楊海昌

(山西工程技術學院 礦業(yè)工程系，山西 陽泉 045000)

隨著采煤機械化程度的提高和重介質選煤工藝的普及，入浮煤泥中高灰細泥的含量逐漸增加[1]。在浮選過程中，高灰細泥常通過細泥夾帶、細泥罩蓋、團聚互凝等途徑污染精煤，其中以細泥夾帶對浮選精煤的污染最為顯著[2]。細泥夾帶是由于細泥的粒度細、質量小、受水介質粘滯作用大，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，高灰細泥也可充填于氣絮團中，隨氣泡或氣絮團上升進入泡沫層而形成夾帶，造成精煤灰分超標。

于躍先等[3]通過對細泥夾帶機理的研究發(fā)現(xiàn)，細泥的粒度是影響細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間的精煤(J1、J2、J3、J4、J5)發(fā)現(xiàn)，細泥污染存在于整個浮選過程中，J1、J2、J3、J4、J5五個子過程的高灰細泥占各產品的比例逐漸升高；盧廷亮等[5]通過對捕收劑與煤粒表面的作用機理的研究發(fā)現(xiàn)，捕收劑中酯的>C=O有利于提高其對難浮煤泥的捕收性能。針對高灰細泥含量較高的難浮煤泥，Li等人[6]使用高強度調漿(HIC)使精煤產率增加了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)，相比分級浮選，粗選精煤磨礦再選工藝和選擇性團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提高了3.38%；張龍鑫等[10]對發(fā)現(xiàn)，通過“浮選機粗選+浮選柱精選”工藝，可以將高灰難浮煤泥的浮選精煤產率提高10.27%。

對于高灰細泥含量高所引起的煤泥浮選問題，目前生產實踐中往往采用浮選精煤再選工藝應對。但精選工藝也會造成工藝流程復雜、投資大、自動控制難等問題。為了解決該問題，個別選煤廠開始采用部分精煤再選工藝，即只對部分高灰分精煤進行再浮。本論文將以臨渙選煤廠的難浮煤泥作為研究對象，從理論上分析部分精煤再浮工藝的可行性。

1 浮選試驗

1.1 試驗煤樣

試驗煤樣來自淮北礦業(yè)集團臨渙選煤廠，煤種為瘦煤，選煤廠的浮選精煤灰分指標是10.51%～11.00%。根據現(xiàn)場生產數(shù)據統(tǒng)計，平均浮選精煤灰分11.37%，平均浮選精煤產率49.90%。根據前期的實驗室研究結果，經過藥劑用量、充氣量、葉輪轉速等參數(shù)的優(yōu)化后，一次浮選工藝可以得到精煤灰分為10.97%，精煤產率50.87%，浮選完善指標42.45%的浮選效果[11]。

1.2 小篩分試驗

根據標準GB/T 477—2008進行篩分試驗。先使用45μm的標準篩對煤樣進行濕篩，篩上物烘干后使用SPB 200振篩機和標準套篩(直徑200mm，孔徑依次為500μm、250μm、125μm、75μm、45μm)進行篩分。

1.3 小浮沉試驗

根據標準GB/T 478—2008進行浮沉試驗。重液是由四氯化碳、苯和三溴甲烷以適當?shù)谋壤M行混合得到的密度分別為1.40kg/L、1.50kg/L、1.60kg/L的密度液。離心機轉速2400r/min，離心時間10min。

1.4 浮選試驗

本研究中的浮選試驗均是在同一臺XFD-1.5 L實驗室浮選機上進行，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、葉輪轉速1900r/min。

1.4.1 分步釋放試驗

根據標準 MT/T 144—1997進行分步釋放試驗，采用一次粗選多次精選的浮選流程。經前期的探索試驗確定試驗條件：粗選時捕收劑用量為400g/t(此時浮選完善指標最高)。精選過程不加藥劑，僅補加自來水。

試驗過程如下。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，刮泡時間為3min；精選過程：將粗選精煤全部加入浮選槽中，補加適量的水，攪拌2min后打開充氣閥，開始刮泡，刮泡時間為3min；一共進行4次精選過程，將最終精礦和各尾礦分別過濾、烘干、稱重、測灰分。

