＊王 淼

（神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 010300）

引言

隨著采煤機(jī)械化程度的提高及原煤煤質(zhì)變差，浮選入料中高灰細(xì)泥含量逐漸增大[1-2]，傳統(tǒng)混合浮選一直面臨著高灰細(xì)泥污染精煤的問題。即分選粒級(jí)過寬，高灰細(xì)泥夾帶嚴(yán)重[3-5]。-0.074mm的細(xì)顆粒通常含有大量高灰細(xì)泥，會(huì)隨水分夾帶進(jìn)入浮選精煤，且會(huì)搶先吸附藥劑并占據(jù)氣泡[6]。分級(jí)浮選是針對(duì)高灰細(xì)泥含量高的煤泥而進(jìn)行的浮選工藝，以選煤廠煤泥為研究對(duì)象，根據(jù)粗粒、細(xì)粒煤泥表現(xiàn)出的不同特性，把需要進(jìn)行浮選的-0.5mm的煤泥水，通過水力旋流器分級(jí)，分別采用更有針對(duì)性的設(shè)備進(jìn)行浮選，可同時(shí)滿足粗、細(xì)顆粒煤泥的不同要求，從而改善浮選效果。以0.074mm為分級(jí)粒度，探索分級(jí)煤泥的最佳條件，探究煤泥分級(jí)的可行性。分級(jí)浮選已進(jìn)行到工業(yè)應(yīng)用中并取得了良好效果[7]。

1.煤樣性質(zhì)

(1)煤樣粒度分析

按照GB/T 477-2008《煤炭篩分實(shí)驗(yàn)方法》的相關(guān)規(guī)定處理煤泥樣品分別采用0.5mm、0.25mm、0.125mm、0.074mm和0.045mm的標(biāo)準(zhǔn)套篩進(jìn)行篩分試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。

表1 小篩分試驗(yàn)

由表1可知，該煤泥各粒級(jí)的灰分隨著粒度的減小而不斷降低，＜0.074mm粒級(jí)產(chǎn)率為71.28%，0.074～0.5mm粒級(jí)產(chǎn)率為28.72%。數(shù)據(jù)顯示可得，煤泥浮選效果的影響有兩個(gè)方面，首先是煤泥中粗粒級(jí)含量較多時(shí)不能得到充分分解，精煤灰分略高于正常水平；此外夾帶現(xiàn)象容易發(fā)生在細(xì)粒級(jí)煤泥含量較大時(shí)，會(huì)造成選擇性差等問題，導(dǎo)致精煤污染。

(2)煤樣密度分析

按照GB/T 477-2008《煤炭篩分實(shí)驗(yàn)方法》的相關(guān)規(guī)定處理煤泥樣品時(shí)，需取得小于0.5mm的煤泥樣品進(jìn)行浮沉試驗(yàn)，使用100g煤泥樣品，選取使用四氯化碳、苯、三溴甲烷配置成密度不同的重液，密度分別為1.3g/cm3、1.4g/cm3、1.5g/cm3、1.6g/cm3、1.7g/cm3和1.8g/cm3。設(shè)定高速離心機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min，試驗(yàn)結(jié)果見表2，結(jié)果表明：

表2 小浮沉試驗(yàn)結(jié)果

①1.30～1.40g/cm3、1.40～1.50g/cm3密度級(jí)產(chǎn)率較高，分別為17.17%、34.81%，其加權(quán)灰分為6.11%，灰分增加趨勢(shì)明顯開始是在密度級(jí)+1.40g/cm3，煤泥主導(dǎo)密度級(jí)為1.30～1.50g/cm3，其加權(quán)灰分為6.11%，產(chǎn)率為51.98%。在密度級(jí)為1.40～1.50g/cm3中，其灰分為8.08%，比密度級(jí)為1.30～1.40g/cm3灰分高5.94%。

②從密度級(jí)+1.60g/cm3開始，原煤泥灰分開始低于各密度級(jí)灰分；此外中間密度級(jí)含量偏低，密度級(jí)1.50～1.80g/cm3產(chǎn)率為24.12%，其加權(quán)灰分為43.06%，這更加表明有機(jī)單體解離度差，需要密度級(jí)產(chǎn)物想實(shí)現(xiàn)低灰精煤以及得到高灰尾煤，需要在處理原煤時(shí)進(jìn)一步解離處理。

③密度級(jí)+1.8g/cm3的灰分為81.17%，脈石礦物高嶺石、石英、伊利石等密度均大于+1.80g/cm3，可以看出這個(gè)密度級(jí)中有機(jī)體含量較少。

根據(jù)小浮沉試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出可選性曲線，如圖1所示：

圖1 煤泥可選性曲線

由圖1可得，當(dāng)精煤灰分Ad=10.00%時(shí)，理論分選密度δ=16.06kg/L，γδ±0.1=20.83%，據(jù)中國煤炭可選性等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 16417-2011），煤泥可選性等級(jí)為中等可選煤。精煤產(chǎn)率為63%，灰分產(chǎn)率為10%，相對(duì)于可得尾礦產(chǎn)率為37%，灰分產(chǎn)率為70.91%。由于受到黏土類礦物存在的影響，在實(shí)際的浮選過程中精煤的損失較高。因此采用合理的工藝，在保證精煤灰分的前提下提高精煤的回收率是重點(diǎn)。

