絮凝剂对煤泥浮选的影响试验研究

周子玉，朱纯楚

(中国矿业大学 化学与环境工程学院，北京 100083)

随着机械化采煤的发展以及煤炭资源地质条件的恶化，煤泥的粒度逐渐减小，极细煤泥含量(-74 μm的煤泥)增大。一些选煤厂-0.5 mm的煤泥占入厂原煤量30%左右，其中-74 μm的含量占浮选入料量60%以上[1]，有的甚至高达90%，细粒煤分选的问题已经日趋严峻。浮选是细粒煤泥分选的有效方法之一，但是夏灵勇等人[2]发现随着细粒级煤含量的增多，可燃体回收率会下降，精煤灰分升高。在浮选过程中,细粒煤泥粘附在煤粒表面发生细泥罩盖，细泥罩盖会阻碍煤粒与气泡之间的粘附，从而导致精煤产率较低。所以，用一般的浮选方法处理的效果往往不够理想，絮凝浮选是处理微细粒矿物回收的有效办法之一。

添加高分子絮凝剂选择其中一种组分进行絮凝,其余组分呈分散状态,使用常规浮选将絮体分离，来改善矿物表面的性质，然后浮选出某些组分，是一种理想的极细粒煤泥的分选方法。蔡璋等人[3]对大武口-1.5 mm煤样进行絮凝浮选发现在适当的条件下可以得到灰分小于3%的精煤，可燃体回收率达到90%.樊金串等人[4]对马兰选煤厂煤样进行絮凝浮选试验发现PAM可明显提高浮选速率和精煤产率，并达到节省捕收剂用量的作用。邹文杰等人[5]对钱家营的+13 mm的精煤分析发现，与常规浮选相比,选择性絮凝浮选实验的浮选速率较大,且选择性较高。田全志等人[6]对絮凝浮选继续进行研究发现，随着PAM用量的增加，浮选的速率明显加快，可以明显节省捕收剂的用量。王辉[7]发现絮凝浮选有一定的粒度要求，比较适合微细粒含量较多的浮选。沙杰等人[8]发现在絮凝剂加入之前加入捕收剂更加利于浮选。谢登峰[9]利用选择性絮凝-浮选法制备超纯煤能可得到精煤灰分为1.29%，产率为41.26%的超纯煤。

在以上研究的基础之上，文章通过选择不同种类的聚丙烯酰胺(PAM)作为絮凝剂，针对同一煤样来探究不同的絮凝剂种类对浮选实验的影响。从而得出最适合生产的絮凝剂种类，探究絮凝剂用量与浮选效果之间的关系，从而为指导实践生产提供理论知识。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

以唐山矿-0.5 mm的浮选入料作为试验对象，其灰分为26.25%.将煤样在40 ℃下烘干，将烘干后的煤样按照国家标准GB/T 477-2008《煤炭筛分试验方法》进行筛分试验，其结果如表1所示。

表1 煤泥粒度分析结果

从表1中可以看出，-0.074 mm粒级的产率达到51.92%，灰分为73.34%，其中-0.045 mm粒级的产率为41.87%，灰分为34.73%.细粒煤的产率以及灰分均较高，说明煤样中含有较多的高灰细泥，这部分高灰细泥在浮选过程中容易发生细泥夹带与罩盖，使得浮选效果恶化。

选用氯化锌溶液为浮沉介质进行其密度的分析，试验过程严格按照国家标准GB/T 478-2008《煤炭浮沉试验方法》进行，煤样的密度组成结果如表2所示。由表2可以看出，主导密度级为1.40～1.50 g/cm3，其含量为24.40%，灰分为15.79%；+1.80 g/cm3密度级的含量为17.73%，灰分为76.01%，在分选过程中，尽量减小高密度级对低密度级的污染是分选出合格精煤的前提。

表2 煤泥密度组成结果

1.2 试验方法与药剂

试验装置：振筛机的标准筛直径为200 mm，孔径为 0.5 mm、0.25 mm、 0.125 mm、0.074 mm和0.045 mm(筛底和筛盖)、搪瓷盆、烧杯、密度计、干燥箱、台秤、托盘天平、捞勺、物料盆、重液桶、煤泥桶、网底桶、移液管、天平、玻璃棒等。

捕收剂：柴油；起泡剂：仲辛醇；煤样：-0.5 mm浮选入料煤；絮凝剂：分子量为1 200万的阴离子、阳离子、非离子的聚丙烯酰胺以及分子量为1 400万、1 200万、1 000万、700万和600万的聚丙烯酰胺。

絮凝浮选是在浮选过程中加入不同种类的絮凝剂，并按照GB/T 4757-2013《煤粉(泥)实验室单元浮选试验方法》进行煤泥浮选试验。利用0.5 LXFD 机械搅拌式浮选机中进行试验，其试验流程如下：将矿浆放置至浮选槽中进行搅拌，搅拌时间为2 min，搅拌转速为1 800 r/min，搅拌后在主轴周围加入捕收剂，搅拌1 min，向主轴周围小心滴絮凝剂，搅拌2 min后，加入起泡剂，搅拌30 s后开启充气阀门，开动刮板刮泡，刮泡时间为3 min。对浮选后的精煤和尾煤进行过滤、干燥和称重。浮选参数和药剂制度分别为：充气量0.25 m3/(m2·min)，矿浆浓度固定为40 g/L，起泡剂用量固定为75 g/t，捕收剂用量为800～1 400 g/t，絮凝剂用量为1～5 mL。

浮选效果评价指标采用精煤产率、精煤灰分和可燃体回收率(η,%)，可燃体回收率计算方法如下:

(1)

式中：Ay为原煤灰分，%；γy为原煤产率，%；Aj为精煤灰分，%；γi为精煤产率，%.

