張峻彥

(山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)有限公司 洗選部，山西 太原030006)

許多經(jīng)典理論分析和試驗(yàn)研究表明：在細(xì)煤泥浮選過程中，高灰細(xì)泥在精煤表面的罩蓋是影響浮選速度和精煤產(chǎn)率、灰分的重要因素[1-2]。一些新的研究成果認(rèn)為：中等灰分煤泥的非極性表面與精煤表面的定向吸附，是發(fā)生罩蓋且影響低灰精煤吸附藥劑、氣泡礦化與浮出的最主要因素[3]。在浮選前的調(diào)漿過程中，通過流場(chǎng)為顆粒表面提供的強(qiáng)大剪切力，可以清除煤顆粒表面的雜質(zhì)，減少細(xì)泥罩蓋，進(jìn)而提高細(xì)粒煤產(chǎn)率[4-5]。

ENGEL M D等[4]對(duì)西澳大利亞州鎳礦石的浮選研究表明：高的剪切速率和單位功率輸入能夠獲得較高的浮選速率和最佳產(chǎn)率，鎳礦石浮選結(jié)果對(duì)調(diào)漿的剪切速率有很高的依賴性，這為從伴生MgO礦石中高選擇性地回收鎳金屬創(chuàng)造了良好條件。李振等[6-8]對(duì)各類攪拌葉輪與導(dǎo)流筒、擋板組合的功率準(zhǔn)數(shù)(NP)、混合時(shí)間數(shù)(Nθ)等特征參數(shù)的研究表明:與軸流式葉輪相比，徑流式葉輪的NP較大，設(shè)備能耗較高，而Nθ較小，物料容易快速混合；導(dǎo)流筒有助于節(jié)省設(shè)備能耗，加快物料混合；而擋板使設(shè)備能耗增加，物料混合速率降低；在能耗相同的條件下，單葉輪中四折葉開啟式渦輪的混合時(shí)間最短，物料混合效率最高。同時(shí)指出：物料懸浮過程是由離底懸浮能力與有效作用范圍共同決定的過程，在相同條件下，物料懸浮水平較低時(shí)，系統(tǒng)的懸浮能力由離底懸浮能力決定；在實(shí)現(xiàn)較好的離底懸浮后，有效作用范圍逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。馬力強(qiáng)等[9-11]利用Sommer-field顆粒間碰撞模型，考察了高剪切條件下實(shí)際流場(chǎng)中油滴與煤泥顆粒碰撞的規(guī)律，并以錢家營(yíng)選煤廠的煤泥為對(duì)象進(jìn)行調(diào)漿試驗(yàn)。在對(duì)粗煤泥(>0.074 mm)、細(xì)煤泥(<0.074 mm)煤樣進(jìn)行試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用自制的新型調(diào)漿機(jī)進(jìn)行半工業(yè)性試驗(yàn)(給料量為35 m3/h)，重點(diǎn)考察調(diào)漿機(jī)葉輪線速度對(duì)精煤可燃體回收率的影響，結(jié)果表明：在不同規(guī)模的調(diào)漿試驗(yàn)中，煤泥均存在適宜的剪切強(qiáng)度，不足或過度調(diào)漿均不利于精煤可燃體回收率的提高。李吉輝等[12-13]介紹了一種新型表面改質(zhì)高效調(diào)漿機(jī)，并介紹了其在選煤廠的應(yīng)用效果。與傳統(tǒng)礦漿預(yù)處理設(shè)備相比，煤泥經(jīng)新型表面改質(zhì)高效調(diào)漿機(jī)處理后，精煤產(chǎn)率提高8.86個(gè)百分點(diǎn)，灰分降低0.31個(gè)百分點(diǎn)，捕收劑用量減少 20個(gè)百分點(diǎn)。

此次研究以蒲縣能源有限公司選煤廠的浮選入料為研究對(duì)象，在利用高剪切調(diào)漿技術(shù)對(duì)其處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行浮選試驗(yàn)，并與常規(guī)浮選的浮選指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而分析高剪切調(diào)漿對(duì)該選煤廠煤泥浮選效果的影響，以期提高煤泥浮選效果。

1 試驗(yàn)部分

1.1 煤樣性質(zhì)

試驗(yàn)煤樣取自山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)蒲縣能源有限公司選煤廠浮選入料，煤樣小篩分試驗(yàn)依據(jù)GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗(yàn)方法》進(jìn)行，結(jié)果見表1；煤樣物相組成采用X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行分析， 結(jié)果如圖1所示。

