浮选柱分选高灰微细粒难浮煤泥的试验研究

王烨敏

(山西工程技术学院，山西 阳泉 045000)

高灰细粒煤泥分选是近年来选煤行业比较关注的热点问题之一。随着现代机械化采掘技术的深入应用，细粒煤在原煤中所占的比重呈现出较为明显的增加趋势。对于这部分原煤而言，如何有效地进行分选成为了目前一个亟待解决的问题[1-2]. 这部分原煤一般来说，属于高灰煤泥，可浮性较差，很多学者从浮选工艺和设备的角度进行探索，通过改进浮选工艺来提高精煤产率[3]. 在煤泥浮选工艺中，我国的大多数选煤厂采用的是直接浮选，浮选工艺差别不大，为控制成本或便于管理，单段浮选应用的较多。浮选设备主要有浮选机和浮选柱，两种设备在现场的应用均非常广泛[4-5]，本文采用旋流微泡浮选柱分选山东某煤样探索柱浮选在处理高灰细粒煤泥中的性能。

1 煤样性质

试验煤样为山东东山煤泥，工业分析结果和粒度组成分析见表1，2.

表1 煤泥工业分析结果表

1.1 工业分析

由表1可知，该煤样的灰分为53.97%，属于灰分比较高的煤泥。挥发分47.51%，由于煤样在烘干过程中发生了一定程度的氧化，导致挥发分偏高。

1.2 粒度组成分析

参照MT/T 58—93《煤粉筛分试验方法》对煤样进行筛分试验，选取标准套筛筛孔孔径分别为0.500 mm、0.250 mm、0.125 mm、0.074 mm、0.045 mm. 试验结果见表2.

由表2可知，该煤样主要粒级为-0.045 mm，在煤样中所占比重达到61.9%，灰分也较高，达到了64.52%. 煤样综合灰分为52.17%，入浮煤泥的总体灰分偏高。从煤样各粒级产率来看，+0.5 mm粒级产率几乎为零，煤样的平均粒度偏小，而-0.045 mm粒级含量占很大的比重，因此对于该煤样的分选必须重视-0.045 mm粒级煤泥的分选效果。

2 煤泥浮选条件初步探索试验研究

在进行柱浮选之前，首先要对煤泥的浮选条件进行初步的探索，对于煤泥可浮性做出有效的判断，确定柱浮选采用的合适的浮选条件。结合实验室条件，采用1.5 L浮选机进行初步探索。

2.1 浮选药剂制度

试验选取煤油、仲辛醇作为浮选药剂，其中煤油为捕收剂，仲辛醇为起泡剂。试验选择的固定条件：采用粗选浮选系统(一精煤一尾煤)，矿浆浓度60 g/L，浮选槽容积1.5 L，捕收剂与起泡剂药比8∶1，叶轮轮速1 800 r/min，充气量0.25 m3/min，矿浆预搅拌时间3 min，与捕收剂接触时间2 min，与起泡剂接触时间10 s，刮泡时间2.5 min. 其试验结果见表3.

表3 煤泥浮选条件初步探索试验表

由表3可知：不同的药剂制度下，该煤样的浮选精煤灰分变化不大，最低的精煤灰分为11.39%，最高的浮选精煤灰分也仅为13.44%.浮选精煤产率在33%左右，浮选尾煤灰分大约为72%，浮选完善指标较高，约为53%. 鉴于煤泥浮选条件初步探索的试验结果，为了研究浮选试验条件对精煤灰分及浮选完善指标的影响规律，进行了正交试验。

2.2 煤泥浮选条件正交寻优试验研究

选取捕收剂用量、捕收剂与起泡剂的药剂用量比(以下简称药比)及浮选矿浆浓度3个影响因素进行正交试验。各试验因素选取3个水平，分别为：捕收剂用量1 600 g/t、1 800 g/t、2 000 g/t；药比4∶1、6∶1、8∶1；浮选矿浆浓度40 g/L、60 g/L、80 g/L. 选取L9(33)正交表设计试验，该煤泥浮选条件的正交试验结果见表4.

表4 煤泥浮选条件正交寻优试验表

由表4 可知：当捕收剂用量为1 800 g/t时的精煤平均灰分比捕收剂用量为1 600 g/t和2 000 g/t时的精煤平均灰分低；当浮选药剂用量比为8∶1时的精煤平均灰分低于其它两个水平下的精煤平均灰分；当浮选矿浆浓度为40 g/L时的精煤平均灰分低于浓度为60 g/L和80 g/L下的精煤平均灰分。由此确定各浮选试验条件满足浮选精煤灰分要求的大致范围。最佳浮选工艺参数见表5.

