陳斌

（西曲礦選煤廠，山西 古交 030200）

關鍵字：浮選；磨礦；調漿；風氧化煤

0 引言

隨著煤炭開采及利用程度的逐漸加大，優(yōu)質煤資源日漸枯竭，低品質煤炭資源將逐漸成為選煤廠面臨的主要煤源。而風氧化煤就是低品質煤的一種，它主要是由于煤炭在空氣、陽光、雨雪等的作用下發(fā)生風化、氧化形成的，其特點在于煤巖碎裂現(xiàn)象加重，水分增加，尤可選性能降低等。如何提高風化煤的利用水平成為當前選煤領域的一項重要課題。本文從浮選角度入手，通過增加及改變浮選預處理的手段，研究改善風氧化煤浮選效果的方法，并對其具體作用機理進行分析。

1 樣品制備及藥劑準備

本文使用的煤樣為寧夏太西地區(qū)的風氧化煤，粒度選擇為-0.5mm，對其在空氣干燥基下進行工業(yè)分析，如表1所示。

本文所用藥劑主要為浮選藥劑，見表2。

表2 試驗試劑表

2 試驗研究

本文主要采用漿預處理及磨礦預處理等手段對入浮煤樣進行處理，并對不同預處理手段下浮選精煤的產率及灰分變化規(guī)律進行分析，研究改善風氧化煤浮選效果的最佳條件。浮選試驗使用XFD—1.5型單槽浮選機進行。

2.1 調漿預處理對浮選結果的影響

2.1.1 試驗條件

調漿預處理主要是在浮選試驗前增加對煤漿的預先攪拌處理，其主要分為兩個部分。一是對煤樣本身的調漿處理，此過程也可稱為預潤濕；二是對捕收劑的調漿處理，兩個過程分別進行。具體操作流程為：在浮選槽中加入1L左右的清水，稱取150g煤樣，將煤樣緩慢倒入清水后，打開浮選機葉輪，轉速定為800r/min，開始預潤濕過程，預潤濕時間分別為0min、1min、2min、3min和4min。預潤濕過程完畢后，將捕收劑注入浮選槽中，葉輪轉速仍為800r/min，捕收劑調漿時間分別為 1min、2min、3min、4min 和 5min。捕收劑用量固定為4500g/t.捕收劑調漿完畢后將浮選機葉輪轉速調至1800r/min，隨后向浮選槽加入起泡劑，起泡劑用量為900g/t，攪拌1min后開始重啟浮選，浮選刮泡時間為3min。

2.1.2 試驗結果及分析

對浮選后的精煤在75℃恒溫鼓風干燥箱中烘干至空氣干燥狀態(tài)，計算其產率和灰分，分別繪制產率、灰分隨調漿時間的變化折線圖，如圖1、圖2。

圖1 調漿時間不同時精煤產率變化規(guī)律

如圖1所示，當煤樣預潤濕的時間保持不變時，精煤產率隨捕收劑調漿時間的延長呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。無論預潤濕時間長短，精煤產率的最大值均出現(xiàn)在捕收劑調漿時間4min左右的位置，此時繼續(xù)延長捕收劑調漿時間，精煤產率急劇降低。其原因主要在于，捕收劑發(fā)揮對精煤顆粒的捕收作用需要一定的時間，這一方面是捕收劑（本文使用柴油）本身為粘稠的油狀液體，其本身需要一定的時間在礦漿中充分分散成細小的油滴，這樣才能充分擴大其作用范圍，使其有機會與更多的煤顆粒作用；其次，捕收劑與煤顆粒表面發(fā)生捕收作用也需要一定的作用時間。而當捕收劑調漿時間繼續(xù)延長后，由于體系中還存在有大量的水，而風氧化煤的特點之一是孔隙及裂隙加大，在煤樣浸泡時間足夠長后，這些水會侵入煤巖體中，當其侵入的量足夠多時，由于重量增大，起泡劑產生的氣泡可能無法將其帶至礦化層形成精煤，從而降低精煤產率。

