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        朔州高灰細(xì)粒煤泥浮選試驗(yàn)研究

        2022-03-13 08:03:02鄭云婷
        選煤技術(shù) 2022年5期
        關(guān)鍵詞:細(xì)粒精煤收劑

        鄭云婷

        (1.天地(唐山)礦業(yè)科技有限公司,河北 唐山 063012;2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心,河北 唐山 063012)

        2021年我國原煤產(chǎn)量為41.3億t,全國煤炭消費(fèi)量為42.3億t,煤炭占中國能源消耗總量的56.0%。據(jù)預(yù)測(cè),到2030年煤炭在我國一次能源結(jié)構(gòu)中的比例還將保持在55%左右[1],因此在未來相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi),煤炭都是中國的主要能源。選煤是促進(jìn)煤炭清潔高效利用最經(jīng)濟(jì)有效的途徑之一[2-4]。隨著采煤機(jī)械化程度的提高,原煤中細(xì)粒級(jí)(粒度在0.5 mm以下)的含量大幅增加,灰分也大大提高[5],煤炭用戶從節(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)利益出發(fā),對(duì)煤炭質(zhì)量的要求越來越嚴(yán)格,因此細(xì)粒煤的洗選越來越受到重視。如何將細(xì)粒煤進(jìn)行有效分選是當(dāng)前選煤行業(yè)的研究熱點(diǎn)[6]。浮選是分選細(xì)粒礦物應(yīng)用最廣、效果最好的選礦方法[7-9]。煤泥浮選是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程,煤泥浮選效果受細(xì)煤泥性質(zhì)、生產(chǎn)操作條件等多種因素制約。針對(duì)細(xì)粒煤泥浮選難題,國內(nèi)外學(xué)者通過強(qiáng)化調(diào)漿、優(yōu)選浮選設(shè)備、優(yōu)化工藝流程、添加藥劑等方法來提高細(xì)粒煤泥的浮選效果。上述研究對(duì)細(xì)粒煤泥分選均起到了一定的促進(jìn)作用,且研究主要集中在調(diào)漿、設(shè)備和藥劑方面。

        為解決細(xì)粒含量高、灰分高煤泥的分選問題,對(duì)山西朔州礦區(qū)煤泥進(jìn)行了粒度分析、密度分析,并通過分步釋放浮選試驗(yàn)和藥劑制度試驗(yàn),對(duì)該煤泥的分選提質(zhì)進(jìn)行了研究。

        1 煤泥性質(zhì)

        1.1 煤泥粒度分析

        試驗(yàn)煤樣采自山西朔州礦區(qū)原煤中<0.5 mm粒級(jí)煤泥,混合、縮分、干燥后裝袋密封備用。稱取試驗(yàn)樣品200 g,采用篩孔尺寸為0.045,0.074,0.125,0.25,0.5 mm的泰勒套篩依次進(jìn)行濕法篩分,小篩分試驗(yàn)結(jié)果見表1。

        表1 煤樣小篩分試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Results of size analysis of coal sample %

        由表1可以看出:

        (1)煤泥中有少量>0.5 mm粗顆粒存在,產(chǎn)率為4.70%,若在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)該狀況,說明分級(jí)作業(yè)不夠完善,存在“跑粗”現(xiàn)象,需注意控制入浮粒度上限。

        (2)0.074~0.045 mm粒級(jí)產(chǎn)率為26.45%,灰分為39.70%,為主導(dǎo)粒級(jí)。

        (3)<0.074 mm粒級(jí)產(chǎn)率為40.93%,<0.045 mm粒級(jí)產(chǎn)率為14.48%,且灰分偏高,說明細(xì)煤泥含量相對(duì)較高,矸石存在嚴(yán)重的泥化現(xiàn)象,因此在浮選過程中應(yīng)注意高灰細(xì)泥對(duì)精煤的污染問題[10]。

        1.2 煤泥密度分析

        采用TD5M-WS 多管架自動(dòng)平衡離心機(jī)進(jìn)行煤泥小浮沉試驗(yàn),離心機(jī)轉(zhuǎn)速為3 000 r/min,用四氯化碳、三溴甲烷和苯等有機(jī)溶劑配置重液。煤泥小浮沉試驗(yàn)結(jié)果見表2。

        表2 煤泥小浮沉試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Float-and-sink analysis data %

        由表2可以看出,該煤泥中低密度級(jí)產(chǎn)率較低,高密度級(jí)產(chǎn)率較高,各密度級(jí)具體情況是:<1.3 g/cm3密度級(jí)產(chǎn)率為4.80%,且這一密度級(jí)灰分也較低,為4.77%;主導(dǎo)密度級(jí)為>1.8 g/cm3,產(chǎn)率為44.06%,灰分不高,為67.25%[11];1.4~1.5 g/cm3密度級(jí)產(chǎn)率為17.73%,灰分較高,為14.16%;<1.5 g/cm3密度級(jí)產(chǎn)率為37.21%,灰分較低,為10.76%,對(duì)分選有利[12]。

        2 試驗(yàn)

        2.1 煤泥分步釋放浮選試驗(yàn)

