榮國強(qiáng)，吳 迪，張友飛，李 明

(1.中國礦業(yè)大學(xué) 國家煤加工與潔凈化工程研究中心，江蘇 徐州221116；2.中國礦業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院，江蘇 徐州221116；3.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山063012；4.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山063012)

隨著高灰難選煤泥數(shù)量的增加，煤泥浮選難度越來越大。研究發(fā)現(xiàn)：異質(zhì)細(xì)泥和粗顆粒連生體含量高[1-2]是這類煤泥難選的主要原因。國內(nèi)研究者在這方面做了大量探索，蔡念庚等[3]研究發(fā)現(xiàn)：細(xì)泥質(zhì)量輕、捕收劑性能差是浮選效果差的主要原因[1]。程宏志等[4]的研究表明：煤泥的選擇性聚團(tuán)、選擇性絮凝、振蕩浮選等可以提高浮選選擇性[5-6]。桂夏輝等[7]的研究說明：機(jī)械夾帶和在粗粒煤表面罩蓋是異質(zhì)細(xì)泥進(jìn)入浮選精煤的主要方式。周開洪等[8]研究發(fā)現(xiàn)：低灰粗顆粒主要損失在浮選尾煤中，較多高灰細(xì)泥進(jìn)入浮選精煤中。張文軍[9-13]等對(duì)浮選柱的工作原理和技術(shù)特點(diǎn)分析發(fā)現(xiàn)：在分選微細(xì)粒煤泥時(shí)，浮選柱比浮選機(jī)更具優(yōu)勢。

基于前人的研究成果，在實(shí)驗(yàn)室條件下，分別對(duì)煤油用量、浮選機(jī)刮泡時(shí)間、煤泥調(diào)漿時(shí)間、浮選柱降灰性能及<0.5 mm粒級(jí)原煤磨礦-浮選條件進(jìn)行探索，并對(duì)比不同條件下的煤泥浮選效果，目的是為包頭礦區(qū)高灰難選煤泥的高效降灰提供理論借鑒和支持。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器設(shè)備和藥劑

(1)試驗(yàn)設(shè)備。XFD-1.0 L型實(shí)驗(yàn)室用單槽浮選機(jī)，調(diào)漿轉(zhuǎn)速在0～2 600 r/min之間，葉輪轉(zhuǎn)速在0～30 r/min之間；KY-50實(shí)驗(yàn)室型旋流-靜態(tài)微泡浮選柱，浮選柱直徑為50 mm；標(biāo)準(zhǔn)套篩，篩孔尺寸分別為0.5、0.25、0.125、0.074、0.045 mm。

(2)試驗(yàn)藥劑。試驗(yàn)藥劑包括捕收劑和起泡劑兩種，捕收劑為柴油，起泡劑為仲辛醇，均采自生產(chǎn)現(xiàn)場。

1.2 試樣性質(zhì)

1.2.1 粒度組成

試樣(煤泥)來自內(nèi)蒙古包頭礦區(qū)，根據(jù)GB/T477—2008《煤炭篩分試驗(yàn)方法》規(guī)定，采用標(biāo)準(zhǔn)套篩對(duì)試樣粒度組成進(jìn)行分析，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知：隨著粒度的減小，各粒級(jí)灰分增大。主導(dǎo)粒級(jí)為0.5～0.125 mm粒級(jí)，其產(chǎn)率為42.70%，灰分為28.75%，這說明低灰粗粒含量偏高，可能在一定程度上帶來尾煤灰分偏低的問題。<0.045 mm粒級(jí)產(chǎn)率為26.63%，灰分高達(dá)40.52%，說明這部分物料含有大量異質(zhì)細(xì)泥，浮選時(shí)要注意異質(zhì)細(xì)泥的非選擇性上浮對(duì)浮選精煤的污染。

