风氧化煤浮选预处理优化研究

陈斌

（西曲矿选煤厂，山西 古交 030200）

关键字：浮选；磨矿；调浆；风氧化煤

0 引言

随着煤炭开采及利用程度的逐渐加大，优质煤资源日渐枯竭，低品质煤炭资源将逐渐成为选煤厂面临的主要煤源。而风氧化煤就是低品质煤的一种，它主要是由于煤炭在空气、阳光、雨雪等的作用下发生风化、氧化形成的，其特点在于煤岩碎裂现象加重，水分增加，尤可选性能降低等。如何提高风化煤的利用水平成为当前选煤领域的一项重要课题。本文从浮选角度入手，通过增加及改变浮选预处理的手段，研究改善风氧化煤浮选效果的方法，并对其具体作用机理进行分析。

1 样品制备及药剂准备

本文使用的煤样为宁夏太西地区的风氧化煤，粒度选择为-0.5mm，对其在空气干燥基下进行工业分析，如表1所示。

本文所用药剂主要为浮选药剂，见表2。

表2 试验试剂表

2 试验研究

本文主要采用浆预处理及磨矿预处理等手段对入浮煤样进行处理，并对不同预处理手段下浮选精煤的产率及灰分变化规律进行分析，研究改善风氧化煤浮选效果的最佳条件。浮选试验使用XFD—1.5型单槽浮选机进行。

2.1 调浆预处理对浮选结果的影响

2.1.1 试验条件

调浆预处理主要是在浮选试验前增加对煤浆的预先搅拌处理，其主要分为两个部分。一是对煤样本身的调浆处理，此过程也可称为预润湿；二是对捕收剂的调浆处理，两个过程分别进行。具体操作流程为：在浮选槽中加入1L左右的清水，称取150g煤样，将煤样缓慢倒入清水后，打开浮选机叶轮，转速定为800r/min，开始预润湿过程，预润湿时间分别为0min、1min、2min、3min和4min。预润湿过程完毕后，将捕收剂注入浮选槽中，叶轮转速仍为800r/min，捕收剂调浆时间分别为 1min、2min、3min、4min 和 5min。捕收剂用量固定为4500g/t.捕收剂调浆完毕后将浮选机叶轮转速调至1800r/min，随后向浮选槽加入起泡剂，起泡剂用量为900g/t，搅拌1min后开始重启浮选，浮选刮泡时间为3min。

2.1.2 试验结果及分析

对浮选后的精煤在75℃恒温鼓风干燥箱中烘干至空气干燥状态，计算其产率和灰分，分别绘制产率、灰分随调浆时间的变化折线图，如图1、图2。

图1 调浆时间不同时精煤产率变化规律

如图1所示，当煤样预润湿的时间保持不变时，精煤产率随捕收剂调浆时间的延长呈现先升高后降低的趋势。无论预润湿时间长短，精煤产率的最大值均出现在捕收剂调浆时间4min左右的位置，此时继续延长捕收剂调浆时间，精煤产率急剧降低。其原因主要在于，捕收剂发挥对精煤颗粒的捕收作用需要一定的时间，这一方面是捕收剂（本文使用柴油）本身为粘稠的油状液体，其本身需要一定的时间在矿浆中充分分散成细小的油滴，这样才能充分扩大其作用范围，使其有机会与更多的煤颗粒作用；其次，捕收剂与煤颗粒表面发生捕收作用也需要一定的作用时间。而当捕收剂调浆时间继续延长后，由于体系中还存在有大量的水，而风氧化煤的特点之一是孔隙及裂隙加大，在煤样浸泡时间足够长后，这些水会侵入煤岩体中，当其侵入的量足够多时，由于重量增大，起泡剂产生的气泡可能无法将其带至矿化层形成精煤，从而降低精煤产率。

