高细泥含量难浮煤泥的反、正两段浮选工艺

陈智超 李志红 樊民强

(太原理工大学矿业工程学院,山西省太原市,030024)

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高细泥含量难浮煤泥的反、正两段浮选工艺

陈智超 李志红 樊民强

(太原理工大学矿业工程学院,山西省太原市,030024)

针对细煤泥含量高及浮选困难的问题,进行了先反浮选后正浮选的两段浮选试验研究,试验结果表明,以淀粉为抑制剂、十二胺盐酸盐为捕收剂进行反浮选,可以脱除约20%的高灰细泥;对矿浆进行强烈搅拌和使用氢氧化钠调浆,可以消除淀粉对煤的抑制作用和改变十二胺药剂的存在状态;然后进行常规正浮选,可以获得合格质量精煤。反、正两段浮选工艺为高细泥含量难浮煤泥的浮选提供了一条新的途径。

细煤泥 两段浮选 药剂制度 反浮选

在煤泥浮选过程中,高灰细泥是导致浮精产率低及灰分高的主要原因。相关专家针对高灰难选细粒煤泥的煤质进行了分析,指出粒度较细的高岭石颗粒吸附能力较强,易随气泡上浮成为精煤;还有专家以糊精为煤的抑制剂,十二胺为捕收剂,研究了药剂用量和矿浆p H值对煤泥反浮选效果的影响;还有研究以糊精为抑制剂,十二胺和十二烷基三甲基氯化铵为捕收剂,通过零调浆方法对动力煤进行了反浮选试验研究。

可以有效地抑制高灰细泥对浮选精煤污染的方法主要有分级浮选工艺、超声处理和添加抑制剂。反浮选是在浮选中加入煤的抑制剂和矿物质捕收剂,使矿物质成为泡沫产品的分选过程。虽然,反浮选可以不脱泥直接进行浮选,但通过一次反浮选往往难以获得合格质量的低灰精煤。本文探索了先反浮选脱泥后正浮选精选的两段浮选工艺,并对其药剂用量和分选条件进行了优化研究,使浮选精煤在质量合格(灰分小于11.00%)的同时具有较高产率。

1 煤样性质

1.1 试验煤样

试验选用的煤样采自山西大远煤业集团－3 mm原煤,在实验室自然晾干后进行筛分,取－0.5 mm煤泥为浮选试验用煤样,样品粒度组成见表1。

由表1可以看出,煤样粒度分布不均匀,细粒级含量偏高,－0.074 mm粒级产率高达40.21%;＋0.074 mm各粒级灰分随粒度的减小略有增加,但变化不明显,可以认为煤质均匀;而0.074～0.045 mm和－0.045 mm粒级灰分明显高于其他粒级,特别是－0.045 mm粒级的灰分高出煤样平均灰分5.87%,说明该煤泥样品中含有较多的矿物质细泥。

表1 煤泥筛分试验结果

为了进一步了解煤泥中的矿物质组成,采用X射线衍射仪(XRD)对样品进行物相分析,结果如图1所示。

图1 样品XRD谱图

由图1可以看出,煤泥中的矿物成分主要是高岭石、石英石和方解石,其中高岭石的含量最高。高岭石是一种黏土类矿物,在煤中常呈团块状和颗粒状等,遇水极易泥化成细小颗粒,使煤浆泥化,浮选过程中会因机械夹带进入精煤,从而影响精煤的质量。

煤泥浮选速度曲线如图2所示。

由图2可见,当精煤灰分为11.0%时,精煤产率为44.80%,计算得知此时可燃体回收率为52.26%,介于40%和60%之间,为难浮煤泥。

图2 煤泥浮选速度曲线

1.2 试验方法

浮选机采用XFD－1.5 L型充气单槽浮选机,槽体容积为1.5 L,主轴转速为1750 r/min,充气量为0.15 m3/h,矿浆浓度为100 g/L。试验所用药剂如下:抑制剂为淀粉、细泥捕收剂为十二胺、p H值调整剂为氢氧化钠、煤捕收剂为煤油以及起泡剂为仲辛醇,均为分析纯。其中,为了利于十二胺在矿浆中的溶解,将其与盐酸以物质的量1∶1配制成浓度为1%的十二胺盐酸盐溶液备用。采用以下3种方案进行试验:

(1)正浮选方案:煤样与水混合均匀,依次加入捕收剂煤油和起泡剂仲辛醇,药剂作用时间分别为1 min和10 s,刮泡时间为3 min,泡沫产品为精煤;

(2)反浮选方案:煤样与水混合均匀,依次加入抑制剂淀粉和捕收剂十二胺盐酸盐(兼具起泡作用),药剂作用时间均为1 min,刮泡时间为3 min,泡沫产品为尾煤;

