Engineering,Liaoning Technical University,Fuxin 123000,China)

An experimental study about pre-desliming flotation was made for the difficult-to-float coal slime from Tonghua,which is characterized by high content of clay mineral and high-ash fine fraction.The efficient desliming process was explored by small taper angle hydrocyclone,the particle size and mineral composition of cyclone products were analyzed,and underflow products were studied through progressive release flotation.The results show that ?150 mm hydrocyclone is chosen as the main desliming equipment.In the process of ?150 mm and ?75 mm hydraulic cyclone series connection,the whole desliming efficiency of fine particles＜0.045 mm is up to 67.73%,the ash content is 50.10%,and the minerals of Kaolinite and illite are got enriched in overflow.The two kinds of underflow can be used as feed of the flotation alone or mixed,and compared with the direct flotation of the raw coal slime,both the combustible material recovery and clean coal production rate are improved by 2－3 times.

small taper angle hydrocyclone;difficult-to-float coal slime;pre-desliming;flotation

TD923

A

0253－9993(2014)03－0543－06

任瑞晨,程 明,張乾偉,等.小錐角水力旋流器對難浮煤泥脫泥浮選工藝試驗研究[J].煤炭學報,2014,39(3):543－548.

10.13225/j.cnki.jccs.2013.0509

Ren Ruichen,Cheng Ming,Zhang Qianwei,et al.Study on small taper angle hydrocyclone for pre-desliming flotation process of a difficultto-float coal slime[J].Journal of China Coal Society,2014,39(3):543－548.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2013.0509

2013－04－19 責任編輯:張曉寧

遼寧省科技廳計劃資助項目(2009402008);遼寧省教育廳重點實驗室基金資助項目(Ls2010072)

任瑞晨(1958—),男,遼寧本溪人,教授。E－mail:ruichenren@263.net