楊海昌

(山西工程技術(shù)學(xué)院 礦業(yè)工程系，山西 陽泉 045000)

隨著采煤機(jī)械化程度的提高和重介質(zhì)選煤工藝的普及，入浮煤泥中高灰細(xì)泥的含量逐漸增加[1]。在浮選過程中，高灰細(xì)泥常通過細(xì)泥夾帶、細(xì)泥罩蓋、團(tuán)聚互凝等途徑污染精煤，其中以細(xì)泥夾帶對(duì)浮選精煤的污染最為顯著[2]。細(xì)泥夾帶是由于細(xì)泥的粒度細(xì)、質(zhì)量小、受水介質(zhì)粘滯作用大，一旦粘附于氣泡則很難脫落，非常容易夾雜于礦化氣泡之間，高灰細(xì)泥也可充填于氣絮團(tuán)中，隨氣泡或氣絮團(tuán)上升進(jìn)入泡沫層而形成夾帶，造成精煤灰分超標(biāo)。

于躍先等[3]通過對(duì)細(xì)泥夾帶機(jī)理的研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)泥的粒度是影響細(xì)泥夾帶的最重要因素；桂夏輝等[4]通過分析浮選中不同浮出時(shí)間的精煤(J1、J2、J3、J4、J5)發(fā)現(xiàn)，細(xì)泥污染存在于整個(gè)浮選過程中，J1、J2、J3、J4、J5五個(gè)子過程的高灰細(xì)泥占各產(chǎn)品的比例逐漸升高；盧廷亮等[5]通過對(duì)捕收劑與煤粒表面的作用機(jī)理的研究發(fā)現(xiàn)，捕收劑中酯的>C=O有利于提高其對(duì)難浮煤泥的捕收性能。針對(duì)高灰細(xì)泥含量較高的難浮煤泥，Li等人[6]使用高強(qiáng)度調(diào)漿(HIC)使精煤產(chǎn)率增加了18%；Gui等人[7]使用兩段柱浮選工藝(一段低能量輸入+二段高能量輸入)使可燃體回收率提高了5.25%；Tao等[8]研究發(fā)現(xiàn)，相比分級(jí)浮選，粗選精煤磨礦再選工藝和選擇性團(tuán)聚工藝更適用于高灰難浮煤泥；宋云霞等[9]采用浮選精煤再選工藝使浮選完善指標(biāo)提高了3.38%；張龍?chǎng)蔚萚10]對(duì)發(fā)現(xiàn)，通過“浮選機(jī)粗選+浮選柱精選”工藝，可以將高灰難浮煤泥的浮選精煤產(chǎn)率提高10.27%。

對(duì)于高灰細(xì)泥含量高所引起的煤泥浮選問題，目前生產(chǎn)實(shí)踐中往往采用浮選精煤再選工藝應(yīng)對(duì)。但精選工藝也會(huì)造成工藝流程復(fù)雜、投資大、自動(dòng)控制難等問題。為了解決該問題，個(gè)別選煤廠開始采用部分精煤再選工藝，即只對(duì)部分高灰分精煤進(jìn)行再浮。本論文將以臨渙選煤廠的難浮煤泥作為研究對(duì)象，從理論上分析部分精煤再浮工藝的可行性。

1 浮選試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)煤樣

試驗(yàn)煤樣來自淮北礦業(yè)集團(tuán)臨渙選煤廠，煤種為瘦煤，選煤廠的浮選精煤灰分指標(biāo)是10.51%～11.00%。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均浮選精煤灰分11.37%，平均浮選精煤產(chǎn)率49.90%。根據(jù)前期的實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果，經(jīng)過藥劑用量、充氣量、葉輪轉(zhuǎn)速等參數(shù)的優(yōu)化后，一次浮選工藝可以得到精煤灰分為10.97%，精煤產(chǎn)率50.87%，浮選完善指標(biāo)42.45%的浮選效果[11]。

1.2 小篩分試驗(yàn)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 477—2008進(jìn)行篩分試驗(yàn)。先使用45μm的標(biāo)準(zhǔn)篩對(duì)煤樣進(jìn)行濕篩，篩上物烘干后使用SPB 200振篩機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)套篩(直徑200mm，孔徑依次為500μm、250μm、125μm、75μm、45μm)進(jìn)行篩分。

