难选煤泥可浮性分析及粗粒级磨矿浮选工艺研究

于 伟，刘莉君，屈进州，杨 超(西安科技大学化学与化工学院，陕西 西安 710054)

难选煤泥可浮性分析及粗粒级磨矿浮选工艺研究

于 伟，刘莉君，屈进州，杨 超
(西安科技大学化学与化工学院，陕西 西安 710054)

以选煤厂细粒煤泥为研究对象，分析了该煤泥的煤质特征。探索了改变充气量对浮选结果的影响，结果表明该煤泥为难选煤泥，常规浮选很难得到低灰分的精煤产品。对浮选精煤产品进行粒度与密度组成分析，表明解离不充分与细泥夹带是造成精煤灰分偏高的主要原因。采用原煤分级+粗粒级磨矿浮选工艺，可有效降低精煤产品的灰分。

难选煤泥；磨矿解离；浮选工艺

0 引 言

随着我国采煤机械化程度的提高、资源地质条件的恶化、选煤厂大型化建设及重介质旋流器的广泛使用，高灰难选煤泥比例急剧增加[1]。浮选是处理细粒煤泥最有效的分选技术[2]，但是细粒煤泥由于其质量小、动量低及与气泡的接触概率小[3]，煤泥可浮性较差，同时煤泥中高灰细泥特别是粘土类矿物含量不断增加，浮选时易造成精煤灰分高、精煤产率和尾煤灰分低等问题[4]。近年来难选煤泥总量呈现继续恶化的趋势，使煤泥分选的问题愈加突出，提高精煤质量和可燃体回收率是当前提高浮选效率的关键与矛盾所在[5]。崔广文等[6]针对高灰细泥对浮选的影响进行了试验研究，认为细泥含量高时对浮选会造成较大影响，且入浮粒级越宽，细泥的影响越明显。田海宏等[7]在浮选现状分析的基础上，认为粗粒级和细粒级在分选过程中有差异，细粒级分选效果较差，易受细泥夹带污染。Graeme Jameson[8]、S Ata[9]等从流体力学及高速摄影角度分析了不同粒度煤泥的浮选，粗细颗粒需要能量不同，表现出不同的浮选特性。前人研究表明，针对难选煤泥的分选提质，将粗细颗粒分别处理是有意义的探索方法。本文在难选煤泥基本性质分析的基础上，进行了浮选分离试验研究，并在可浮性分析的基础上进行了分级后解离浮选工艺的探索。

1 煤泥性质分析

1.1 煤样工业分析与元素分析

对该试验煤泥样品进行工业分析与元素分析，结果如表1所示。

由表1可以看出，该细粒煤泥的灰分为28.84%，属中灰分煤，可通过浮选法进一步降灰提质，具有加工利用的价值。该煤泥样品除C元素含量高外，O元素含量也较高，硫分也较高，H元素含量较低，说明该煤泥具一定的含氧官能团，可能对浮选过程产生不利的影响。

1.2 煤样粒度组成筛分分析

将煤泥样品按照《煤炭筛分试验方法》(GB/T477-2008)的规定，分别采用0.5 mm、0.25 mm、0.125 mm、0.074 mm和0.045 mm的标准套筛进行筛分试验，结果如表2所示。

由表2可知，该煤泥各粒级的灰分随着粒度的减小而不断降低，其中0.5～0.25 mm的灰分高达44.03%，-0.045 mm的灰分为21.68%。主导粒级为0.074～0.045 mm，-0.074 mm粒级物料含量为49.90%，其灰分为22.65%。分析可知，该煤泥粗粒级灰分较高，可能存在煤与脉石的连生体；细粒级含量较高，随水流作用较强，浮选困难。

1.3 煤样密度组成浮沉分析

将煤泥样品按照《煤炭浮沉试验方法》(GB/T478-2008)的规定，分别采用苯、四氯化碳和三溴甲烷配制浮沉重液，结果如表3所示。

表1 煤泥样品工业分析与元素分析数据

表2 煤泥样品筛分试验结果

表3 煤泥样品浮沉试验结果

由表3可知，该煤泥样品的主导密度级为1.3～1.5 g/cm3，含量高达83.88%，平均灰分为19.10%，其中1.3～1.4 g/cm3含量占到44.25%，灰分较高为15.40%，说明煤中有一部分无机矿物质夹杂，即脉石矿物与煤共生现象显著。大于1.8 g/cm3占到了11.66%，其灰分达到了86.49%，说明该密度级为充分解离的脉石矿物。绘制可选性曲线如图1所示。