表5 最佳浮选工艺参数表

2.3 煤泥可浮性评定[6]

参照MT/T 259-1991《煤炭可浮性评定方法》，以表5确定的最佳浮选工艺条件得到的浮选试验结果为依据，对煤粉可浮性进行评定。

浮选精煤产率：γc=31.78%

浮选精煤灰分：Ad，c=11.19%

浮选入料灰分：Ad，f=52.17%

浮选精煤可燃体回收率：Ec=γc(100-Ad，c)/(100-Ad，r)=59.01%

根据浮选精煤可燃体回收率为59.01%，判断煤泥的可浮性等级为难浮。

2.4 煤泥分步释放浮选试验

从表3选取浮选完善指标最佳的一组进行分步释放浮选试验，试验结果见表6. 表6中，J为精煤，W1为尾煤1，W2为尾煤2，W3为尾煤3. 根据表6的分步释放浮选试验结果，绘制出分步释放浮选试验曲线,见图1.

煤泥浮选理论指标可通过煤泥分步释放试验确定，即理想条件下煤泥浮选可得到的灰分和产率。当灰分要求为9.00%时，理论产率为31.50%；当灰分要求为9.50%时，理论产率为32.50%；当灰分要求为10.00%时，理论产率为33.00%；当灰分要求为10.50%时，理论产率为34.00%；当灰分要求为11.00%时，理论产率为35.00%。由此可知，当精煤灰分为9%～11%时，精煤理论产率增幅不大。而且这仅是理想条件下的试验结果，该煤泥的可浮性为难浮等级，并且高灰细泥含量很高。因此，实际的一精一尾的流程很难达到分步释放预测的浮选理论指标。

表6 煤泥分步释放浮选试验结果表

1—精煤产率-灰分曲线 2—尾煤产率-灰分曲线 3—分选次数-精煤产率曲线图1 分步释放浮选曲线图

3 煤泥浮选柱分选试验

根据正交试验确定的最佳浮选工艺条件确定的药剂用量和矿浆浓度进行浮选柱分选试验，通过调节浮选柱循环泵压力进行浮选柱分选试验，试验结果见表7.

表7 最佳浮选条件的浮选柱分选试验结果表

由表7分析可知：

1) 随着浮选柱循环泵的压力提高，精煤产率变化没有明显的规律；但是浮选完善指标在压力最低0.12 MPa时最高，说明在此压力下浮选效果较好。在此压力下的精煤灰分也是最低，再增大循环压力，精煤灰分先升后降，浮选完善指标降低，且尾煤灰分也降低，说明此时尾煤中跑煤严重，导致浮选效果恶化[6].

2) 选择煤泥在浮选柱0.12 MPa时得到的分选指标与相同药剂和浮选浓度条件下浮选机分选所得的分选指标进行对比，见表8.

表8 相同浮选条件下浮选柱与浮选机分选指标对比表

由表8可知：在相同浮选条件下，浮选柱精煤灰分相比于浮选机精煤灰分低0.54%，浮选完善指标高16.96%，且其他分选指标相当。结合煤泥粒度组成及煤泥可浮性分析可知，对-0.045 mm粒级含量高的难浮煤泥浮选而言，浮选柱在处理难浮细粒级煤泥的分选效果优于浮选机。

4 结 论

1) 对于-0.045 mm为主导粒级的难浮煤泥，在相同的药剂条件下，浮选机分选可以获得灰分为11.19%、产率为31.78%的精煤；浮选柱通过调节循环泵压力实现精煤灰分可调，可获得灰分为10.65%、产率为 41.72%的优质精煤。浮选柱精煤灰分相比于浮选机精煤灰分低0.54%，浮选完善指标高16.96%，产率提高9.94%，说明对于高灰细粒难浮煤泥采用浮选柱分选可以获得更好的浮选效果。

2) 对于该种高灰细粒难浮煤泥，采用浮选柱进行分选时，仅调节循环泵压力，设备调控方便，精煤回收率较高，同时精煤灰分有效降低。因此，在处理该类煤泥时，采用浮选柱分选具有良好的经济和环保效益。