1.2.2 密度組成

試樣的密度組成如圖2所示。由圖2可知：<1.40 g/cm3密度級(jí)的產(chǎn)率為14.48%，灰分為6.76%，這說明低密級(jí)含量低。>1.60 g/cm3密度級(jí)產(chǎn)率為42.50%，中間密度級(jí)(1.40～1.60 g/cm3)產(chǎn)率高達(dá)43.02%，灰分為20.93%，這說明連生體含量高。此外，結(jié)合煤泥的可浮性和現(xiàn)場要求判斷，當(dāng)要求浮選精煤灰分為15%時(shí)，其屬于較難選煤泥。

圖1 試樣粒度組成

圖2 試樣密度組成

1.3 試驗(yàn)方案

在實(shí)驗(yàn)室條件下，保持入浮煤漿濃度恒定為80 g/L，分別依據(jù)相關(guān)要求對(duì)煤油用量、浮選機(jī)刮泡時(shí)間、煤泥調(diào)漿時(shí)間、浮選柱降灰性能及<0.5 mm粒級(jí)原煤磨礦-浮選條件進(jìn)行探索，對(duì)比不同條件下的煤泥浮選效果，進(jìn)而確定高灰難選煤泥的最佳降灰條件。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 煤泥分步釋放試驗(yàn)

參考現(xiàn)場藥劑制度，依據(jù)GB/T 36167—2018《選煤實(shí)驗(yàn)室分步釋放浮選試驗(yàn)方法》規(guī)定，確定的煤泥分步釋放浮選試驗(yàn)參數(shù)為：浮選機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速1 800 r/min，充氣量0.25 m3/(m2·min)，礦漿濃度80 g/L，柴油用量600 g/t，仲辛醇用量100 g/t。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 煤泥分步釋放浮選試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可知：經(jīng)過一次粗選后，浮選精煤產(chǎn)率高達(dá)80.29%，灰分高達(dá)23.22%；隨著精選次數(shù)的增加，礦漿內(nèi)殘余的藥劑越來越少，不同可浮性的煤粒對(duì)藥劑和能量的競爭愈發(fā)激烈，可浮性好的煤粒在精選階段顯現(xiàn)出更多優(yōu)勢，浮選精煤產(chǎn)率和灰分均呈下降趨勢；經(jīng)過五次精選后，最終精煤灰分為16.64%，仍然不能滿足灰分為15%的要求，進(jìn)一步驗(yàn)證了該煤泥具有易浮難選的性質(zhì)[1]。

異質(zhì)細(xì)泥和中間連生體的大量上浮，導(dǎo)致浮選精煤質(zhì)量不能滿足要求，因此必須通過煤泥的表面改質(zhì)或連生體解離才能獲得合格浮選精煤。

2.2 煤油用量探索試驗(yàn)

在礦漿濃度為80 g/L、調(diào)漿轉(zhuǎn)速為2 100 r/min、調(diào)漿時(shí)間為4 min的條件下，以仲辛醇作為起泡劑，固定用量為100 g/t，調(diào)整煤油用量，并觀察其用量變化對(duì)煤泥浮選效果的影響。試驗(yàn)時(shí)浮選機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速為1 800 r/min，充氣量為0.25 m3/(m2·min)，刮泡時(shí)間為3 min。煤油用量探索試驗(yàn)流程如圖4所示，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

圖4 煤油用量探索試驗(yàn)流程

由表1可知：隨著煤油用量的增大，浮選精煤產(chǎn)率和灰分趨于穩(wěn)定，精煤灰分在24%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出浮選精煤灰分要求，說明浮選精煤受異質(zhì)細(xì)泥和中間連生體污染嚴(yán)重。這可能是由煤油超量或刮泡時(shí)間過長引起的，即浮選過程過于充分。因此，需要降低煤油用量或縮短刮泡時(shí)間，以觀察煤泥浮選效果。

表1 煤油用量探索試驗(yàn)結(jié)果

2.3 煤油用量與浮選機(jī)刮泡時(shí)間優(yōu)化試驗(yàn)