表1 煤樣粒度組成

由表1可知：煤樣中<0.074 mm粒級(jí)灰分為19.43%，明顯高出其他粒級(jí)灰分，說明該煤樣中的矸石易泥化。

圖1 煤樣物相組成

由圖1可知：煤樣中的脈石礦物主要是高嶺石和石英，其中高嶺石易泥化，在浮選過程中易發(fā)生罩蓋和夾帶現(xiàn)象[2-3]，是影響分選效果的主要脈石礦物。

1.2 儀器設(shè)備與試驗(yàn)藥劑

(1)儀器設(shè)備。D8 Advance型粉末晶體X射線衍射儀，測(cè)試電壓為40 kV，測(cè)試電流為30 mA，陽極靶材料為Cu靶，用于分析煤樣的礦物組成；XFDIV1.0型單槽浮選機(jī)，電機(jī)功率為90 kW，主軸轉(zhuǎn)速在0～2 600 r/min之間，刮板轉(zhuǎn)速在0～30 r/min，用于煤泥浮選試驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)室表面改質(zhì)機(jī)，調(diào)漿桶直徑為110 mm，容積為0.88 L，攪拌器直徑為50 mm，高度為10 mm，設(shè)置有4個(gè)擋板，選用渦輪式攪拌葉槳，離底高度為25 mm，用于調(diào)漿試驗(yàn)。

(2)試驗(yàn)藥劑。捕收劑選用柴油，來自生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，試驗(yàn)用量為1 077 g/t；起泡劑選用仲辛醇，也來自生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，試驗(yàn)用量為165 g/t。

1.3 試驗(yàn)方案

依據(jù)GB/T 30046.3—2013《煤粉(泥)浮選試驗(yàn) 第3部分：釋放評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法》進(jìn)行煤泥分步釋放試驗(yàn)，依據(jù)GB/T 4757—2013《煤粉(泥)實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)方法》進(jìn)行煤泥單元浮選試驗(yàn)。在精煤灰分相同的條件下，以精煤可燃體回收率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)調(diào)漿浮選和常規(guī)浮選兩種情況下的煤泥浮選效果進(jìn)行對(duì)比分析。精煤可燃體回收率計(jì)算式為：

式中：EC為精煤可燃體回收率；γC為理論產(chǎn)率；Ad,c為精煤干基灰分；Ad,f為入料干基灰分。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 分步釋放試驗(yàn)

在礦漿濃度為100 g/L、柴油用量為1 077 g/t、仲辛醇用量為165 g/t、充氣量為0.15 m3/h、浮選機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速為1 800 r/min的條件下，對(duì)煤泥進(jìn)行分步釋放試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表2，依據(jù)表2繪制的分步釋放浮選曲線如圖2所示。

表2 分步釋放試驗(yàn)結(jié)果

圖2 分步釋放浮選曲線

由圖2可知：當(dāng)要求精煤灰分為10%時(shí)，浮選精煤的理論產(chǎn)率在87%左右；該煤泥通過多次精選可以得到低灰精煤，經(jīng)過5次精選后的低灰精煤產(chǎn)率為27.81%、灰分為5.89%。

2.2 最佳調(diào)漿參數(shù)探索

調(diào)漿轉(zhuǎn)速和調(diào)漿時(shí)間是影響調(diào)漿效果的最主要因素，為此，在特定條件下研究這兩個(gè)因素對(duì)調(diào)漿效果的影響規(guī)律。在礦漿濃度為100 g/L、柴油用量為1 077 g/t、仲辛醇用量為165 g/t、充氣量為0.15 m3/h、葉輪轉(zhuǎn)速為1 800 r/min的條件下，對(duì)煤泥的調(diào)漿參數(shù)進(jìn)行研究，試驗(yàn)結(jié)果如圖 3所示。