当捕收剂调浆时间不变，改变预润湿时间时，精煤产率呈现明显的降低趋势。当预润湿时间超过2min后，继续增加预润湿时间对精煤产率的影响基本一致。改变预润湿时间，精煤产率的最大值仍出现在捕收剂调浆时间为4min时。同时注意到，预润湿时间为0min时，捕收剂调浆时间为4min时精煤产率明显大于其他条件下的精煤产率。这说明预润湿过程对于精煤产率这一指标主要起到了负面作用。风氧化煤由于表面的亲水性很强，煤颗粒表面容易与水分子以氢键的形式结合，形成或增厚水化膜。而浮选过程的要害之处就在于捕收剂与煤颗粒的疏水表面相结合，水化膜的存在成为制约浮选精煤产率提高的关键因素。由图1可见，当预润湿时间为0min时，煤颗粒表面的疏水部分直接与充分分散开的捕收剂（柴油）液滴相结合，由于与水的接触时间短，裂隙中的亲水表面尚未来得及与水相结合，因此精煤产率达到最大。

图2 调浆时间不同时精煤灰分变化规律

如图2为不同调浆预处理条件下精煤灰分的变化趋势图。可见，预润湿时间在3min以内时，精煤灰分随捕收剂调浆时间的延长呈现出先升高后降低的趋势，其中以预润湿时间为0min和1min时最为明显。可见，当捕收剂调浆时间为3～4min时，精煤灰分最高。而由图1可知，当捕收剂调浆时间为4min时精煤产率最高，因此综合精煤灰分和产率两个因素，基本确定捕收剂预调浆时间为3min时浮选效果较好。造成这一现象的原因，主要是捕收剂的选择性吸附随调浆时间的改变而产生变化。当调浆时间较短时，虽然捕收剂的作用难以得到最大发挥，但其所吸附的颗粒以精煤颗粒为主；而当调浆时间过长时，虽然捕收剂分散更加均匀，但显然其选择性也随之降低，因此更多的灰分物质也被捕收，从而降低了浮选的精度。

当预润湿时间延长后，精煤灰分基本呈现出降低的趋势。当预润湿时间较短时，捕收剂调浆时间为3～4min时，精煤灰分有明显的升高过程；而当预润湿时间为4min时，随捕收剂调浆时间的延长，精煤灰分先降低而后趋于平缓。这主要是由于预润湿时间足够长时，煤颗粒表面以及与颗粒表面连通的内部裂隙中的亲水面已经基本被水润湿，形成了致密且厚重的水化膜，基本失去了与捕收剂作用的机会。此时，只有表面疏水性最好的精煤颗粒才能正常完成浮选过程中的矿化反应进入矿化层浮出，因此精煤灰分持续降低。而由于这样的颗粒表面数量有限，因此精煤灰分不可能无限减小。而当预润湿时间较短时，由于仍然有亲水性较好的表面未被水化膜包裹，因此当捕收剂在调浆作用下分散效果好转后，这部分疏水颗粒也成为精煤产物，因此出现了精煤灰分上升的现象。

综合以上分析，可知预润湿过程对浮选效果基本是消极作用。捕收剂调浆在一定时间范围内可提高浮选精煤产率，但调浆时间过长也会造成浮选精度降低，精煤灰分升高的问题。因此，确定当预润湿时间为0min，捕收剂调浆时间为3～4min时，对风氧化煤浮选效果的改善作用最佳。

2.2 磨矿预处理对浮选结果的影响

2.2.1 试验条件

磨矿预处理使用圆盘式制样机进行。每次在研磨槽中加样100g进行研磨，研磨时间分别为10s，20s，30s，40s和 50s。由于试验所需样品无法一次性磨出，因此在各研磨时间条件下磨出的煤样需先经过“堆锥四分法”混匀后，再装入自封袋备用。试验过程中每次使用原煤为150g。具体浮选过程按照单元浮选试验国标GB/T4757-2001进行。。捕收剂用量固定为4500g/t，起泡剂用量为900g/t，浮选刮泡时间为3min。