2.煤泥可浮性試驗(yàn)研究

(1)煤泥浮選藥劑優(yōu)化試驗(yàn)

在試驗(yàn)過程中分別設(shè)置不同用量的起泡劑，按照試驗(yàn)過程國標(biāo)GB/T 4757-2013《煤粉（泥）實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)方法》進(jìn)行，在本實(shí)驗(yàn)中采用的起泡劑為仲辛醇，捕收劑為煤油試驗(yàn)結(jié)果，見圖2和圖3。

圖2 ＞0.074mm級(jí)煤泥浮選起泡劑用量試驗(yàn)結(jié)果

圖3 ＜0.074mm級(jí)煤泥浮選起泡劑用量試驗(yàn)結(jié)果

如圖2所示，捕收劑用量為1000g/t時(shí)，隨著起泡劑用量的增大可以發(fā)現(xiàn)，浮選精煤的產(chǎn)率和灰分指標(biāo)逐漸增大，當(dāng)起泡劑用量為120g/t時(shí)達(dá)到最大值，然后隨著起泡劑用量的增加，精煤產(chǎn)率和灰分指標(biāo)又逐漸減少。其現(xiàn)象的原因可以解釋為：隨著起泡劑用量的增加，氣泡數(shù)量增加，氣泡與顆粒碰撞的概率增加，精煤產(chǎn)率便會(huì)提高；但是，當(dāng)起泡劑用量過大時(shí)，煤表面會(huì)形成反吸附，降低了煤的浮力。另一方面，附著在氣泡上的粗粒煤具有較大的相對(duì)墜落力，容易從氣泡中墜落。為了提高粗顆粒的捕收率，為了提高礦石顆粒和氣泡的粘附能力和凝固強(qiáng)度，減少沉降，必須增加捕收劑的用量。

如圖3所示，起泡劑用量的逐漸增大，精煤產(chǎn)率與精煤灰分也會(huì)逐漸增大呈上升趨勢(shì)，當(dāng)起泡劑用量為120g/t時(shí)，對(duì)應(yīng)精煤產(chǎn)率為30.28%，灰分為13.89%，因此選擇120g/t為起泡劑的最佳藥劑用量。

由于120g/t是起泡劑的最佳用量，因此在此條件下對(duì)捕收劑用量進(jìn)行了單因素試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4 ＞0.074mm級(jí)煤泥浮選捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果

圖5 ＜0.074mm級(jí)煤泥浮選捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果

從圖4可見，捕收劑含量的增加，浮選精煤產(chǎn)率和灰分呈現(xiàn)出了先增加后下降的明顯趨勢(shì)，當(dāng)選擇捕收劑最佳用量為1000g/t時(shí)，浮選精煤的產(chǎn)率大約在92.57%左右，并達(dá)到最大值，其精煤灰分為9.51%，因此選擇1000g/t是捕收劑最佳用量。然而，隨著捕收劑用量的增加，精煤的產(chǎn)率有減小的趨勢(shì)，但灰分含量緩慢增加，這說明增加捕收劑用量提高精煤回收率的能力是有限的。

從圖5可見，當(dāng)捕收劑用量不斷增加時(shí)，浮選精煤的產(chǎn)率也呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，此外捕收劑為900g/t和1000g/t用量時(shí)，精煤灰分產(chǎn)率接近14%，但當(dāng)捕收劑為1000g/t用量時(shí)，精煤產(chǎn)率為29.76%，比捕收劑用量為900g/t時(shí)高1.7%。因此選擇1000g/t為捕收劑的最佳藥劑用量。

(2)煤泥濃度條件試驗(yàn)

使用起泡劑為120g/t用量和捕收劑為1000g/t用量時(shí)，分別對(duì)兩個(gè)粒級(jí)煤泥浮選礦漿濃度進(jìn)行了單因素試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見圖6和圖7。

圖6 ＞0.074mm級(jí)煤泥浮選濃度試驗(yàn)結(jié)果

圖7 ＜0.074mm級(jí)煤泥浮選濃度試驗(yàn)結(jié)果

從圖6可見，隨著礦漿濃度增大，浮選精煤產(chǎn)率和灰分整體呈下降的趨勢(shì)，在礦漿濃度為80g/L時(shí)，浮選精煤產(chǎn)率為92.88%左右，達(dá)到最大值，精煤的灰分為9.14%，因此選擇80g/L為最佳礦漿濃度。

從圖7可見，隨著礦漿濃度增大，浮選精煤產(chǎn)率整體呈下降的趨勢(shì)，但灰分整體呈上升趨勢(shì)，在礦漿濃度為80g/L時(shí)，浮選精煤產(chǎn)率為34.74%左右，精煤的灰分為13.31%，為灰分最小值，因此選擇80g/L為最佳礦漿濃度。