1.3 小浮沉試驗(yàn)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 478—2008進(jìn)行浮沉試驗(yàn)。重液是由四氯化碳、苯和三溴甲烷以適當(dāng)?shù)谋壤M(jìn)行混合得到的密度分別為1.40kg/L、1.50kg/L、1.60kg/L的密度液。離心機(jī)轉(zhuǎn)速2400r/min，離心時(shí)間10min。

1.4 浮選試驗(yàn)

本研究中的浮選試驗(yàn)均是在同一臺(tái)XFD-1.5 L實(shí)驗(yàn)室浮選機(jī)上進(jìn)行，捕收劑為柴油，起泡劑為雜醇。工藝參數(shù)均為：藥比(捕收劑與氣泡劑用量之比)4∶1、入浮濃度70g/L、充氣量0.30m3/h、葉輪轉(zhuǎn)速1900r/min。

1.4.1 分步釋放試驗(yàn)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) MT/T 144—1997進(jìn)行分步釋放試驗(yàn)，采用一次粗選多次精選的浮選流程。經(jīng)前期的探索試驗(yàn)確定試驗(yàn)條件：粗選時(shí)捕收劑用量為400g/t(此時(shí)浮選完善指標(biāo)最高)。精選過程不加藥劑，僅補(bǔ)加自來水。

試驗(yàn)過程如下。粗選過程：將煤和水加入浮選槽，攪拌2min，加入捕收劑，再攪拌2min，加入起泡劑，再攪拌30s，然后打開充氣閥，開始刮泡，刮泡時(shí)間為3min；精選過程：將粗選精煤全部加入浮選槽中，補(bǔ)加適量的水，攪拌2min后打開充氣閥，開始刮泡，刮泡時(shí)間為3min；一共進(jìn)行4次精選過程，將最終精礦和各尾礦分別過濾、烘干、稱重、測(cè)灰分。

1.4.2 浮選速度試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：捕收劑用量為400g/t。試驗(yàn)過程與分步釋放試驗(yàn)的粗選階段相同，區(qū)別是分時(shí)間段對(duì)0～15s、15～30s、30～60s、60～180s的刮出物分別進(jìn)行收集。

1.4.3 分段加藥和部分精煤精選試驗(yàn)

粗選試驗(yàn)過程：試驗(yàn)過程與分步釋放試驗(yàn)的粗選階段相同，區(qū)別是刮泡75s后需停止刮泡和充氣，進(jìn)行二次加藥。二次加藥過程如下：停止刮泡后立即加入捕收劑，攪拌30s，然后加入起泡劑，再攪拌30s，然后打開充氣閥，再次開始刮泡，本次刮泡時(shí)間為105s。將前75s和后105s得到的浮物分開收集，即前期精礦和后期精礦。每進(jìn)行兩組粗選試驗(yàn)，得到的后期精礦作為精選段的入料。精選段試驗(yàn)過程與分步釋放試驗(yàn)的粗選階段相同。

2 結(jié)果與討論

2.1 煤樣的粒度組成分析

試驗(yàn)煤樣的粒度分析結(jié)果見表1。

表1 浮選入料小篩分表

由表1可知，隨著粒度的減小，各粒級(jí)灰分增加，說明原煤中矸石易泥化；-45μm粒級(jí)的含量為40.11%，是浮選入料的主導(dǎo)粒級(jí)，其灰分高達(dá)38.96%，說明浮選入料中高灰細(xì)泥的含量較高。高灰細(xì)泥在浮選中往往通過水流夾帶行為跟隨礦化氣泡進(jìn)入精煤產(chǎn)品，以及通過細(xì)泥罩蓋行為阻礙低灰精煤與氣泡的粘附，對(duì)精煤產(chǎn)品的質(zhì)量和回收率均有著較大的影響。因此，高灰細(xì)泥問題的解決，將是提高該煤泥浮選效果的關(guān)鍵。

2.2 分步釋放浮選試驗(yàn)

分步釋放試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 分步釋放試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