當捕收劑調漿時間不變，改變預潤濕時間時，精煤產率呈現(xiàn)明顯的降低趨勢。當預潤濕時間超過2min后，繼續(xù)增加預潤濕時間對精煤產率的影響基本一致。改變預潤濕時間，精煤產率的最大值仍出現(xiàn)在捕收劑調漿時間為4min時。同時注意到，預潤濕時間為0min時，捕收劑調漿時間為4min時精煤產率明顯大于其他條件下的精煤產率。這說明預潤濕過程對于精煤產率這一指標主要起到了負面作用。風氧化煤由于表面的親水性很強，煤顆粒表面容易與水分子以氫鍵的形式結合，形成或增厚水化膜。而浮選過程的要害之處就在于捕收劑與煤顆粒的疏水表面相結合，水化膜的存在成為制約浮選精煤產率提高的關鍵因素。由圖1可見，當預潤濕時間為0min時，煤顆粒表面的疏水部分直接與充分分散開的捕收劑（柴油）液滴相結合，由于與水的接觸時間短，裂隙中的親水表面尚未來得及與水相結合，因此精煤產率達到最大。

圖2 調漿時間不同時精煤灰分變化規(guī)律

如圖2為不同調漿預處理條件下精煤灰分的變化趨勢圖?？梢?，預潤濕時間在3min以內時，精煤灰分隨捕收劑調漿時間的延長呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，其中以預潤濕時間為0min和1min時最為明顯。可見，當捕收劑調漿時間為3～4min時，精煤灰分最高。而由圖1可知，當捕收劑調漿時間為4min時精煤產率最高，因此綜合精煤灰分和產率兩個因素，基本確定捕收劑預調漿時間為3min時浮選效果較好。造成這一現(xiàn)象的原因，主要是捕收劑的選擇性吸附隨調漿時間的改變而產生變化。當調漿時間較短時，雖然捕收劑的作用難以得到最大發(fā)揮，但其所吸附的顆粒以精煤顆粒為主；而當調漿時間過長時，雖然捕收劑分散更加均勻，但顯然其選擇性也隨之降低，因此更多的灰分物質也被捕收，從而降低了浮選的精度。

當預潤濕時間延長后，精煤灰分基本呈現(xiàn)出降低的趨勢。當預潤濕時間較短時，捕收劑調漿時間為3～4min時，精煤灰分有明顯的升高過程；而當預潤濕時間為4min時，隨捕收劑調漿時間的延長，精煤灰分先降低而后趨于平緩。這主要是由于預潤濕時間足夠長時，煤顆粒表面以及與顆粒表面連通的內部裂隙中的親水面已經基本被水潤濕，形成了致密且厚重的水化膜，基本失去了與捕收劑作用的機會。此時，只有表面疏水性最好的精煤顆粒才能正常完成浮選過程中的礦化反應進入礦化層浮出，因此精煤灰分持續(xù)降低。而由于這樣的顆粒表面數(shù)量有限，因此精煤灰分不可能無限減小。而當預潤濕時間較短時，由于仍然有親水性較好的表面未被水化膜包裹，因此當捕收劑在調漿作用下分散效果好轉后，這部分疏水顆粒也成為精煤產物，因此出現(xiàn)了精煤灰分上升的現(xiàn)象。

綜合以上分析，可知預潤濕過程對浮選效果基本是消極作用。捕收劑調漿在一定時間范圍內可提高浮選精煤產率，但調漿時間過長也會造成浮選精度降低，精煤灰分升高的問題。因此，確定當預潤濕時間為0min，捕收劑調漿時間為3～4min時，對風氧化煤浮選效果的改善作用最佳。

2.2 磨礦預處理對浮選結果的影響

2.2.1 試驗條件

磨礦預處理使用圓盤式制樣機進行。每次在研磨槽中加樣100g進行研磨，研磨時間分別為10s，20s，30s，40s和 50s。由于試驗所需樣品無法一次性磨出，因此在各研磨時間條件下磨出的煤樣需先經過“堆錐四分法”混勻后，再裝入自封袋備用。試驗過程中每次使用原煤為150g。具體浮選過程按照單元浮選試驗國標GB/T4757-2001進行。。捕收劑用量固定為4500g/t，起泡劑用量為900g/t，浮選刮泡時間為3min。

