水质硬度对高灰难选煤泥浮选的影响研究

杨 吉

(山西省国新能源发展集团有限公司技术中心，山西省太原市，030006)

煤泥浮选是多种因素综合影响的过程，这些因素相互影响、相互制约，使得煤泥浮选过程较为复杂。由于浮选是在水介质中进行的，因此煤泥水的性质对浮选影响很大。煤泥水是一种多相、多分散的复杂体系，水中含有多种矿物的悬浮颗粒且颗粒粒度分布较宽。研究发现不同矿区煤样的矿物质含量、选煤厂补加水的水质状况是影响煤泥水沉降的主要因素，水质硬度对煤泥浮选存在较大的影响，水质硬度低、颗粒粒度细、粘土矿物质含量高、颗粒表面电负性强是造成煤泥水难沉降的原因。

试验煤样来源于山西某选煤厂的浮选入料，属于难选煤泥。为了考察水质硬度对煤泥浮选的影响，采用去离子水作为浮选用水，利用水质硬度调整剂 (CaCl2)调节水质硬度，进行浮选试验。

1 试验

1.1 样品分析

本文对煤泥特性进行分析，包括矿物组成、润湿性、粒度、密度及可浮性分析，煤泥X-射线衍射图谱见图1。

由图1可知该煤泥中粘土矿物主要为高岭石，其他矿物质如石英、伊利石、伊／蒙混层、方解石、白云石和黄铁矿等含量较少。研究表明:粘土矿物可占到矿物总量的60%～80%，高岭石是粘土的主要组成成分，当高岭石在煤中不能得到有效解离则难以分选，但解离过细，易使高岭石混入精煤，造成精煤灰分偏高，影响分选效果。

图1 煤泥X-射线衍射图谱

润湿性是指固体与液体接触时，固体被液体润湿的程度，是矿物可浮性的标志。润湿性好坏可以用接触角θ来表征。接触角越大，润湿性越差，可浮性越好；反之，接触角越小，润湿性越好，可浮性越差。如果θ很小，则为亲水性表面；如果θ很大，则为疏水性表面，但它们之间没有严格的界限。

根据润湿性cosθ、可浮性1-cosθ可知，θ值越小，cosθ值越大，煤泥的表面润湿性越好，可浮性越差。通过测定得知，该煤泥的表面接触角为56.7°，其他煤种表面的接触角见表1。

表1 煤炭表面的接触角大小

由表1可知，肥煤的新鲜表面的接触角为83°～85°，该煤泥的实际接触角和理论接触角相差20°左右，通过添加药剂有进一步改良表面性质的可能。粒度筛分数据见表2。

表2 粒度筛分数据表

由表2可以看出该煤泥粒度分布状况，大于0.25mm粒级物料含量很少，为2.34%；适合浮选的 0.25～0.074mm 粒 级 物 料 含 量 仅 为28.48%；该煤泥中的细粒级物料含量比较高，小于0.074mm 粒级含量为69.18%，其中小于0.045mm 粒 级 含 量 为 53.73%， 灰 分 达 到33.75%，从粒度组成角度而言，该煤泥是非常难选的。根据表2中累积资料绘制的累积粒度特性曲线，如图2所示。

从图2中的负累积粒度特性曲线中可以看出，该煤泥细粒级物料含量比较高，且该粒级物料灰分明显偏高，说明该煤泥存在严重的泥化现象，所以在浮选过程中应抑制该粒级的浮出，提高煤泥的选择性，避免对精煤造成污染。

图2 粒度累积特性曲线

煤泥密度分析数据见表3。

表3 密度分析数据表

由表3可以大致判断出该煤泥的某些性质:该煤泥小于1.3g／cm3密度级和大于1.8g／cm3密度级含量较低，中间密度级含量较高，对分选极为不利；小于1.3g／cm3密度级灰分偏高，为4.12%，灰分不是很高；中间密度级灰分偏高，如1.5～1.6g／cm3密度级灰分达到24.54%左右；大于1.8g／cm3密度级灰分高达61.09%，高灰细粒煤泥混入精煤会影响精煤质量，该煤泥分选困难。

