煤泥浮选工艺影响因素研究

赵 兵 兵

(中国煤炭科工集团北京华宇工程有限公司,河南平顶山 467000)

0 引 言

选煤是洁净煤技术的基础,也是煤炭深加工和高效利用的前提[1],而在选煤中分选细粒煤的主要途径是浮选。浮选是利用矿物疏水性差异而实现矿物分离的方法[2]。随着采煤机械化的发展,原煤中煤泥含量增加,用户和社会各方面也要求进一步提高精煤质量、减少环境污染,因此,浮选在煤炭加工中的作用变得更加重要[3-4]。

选煤厂浮选效果的好坏,除了受限于煤炭本身的性质外,浮选药剂也是影响浮选效果的重要因素之一[5-6]。由于选煤厂采用的浮选药剂绝大部分是石油产品或其副产品,而我国石油资源相对短缺,因此,提高能源利用效率,寻求新型高效浮选药剂是当务之急[7]。除了药剂种类,影响浮选效果的因素还有很多,如煤泥性质、药剂用量及入浮矿浆浓度等。朱张磊等[8]选用表面活性剂OP4与煤油复配进行浮选试验,以减小高灰细泥对浮选精煤的污染。古玉[9]使用新型浮选药剂对贫煤进行浮选试验,提高了精煤产率,降低了精煤灰分。吴成舟等[10]对徐州某矿的煤泥进行浮选参数优化试验,对矿浆浓度、充气量、药剂比等工艺参数进行优化,获得了良好的浮选效果。

本文通过研究煤泥性质、捕收剂用量、烷基糖苷与杂醇配比以及入浮矿浆浓度对望峰岗、新庄孜和祁东3个选煤厂的煤泥浮选效果的影响,探索煤泥浮选规律,以期为煤泥浮选工艺改进提供理论依据。

1 煤泥性质

根据GB/T 19093—2003《煤粉筛分试验方法》,对望峰岗、新庄孜和祁东选煤厂煤泥进行了小筛分试验,结果见表1～3。

表1 望峰岗小筛分试验结果Table 1 Screening experimental results of Wangfenggang fine coal

表2 新庄孜小筛分试验结果Table 2 Screening experimental results of Xingzhuangzi fine coal

表3 祁东小筛分试验结果Table 3 Screening experimental results of Qidong fine coal

由表1～3可知,望峰岗煤泥中＜0.045 mm粒级含量为 21.85%,＞0.125 mm 粒级含量为 61.93%,细粒级含量较高;新庄孜煤泥中＜0.045 mm粒级含量为 18.15%,＞0.125 mm 粒级含量为 66.63%;祁东煤泥中＜0.045 mm的微细颗粒含量只有14.66%,＞0.125 mm 粒级含量为 66.52%,细粒级含量较少。各煤样平均灰分相差不大,＞0.045 mm粒级灰分较为均匀,但＜0.045 mm微细颗粒灰分普遍较高。因此,只有防止跑粗现象,尽量多地抽出粗颗粒精煤,有选择性地抽出微细粒精煤才能有效降低灰分、提高浮选完善指标。

2 试验结果与讨论

2.1 煤泥性质对浮选效果的影响

按照GB/T 4757—2001《煤粉(泥)实验室单元浮选试验方法》分别对望峰岗、新庄孜和祁东选煤厂煤泥进行了单元可比性试验,固定矿浆浓度为100 g/L,捕收剂正十二烷用量为1 000 g/t,起泡剂甲基异丁基甲醇(MIBC)用量为100 g/t。考察煤泥性质对浮选效果的影响,结果见表4。

表4 不同煤泥浮选效果对比Table 4 Comparison of flotation efficiency of different fine coals %

由表4可知,不同性质的煤泥浮选效果不同,根据浮选完善指标,祁东煤泥浮选效果最好,新庄孜次之,望峰岗煤泥浮选效果最差。这主要与煤泥的物理化学性质有关,相比较而言,3种煤泥中＞0.125 mm粒级含量差别不大,但祁东煤泥中＜0.045 mm微细粒级含量最少,而望峰岗煤泥则相反。浮选入料中含有大量细粒煤时,由于其比表面积大,一方面,细粒煤会很快吸附大量浮选药剂,使粗粒煤不能与浮选药剂充分接触,降低粗粒煤的浮选速度;另一方面,细粒煤占据气泡的活性表面或在粗颗粒上形成细泥罩盖,抑制大颗粒煤的浮选,或随其他颗粒进入泡沫产品,污染精煤质量。因此,对于高灰细泥多的煤泥,应采用高选择性药剂和改善浮选工艺条件来提高其浮选选择性。