(3)反、正两段浮选方案:煤样与水混合均匀,依次加入抑制剂淀粉和捕收剂十二胺盐酸盐,药剂作用时间均为1 min,刮泡时间3 min,泡沫产品记作尾煤1;在剩余矿浆中添加NaOH调节矿浆p H值至碱性,然后加入煤油和仲辛醇,作用时间分别为1 min和10 s,刮泡3 min,泡沫产品为精煤,其余记作尾煤2。

2 试验结果与讨论

2.1 正浮选试验

煤泥浮选通常采用正浮选工艺,以煤油为捕收剂,仲辛醇为起泡剂,在不同药剂用量条件下的浮选试验结果见表2。

由表2可以看出,随着捕收剂和起泡剂用量的增加,精煤产率有所提高,但其灰分也随之增加。在选择药剂用量相同的条件下,精煤灰分均超过11.00%。即使煤油和仲辛醇用量低至50 g/t,精煤灰分仍不合格,而此时的精煤产率仅为28.30%,究其原因主要是细泥污染精煤所致。

表2 煤油和仲辛醇用量对浮选效果的影响

2.2 反浮选试验

反浮选以浮起煤中矿物杂质为目标,试验中采用淀粉为煤的抑制剂,十二胺盐酸盐为细泥捕收剂和起泡剂,不同药剂用量条件下的反浮选试验结果见表3。

表3 淀粉与十二胺盐酸盐用量对浮选结果的影响

由表3可以看出,改变淀粉和十二胺盐酸盐的用量,均会对浮选尾煤的灰分和产率产生影响。在选择的药剂用量范围内,尾煤灰分可达50.0%以上,产率在20%～23%之间。虽然,反浮选的精煤产率为75%～80%,且精煤与尾煤的灰分差值达到35.00%左右,但精煤灰分远高于指标要求。

反浮选尾煤的XRD谱图如图3所示。

图3 反浮选尾煤的XRD谱图

对比图1可以发现,反浮选尾煤中石英石的衍射峰强度明显增高,说明石英石的含量较多,十二胺对石英矿物具有良好的捕收作用;方解石的衍射峰强度也有所增加,说明十二胺对方解石矿物有一定的捕收作用;高岭石颗粒表面通常荷负电,能吸附大量带正电的胺盐,所以在XRD谱图中可观察到明显的高岭石衍射峰。

由此可见,通过一段正浮选和一段反浮选均不能获得合格质量的精煤。但是,反浮选可脱除20%左右的矿物质,高灰细泥含量的减少将有利于改善煤泥正浮选过程的选择性。

2.3 两段浮选试验

煤泥两段浮选试验采取先反浮选、后正浮选的方案。反浮选药剂用量如下:淀粉用量为730 g/t,十二胺用量为870 g/t,泡沫产品记作尾煤1;对反浮选剩余矿浆进行正浮选,煤油用量为900 g/t,仲辛醇用量为100 g/t,得到精煤和尾煤记作尾煤2;为了消除淀粉和十二胺药剂对后续正浮选过程中产生的不利影响,在正浮选前先采用不同用量的NaOH进行调浆,NaOH用量与浮选指标关系图如图4所示。

由图4可以看出,随着Na OH用量的增加,精煤的产率不断上升,而灰分则呈现先下降后上升的趋势。相关专家曾研究过十二胺浮选体系中淀粉对矿物的抑制作用与p H值的关系,认为淀粉的抑制作用在酸性条件下最佳,中性和碱性条件下抑制作用明显减弱。试验结果也表明,随着矿浆p H值的提高,淀粉在石英石和赤铁矿表面的吸附量降低;在p H值为10～11的范围内,淀粉对赤铁矿和石英石的选择性吸附差别达到最大;在碱性范围内,淀粉在赤铁矿表面的吸附量大于在石英石表面的吸附量;从静电引力的观点看,这可能是因为淀粉在溶液中带负电,当淀粉与矿物表面作用时,赤铁矿的表面电位低于石英石表面电位,淀粉与赤铁矿间静电斥力弱于淀粉与石英间的静电斥力,淀粉更容易吸附在表面电位较低的赤铁矿表面。

图4 NaOH用量与浮选指标关系图

在本试验中,随着NaOH用量的增加矿浆碱性增强,淀粉对煤的抑制作用减弱,从而可以提高精煤产率。

当NaOH用量小于2130 g/t时,精煤灰分随着NaOH用量的增加而降低。这是因为十二胺捕收剂主要靠离子形式作用于矿物表面,十二胺解离成为有效离子的多少与矿浆p H值有很大关系。根据浮选溶液化学理论,p H值从5增加至10的区间内,十二胺的主要存在形式从离子逐渐变成分子,而这种改变阻碍了其在石英石表面的吸附。在本试验中,NaOH用量从0 g/t增加至2130 g/t,浮选矿浆的p H值由7提高到10,十二胺由离子状态向分子状态过渡,对细泥捕收作用逐渐减弱,致使精煤灰分不断降低;NaOH用量由2130 g/t提高到3000 g/t,精煤灰分虽有所上升,但依然满足灰分小于11.00%的要求,精煤产率则由38.20%提高至45.34%;继续提高NaOH的用量,则使得淀粉的抑制作用减弱,煤粒的可浮性增强,可能导致剩余大量的捕收剂。过量的煤油将会把部分细泥捕收至精煤产品,导致精煤产率提高的同时灰分升高。在精煤灰分合格的情况下,产率最高能达45.34%,说明仍有部分精煤未被有效地分选出来。

