于 偉，劉莉君，屈進州，楊 超(西安科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 西安 710054)

難選煤泥可浮性分析及粗粒級磨礦浮選工藝研究

于 偉，劉莉君，屈進州，楊 超
(西安科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 西安 710054)

以選煤廠細(xì)粒煤泥為研究對象，分析了該煤泥的煤質(zhì)特征。探索了改變充氣量對浮選結(jié)果的影響，結(jié)果表明該煤泥為難選煤泥，常規(guī)浮選很難得到低灰分的精煤產(chǎn)品。對浮選精煤產(chǎn)品進行粒度與密度組成分析，表明解離不充分與細(xì)泥夾帶是造成精煤灰分偏高的主要原因。采用原煤分級+粗粒級磨礦浮選工藝，可有效降低精煤產(chǎn)品的灰分。

難選煤泥；磨礦解離；浮選工藝

0 引 言

隨著我國采煤機械化程度的提高、資源地質(zhì)條件的惡化、選煤廠大型化建設(shè)及重介質(zhì)旋流器的廣泛使用，高灰難選煤泥比例急劇增加[1]。浮選是處理細(xì)粒煤泥最有效的分選技術(shù)[2]，但是細(xì)粒煤泥由于其質(zhì)量小、動量低及與氣泡的接觸概率小[3]，煤泥可浮性較差，同時煤泥中高灰細(xì)泥特別是粘土類礦物含量不斷增加，浮選時易造成精煤灰分高、精煤產(chǎn)率和尾煤灰分低等問題[4]。近年來難選煤泥總量呈現(xiàn)繼續(xù)惡化的趨勢，使煤泥分選的問題愈加突出，提高精煤質(zhì)量和可燃體回收率是當(dāng)前提高浮選效率的關(guān)鍵與矛盾所在[5]。崔廣文等[6]針對高灰細(xì)泥對浮選的影響進行了試驗研究，認(rèn)為細(xì)泥含量高時對浮選會造成較大影響，且入浮粒級越寬，細(xì)泥的影響越明顯。田海宏等[7]在浮選現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，認(rèn)為粗粒級和細(xì)粒級在分選過程中有差異，細(xì)粒級分選效果較差，易受細(xì)泥夾帶污染。Graeme Jameson[8]、S Ata[9]等從流體力學(xué)及高速攝影角度分析了不同粒度煤泥的浮選，粗細(xì)顆粒需要能量不同，表現(xiàn)出不同的浮選特性。前人研究表明，針對難選煤泥的分選提質(zhì)，將粗細(xì)顆粒分別處理是有意義的探索方法。本文在難選煤泥基本性質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，進行了浮選分離試驗研究，并在可浮性分析的基礎(chǔ)上進行了分級后解離浮選工藝的探索。

1 煤泥性質(zhì)分析

1.1 煤樣工業(yè)分析與元素分析

對該試驗煤泥樣品進行工業(yè)分析與元素分析，結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出，該細(xì)粒煤泥的灰分為28.84%，屬中灰分煤，可通過浮選法進一步降灰提質(zhì)，具有加工利用的價值。該煤泥樣品除C元素含量高外，O元素含量也較高，硫分也較高，H元素含量較低，說明該煤泥具一定的含氧官能團，可能對浮選過程產(chǎn)生不利的影響。

1.2 煤樣粒度組成篩分分析

將煤泥樣品按照《煤炭篩分試驗方法》(GB/T477-2008)的規(guī)定，分別采用0.5 mm、0.25 mm、0.125 mm、0.074 mm和0.045 mm的標(biāo)準(zhǔn)套篩進行篩分試驗，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，該煤泥各粒級的灰分隨著粒度的減小而不斷降低，其中0.5～0.25 mm的灰分高達44.03%，-0.045 mm的灰分為21.68%。主導(dǎo)粒級為0.074～0.045 mm，-0.074 mm粒級物料含量為49.90%，其灰分為22.65%。分析可知，該煤泥粗粒級灰分較高，可能存在煤與脈石的連生體；細(xì)粒級含量較高，隨水流作用較強，浮選困難。

1.3 煤樣密度組成浮沉分析

將煤泥樣品按照《煤炭浮沉試驗方法》(GB/T478-2008)的規(guī)定，分別采用苯、四氯化碳和三溴甲烷配制浮沉重液，結(jié)果如表3所示。

表1 煤泥樣品工業(yè)分析與元素分析數(shù)據(jù)

表2 煤泥樣品篩分試驗結(jié)果

表3 煤泥樣品浮沉試驗結(jié)果

由表3可知，該煤泥樣品的主導(dǎo)密度級為1.3～1.5 g/cm3，含量高達83.88%，平均灰分為19.10%，其中1.3～1.4 g/cm3含量占到44.25%，灰分較高為15.40%，說明煤中有一部分無機礦物質(zhì)夾雜，即脈石礦物與煤共生現(xiàn)象顯著。大于1.8 g/cm3占到了11.66%，其灰分達到了86.49%，說明該密度級為充分解離的脈石礦物。繪制可選性曲線如圖1所示。

