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        鈣離子對(duì)煤泥浮選效果的影響研究

        2022-03-13 08:03:02盧憲路周坤強(qiáng)
        選煤技術(shù) 2022年5期
        關(guān)鍵詞:檸檬酸鈉碳酸鈉精煤

        盧憲路,溫 磊,周坤強(qiáng),宛 鶴

        (1.國(guó)能蒙西煤化工股份有限公司,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016100;2.西安建筑科技大學(xué) 資源工程學(xué)院,陜西 西安 710055)

        浮選是依據(jù)礦物表面物理化學(xué)性質(zhì)的差異性,在固-液-氣三相界面分離礦物的一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)[1-2]。水作為浮選過(guò)程不可缺少的介質(zhì),對(duì)浮選效果具有極為顯著的影響[3-4]。在環(huán)境保護(hù)要求和水資源短缺的雙重壓力下,礦山廢水處理與回用已成為一種必然趨勢(shì)[5-6]。

        內(nèi)蒙古棋盤井煤礦位于嚴(yán)重缺水的鄂爾多斯市鄂托克旗境內(nèi),2021年產(chǎn)生礦井水約200萬(wàn)m3。為了避免礦山廢水排放對(duì)環(huán)境的不良影響及干旱帶來(lái)的水資源短缺等問(wèn)題,該礦山采用脫油+脫泥+曝氣+過(guò)濾+活性炭+RO反滲透等工藝處理礦井水,獲得濃鹽水和生活用水,其中:生活用水作為生活飲用水,符合GB 5749—2022《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》;濃鹽水則與濃縮機(jī)溢流混合后作為生產(chǎn)用水。由于濃鹽水中含有的鈣離子(460 mg/L)、鈉離子(829 mg/L)、硫酸根離子(176 mg/L)和氯離子(821 mg/L)濃度較高,因此導(dǎo)致生產(chǎn)用水中上述離子濃度也較高,其中鈣離子濃度為210 mg/L,鈉離子濃度為702 mg/L,硫酸根離子濃度為242 mg/L,氯離子濃度為621 mg/L。

        長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐表明,含有大量鈣離子的生產(chǎn)用水有助于提高煤泥水的沉降效果,降低絮凝劑的用量,從而起到節(jié)約藥劑成本的作用[7-8],但也會(huì)造成浮選精煤灰分時(shí)常超標(biāo)的問(wèn)題[9],嚴(yán)重影響了選煤廠的正常生產(chǎn),并給公司造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。

        針對(duì)浮選用水中鈣離子濃度過(guò)高影響煤泥浮選效果的問(wèn)題,以棋盤井選煤廠浮選入料為研究對(duì)象,研究了鈣離子濃度對(duì)煤泥浮選效果的影響,并探索了多種鈣離子遮蔽劑改善煤泥浮選效果的可行性,以為解決高鈣浮選用水引起的浮選精煤灰分時(shí)常超標(biāo)的問(wèn)題提供技術(shù)支撐。

        1 試驗(yàn)

        1.1 試驗(yàn)原料

        試驗(yàn)煤樣為棋盤井選煤廠浮選入料(<0.5 mm),其灰分為22.5%,水分為7.5%,揮發(fā)分為20.6%,固定碳為77.5%,其密度組成見表1,煤樣X(jué)射線衍射(XRD)分析結(jié)果如圖1所示,礦物組成見表2。試驗(yàn)用捕收劑和起泡劑分別為柴油和仲辛醇,來(lái)自棋盤井選煤廠,二者用量分別為150,75 g/t;氯化鈣、碳酸鈉、硅酸鈉和檸檬酸鈉均為分析純;浮選用水為去離子水和含鈣水。

        表1 煤泥密度組成Table 1 Density composition of coal sample

        表2 煤樣中礦物組成Table 2 Mineral composition results %

        圖1 煤樣X(jué)RD分析結(jié)果Fig.1 Results of XRD analysis of coal sample

        由圖1和表1結(jié)果可知,煤樣中礦物質(zhì)主要為高嶺土(17.5%)、石英(1.5%)和方解石(3.5%)。

        1.2 試驗(yàn)流程

        煤泥浮選試驗(yàn)流程如圖2所示。首先將煤樣加入1.0 L XFD 型單槽浮選機(jī)(煤漿濃度為120 g/L,主軸轉(zhuǎn)速為 1 700 r /min),待煤樣分散后,依次加入鈣離子遮蔽劑、捕收劑和起泡劑,并分別攪拌2,2,1 min,充氣30 s后浮選2 min。

        圖2 煤泥浮選試驗(yàn)流程Fig.2 Flowsheet of fine coal flotation process

        2 結(jié)果與討論

        2.1 鈣離子濃度對(duì)煤泥浮選效果的影響

        為了獲得鈣離子濃度對(duì)煤泥浮選效果的影響規(guī)律,采用不同鈣離子濃度的浮選用水進(jìn)行了煤泥浮選試驗(yàn)研究,試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

        由圖3可知,隨著浮選用水中鈣離子濃度的不斷升高,浮選精煤灰分、精煤產(chǎn)率和可燃體回收率呈不斷升高的趨勢(shì),浮選完善指標(biāo)則呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)。當(dāng)浮選用水中鈣離子濃度為100 mg/L時(shí),浮選效果最佳,此時(shí)浮選精煤灰分為10.60%,精煤產(chǎn)率為72.94%,可燃體回收率為83.49%,浮選完善指標(biāo)為48.17%。由此可見,在一定鈣離子濃度范圍內(nèi),浮選用水中的鈣離子有助于煤泥浮選,但當(dāng)浮選用水中鈣離子濃度高于100 mg/L以后,將會(huì)引起浮選精煤灰分超標(biāo)。當(dāng)浮選用水中鈣離子濃度為210 mg/L時(shí),浮選精煤灰分接近12%。