在其他參數(shù)不變，刮泡時(shí)間為2 min的條件下，煤泥浮選指標(biāo)隨煤油用量變化情況見表2。由表2可知：降低煤油用量和縮短刮泡時(shí)間可在一定程度上降低浮選精煤灰分，但浮選精煤灰分仍在21%以上，不能滿足要求。

表2 煤油用量與浮選機(jī)刮泡時(shí)間優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

為了確定煤泥難選的原因，對(duì)煤油、仲辛醇用量分別為215、100 g/t的浮選精煤密度組成和粒度組成進(jìn)行分析，結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 浮選精煤密度組成

由圖5可知：浮選精煤中>1.60 g/cm3密度級(jí)的產(chǎn)率為23.91%，灰分高達(dá)52.23%，說明異質(zhì)細(xì)泥和中間連生體的非選擇性上浮是浮選精煤灰分高的主要原因。

圖6 浮選精煤粒度組成

由圖6可知：各粒級(jí)灰分均已超出浮選精煤灰分要求，說明浮選選擇性普遍較差。由于粗粒級(jí)的脫落概率大，其進(jìn)入后使浮選精煤灰分低于細(xì)粒級(jí)灰分；粗粒級(jí)的灰分較高，說明其中含有部分未解離的中煤；由于細(xì)粒級(jí)跟隨性強(qiáng)，黏土類細(xì)泥易罩蓋在精煤表面或隨水流進(jìn)入精煤泡沫，導(dǎo)致該粒級(jí)灰分偏高。

2.4 調(diào)漿時(shí)間探索試驗(yàn)

在煤油用量為215 g/t、仲辛醇用量為100 g/t、充氣量為0.25 m3/(m2·min)、刮泡時(shí)間為3 min的條件下，對(duì)煤泥進(jìn)行調(diào)漿，考察調(diào)漿時(shí)間對(duì)煤泥浮選效果的影響。調(diào)漿時(shí)間分別為0、5、10、15、20、25、30、40 min時(shí)，煤泥浮選效果見表3。

表3 不同調(diào)漿時(shí)間的煤泥浮選效果

由表3可知：隨著調(diào)漿時(shí)間的增加，浮選精煤灰分、產(chǎn)率均沒有明顯變化，說明高紊流對(duì)礦粒的打磨并未能改善浮選選擇性。

2.5 浮選柱降灰性能探索

稱取2 400 g干煤泥，放入容量為30 L的攪拌桶內(nèi)，加水配制成濃度為80 g/L的礦漿；在煤油用量為215 g/t、仲辛醇用量為100 g/t、調(diào)漿時(shí)間為4 min的條件下，采用KY-50實(shí)驗(yàn)室用旋流-靜態(tài)微泡浮選柱對(duì)其進(jìn)行浮選，進(jìn)而研究該浮選柱的降灰性能。當(dāng)泡沫層穩(wěn)定后，在泡沫層處于15、20、25、30、35 cm厚度時(shí)，分別對(duì)精煤、尾煤進(jìn)行取樣，并對(duì)兩者進(jìn)行化驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4 浮選柱浮選試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知：隨著泡沫層厚度的增加，精煤灰分和產(chǎn)率均降低，這是因?yàn)楹衽菽瓕佑袕?qiáng)的二次富集作用，能夠減少機(jī)械夾帶的異質(zhì)細(xì)泥。在精煤產(chǎn)率相同的情況下，與浮選機(jī)選出的精煤相比，浮選柱選出的精煤灰分低1～2個(gè)百分點(diǎn)。

結(jié)合前面分析得知，此煤泥屬于易浮難選煤泥，入料的不同密度級(jí)可浮性差異不顯著。多數(shù)中間連生體被氣泡帶入精煤，厚泡沫層能夠有效抑制高灰細(xì)泥污染浮選精煤，但對(duì)連生體的抑制作用不大，所以浮選精煤灰分下降程度有限。因此，必須對(duì)中間連生體進(jìn)行充分解離，盡量增加給料中不同密度級(jí)的可浮性差異，并釋放出更多的低灰精煤。