由表2可知，經(jīng)過一次精選后，精煤灰分10.60%，精煤產(chǎn)率61.78%，與同樣是實(shí)驗(yàn)室條件下的一次浮選工藝的浮選效果(精煤產(chǎn)率50.87%，精煤灰分10.97%)相比，精選工藝在降低精煤灰分的同時(shí)，還能大幅提高精煤產(chǎn)率。隨著浮選次數(shù)的增加，精煤灰分逐漸降低，同時(shí)，浮選精煤產(chǎn)率也大幅下降。在精選過程中，不僅是高灰細(xì)泥會(huì)被不斷剔除，可浮性較差的中礦連生體等也會(huì)被剔除，從而造成精煤灰分和精煤產(chǎn)率的降低。

2.3 浮選速度試驗(yàn)

對(duì)煤樣做浮選速度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 浮選速度試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

由表3可知，隨著浮選的進(jìn)行，浮物灰分逐漸增加，浮選后期的浮選精煤灰分遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于浮選前期。這是由于低灰顆粒的疏水性較高，有較高的浮選速度，因此在浮選初期大量浮出，而高灰顆粒親水性較強(qiáng)，表面水化層較厚，需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能被氣泡捕獲，因此主要在浮選后期浮出。由此可以設(shè)想，若使用部分精煤再浮工藝，對(duì)浮選后期的高灰精煤進(jìn)行再選，將能夠有效地降低精煤灰分。

對(duì)各階段精煤產(chǎn)品做密度組成分析見表4，其中高灰物質(zhì)含量(>1.5kg/L)與浮選時(shí)間的關(guān)系如圖1所示。

表4 浮沉試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

圖1 各時(shí)間段精煤中>1.5kg/L高灰物質(zhì)含量

由圖1可知，隨著浮選的進(jìn)行，精煤中高灰物質(zhì)在各分階段精煤產(chǎn)物中的比例總體呈增加趨勢(shì)，對(duì)浮選后期精煤進(jìn)行再選將能夠高效地剔除精煤中的高灰物質(zhì)，從而支撐了部分精煤再浮工藝的設(shè)想。需要注意的是，浮選前期精煤中的高灰顆粒比例雖然較低，但是依然在6%以上，導(dǎo)致浮選前期精煤的灰分偏高。若要浮選前期精煤灰分進(jìn)一步降低，可以引入分段加藥制度，即降低浮選前期的藥劑用量以降低浮選前期精煤的灰分，然后通過在浮選后期進(jìn)行二次加藥來減少低灰精煤在尾礦中的損失。

2.4 部分精煤再浮試驗(yàn)

2.4.1 分段加藥

根據(jù)參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)的結(jié)果，捕收劑用量250 g/t時(shí)精煤灰分達(dá)標(biāo)[5]，在此藥劑用量下做浮選試驗(yàn)。開始刮泡后，0～2min內(nèi)每10s收集一次精礦，2～3min內(nèi)每20s收集一次精礦；該試驗(yàn)連續(xù)做兩組，將相應(yīng)時(shí)間段的精煤混合在一起。各時(shí)間段的浮物灰分與浮選時(shí)間的關(guān)系如圖2所示。由圖2查得在75s時(shí)精煤灰分為11.00%，因此將75s作為二次加藥點(diǎn)。然后在二次加藥制度下做浮選速度試驗(yàn)，總捕收劑用量依然是400g/t，分別是浮選前期進(jìn)行第一次加藥，用量250g/t，在浮選后期進(jìn)行二次加藥，用量150g/t，結(jié)果見表5。

圖2 精煤灰分—浮選時(shí)間關(guān)系曲線

表5 浮選速度試驗(yàn)數(shù)據(jù)表(分段加藥)

由表5可知，使用二次加藥制度，粗選段精煤產(chǎn)率67.69%，精煤灰分11.89%，相比同等藥劑用量下的一次加藥制度下的試驗(yàn)結(jié)果(表3)，精煤產(chǎn)率增加了0.68%，精煤灰分降低了0.51%。需要注意的是，浮選前期精煤的灰分顯著下降，成為合格的精煤產(chǎn)品。