圖3 調(diào)漿轉(zhuǎn)速和調(diào)漿時(shí)間對(duì)煤泥浮選效果的影響

由圖3可知：調(diào)漿轉(zhuǎn)速和調(diào)漿時(shí)間對(duì)精煤灰分和產(chǎn)率、可燃體回收率的影響規(guī)率相似，即都存在一個(gè)最佳值，低于或高于最佳值時(shí)，浮選效果均降低。在調(diào)漿轉(zhuǎn)速從1 600 r/min上升到2 000 r/min的過程中，三個(gè)浮選指標(biāo)均增加；在調(diào)漿轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時(shí)各指標(biāo)均達(dá)到達(dá)最大值；隨著葉輪轉(zhuǎn)速的增加，三個(gè)浮選指標(biāo)均有不同程度的降低。調(diào)漿時(shí)間對(duì)三個(gè)浮選指標(biāo)的影響相似。綜合分析，該煤樣的最佳調(diào)漿轉(zhuǎn)速為2 000 r/min，最佳調(diào)漿時(shí)間為2 min，后續(xù)試驗(yàn)均采用此條件進(jìn)行。

2.3 調(diào)漿浮選與常規(guī)浮選對(duì)比分析

煤泥常規(guī)浮選條件為：礦漿濃度100 g/L，葉輪轉(zhuǎn)速1 800 r/min，充氣量0.15 m3/h。在煤泥調(diào)漿浮選試驗(yàn)過程中，先采用實(shí)驗(yàn)室表面改質(zhì)機(jī)進(jìn)行調(diào)漿，再使用浮選機(jī)進(jìn)行一段浮選；調(diào)漿時(shí)葉輪轉(zhuǎn)速為2 000 r/min，調(diào)漿時(shí)間為2 min，礦漿濃度為100 g/L，葉輪轉(zhuǎn)速為1 800 r/min，充氣量為0.15 m3/h。調(diào)漿浮選與常規(guī)浮選的浮選指標(biāo)對(duì)比結(jié)果如圖 4所示。

由圖 4可知：在要求精煤灰分不高于10%時(shí)，常規(guī)浮選的柴油最佳用量為900 g/t，調(diào)漿浮選的柴油最佳用量為500 g/t，對(duì)應(yīng)的精煤產(chǎn)率為86.32%。這說明在要求精煤灰分相同時(shí)，經(jīng)表面改質(zhì)機(jī)調(diào)漿后，精煤產(chǎn)率增加約8個(gè)百分點(diǎn)，精煤可燃體回收率提高7個(gè)百分點(diǎn)，柴油用量減少45個(gè)百分點(diǎn)。

圖4 調(diào)漿浮選與常規(guī)浮選的浮選指標(biāo)對(duì)比結(jié)果

2.4 調(diào)漿對(duì)煤泥浮選速度的影響

為了研究調(diào)漿對(duì)煤泥浮選速度的影響規(guī)律，通過試驗(yàn)對(duì)調(diào)漿浮選和常規(guī)浮選的浮選速度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖 5所示。

圖5 調(diào)漿浮選與常規(guī)浮選的浮選速度對(duì)比結(jié)果

由圖5可知：在刮泡時(shí)間為1 min時(shí)，常規(guī)浮選的累計(jì)精煤可燃體回收率為68.97%，調(diào)漿浮選的累計(jì)精煤可燃體回收率為77.92%；在刮泡時(shí)間為3 min時(shí)，常規(guī)浮選的累計(jì)精煤可燃體回收率為80.74%，調(diào)漿浮選的累計(jì)精煤可燃體回收率為88.52%。由此可以看出：浮選入料經(jīng)高剪切調(diào)漿后，浮選速度明顯增加，說明高剪切調(diào)漿能夠改善煤泥的表面疏水性，從而提高其可浮性。

3 結(jié)論

(1)煤樣中<0.074 mm粒級(jí)灰分明顯高出其他粒級(jí)灰分，其中的脈石礦物主要是高嶺石和石英，且高嶺石易泥化，它是影響分選效果的主要脈石礦物。

(2)當(dāng)要求精煤灰分為10%時(shí)，與常規(guī)浮選相比，在調(diào)漿轉(zhuǎn)速為2 000 r/min、調(diào)漿時(shí)間為2 min的條件下，精煤產(chǎn)率增加約8個(gè)百分點(diǎn)，精煤可燃體回收率提高7個(gè)百分點(diǎn)，柴油用量節(jié)省45個(gè)百分點(diǎn)。

(3)對(duì)于蒲縣能源有限公司選煤廠的浮選入料，可以通過高剪切調(diào)漿清理顆粒表面雜質(zhì)，達(dá)到煤粒表面改質(zhì)的目的，從而有效提高精煤產(chǎn)率和精煤可燃體回收率，同時(shí)大幅降低浮選劑(柴油)用量。