图1所示可选性曲线是用来评判重力分选的难易程度，同时也可以类似判断出煤泥可浮性的难易程度。其中灰分特性曲线接近于一条斜线，可以判断出从该煤泥中较难直接分选出低灰分的精煤。密度曲线反映了该煤泥密度与数量的变化关系，曲线在1.4～1.6 g/cm3之间斜率较大，中间密度级物料含量较多，煤与脉石存在共生现象，较难分选。

1.4 煤样润湿性分析

测定接触角可以简单直观地反映煤泥的可浮性。利用压片机先将粉煤加压制成平滑面。采用上海中晨公司生产的光学接触角测量仪，选择角度测量法进行测量计算。测试结果如图2所示。

β-浮物曲线；θ-沉物曲线；λ-灰分特性曲线；ε-密度0.1曲线；δ-密度曲线图1 原煤可选性曲线

由图2测试可知，左侧接触角为110.83°，右侧接触角为111.88°，平均接触角为111.36°，说明该煤泥主要表现出强疏水性，可浮性较好。

1.5 煤样显微组分分析

一般来说，镜煤与亮煤灰分较低，可浮性好；暗煤和丝碳灰分高，亲水性强。选取典型煤岩光片照片如图3所示。

图3 煤样显微光片照片

由图3(a)可知，该煤样镜质组含量较高，可浮性较好，还存在单体黄铁矿，硫分较高，与元素分析数据相吻合。由图3(b)可知，煤中嵌布有黏土和黄铁矿，煤样解离不够充分，影响浮选精煤的质量与分选效果。

2 煤泥样品常规浮选与分析

2.1 常规浮选试验

矿化所需弥散气泡的多少即气含率的大小是影响浮选精矿回收能力和实际分选效果的重要参数之一[10]。因此，本次实验主要研究充气量对浮选结果的影响。试验条件为捕收剂柴油用量450 g/t，起泡剂仲辛醇用量150 g/t，入浮浓度为60 g/L，叶轮转速1 800 r/min，改变充气量的大小，结果见表4。

由表4可以看出，该煤泥浮选后精煤灰分均较高，常规浮选很难得到低灰分的精煤产品。精煤产率与精煤灰分均随充气量的增加呈现升高的趋势。当充气量为0.18 m3/h时，取得较好的分选指标，精煤产率为72.38%，精煤灰分为16.45%，可燃体回收率高达84.84%。

2.2 浮选精煤质量分析

对充气量实验浮选精煤产品进行粒度分析，结果如表5所示，并与原煤粒度分析结果进行比较。

由表5可知，各粒度级的产率呈先增大后减小的趋势，其中-0.074 mm粒级物料含量为64.20%，平均灰分18.82%，相较于原煤该粒级产率49.90%，平均灰分22.56%，经过浮选后该粒级的灰分下降较小，说明导致精煤灰分较高的主导原因是细粒级煤泥，一方面是因为细粒较多导致在浮选过程中易出现细泥夹带的现象，另一方面是由于煤中矿物质嵌布粒度较细，很难解离，同时嵌布在煤中的矿物质也是易浮的。精煤产品粗粒级灰分也较高，特别是0.125～0.074 mm级物料灰分达到14.37%，粗粒级中可能存在煤与矸石解离不充分的现象。

同时对该精煤产品进行小浮沉实验分析，并与原煤泥浮沉实验结果进行比较，结果如表6所示。

表4 充气量对浮选指标的影响

表5 浮选精煤产品筛分试验结果

表6 浮选精煤产品浮沉试验结果

由表6可知，该浮选精煤产品的主导密度级为-1.4 g/cm3，含量为72.11%，平均灰分为8.61%，其中1.3～1.4 g/cm3密度级含量占到48.81%，灰分为9.74%。中间密度级1.4～1.5 g/cm3含量为20.58%，但是灰分却剧增到29.17%，说明煤与脉石矿物解离不够充分，导致总体精煤灰分较高。另外，该精煤产品还含有一定量的高密度级高灰煤泥，存在细泥夹带现象，浮选选择性较差。

综上所述，对该煤泥精煤产品质量分析可知，造成精煤灰分偏高的原因主要分为两方面：一是浮沉实验中间密度级产物含量较高，且灰分较高，达到29.17%，说明原煤泥存在解离不充分的现象，需要进一步细磨解离；二是存在高灰细泥，造成细泥浮选夹带，影响分选选择性。该煤泥为典型易浮难选煤泥。鉴于以上原因，单纯依靠一粗一精分选工艺并不能有效地降低精煤灰分，或者要以牺牲较大精煤产率为代价才能获取较低灰分的产品。

3 粗粒级磨矿浮选工艺探索

根据易浮难选煤泥的特点，选用一合理的解离浮选工艺进行试验探索，即原煤分级+粗粒级磨矿浮选一次分选工艺，如图4所示。通过分级作业抛去影响浮选的细粒级煤泥产品，防止细泥对后续分选过程的进一步污染。未解离粗粒级部分通过磨矿进一步解离，再浮选，从而得到高质量的最终精煤产品。