2.6 <0.5 mm粒級(jí)原煤磨礦-浮選試驗(yàn)

在調(diào)漿轉(zhuǎn)速為2 100 r/min、調(diào)漿時(shí)間為4 min、煤油用量為215 g/t、仲辛醇用量為100 g/t、刮泡時(shí)間為2 min、充氣量為0.25 m3/(m2·min)的條件下，采用QHJM-2立式超細(xì)攪拌磨機(jī)將煤泥磨細(xì)，觀察不同磨礦時(shí)間(0、0.5、1.0、1.5、2.0 min)下的煤泥浮選效果。<0.5 mm粒級(jí)原煤磨礦-浮選試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 <0.5 mm粒級(jí)原煤磨礦-浮選試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知：原煤經(jīng)過磨礦后可以釋放出部分精煤，進(jìn)而使精煤灰分降至要求灰分。當(dāng)磨礦時(shí)間為0.5 min時(shí)，浮選精煤灰分為14.98%，產(chǎn)率為61.02%，其灰分滿足要求。隨著磨礦時(shí)間的增加，浮選精煤灰分降低，產(chǎn)率也降低，說明煤泥粒度不宜過細(xì)，否則不利于浮選。這是因?yàn)榈V漿內(nèi)的大量細(xì)泥和煤粒競吸藥劑，其中的低灰顆粒因得不到藥劑無法粘附在氣泡表面，從而損失在尾煤中。

不同磨礦時(shí)間的煤泥粒度組成見表6。由表6可知：當(dāng)磨礦時(shí)間為0.5 min時(shí)，>0.25 mm粒級(jí)的產(chǎn)率下降13.07個(gè)百分點(diǎn)，0.25～0.125 mm粒級(jí)的產(chǎn)率下降6.52個(gè)百分點(diǎn)；煤泥經(jīng)過磨礦后，粗粒級(jí)灰分增加，細(xì)粒級(jí)灰分降低，這進(jìn)一步說明入料>0.25 mm粒級(jí)含有大量連生體；當(dāng)磨礦時(shí)間為1 min時(shí)，>0.25 mm粒級(jí)的產(chǎn)率降至4.10%，0.125～0.25 mm粒級(jí)的產(chǎn)率降至8.33%，<0.045 mm粒級(jí)的產(chǎn)率升至57.20%，此時(shí)浮選最佳粒級(jí)(0.25～0.074 mm粒級(jí))的產(chǎn)率僅為24.16%，煤泥浮選效果不能滿足要求。因此，在試驗(yàn)條件下，當(dāng)磨礦時(shí)間為0.5 min時(shí)，煤泥浮選效果最好，可以獲得灰分為14.98%、產(chǎn)率為61.02%的浮選精煤。

表6 不同磨礦時(shí)間的煤泥粒度組成

3 結(jié)論

(1)內(nèi)蒙古包頭礦區(qū)的煤泥屬于高灰難選煤泥，其中的低灰粗顆粒含量偏高，可能帶來尾煤灰分偏低的問題；<0.045 mm粒級(jí)含有大量異質(zhì)細(xì)泥，易對(duì)浮選精煤造成污染；中間連生體含量高，需要對(duì)其進(jìn)行充分解離。

(2)高灰細(xì)泥和中間連生體的非選擇性上浮是浮選精煤灰分偏高的重要原因，在對(duì)煤泥磨礦的基礎(chǔ)上，采用浮選柱浮選時(shí)降灰效果更好。

(3)在調(diào)漿轉(zhuǎn)速為2 100 r/min、調(diào)漿時(shí)間為4 min、煤油用量為215 g/t、仲辛醇用量為100 g/t、充氣量為0.25 m3/(m2·min)、刮泡時(shí)間為2 min、磨礦時(shí)間為0.5 min的條件下，煤泥浮選后可以獲得灰分為14.98%、產(chǎn)率為61.02%的浮選精煤。