2.2.2 试验结果及分析

由于磨矿预处理过程会造成样品粒度组成的改变，因此在浮选试验前先对各个条件下磨矿预处理后的样品进行粒度组成分析，如图3所示。

图3 样品粒度组成随磨矿时间的变化规律

如图3可见，随着研磨时间的延长，总体上大颗粒减少，细颗粒增多。具体的，0.5～0.25mm粒度级的减少最为明显，在磨矿时间20～40s范围内，其产率降低最为剧烈；此后其产率趋近于0，但产率降低的速度明显变慢，说明当其含量减少后，磨矿机对该粒级的研磨效率降低。-0.25mm各粒级的产率在磨矿后均有所升高，尤其以-0.075mm粒级的变化最为明显。而0.25～0.125mm和0.125～0.075mm粒度级虽然产率也有所升高，但变化幅度较小。这充分说明风氧化煤的煤岩硬度较低，颗粒易碎。但从各曲线的最终走势看，本文所用的磨矿机无法将所有粒级颗粒全部研磨至最细粒级，各粒级的产率最终均趋于一个平衡值，这主要是由磨矿机的性能特点所决定的。

使用磨矿预处理后的煤样进行浮选试验，对其精煤产率和灰分进行统计分析，如图4所示。

图4 精煤产率及灰分随磨矿时间的变化规律

可见随着磨矿时间的延长，精煤产率总的趋势是逐渐上升的。当磨矿时间小于30s时，精煤产率上升的幅度较小；而当磨矿时间由30s延长至40s后，精煤产率急剧升高，随后又趋于平稳。与此同时，精煤灰分的变化规律与精煤产率的变化规律略有差异。当磨矿时间小于20s时，精煤灰分随磨矿时间的延长呈现降低趋势；此时继续延长磨矿时间，精煤灰分开始剧烈升高，并最终趋于稳定。由图3中的分析可知，磨矿后样品中的细颗粒产率增加，而浮选的最适宜粒级一般认为在0.25～0.125mm左右，当浮选入料粒度过细时，一方面会造成捕收剂的选择性降低，部分亲水颗粒也会作为精美组份被带入矿化层；另一方面，细颗粒本身的悬浮、分散性较好，尤其是高灰细泥，极易在矿浆中稳定悬浮，从而造成精煤产率的升高以及灰分的升高。从图4中精煤产率及灰分的变化趋势看，当磨矿时间在10～20s范围内时，浮选精煤在产率提高的同时灰分也有所降低。这说明，适当的磨矿可以进一步加大精煤组份与矸石组份的解离程度，而此时细颗粒产率的增加幅度尚不明显，因此可以起到改善浮选效果的作用；而当磨矿时间继续延长后，细颗粒产率剧增，捕收剂的选择性急剧降低，大量细泥被带至精煤产物中，此时虽然精煤产率提高，但精煤灰分剧增，使得精煤整体的品质恶化，不利于浮选效果的改善。因此，最终确定磨矿预处理时间为20s时，可有效改善风氧化煤浮选效果。

3 结 论

1）调浆预处理主要分为预润湿过程和捕收剂调浆过程，其中预润湿过程会造成煤颗粒表面水化膜增多、变厚，不利于浮选效果的改善；捕收剂调浆预处理可在一定程度上改善捕收剂的分散效果，有利于浮选效果的改善，但调浆时间过长也会造成捕收剂选择性降低的问题，最佳的调浆时间为3～4min。

2）磨矿预处理会造成风氧化煤中细颗粒的大量增加，当磨矿时间较短时可改善精美组份与矸石组份的解离程度，有利于改善浮选效果；但磨矿时间内过长也会使细泥增多，恶化捕收剂的选择性，使得精煤品质降低，最佳的磨矿预处理时间为20s。

3）风氧化煤原煤的浮选效果较差，需要进行工艺方面的优化处理才可取得较好的生产效果，这对改善风氧化煤的应用效果，优化资源利用具有重要意义。