2 结果与讨论

2.1 捕收剂用量对煤泥浮选的影响

在矿浆浓度为40 g/L的条件下，捕收剂用量选用800 g/t、1 000 g/t、1 200 g/t和1 400 g/t对煤泥进行常规浮选试验，研究其最佳药剂用量浮选结果如图1所示。

图1 捕收剂用量对煤泥浮选的影响

由图1可以看出，精煤产率随着捕收剂的用量增加而增加，而精煤灰分随着捕收剂用量的增加而减少。当捕收剂用量为1 400 g/t时，精煤产率82.72%达到最高，精煤灰分18.36%降到最低，所以在后续的试验中捕收剂用量为1 400 g/t。

2.2 絮凝剂种类对浮选效果的影响

为探究不同种类的絮凝剂对浮选效果的影响，在捕收剂用量为1 400 g/t时，选择分子量为1 200万的非离子、阳离子和阴离子絮凝剂进行絮凝浮选试验，所得试验结果如图2所示。

图2 絮凝剂种类对煤泥浮选的影响

由图2可以看出，在添加絮凝剂之后，精煤的产率增加且精煤灰分减少。在三种不同类型的絮凝剂中，浮选效果最好的为非离子型絮凝剂，精煤产率达到80.33%；阳离子型絮凝剂次之，精煤产率为79.19%；最后为阴离子型絮凝剂，此时精煤产率为77.50%.与未添加絮凝剂相比，加入非离子型絮凝剂后，精煤产率提高了5.31个百分点，精煤灰分下降了1.64个百分点。由此可得，添加絮凝剂可改善浮选效果，且非离子型絮凝剂的浮选效果得到显著提高。

2.3 非离子型絮凝剂分子量对浮选效果的影响

为探究不同分子量的絮凝剂对浮选效果的影响，选择600万、700万、1 000万、1 200万和1 400万的非离子型絮凝剂进行絮凝浮选试验，所得试验结果如图3所示。

图3 非离子型絮凝剂分子量对煤泥浮选的影响

由图3可以看出，当絮凝剂的分子量为700万时，此时产率最高为82.56%，精煤灰分最低为15.08%.综合来看，可知其浮选效果并不会随着分子量的增加而呈线性增加，而是在特定的一个分子量呈现较好的效果，而在1 000万分子量时可燃体回收率最低，可燃体回收率为88.34%.最高与最低之间相差6.43%，可以看出不同分子量对浮选的效果还是有较大的影响。

2.4 絮凝剂用量对浮选的影响

针对以上试验对絮凝剂的最佳用量进行探究，选择分子量为700万的非离子型絮凝剂进行试验，絮凝剂的用量分别为1 mL、3 mL、5 mL、7 mL。煤泥入料浓度为40 g/L。浮选结果如图4所示。

图4 絮凝剂用量对煤泥浮选的影响

由图4可以看出，可燃体回收率随着絮凝剂用量的增加而增加，7 mL时可燃体回收率为95.54%，1 mL时为93.98%，两者的差距仅有1.56%，可以看出絮凝剂的用量对浮选的影响不是太大，因此在生产实践当中应该经济使用絮凝剂的用量，才能更好地指导生产实践。随着絮凝剂用量增加，精煤灰分也有所提高，通常解释为絮凝剂在浮选过程中，通过大分子桥连作用，使微细粒煤泥聚集成团，增大其表观粒径，从而利于浮选过程的进行，进而提高了可燃体回收率和浮选速率。然而絮凝剂的用量取决于其在颗粒表面的覆盖程度，过量的添加会导致微粒分散[10]。

2.5 精煤粒径分布

为了得到不同粒级的回收率，将浮选完的精煤烘干之后，采用0.500 mm、0.25 mm、0.125 mm、0.074 mm和0.045 mm标准套筛进行粒度分析，筛分的方法严格按照国家标准 GB/T 47-2008 《煤炭筛分试验方法》进行筛分试验。结果如图5所示。

图5 浮选精煤的粒径分布

由图5可以看出，在加入絮凝剂之后，0.045～0.074 mm粒度级的回收率提高了4.20%，其中0.074～0.125 mm粒度级的回收率提高了2.15%，-0.045 mm粒度级的回收率相差不大。可以看出，絮凝剂的添加可以提高微细粒的回收率，对于一些微细粒矿物，絮凝浮选是比较有效的回收办法。

3 结 语

1) 非离子型絮凝剂浮选效果优于其他种类絮凝剂，在其他药剂用量相同的情况下，通过添加不同种类的絮凝剂，在加入非离子型絮凝剂的一组煤泥浮选试验中，可燃体回收可以达到91.68%.因此，添加絮凝剂可以有效提高精煤产率，降低精煤的灰分。

2) 絮凝剂最佳分子量探究试验中，当非离子型絮凝剂分子量为700万时，可燃体回收率91.67%达最高，最高与最低之间相差6.43%，可看出不同分子量对浮选的效果有较大的影响。随着絮凝剂用量的增加，可燃体回收率增加的同时，精煤的灰分也在上升。

3) 通过粒径的分布试验，发现絮凝剂的添加可以提高微细粒的回收率。