圖1所示可選性曲線是用來評判重力分選的難易程度，同時也可以類似判斷出煤泥可浮性的難易程度。其中灰分特性曲線接近于一條斜線，可以判斷出從該煤泥中較難直接分選出低灰分的精煤。密度曲線反映了該煤泥密度與數(shù)量的變化關(guān)系，曲線在1.4～1.6 g/cm3之間斜率較大，中間密度級物料含量較多，煤與脈石存在共生現(xiàn)象，較難分選。

1.4 煤樣潤濕性分析

測定接觸角可以簡單直觀地反映煤泥的可浮性。利用壓片機先將粉煤加壓制成平滑面。采用上海中晨公司生產(chǎn)的光學(xué)接觸角測量儀，選擇角度測量法進行測量計算。測試結(jié)果如圖2所示。

β-浮物曲線；θ-沉物曲線；λ-灰分特性曲線；ε-密度0.1曲線；δ-密度曲線圖1 原煤可選性曲線

由圖2測試可知，左側(cè)接觸角為110.83°，右側(cè)接觸角為111.88°，平均接觸角為111.36°，說明該煤泥主要表現(xiàn)出強疏水性，可浮性較好。

1.5 煤樣顯微組分分析

一般來說，鏡煤與亮煤灰分較低，可浮性好；暗煤和絲碳灰分高，親水性強。選取典型煤巖光片照片如圖3所示。

圖3 煤樣顯微光片照片

由圖3(a)可知，該煤樣鏡質(zhì)組含量較高，可浮性較好，還存在單體黃鐵礦，硫分較高，與元素分析數(shù)據(jù)相吻合。由圖3(b)可知，煤中嵌布有黏土和黃鐵礦，煤樣解離不夠充分，影響浮選精煤的質(zhì)量與分選效果。

2 煤泥樣品常規(guī)浮選與分析

2.1 常規(guī)浮選試驗

礦化所需彌散氣泡的多少即氣含率的大小是影響浮選精礦回收能力和實際分選效果的重要參數(shù)之一[10]。因此，本次實驗主要研究充氣量對浮選結(jié)果的影響。試驗條件為捕收劑柴油用量450 g/t，起泡劑仲辛醇用量150 g/t，入浮濃度為60 g/L，葉輪轉(zhuǎn)速1 800 r/min，改變充氣量的大小，結(jié)果見表4。

由表4可以看出，該煤泥浮選后精煤灰分均較高，常規(guī)浮選很難得到低灰分的精煤產(chǎn)品。精煤產(chǎn)率與精煤灰分均隨充氣量的增加呈現(xiàn)升高的趨勢。當(dāng)充氣量為0.18 m3/h時，取得較好的分選指標(biāo)，精煤產(chǎn)率為72.38%，精煤灰分為16.45%，可燃體回收率高達84.84%。

2.2 浮選精煤質(zhì)量分析

對充氣量實驗浮選精煤產(chǎn)品進行粒度分析，結(jié)果如表5所示，并與原煤粒度分析結(jié)果進行比較。

由表5可知，各粒度級的產(chǎn)率呈先增大后減小的趨勢，其中-0.074 mm粒級物料含量為64.20%，平均灰分18.82%，相較于原煤該粒級產(chǎn)率49.90%，平均灰分22.56%，經(jīng)過浮選后該粒級的灰分下降較小，說明導(dǎo)致精煤灰分較高的主導(dǎo)原因是細(xì)粒級煤泥，一方面是因為細(xì)粒較多導(dǎo)致在浮選過程中易出現(xiàn)細(xì)泥夾帶的現(xiàn)象，另一方面是由于煤中礦物質(zhì)嵌布粒度較細(xì)，很難解離，同時嵌布在煤中的礦物質(zhì)也是易浮的。精煤產(chǎn)品粗粒級灰分也較高，特別是0.125～0.074 mm級物料灰分達到14.37%，粗粒級中可能存在煤與矸石解離不充分的現(xiàn)象。

同時對該精煤產(chǎn)品進行小浮沉實驗分析，并與原煤泥浮沉實驗結(jié)果進行比較，結(jié)果如表6所示。

表4 充氣量對浮選指標(biāo)的影響

表5 浮選精煤產(chǎn)品篩分試驗結(jié)果

表6 浮選精煤產(chǎn)品浮沉試驗結(jié)果

由表6可知，該浮選精煤產(chǎn)品的主導(dǎo)密度級為-1.4 g/cm3，含量為72.11%，平均灰分為8.61%，其中1.3～1.4 g/cm3密度級含量占到48.81%，灰分為9.74%。中間密度級1.4～1.5 g/cm3含量為20.58%，但是灰分卻劇增到29.17%，說明煤與脈石礦物解離不夠充分，導(dǎo)致總體精煤灰分較高。另外，該精煤產(chǎn)品還含有一定量的高密度級高灰煤泥，存在細(xì)泥夾帶現(xiàn)象，浮選選擇性較差。