该工艺为一次分选工艺，分级粒度为0.074 mm，将原煤中小于0.074 mm的物料分离出来，后续实验可针对该部分物料的提质进行细致研究；本次实验主要针对+0.074 mm物料，将粗粒级物料磨矿30 min使其进一步解离，测定粒度为-0.074 mm级物料含量占86%，然后给入到浮选机中进行分选，入浮浓度为60 g/L，捕收剂柴油与起泡剂仲辛醇药剂用量比为4∶1，叶轮转速1 800 r/min，充气量0.18 m3/h，结果见表7。

图4 分级-磨矿浮选工艺

表7 原煤泥分级后粗粒级产品磨矿浮选实验结果

由表7可以看出，原煤泥分级后粗粒级产品磨矿再浮选可得到较低灰分的精煤产品，较不分级浮选精煤产品灰分16%左右相比降低4%～6%，效果明显。浮选过程中预先抛去细粒煤泥，有效避免了在浮选过程中的细泥夹带现象，对粗粒级部分磨矿，使煤与矿物质进一步解离，从而使整体的精煤产品灰分降低，并且保证了精煤的产率，磨矿后再浮选试验结果也证明该煤泥存在解离不充分的现象。

4 结 论

1)对入浮样品的原煤性质进行了分析，原煤泥灰分28.84%，属中灰分煤；细粒级含量较高，易恶化分选过程；中间密度级物料含量较高，存在脉石矿物与煤共生现象；润湿性表明接触角较大，可浮性较好；煤岩分析表明该煤泥存在粘土充填现象，且存在黄铁矿。

2)该煤泥常规浮选后精煤灰分可高达16%以上，常规浮选很难得到低灰分的精煤产品。对浮选精煤进行粒度组成分析与密度组成分析可知，原煤解离不充分与细泥浮选夹带是造成精煤灰分偏高的主要原因。

3)采用原煤分级+粗粒级磨矿浮选一次分选工艺，可得到低灰分的精煤产品，预先抛去细粒煤泥，有效避免了在浮选过程中的细泥夹带现象，对粗粒级磨矿，使煤与矿物质进一步解离，从而使整体的精煤产品灰分降低，并且保证了精煤的产率。

[1] 丁起鹏，桂夏辉.高灰难选细粒煤泥分选研究现状[J].煤炭工程，2010，56(5)：29-31.

[2] 吴大为.浮游选煤技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2004.

[3] 程敢，徐宏祥，贾凯，等.细粒煤分选技术与设备的发展[J].矿山机械，2012，40(8)：1-6.

[4] 于跃先，马力强，张志军，等.高灰煤泥难选原因分析及分选技术探讨[J].煤炭工程，2016，48(7)：118-121.

[5] 桂夏辉，刘炯天，陶秀祥，等.难浮煤泥浮选速率试验研究[J].煤炭学报，2011，36(11)：1895-1900.

[6] 崔广文，张继柱，扶祥通，等.煤泥粒度组成对浮选影响的研究[J].选煤技术，2007(4)：20-22.

[7] 田海宏，王劲草.煤炭浮选存在的问题与解决方法[J].煤炭技术，2004，23(5)：70-71.

[8] Jameson，GJ.The flotation of coarse and ultrafine particles[J].Mineral Processing，2001(8)：62-65.

[9] SAta.The formation of bubble clusters in flotation cells[J].Int.J.Miner Process，2005，76(5)：123-139.

[10] 王红新，夏文成，杨建国，等.充气量和循环量对浮选柱气含率的影响研究[J].煤炭工程，2012，44(2)：85-87.

Research on flotation analysis and grind-flotation flowsheet about coarse fraction of a hard flotation fine coal

YU Wei，LIU Lijun，QU Jinzhou，YANG Chao

(School of Chemistry & Chemical Engineering，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China)

The paper discussed the fine coal quality characteristics from coal preparation plant.Based on results of air-flow rate，we could find this coal sample was a hard flotation fine coal.We could not gain the low ash clean coal buy convention flotation process.The main reason which caused the high ash of clean coal was that low degree of mineral liberation and pollution of fine slit based on the results of particle size and float and sink test about flotation clean coal.Through the flowsheet that raw coal screen classification and grinding-flotation with coarse fraction，the ash of clean coal could be effective reduced.

hard flotation fine coal；ore grinding；flotation flowsheet

2017-03-16 责任编辑：刘艳敏

国家自然科学基金项目资助(编号：51304157)

于伟(1985-)，男，山东昌邑人，硕士，工程师，主要研究方向为细粒矿物浮选提质，E-mail：yuweiba@163.com。

TD94

A

1004-4051(2017)06-0116-05