        按照GB/T 36167—2018《選煤實(shí)驗(yàn)室分步釋放浮選試驗(yàn)方法》規(guī)定對(duì)煤泥進(jìn)行分步釋放浮選試驗(yàn)。試驗(yàn)選用葉輪轉(zhuǎn)速為1 800 r/min,充氣量為0.15 m3/(m2·min)的浮選機(jī)。試驗(yàn)條件為:浮選礦漿濃度為100 g/L,藥劑用量為3.0 kg/t,藥比(捕收劑用量∶起泡劑用量)為4∶1。試驗(yàn)流程如圖1所示。試驗(yàn)結(jié)果見表3。由表3數(shù)據(jù)繪制煤樣分步釋放浮選曲線,如圖2所示。

        圖1 分步釋放浮選試驗(yàn)流程Fig.1 Flowsheet of timed-release flotation testing process

        由表3可知:經(jīng)過一次粗選,可以得到灰分為18.20%、產(chǎn)率為66.73%的精煤產(chǎn)品,一次性可排除33.27%的灰分為80.94%的尾煤產(chǎn)品。

        表3 分步釋放浮選試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Result of timed-release flotation test %

        由圖2可知:隨著分選次數(shù)的增加,精煤的產(chǎn)率和灰分都降低。經(jīng)過一次精選,精煤灰分為12.92%,精煤產(chǎn)率為60.98%,精煤灰分得到有效的降低,說明通過精選可以將粗選過程中夾帶的高灰細(xì)泥脫除[13-14]。通過三次精選可以獲得產(chǎn)率為58.57%、灰分為11.35%的理論分選指標(biāo)。查浮選曲線可知,理論精煤灰分要求為11.00%時(shí),煤樣的理論精煤產(chǎn)率為55.95%。對(duì)該煤樣進(jìn)行浮選在理論上可以得到較高產(chǎn)率的低灰精煤,分選利用價(jià)值較高[15]。

        圖2 分步釋放浮選曲線Fig.2 Flotation curve plotted with timed-release analysis data

        2.2 藥劑制度試驗(yàn)

        2.2.1 捕收劑比選試驗(yàn)

        在藥劑用量為1 000 g/t、藥比為3∶1、入料濃度為100 g/L、充氣量為0.25 m3/(m2·min)、攪拌強(qiáng)度為1 800 r/min試驗(yàn)條件下,以仲辛醇為起泡劑,比較了3種不同捕收劑的浮選效果,試驗(yàn)結(jié)果見表4。

        表4 藥劑選擇浮選試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Result of comparative test on different collectors %

        由表4可以看出:在相同浮選條件下,捕收劑為核力合眾藥劑時(shí),精煤產(chǎn)率為42.14%,精煤灰分為14.35%,可燃體回收率為58.36 %,浮選完善指標(biāo)為42.51%,浮選效果在3種捕收劑中最好。因此后續(xù)試驗(yàn)采用該藥劑作為捕收劑。

        2.2.2 藥劑制度比選試驗(yàn)

        為了確定浮選藥劑用量與捕收劑、起泡劑的用量比例,在入料濃度為100 g/L、充氣量為0.25 m3/(m2·min)、攪拌強(qiáng)度為1 800 r/min試驗(yàn)條件下,以核力合眾藥劑為捕收劑,仲辛醇為起泡劑,考察了不同藥劑用量和不同藥比對(duì)浮選效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果見表5。由表5可知:

        表5 藥劑制度試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Result of comarative test on agent regimes %

        (1)1#—3#試驗(yàn)中在浮選藥劑用量不變的情況下,雖然2#試驗(yàn)精煤產(chǎn)率不是最高,但精煤灰分最低,浮選完善指標(biāo)最高[16],說明藥比(捕收劑用量∶起泡劑用量)為3∶1時(shí),浮選效果最好,因此最佳藥比為3∶1。

        (2)由2#、4#—8#試驗(yàn)結(jié)果可知,隨著藥劑用量的增加,精煤產(chǎn)率也在增加,6#試驗(yàn)的浮選完善指標(biāo)最高,因此最佳藥劑用量為2 000 g/t。

        (3)在保證精煤產(chǎn)率的前提下,一次浮選工藝的精煤灰分在16%~18%之間,若通過減少藥劑用量將精煤灰分降至13%以下,產(chǎn)率損失嚴(yán)重,因此若要得到較低灰分精煤,建議采用精選工藝。

        3 結(jié)論

        (1)粒度分析和密度分析表明,朔州地區(qū)煤泥中高灰細(xì)煤含量較高,主導(dǎo)密度級(jí)為>1.8 g/cm3,占原煤泥的44.06%。高灰細(xì)泥給該地區(qū)煤泥提質(zhì)利用造成不利影響。

        (2)由分步釋放浮選試驗(yàn)可知,對(duì)該煤泥進(jìn)行分選在理論上可以得到較高產(chǎn)率的精煤產(chǎn)品,分選利用價(jià)值較高。

        (3)通過試驗(yàn),獲得最佳的藥劑制度為:藥劑用量為2 000 g/t、藥比為3∶1;在此條件下,一次浮選精煤灰分在16%~18%之間,要想得到較低灰分精煤,建議采用精選工藝。

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