所以，＞0.074mm的煤泥和＜0.074mm的煤泥浮選最優(yōu)條件為捕收劑濃度1000g/t、起泡劑100g/t、礦漿濃度80g/L。其中＞0.074mm的煤泥浮選灰分為9.14%，精煤產(chǎn)率92.88%；＜0.074mm的煤泥浮選灰分為13.31%，精煤產(chǎn)率34.74%。

(3)分布釋放試驗(yàn)

煤泥浮選分步釋放試驗(yàn)是指采用一次粗選和多次精選工藝流程進(jìn)行煤泥浮選的方法。根據(jù)煤泥的可浮性將其分為不同灰分的若干部分，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)浮選工藝效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

由《選煤實(shí)驗(yàn)室臺(tái)階釋放度檢測(cè)方法》（MT/T 144-1997）的國家標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行操作，在煤泥釋放劑最佳劑量條件下，其他試驗(yàn)條件與煤泥單元釋放步驟試驗(yàn)相同，進(jìn)行煤泥釋放步驟試驗(yàn)，根據(jù)算術(shù)平均法、灰分按平均加權(quán)法的方法計(jì)算最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

全粒級(jí)浮選分布釋放試驗(yàn)結(jié)果與分粒級(jí)浮選分布釋放試驗(yàn)結(jié)果見圖8。

圖8 全粒級(jí)浮選分布釋放試驗(yàn)結(jié)果與分粒級(jí)浮選分布釋放試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

從圖8可以看出，當(dāng)灰分為10%時(shí)，全粒級(jí)分布釋放產(chǎn)率為42.24%，0.074～0.5mm粒級(jí)分布釋放產(chǎn)率為92.15%，＜0.074mm粒級(jí)分布釋放產(chǎn)率為25.92%，分粒級(jí)分布釋放累計(jì)產(chǎn)率為44.79%，相比全粒級(jí)分布釋放產(chǎn)率高出2.55%。

(4)浮選速度實(shí)驗(yàn)

在以煤泥藥劑浮選試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)后進(jìn)行了煤泥浮選速度的試驗(yàn)，在使用煤油捕收劑的用量為1000g/t，仲辛醇起泡劑的單位用量為120g/t的藥劑條件下，其他試驗(yàn)條件與煤泥浮選單元試驗(yàn)條件相同。

全粒級(jí)浮選速度試驗(yàn)結(jié)果與分粒級(jí)浮選速度試驗(yàn)結(jié)果見圖9。從圖9可以看出，＜0.5mm粒級(jí)難以選出灰分小于10%的精煤；當(dāng)灰分為10%時(shí)，0.074～0.5mm粒級(jí)浮選速度產(chǎn)率92.84%；當(dāng)灰分為14%時(shí)，＜0.074mm粒級(jí)浮選速度產(chǎn)率26.23%。

圖9 全粒級(jí)浮選速度試驗(yàn)結(jié)果與分粒級(jí)浮選速度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

3.結(jié)論

在試驗(yàn)中得出捕收劑濃度為1000g/t、起泡劑濃度為120g/t、礦漿濃度為80g/t的煤泥浮選最佳情況下，對(duì)于各個(gè)不同粒級(jí)的煤泥，浮選效果存在明顯差異，得到如下結(jié)論：

（1）煤泥濃度條件試驗(yàn)表明，當(dāng)煤泥粒徑＞0.074mm的煤泥浮選精煤產(chǎn)率為92.88%，灰分為9.14%，煤泥粒徑＜0.074mm的浮選精煤產(chǎn)率降低了58.14%，僅為34.74%，而灰分提高了4.17%，為13.31%。這說明粒徑越小選擇性越差與浮選效果不好的特點(diǎn)。

（2）浮選分布釋放試驗(yàn)表明，全粒級(jí)分布釋放產(chǎn)率42.24%，分粒級(jí)分布釋放累計(jì)產(chǎn)率44.79%，相比全粒級(jí)分布釋放產(chǎn)率高出2.55%。這說明要改善高灰難選煤泥的浮選效果的關(guān)鍵是要解決高灰細(xì)泥的污染問題。

（3）浮選速度試驗(yàn)表明，精煤灰分為10%時(shí)，＜0.5mm粒級(jí)的難以分選出，但0.074～0.5mm粒級(jí)的浮選速度產(chǎn)率可達(dá)92.84%，當(dāng)灰分為14%時(shí)，＜0.074mm粒級(jí)浮選速度產(chǎn)率26.23%。這說明在現(xiàn)有條件下，進(jìn)行分粒級(jí)浮選是可行的。

本文試驗(yàn)證明了分級(jí)浮選有利于減輕高灰細(xì)泥對(duì)精煤產(chǎn)率及灰分的影響，但未從藥劑種類、充氣時(shí)間、刮泡速度等因素對(duì)分級(jí)浮選效果的影響進(jìn)行研究，未來可在浮選機(jī)參數(shù)等影響因素下，解決分級(jí)浮選在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的生產(chǎn)問題。