1.2 可浮性分析

煤炭可浮性的难易程度，取决于煤的岩相组成和伴生矿物性质、煤的煤化程度和密度组成特性、煤表面的氧化程度以及在浮选过程中所采用的工艺条件等。根据GB-4757《选煤实验室单元浮选试验方法》所规定进行的浮选速度试验，流程如图3所示，浮选速度试验结果见表4。由煤炭可浮性等级可知:在保证精煤灰分符合要求的前提下，当可燃体回收率≥90.1%时，煤泥可浮性为极易浮；回收率在80.1%～90.0%之间属于易浮；回收率在60.1%～80.0%为中等可浮；回收率在40.1%～60.0%为难浮；回收率≤40.0%为极难浮。因此，可以根据浮选速度试验结果来评定煤炭可浮性。

图3 浮选速度试验流程图

表4 浮选速度试验数据表

由表3、4可以看出，当指定灰分小于9.47%时，该煤泥属于极难浮煤泥；当灰分为9.62%，甚至10.24%时，其可浮性仍然属于难浮煤泥。

1.3 试验设备

试验中使用的主要仪器:容积为1.5L的XFDⅢ型单槽式浮选机；最大称量1000g，感量为l g的天平；最大称量120g，感量为0.0001g的电子秤；温度范围在50℃～300℃的恒温干燥箱；日本生产的D／Max-RA型转靶X-射线衍射仪；温度范围在0℃～1600℃的马弗炉；常州电动工具厂生产的电磁振筛仪；湖南赛特湘仪生产GL-22M型高速冷冻离心机；上海山岳科学仪器有限公司生产的YP-2型压片机；德国KRUSS公司生产的DSA100型光学接触角测量仪。

1.4 试验方法

为了解不同水质硬度对煤泥浮选的影响，在前期探索试验的基础上，采用去离子水来研究水质硬度对浮选的影响，浮选机叶轮转速为1800r／min；充气量为0.46m3／m2·min；矿浆浓度为100g／L；捕收剂为煤油，用量为400g／t；起泡剂为仲辛醇，用量100g／t。去离子水试验流程见图4。

由图4可见，浮选试验流程为:煤泥调浆搅拌2min，捕收剂接触搅拌1min，起泡剂接触搅拌10s后开始刮泡，刮泡时间为3min。

图4 去离子水试验流程图

2 结果与讨论

去离子水试验结果如表5和图5所示。

表5 去离子水试验数据表

图5 去离子水条件下水质硬度对分选效果的影响

从试验结果可以看出，随着水质硬度的增加，水质硬度在100～500mg／L之间时，精煤产率和灰分均增加，精煤产率增加了1.94%，灰分增加了0.67%；水质硬度在500～700mg／L之间时，精煤产率和灰分均减小，精煤产率减小了2.13%，灰分减小了0.58%；水质硬度在700～1000mg／L之间时，精煤产率和灰分均增加，精煤产率增加了2.56%，灰分增加了0.31%。

3 结论

X-射线衍射图谱表明，该选煤厂浮选入料中粘土矿物主要为高岭石，其他矿物质如石英、伊／蒙混层、伊利石、方解石、黄铁矿和白云石等含量较少。高岭石具有易泥化的特性，应注意其对浮选造成的影响。

该煤泥粒度和密度组成分析表明，细粒级物料含量偏高，特别是小于0.045mm粒级含量达到53.73%，且该粒级物料灰分明显偏高，说明该煤泥存在严重的泥化现象，故浮选过程中应注意高灰细泥对精煤的污染问题；该煤泥的密度组成对分选不利，其小于1.3g／cm3密度级和大于1.8g／cm3密度级含量较低，中间密度级含量较高。

煤泥可浮性分析表明，当指定精煤灰分小于9.47%，该煤泥属于极难浮煤泥；当灰分为9.62%，甚至10.47%时，其可浮性 仍然属于难浮煤泥。

采用去离子水为浮选用水，利用水质硬度调整剂调节水质硬度进行浮选试验，结果表明:水质硬度在100～500mg／L之间时，随着水质硬度的增加，精煤产率和灰分均增加；水质硬度在500～700mg／L之间时，随着水质硬度的增加，精煤产率和灰分均减小；水质硬度700～1000mg／L之间时，随着水质硬度的增加，精煤产率和灰分均增加。

[1]冯莉，刘炯天，张明青等.煤泥水沉降特性的影响因素分析[J].中国矿业大学学报，2010(5)

[2]肖宁伟，张明青，曹亦俊.选煤厂难沉降煤泥水性质及特点研究[J].中国煤炭，2012(6)

[3]谢广元.选矿学[M].中国矿业大学出版社，2001

[4]《选煤标准使用手册》编委会.选煤标准使用手册[S].北京:中国标准出版社，1999