2.2.2 試驗結果及分析

由于磨礦預處理過程會造成樣品粒度組成的改變，因此在浮選試驗前先對各個條件下磨礦預處理后的樣品進行粒度組成分析，如圖3所示。

圖3 樣品粒度組成隨磨礦時間的變化規(guī)律

如圖3可見，隨著研磨時間的延長，總體上大顆粒減少，細顆粒增多。具體的，0.5～0.25mm粒度級的減少最為明顯，在磨礦時間20～40s范圍內，其產率降低最為劇烈；此后其產率趨近于0，但產率降低的速度明顯變慢，說明當其含量減少后，磨礦機對該粒級的研磨效率降低。-0.25mm各粒級的產率在磨礦后均有所升高，尤其以-0.075mm粒級的變化最為明顯。而0.25～0.125mm和0.125～0.075mm粒度級雖然產率也有所升高，但變化幅度較小。這充分說明風氧化煤的煤巖硬度較低，顆粒易碎。但從各曲線的最終走勢看，本文所用的磨礦機無法將所有粒級顆粒全部研磨至最細粒級，各粒級的產率最終均趨于一個平衡值，這主要是由磨礦機的性能特點所決定的。

使用磨礦預處理后的煤樣進行浮選試驗，對其精煤產率和灰分進行統(tǒng)計分析，如圖4所示。

圖4 精煤產率及灰分隨磨礦時間的變化規(guī)律

可見隨著磨礦時間的延長，精煤產率總的趨勢是逐漸上升的。當磨礦時間小于30s時，精煤產率上升的幅度較??；而當磨礦時間由30s延長至40s后，精煤產率急劇升高，隨后又趨于平穩(wěn)。與此同時，精煤灰分的變化規(guī)律與精煤產率的變化規(guī)律略有差異。當磨礦時間小于20s時，精煤灰分隨磨礦時間的延長呈現(xiàn)降低趨勢；此時繼續(xù)延長磨礦時間，精煤灰分開始劇烈升高，并最終趨于穩(wěn)定。由圖3中的分析可知，磨礦后樣品中的細顆粒產率增加，而浮選的最適宜粒級一般認為在0.25～0.125mm左右，當浮選入料粒度過細時，一方面會造成捕收劑的選擇性降低，部分親水顆粒也會作為精美組份被帶入礦化層；另一方面，細顆粒本身的懸浮、分散性較好，尤其是高灰細泥，極易在礦漿中穩(wěn)定懸浮，從而造成精煤產率的升高以及灰分的升高。從圖4中精煤產率及灰分的變化趨勢看，當磨礦時間在10～20s范圍內時，浮選精煤在產率提高的同時灰分也有所降低。這說明，適當?shù)哪サV可以進一步加大精煤組份與矸石組份的解離程度，而此時細顆粒產率的增加幅度尚不明顯，因此可以起到改善浮選效果的作用；而當磨礦時間繼續(xù)延長后，細顆粒產率劇增，捕收劑的選擇性急劇降低，大量細泥被帶至精煤產物中，此時雖然精煤產率提高，但精煤灰分劇增，使得精煤整體的品質惡化，不利于浮選效果的改善。因此，最終確定磨礦預處理時間為20s時，可有效改善風氧化煤浮選效果。

3 結 論

1）調漿預處理主要分為預潤濕過程和捕收劑調漿過程，其中預潤濕過程會造成煤顆粒表面水化膜增多、變厚，不利于浮選效果的改善；捕收劑調漿預處理可在一定程度上改善捕收劑的分散效果，有利于浮選效果的改善，但調漿時間過長也會造成捕收劑選擇性降低的問題，最佳的調漿時間為3～4min。

2）磨礦預處理會造成風氧化煤中細顆粒的大量增加，當磨礦時間較短時可改善精美組份與矸石組份的解離程度，有利于改善浮選效果；但磨礦時間內過長也會使細泥增多，惡化捕收劑的選擇性，使得精煤品質降低，最佳的磨礦預處理時間為20s。

3）風氧化煤原煤的浮選效果較差，需要進行工藝方面的優(yōu)化處理才可取得較好的生產效果，這對改善風氧化煤的應用效果，優(yōu)化資源利用具有重要意義。