2.2 捕收剂用量对浮选效果的影响

选取望峰岗煤泥进行单元浮选试验,固定矿浆浓度为100 g/L,起泡剂杂醇用量为100 g/t,选用柴油作为捕收剂。考察捕收剂用量对浮选效果的影响,结果如图1所示。可知,随着捕收剂用量的增加,精煤产率不断增加,精煤灰分先减小后增加,而浮选完善指标先升高后降低。说明捕收剂用量的增加使得捕收能力增强,但是选择性变差,因此,捕收剂用量存在一个最佳用量范围[11-13]。综合考虑精煤产率、灰分和浮选完善指标,当捕收剂用量为600 g/t时,浮选效果最好,精煤产率为77%,精煤灰分为14.4%,浮选完善指标为46.5%。

图1 捕收剂用量与精煤产率、精煤灰分及浮选完善指标的关系Fig.1 Relationship of collector dosage to clean coal yield,clean coal ash and floatation perfection

2.3 杂醇与APG配比对浮选效果的影响

为保证精煤产率的同时有效降低精煤灰分,选用杂醇与烷基糖苷(APG)复配的起泡剂,对望峰岗选煤厂煤泥进行浮选试验。烷基糖苷为商品APG12-14,烷基碳数为12～14,糖聚合度1.4～1.6;杂醇为外购化工副产品,主要成分为仲辛醇。固定矿浆浓度为100 g/L,捕收剂柴油用量为600 g/t,杂醇和APG总添加量为100 g/t。考察杂醇与APG配比对浮选效果的影响,结果如图2所示。

由图2可知,随着APG比例的增加,精煤产率和灰分总体呈不断降低趋势,而浮选完善指标先增加后减少。说明APG的加入产生了协同作用,提高了浮选药剂的选择性,但不利于提高浮选精煤产率。

烷基糖苷具有非离子和阴离子表面活性剂的特征,其非极性基长短与极性基配合较好,因此具有很强的起泡能力,对精煤有较好的选择性。同时,由于烷基糖苷存在羟基结构使药剂在水中分布均匀,可以促使空气在矿浆中弥散成小气泡,防止气泡兼并,并提高气泡在矿化和上浮过程中的稳定性。这些分布均匀且稳定的小气泡,大大提高了矿浆中气泡的表面积,更有利于微细颗粒煤泥的附着。但是,APG添加量过大会增加溶液黏性,气体在液体中难以扩散形成泡沫,导致矿浆中泡沫量不足,降低浮选效果[14-16]。综合考虑,杂醇与APG配比为2∶1时浮选效果最佳,精煤产率为76%,精煤灰分为13%,浮选完善指标为53.1%。

图2 杂醇与APG配比与精煤产率、精煤灰分及浮选完善指标的关系Fig.2 Relationship of ratio of fusel and APG to clean coal yield,clean coal ash and floatation perfection

2.4 矿浆浓度对浮选效果的影响

选取望峰岗煤泥进行浮选试验,固定捕收剂柴油用量为600 g/t,起泡剂用量为100 g/t,其中杂醇与APG配比为2∶1。考察入浮矿浆浓度对浮选效果的影响,结果如图3所示。

由图3可知,精煤产率、精煤灰分及浮选完善指标随着入浮矿浆浓度的增加呈先增加后减小的趋势。这是由于矿浆浓度较低时,药剂处于过量状态,过量的捕收剂会产生排挤作用使气泡稳定性下降;而过量的起泡剂又能够对捕收剂产生反向吸附,使煤粒表面疏水性减弱,这2种情况都会降低浮选效果;当矿浆浓度高时,药剂用量相对不足,浮选效果下降。综合考虑,入浮浓度为100 g/L时,浮选完善指标最高,浮选效果最佳。此时,精煤产率为76%,精煤灰分为13%,浮选完善指标为53.1%。

图3 入浮矿浆浓度与精煤产率、精煤灰分及浮选完善指标的关系Fig.3 Relationship of pulp density to clean coal yield,clean coal ash and floatation perfection

3 结 论

1)不同性质的煤泥浮选效果不同,0.50～0.075 mm粒级含量多的煤泥利于浮选,而细粒级,特别是＜0.045 mm含量高的煤泥浮选效果差。

2)对于望峰岗选煤厂入浮煤泥,固定矿浆浓度为100 g/L,起泡剂杂醇用量为100 g/t,捕收剂用量为600 g/t时,浮选效果最好,精煤产率为77%,精煤灰分为14.4%,浮选完善指标为46.5%。

3)起泡剂中加入APG会产生协同作用,提高浮选药剂的选择性,但不利于提高浮选精煤产率。固定矿浆浓度为100 g/L,捕收剂柴油用量为600 g/t,杂醇和APG总添加量为100 g/t,当杂醇与APG配比为2∶1时,浮选效果最好,精煤产率为76%,精煤灰分为138%,浮选完善指标为53.1%。

4)对于望峰岗选煤厂入浮煤泥,固定捕收剂柴油用量为600 g/t,起泡剂用量为100 g/t,其中杂醇与APG配比为 2∶1时,其最佳矿浆浓度为100 g/L。此时,精煤产率为76%,精煤灰分为13%,浮选完善指标为53.1%。

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