浮选药剂制度对煤泥降灰脱硫效果的影响研究

2019-12-27甄亮

山东煤炭科技 2019年12期

甄亮

（山西焦煤集团有限责任公司，山西太原 030000）

1 引言

硫是煤炭中普遍存在的一种元素，对于煤炭的后续应用百害无利，因此脱硫对于煤炭洗选来说是一个始终无法回避并且应当引起足够重视的问题。随着煤炭开采深度的增加，煤泥含量及原煤硫分均呈现上升趋势。目前，煤泥的洗选仍是以浮选为主，但由于无机硫中的黄铁矿硫在大气环境下一般会表现出较好的可浮性，因此当药剂制度不合理时会造成浮精灰分及硫分的大幅上升，对于最终精煤产品质量的控制相当不利。本文以古交地区屯兰选煤厂浮选入料为试验煤样进行浮选试验，对不同浮选药剂制度下的浮选降灰脱硫效果进行考察，为优化浮选药剂制度、改善煤泥脱硫效果提供试验参考。

2 样品及药剂准备

本文以古交地区屯兰选煤厂浮选入料为试验样品，样品基本性质如表1所示。对其进行小筛分试验，数据如表2所示。

表1 试验样品基本性质（空气干燥基）

表2 试验样品小筛分数据表

如表1所示，该样品硫分较高，全硫为2.28%，其中无机硫主要是硫化铁矿，其含量占到了硫总量的63.59%，其余则以有机硫形态存在。

如表2小筛分数据所示，该浮选入料存在5.92%的+0.5mm颗粒，一般情况下这对于浮选来说属于超限颗粒，在实际生产中应注意控制这部分粒级的含量。在-0.5mm各粒级中，-0.125mm粒级含量远高于0.5～0.125mm粒级，并且-0.125mm中各粒级的产率分布相对均匀，这部分的累积产率达到了64.91%。随着粒度的减小，样品灰分逐渐升高，硫分也逐渐升高。其中，灰分逐渐升高说明该样品中矸石相对易碎，高灰组分在细粒级中相对集中。同时，由表1中数据可知，该样品中无机硫占比要高于有机硫，而无机硫主要存在于成灰组分中，因此随着粒度减小，硫分也呈现出逐渐升高的趋势。此外，对于+0.125mm的各粒级，随着粒度的减小，灰分和硫分分布相对稳定，说明对于该样品来说，当粒度小于0.125mm时，矸石（包括无机硫）与煤岩组分的解离程度相对较好。

本文采用浮选试验对样品脱硫效果进行优化，所用药剂主要是不同用途的浮选药剂，如表3所示。

表3 试验药剂表

3 试验分析

本文采用实验室单元浮选试验对煤泥浮选脱硫效果进行考察，主要变量为捕收剂、起泡剂及抑制剂用量。各组试验中固定不变的试验参数为：浮选入料浓度100g/L、入浮矿浆1.5L、刮泡时间3min、主轴转速1800r/min。试验结束后，统计浮精产率、灰分及硫分，并绘制相应折线图。

3.1 捕收剂用量对煤泥浮选脱硫效果的影响

仅使用起泡剂和捕收剂进行浮选试验，起泡剂用量固定为90g/t，捕收剂用量分别为600g/t、800g/t、1000g/t、1200g/t、1400g/t，试验后统计浮精产率、灰分及硫分，并绘制折线图如图1。

如图1所示，随着捕收剂用量的增加，浮精产率逐渐升高，当捕收剂用量达到1200g/t后，浮精产率趋于稳定；而浮精灰分和硫分均呈现出先降低后升高的趋势，并且在捕收剂用量为1000g/t时，浮精灰分及硫分均出现最低值。这说明，在捕收剂用量增加后，由于捕收剂的总捕收能力变大，因此有更多的精煤组分进入浮精，这在一定程度上导致浮精中矸石组分占比相对降低，因此灰分降低；同时，由于精煤组分中的硫分主要是有机硫，并且有机硫含量低于捕收剂用量为600g/t时的浮精硫分，因此随着捕收剂用量的增多，浮精硫分也出现一定程度的降低。但当捕收剂用量进一步增多后，其选择性将会恶化，更多的高灰组分进入浮精，造成灰分升高，尤其是更多的硫铁矿硫也随捕收剂进入浮精，最终导致硫分再次升高。综合以上分析，本文认为最佳的捕收剂用量应为1000g/t，此时的浮选脱灰降硫效果最佳。

图1 不同捕收剂用量下浮选效果变化

3.2 起泡剂用量对煤泥浮选脱硫效果的影响

在试验基础上，仍仅使用起泡剂和捕收剂进行浮选试验，捕收剂用量固定为1000g/t，起泡剂用量分别为 70g/t、90g/t、110g/t、130g/t、150g/t，试验后统计浮精产率、灰分及硫分，并绘制折线图如图2。

如图2所示，当起泡剂用量增加后，浮精产率逐渐上升，但上升幅度较小；当起泡剂用量不大于110 g/t时，浮精灰分及硫分基本保持稳定，当起泡剂用量大于110g/t时，浮精灰分及硫分均升高，但硫分的上升幅度相对较小。造成这些结果的原因：一方面在于起泡剂用量的增多使得用于发生矿化作用的气泡产生一定程度的增多，有利于浮精产率的提高，但由于捕收剂用量一定，捕收能力有限，因此浮精产率的上升幅度较小；另一方面，起泡剂用量过多后，气泡的稳定性更好，但过好的稳定性使得气泡在泡沫层中进行二次富集作用时不能发生合理破裂，即部分吸附了矸石组分的气泡变得过于稳定，无法在二次富集作用下返回矿浆中，引入最终浮精，造成灰分即硫分升高，但由于二次富集作用属于补充富集作用，因此其对浮精灰分及硫分的影响程度相对较小。最终确定，最佳的起泡剂用量为110g/t。

图2 不同起泡剂用量下浮选效果变化

3.3 抑制剂用量对煤泥浮选脱硫效果的影响

捕收剂和起泡剂的最佳用量分别为1000g/t和110g/t，在这一药剂用量下增加使用氧化钙作为抑制剂，抑制剂用量分别为300g/t、600g/t、900g/t、1200g/t，试验后统计浮精产率、灰分及硫分，并绘制折线图如图3。

如图3所示，使用抑制剂后的浮精产率有所上升，并且随着抑制剂用量的增加，浮精产率持续上升，但这种上升的总体幅度较小；浮精灰分和硫分均降低，当抑制剂用量达到900g/t后，继续增加抑制剂用量时灰分和硫分基本保持不变。现有研究表明，氧化钙作为抑制剂时，其主要作用机理是水解出的OH-离子与硫铁矿发生反应生成亲水性较好的氢氧化铁和氢氧化亚铁，通过这种方式使硫铁矿的可浮性恶化，从而达到脱硫的效果。同时，氧化钙溶于水形成的氢氧化钙还可以发挥一定的凝聚作用，使细小的无机矿物颗粒发生聚沉，从而达到一定的降灰效果。综合以上分析可以确定，以氧化钙作为抑制剂可以有效改善浮选效果，起到降灰脱硫的效果，最佳用量为900g/t。