1.4.2 浮選速度試驗

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

1.4.3 分段加藥和部分精煤精選試驗

粗選試驗過程：試驗過程與分步釋放試驗的粗選階段相同，區(qū)別是刮泡75s后需停止刮泡和充氣，進行二次加藥。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。每進行兩組粗選試驗，得到的后期精礦作為精選段的入料。精選段試驗過程與分步釋放試驗的粗選階段相同。

2 結果與討論

2.1 煤樣的粒度組成分析

試驗煤樣的粒度分析結果見表1。

表1 浮選入料小篩分表

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

2.2 分步釋放浮選試驗

分步釋放試驗結果見表2。

表2 分步釋放試驗數(shù)據表

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

2.3 浮選速度試驗

對煤樣做浮選速度試驗，試驗結果見表3。

表3 浮選速度試驗數(shù)據表

由表3可知，隨著浮選的進行，浮物灰分逐漸增加，浮選后期的浮選精煤灰分遠遠高于浮選前期。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，表面水化層較厚，需要更長的時間才能被氣泡捕獲，因此主要在浮選后期浮出。由此可以設想，若使用部分精煤再浮工藝，對浮選后期的高灰精煤進行再選，將能夠有效地降低精煤灰分。

對各階段精煤產品做密度組成分析見表4，其中高灰物質含量(>1.5kg/L)與浮選時間的關系如圖1所示。

表4 浮沉試驗數(shù)據表

圖1 各時間段精煤中>1.5kg/L高灰物質含量

由圖1可知，隨著浮選的進行，精煤中高灰物質在各分階段精煤產物中的比例總體呈增加趨勢，對浮選后期精煤進行再選將能夠高效地剔除精煤中的高灰物質，從而支撐了部分精煤再浮工藝的設想。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，導致浮選前期精煤的灰分偏高。若要浮選前期精煤灰分進一步降低，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

2.4.1 分段加藥

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

圖2 精煤灰分—浮選時間關系曲線

表5 浮選速度試驗數(shù)據表(分段加藥)

由表5可知，使用二次加藥制度，粗選段精煤產率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結果(表3)，精煤產率增加了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，成為合格的精煤產品。

使用1.5kg/L密度液對表5中各時間段的浮物做小浮沉試驗，繪制>1.5kg/L含量與浮選時間的關系圖，并與一次加藥制度(圖1)進行對比，如圖3所示。

圖3 各時間段精煤中高灰物質的含量(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含量，同時也解釋了表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含量較低，對其進行精選的必要性較低。因此，將浮選前期精煤作為合格精煤，僅對浮選后期的精煤進行精選，可以避免合格精煤被重復分選，有利于提高分選效率，節(jié)省基建和設備投資費用。

2.4.2 部分精煤再浮試驗

對分段加藥制度下的浮選后期精煤進行精選，每兩組粗選的后期精煤(刮泡75s后得到的精煤)做一次精選試驗。不同精選段藥劑用量(以精選段入料量為基準)下的試驗結果見表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，精煤灰分10.86%，精煤產率61.30%，經計算，浮選完善指標為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，精煤產率增加了10.43%，精煤灰分降低了0.11%，浮選完善指標提高了9.48%。其機理在于，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；然后對粗選后期精煤進行精選，剔除其中的高灰顆粒，達到降灰目的。同時也應注意到，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泥含量太高，對精選過程產生了影響，如何降低高灰細泥對浮選的影響，仍然需要繼續(xù)研究。

表7 三種工藝的浮選效果對比 %

在實際應用中，可對浮選機的各室精煤進行灰分測定和小浮沉試驗。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含量也逐漸增加，則可考慮使用部分精煤再浮工藝，對排料端的幾個槽室的精煤進行再浮。部分精煤再浮工藝有著其獨特的優(yōu)勢，避免了合格精煤的重復分選，減少了浮選機數(shù)量，流程簡單，效率高，改造成本低。

3 結 論

1)隨著浮選的進行，浮選精煤灰分逐漸增加，精煤中的高灰物質含量逐漸增加，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，精煤產率增加了0.68%，精煤灰分降低了0.51%，同時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含量，有助于部分精煤再浮工藝對浮選效果的提升。

3)相比一次浮選工藝，使用結合二次加藥制度的部分精煤再浮工藝，使精煤產率增加了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分選，減少了浮選機數(shù)量，改造成本低，可以為選煤廠的浮選流程設計以及改造提供參考和借鑒。