使用1.5kg/L密度液對(duì)表5中各時(shí)間段的浮物做小浮沉試驗(yàn)，繪制>1.5kg/L含量與浮選時(shí)間的關(guān)系圖，并與一次加藥制度(圖1)進(jìn)行對(duì)比，如圖3所示。

圖3 各時(shí)間段精煤中高灰物質(zhì)的含量(分段加藥)

由圖3可看出，分段加藥制度的引入有效地降低了浮選前期精煤中高灰物質(zhì)含量，同時(shí)也解釋了表5中浮選前期精煤灰分降低的原因。由于浮選前期精煤中高灰物質(zhì)含量較低，對(duì)其進(jìn)行精選的必要性較低。因此，將浮選前期精煤作為合格精煤，僅對(duì)浮選后期的精煤進(jìn)行精選，可以避免合格精煤被重復(fù)分選，有利于提高分選效率，節(jié)省基建和設(shè)備投資費(fèi)用。

2.4.2 部分精煤再浮試驗(yàn)

對(duì)分段加藥制度下的浮選后期精煤進(jìn)行精選，每?jī)山M粗選的后期精煤(刮泡75s后得到的精煤)做一次精選試驗(yàn)。不同精選段藥劑用量(以精選段入料量為基準(zhǔn))下的試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 不同精選段加藥量下的浮選效果

由表6可知，通過部分精煤再浮工藝，在精選段不加藥時(shí)，精煤灰分10.86%，精煤產(chǎn)率61.30%，經(jīng)計(jì)算，浮選完善指標(biāo)為51.93%。部分精煤再浮工藝與全部精煤再浮工藝得到的浮選效果(表7)相近，相比一次浮選工藝，精煤產(chǎn)率增加了10.43%，精煤灰分降低了0.11%，浮選完善指標(biāo)提高了9.48%。其機(jī)理在于，在粗選前期，通過加入較低用量的浮選藥劑降低精煤中高灰顆粒含量，得到低灰精煤；在粗選后期二次加藥，提高精煤回收率；然后對(duì)粗選后期精煤進(jìn)行精選，剔除其中的高灰顆粒，達(dá)到降灰目的。同時(shí)也應(yīng)注意到，部分精煤再浮工藝的浮選效果又略低于全部精煤再浮工藝，這可能是由于浮選后期精煤中高灰細(xì)泥含量太高，對(duì)精選過程產(chǎn)生了影響，如何降低高灰細(xì)泥對(duì)浮選的影響，仍然需要繼續(xù)研究。

表7 三種工藝的浮選效果對(duì)比 %

在實(shí)際應(yīng)用中，可對(duì)浮選機(jī)的各室精煤進(jìn)行灰分測(cè)定和小浮沉試驗(yàn)。如果浮選精煤的灰分從入料端到尾礦排料端有明顯的升高，且各室的精煤中高灰物質(zhì)含量也逐漸增加，則可考慮使用部分精煤再浮工藝，對(duì)排料端的幾個(gè)槽室的精煤進(jìn)行再浮。部分精煤再浮工藝有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，避免了合格精煤的重復(fù)分選，減少了浮選機(jī)數(shù)量，流程簡(jiǎn)單，效率高，改造成本低。

3 結(jié) 論

1)隨著浮選的進(jìn)行，浮選精煤灰分逐漸增加，精煤中的高灰物質(zhì)含量逐漸增加，為部分精煤再浮工藝的可行性提供了理論支撐。

2)相比一次加藥制度，使用二次加藥制度后，精煤產(chǎn)率增加了0.68%，精煤灰分降低了0.51%，同時(shí)降低了浮選前期精煤的灰分和浮選前期精煤中的高灰物質(zhì)含量，有助于部分精煤再浮工藝對(duì)浮選效果的提升。

3)相比一次浮選工藝，使用結(jié)合二次加藥制度的部分精煤再浮工藝，使精煤產(chǎn)率增加了10.43%，精煤灰分降低了0.11%。與全部精煤再浮工藝相比，浮選效果相近，卻避免了合格精煤的重復(fù)分選，減少了浮選機(jī)數(shù)量，改造成本低，可以為選煤廠的浮選流程設(shè)計(jì)以及改造提供參考和借鑒。