考虑到强碱性矿浆后期处理的困难,NaOH用量选择2130 g/t较为适宜;此时精煤产率只有38.2%,为了进一步提高精煤产率,尝试通过调整调浆搅拌过程来改善浮选效果。

2.3.1 搅拌时间

设定固定浮选机主轴转数为1750 r/min,对反浮选后剩余矿浆进行不同时间的搅拌,然后加入NaOH调浆,再进行正浮选。不同搅拌时间作用下的浮选试验结果如图5所示。

图5 搅拌时间与浮选指标关系图

由图5可以看出,延长搅拌时间对改善煤泥浮选效果影响显著,特别对提高精煤产率有利。适宜的搅拌时间为8～14 min,精煤灰分符合要求,产率可达到50.0%以上;搅拌时间为14 min时,精煤产率最高达到56.83%,精煤灰分10.94%。由此可见,对矿浆进行搅拌可以对煤粒表面起到擦洗作用,去除黏附在煤粒表面的高灰细泥。

当搅拌时间为14 min时,两段浮选的精煤和尾煤2产品XRD物相分析结果分别如图6和图7所示。

图6 精煤XRD谱图

图7 尾煤2的XRD谱图

由图6和图7可以看出,精煤产品中的矿物质主要是高岭石和少量方解石,石英矿物基本不存在;尾煤2中的矿物种类与原样基本相同,仍有石英和方解石矿物,说明反浮选不够彻底。

2.3.2 搅拌强度

鉴于搅拌时间较长在工业实施中比较难实现,所以考察了搅拌强度对浮选效果的影响。实验室浮选机主轴转速分为3档,即1570 r/min、1750 r/min和1920 r/min,对反浮选剩余矿浆进行不同强度搅拌,时间分别为4 min、9 min和14 min,然后加入NaOH调浆,再进行正浮选。不同搅拌条件下的浮选试验结果如图8所示。

图8 浮选机转速－浮选指标关系图

由图8可看出,搅拌强度对浮选指标有很大影响。搅拌时间相同时,随着浮选机转速的提高,精煤产率增加,同时精煤灰分逐渐增高。当浮选机转速为1920 r/min时,搅拌4 min可得的精煤产率为56.87%、灰分为10.82%,与转速为1750 r/min、搅拌14 min时的浮选效果相当。可见,浮选机转速越高,达到较好浮选效果所需的搅拌时间越短。高速剪切的作用对去除淀粉的抑制作用有强烈影响,且在一定范围内,速度越高作用越明显。

3 结论

(1)高灰细泥影响浮选过程的选择性,以淀粉为抑制剂,十二胺盐酸盐为捕收剂进行反浮选,可有效脱除煤样中约20%的矿物质。

(2)采用反、正两段浮选工艺,即先通过反浮选脱除部分高灰细泥,然后再进行正浮选,可明显改善浮选过程的选择性,提高浮选效果。

(3)两段浮选之间,需通过搅拌作用和NaOH调浆消除反浮选药剂对正浮选的不利影响。其中,NaOH的适宜用量为2130 g/t,对应矿浆p H值为10。

本文所研究的先反浮选后正浮选工艺,可以从高细泥含量难浮煤泥中分选出灰分较低以及产率较高的精煤产品,实现两种相反浮选工艺的有效衔接,为高细泥含量难浮煤泥的浮选提供新的途径。

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(责任编辑 王雅琴)

Reverse-direct two-stage flotation technology for difficult-to-float coal slime with high content fine slime

Chen Zhichao,Li Zhihong,Fan Minqiang
(College of Mining Technology,Taiyuan University of Technology,Taiyuan,Shanxi 030024,China)

Aiming at problem of difficult to float with high content fine slime,the authors conducted two stage flotation experimental study:firstly reverse flotation and then direct flotation.The results showed:the reverse flotation with starch depressor and lauryl amine hydrochloride collectors can remove about 20%fine slime with high ash;violent stirring pulp and using natrium hydroxydatum to mix the pulp can eliminate inhibiting effects of starch for coal and change existential state of lauryl amine medicament;and then conducting regular direct flotation can get qualified clean coal.The reverse-direct flotation process provided a new approach for the hard-tofloat coal slimes with high content of fine slime.

fine slime,two-stage flotation,reagent rules,reverse flotation

TD943

A

陈智超(1989－),男,河南安阳人,在读硕士研究生,研究方向为细粒煤浮选。