        圖3 鈣離子濃度對(duì)煤泥浮選效果的影響Fig.3 Effect of Ca2+ concentration on fine coal flotation

        2.2 煤泥浮選效果改善措施

        為了改善浮選用水中鈣離子濃度過(guò)高對(duì)煤泥浮選產(chǎn)生的不利影響,研究了碳酸鈉、硅酸鈉、檸檬酸鈉三種鈣離子遮蔽劑對(duì)煤泥浮選的改善作用。試驗(yàn)選取鈣離子濃度為210 mg/L的浮選用水。

        2.2.1 碳酸鈉對(duì)煤泥浮選效果的影響

        碳酸鈉作為鈣離子遮蔽劑時(shí),煤泥浮選試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

        圖4 碳酸鈉對(duì)煤泥浮選效果的影響Fig.4 Effect of sodium carbonate on fine coal flotation

        由圖4可知,隨著礦漿中碳酸鈉濃度的不斷升高,精煤灰分、產(chǎn)率、可燃體回收率和浮選完善指標(biāo)均呈下降趨勢(shì)。當(dāng)碳酸鈉濃度達(dá)到50 mg/L時(shí),精煤灰分已經(jīng)低于11%,但精煤產(chǎn)率較低,為48%,可燃體回收率僅為54.86%。由此可見,碳酸鈉有助于降低浮選精煤灰分,但同樣也會(huì)造成精煤產(chǎn)率大幅度下降,并引起可燃體的流失。

        2.2.2 硅酸鈉對(duì)煤泥浮選效果的影響

        硅酸鈉作為鈣離子遮蔽劑時(shí),煤泥浮選效果研究結(jié)果如圖5所示。

        由圖5可知:隨著礦漿中硅酸鈉濃度的不斷升高,精煤產(chǎn)率、可燃體回收率及浮選完善指標(biāo)均呈下降趨勢(shì),但精煤灰分則呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。該結(jié)果表明,硅酸鈉的添加不但不能改善煤泥的浮選效果,還會(huì)引起浮選精煤產(chǎn)率的大幅度下降。

        圖5 硅酸鈉對(duì)煤泥浮選效果的影響Fig.5 Effect of sodium silicate on fine coal flotation

        2.2.3 檸檬酸鈉對(duì)煤泥浮選效果的影響

        檸檬酸鈉作為鈣離子遮蔽劑時(shí)的煤泥浮選試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。由圖6可知:隨著礦漿中檸檬酸鈉濃度的不斷升高,精煤灰分、產(chǎn)率、可燃體回收率均呈下降趨勢(shì),但浮選完善指標(biāo)則呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢(shì)。當(dāng)檸檬酸鈉濃度高于50 mg/L時(shí),浮選精煤灰分已經(jīng)能夠滿足棋盤井選煤廠浮精灰分(<11%)的要求,且精煤產(chǎn)率高于60%,可燃體回收率高于70%。由此可見,檸檬酸鈉有助于降低浮選精煤灰分,但也會(huì)造成精煤產(chǎn)率下降,并引起可燃體的流失。相比之下,檸檬酸鈉對(duì)煤泥浮選效果的改善作用好于碳酸鈉。

        圖6 檸檬酸鈉對(duì)煤泥浮選效果的影響Fig.6 Effect of citric acid on fine coal flotation

        3 結(jié)論

        以棋盤井選煤廠浮選入料為研究對(duì)象,研究了鈣離子濃度對(duì)煤泥浮選效果的影響,并探索了三種鈣離子遮蔽劑改善煤泥浮選效果的可行性,主要得到以下結(jié)論:

        (1)隨著浮選用水中鈣離子濃度的升高,浮選精煤灰分、產(chǎn)率和可燃體回收率呈不斷升高的趨勢(shì),浮選完善指標(biāo)則呈先升后降的趨勢(shì)。當(dāng)浮選用水中鈣離子濃度為100 mg/L時(shí),浮選效果最佳,此時(shí)浮選精煤灰分為10.6%,產(chǎn)率為72.94%,浮選完善指標(biāo)為48.17%。由此可見,當(dāng)鈣離子濃度在一定范圍內(nèi),浮選用水中的鈣離子有助于煤泥浮選,當(dāng)浮選用水中鈣離子濃度高于100 mg/L以后,則會(huì)引起浮選精煤灰分超標(biāo)。

        (2)當(dāng)浮選用水中鈣離子濃度過(guò)高時(shí),硅酸鈉用作鈣離子遮蔽劑不能起到降低浮選精煤灰分的作用,而檸檬酸鈉和碳酸鈉用作鈣離子遮蔽劑則能夠?qū)崿F(xiàn)降低浮選精煤灰分的目的,且檸檬酸鈉的效果好于碳酸鈉。

        (3)當(dāng)檸檬酸鈉的用量為50 mg/L時(shí)浮選效果最佳,此時(shí)浮選精煤灰分、產(chǎn)率、可燃體回收率分別為10.95%,63.91%,73.70%。

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