綜上所述，對該煤泥精煤產(chǎn)品質(zhì)量分析可知，造成精煤灰分偏高的原因主要分為兩方面：一是浮沉實驗中間密度級產(chǎn)物含量較高，且灰分較高，達到29.17%，說明原煤泥存在解離不充分的現(xiàn)象，需要進一步細(xì)磨解離；二是存在高灰細(xì)泥，造成細(xì)泥浮選夾帶，影響分選選擇性。該煤泥為典型易浮難選煤泥。鑒于以上原因，單純依靠一粗一精分選工藝并不能有效地降低精煤灰分，或者要以犧牲較大精煤產(chǎn)率為代價才能獲取較低灰分的產(chǎn)品。

3 粗粒級磨礦浮選工藝探索

根據(jù)易浮難選煤泥的特點，選用一合理的解離浮選工藝進行試驗探索，即原煤分級+粗粒級磨礦浮選一次分選工藝，如圖4所示。通過分級作業(yè)拋去影響浮選的細(xì)粒級煤泥產(chǎn)品，防止細(xì)泥對后續(xù)分選過程的進一步污染。未解離粗粒級部分通過磨礦進一步解離，再浮選，從而得到高質(zhì)量的最終精煤產(chǎn)品。

該工藝為一次分選工藝，分級粒度為0.074 mm，將原煤中小于0.074 mm的物料分離出來，后續(xù)實驗可針對該部分物料的提質(zhì)進行細(xì)致研究；本次實驗主要針對+0.074 mm物料，將粗粒級物料磨礦30 min使其進一步解離，測定粒度為-0.074 mm級物料含量占86%，然后給入到浮選機中進行分選，入浮濃度為60 g/L，捕收劑柴油與起泡劑仲辛醇藥劑用量比為4∶1，葉輪轉(zhuǎn)速1 800 r/min，充氣量0.18 m3/h，結(jié)果見表7。

圖4 分級-磨礦浮選工藝

表7 原煤泥分級后粗粒級產(chǎn)品磨礦浮選實驗結(jié)果

由表7可以看出，原煤泥分級后粗粒級產(chǎn)品磨礦再浮選可得到較低灰分的精煤產(chǎn)品，較不分級浮選精煤產(chǎn)品灰分16%左右相比降低4%～6%，效果明顯。浮選過程中預(yù)先拋去細(xì)粒煤泥，有效避免了在浮選過程中的細(xì)泥夾帶現(xiàn)象，對粗粒級部分磨礦，使煤與礦物質(zhì)進一步解離，從而使整體的精煤產(chǎn)品灰分降低，并且保證了精煤的產(chǎn)率，磨礦后再浮選試驗結(jié)果也證明該煤泥存在解離不充分的現(xiàn)象。

4 結(jié) 論

1)對入浮樣品的原煤性質(zhì)進行了分析，原煤泥灰分28.84%，屬中灰分煤；細(xì)粒級含量較高，易惡化分選過程；中間密度級物料含量較高，存在脈石礦物與煤共生現(xiàn)象；潤濕性表明接觸角較大，可浮性較好；煤巖分析表明該煤泥存在粘土充填現(xiàn)象，且存在黃鐵礦。

2)該煤泥常規(guī)浮選后精煤灰分可高達16%以上，常規(guī)浮選很難得到低灰分的精煤產(chǎn)品。對浮選精煤進行粒度組成分析與密度組成分析可知，原煤解離不充分與細(xì)泥浮選夾帶是造成精煤灰分偏高的主要原因。

3)采用原煤分級+粗粒級磨礦浮選一次分選工藝，可得到低灰分的精煤產(chǎn)品，預(yù)先拋去細(xì)粒煤泥，有效避免了在浮選過程中的細(xì)泥夾帶現(xiàn)象，對粗粒級磨礦，使煤與礦物質(zhì)進一步解離，從而使整體的精煤產(chǎn)品灰分降低，并且保證了精煤的產(chǎn)率。

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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 責(zé)任編輯：劉艷敏

國家自然科學(xué)基金項目資助(編號：51304157)

于偉(1985-)，男，山東昌邑人，碩士，工程師，主要研究方向為細(xì)粒礦物浮選提質(zhì)，E-mail：yuweiba@163.com。

TD94

A

1004-4051(2017)06-0116-05