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煤泥高强度表面改质调浆技术效果研究 郭 伟 西山煤电股份有限公司西曲矿选煤厂, 山西 太原 030200 摘 要 针对微细颗粒煤泥浮选难的问题, 设计一种高强度煤泥调浆改质设备, 并进行了 浮选药剂量探索试验、 分步释放浮选试验和浮选速度试验; 通过对比分析煤泥高强度调浆前后 浮选试验结果, 发现高强度调浆技术可以有效提高西曲选煤厂浮选入料的可浮性和回收速率, 从而提高精煤产率和可燃体回收率。 关键词 煤泥; 高强度调浆技术; 表面改质; 浮选; 可浮性; 试验 中图分类号 TD943 文献标识码 A 文章编号 1005-8397202010-0029-04 收稿日期 2020-09-01 DOI 10. 16200/ j. cnki. 11-2627/ td. 2020. 10. 007 作者简介 郭 伟1983, 男, 山西大同人, 2009 年毕业于安徽理工大学矿物加工专业, 工学学士, 山西西山煤电股份有限公司西曲 矿选煤厂工程师。 引用格式 郭 伟. 煤泥高强度表面改质调浆技术效果研究 [J]. 煤炭加工与综合利用, 202010 29-32. 1 概 述 对细粒物料而言, 浮选是应用最广、 最经济 有效的途径。 对于大部分矿物, 磨矿、 调浆和浮 选是其浮选过程 3 个主要部分。 对于一些解离度 较好或者满足生产需要的矿物, 如煤泥, 通常没 有必要添加高能耗的磨矿环节, 调浆即是浮选的 第一道正式工序。 活化颗粒表面, 使目的矿物与 捕收剂油滴充分碰撞和吸附, 增强矿物颗粒表面 的疏水能力是调浆过程的主要目的; 同时, 抑制 非目的矿物使其亲水而不易上浮, 也是调浆的另 一作用。 细化整个浮选过程, 将破碎和磨碎作为前期 准备工作, 则调浆过程才是浮选作业真正的起 点[1]。 为了使目的矿物解离充分, 浮选入料的粒 度组成越来越细, 以某钼矿为例, 其浮选入料粒 度要求 200 网目0. 074 mm以下占到 60, 其 对浮选的影响主要表现在选择性差、 细泥在精矿 表面覆盖和夹带等, 这将直接对浮选精矿质量和 回收率造成恶性影响[2,3]。 调浆是浮选工艺中的一项重要作业, 即在浮 选前, 向矿浆中添加必要的调整剂、 抑制剂、 硫 化剂、 分散剂、 活化剂及捕收剂等浮选药剂, 分 阶段进行搅拌, 依次调节矿浆的酸碱度或药剂的 抑制、 活化、 捕收作用等, 使矿浆达到适合浮选 要求的状态[4,5]。 调浆通常要依靠机械的、 非机 械的或其组合力场来实现, 通常在搅拌槽中进 行。 在分选复杂难选矿石, 即矿物可浮性差或可 浮性相近时, 还要采用充气调浆、 加温调浆和分 级调浆等措施, 以求获得良好分选指标[6,7]。 现有的预处理设备和方法不能满足极细粒矿 物颗粒所凸显的高分散、 强活化与浮选药剂充分 碰撞的需求, 使常规浮选机对细粒选择性差, 而 对粗粒回收率低[8-10]。 虽然采用复合力场的浮选 柱对微细颗粒分选效果较好, 但颗粒与药剂微粒 接触碰撞时间短、 区域小, 药剂分散完全依靠流 体自身紊流条件, 无强制分散混合机制, 不能适 应复杂多变的浮选入料性质和工艺的改变。 鉴于 此, 设计一种高效调浆改质设备对解决微细颗粒 浮选难的问题具有重要意义。 2 系统结构 试验系统如图 1 所示, 高强度表面改质调浆 机采用立式布置, 直径为 2. 5 m, 主要由搅拌桶 体、 主轴、 搅拌叶轮、 剪切盘、 隔板、 电动机、 减速器等部件组成。 矿浆和浮选药剂同时自调浆 设备桶体下部给入, 药剂由下层搅拌桨产生的负 压吸入下层搅拌区域, 被高速叶轮和周围强湍流 92 煤炭加工与综合利用 No. 10, 2020 COAL PROCESSING COMPREHENSIVE UTILIZATION 液体分散为微细油滴。 矿浆逐级进入各调浆室, 经过各级涡轮式搅拌桨和剪切盘附近的高湍流区 域, 被强制分散、 擦洗, 同时与分散完全的捕收 剂油滴充分混合接触碰撞, 在颗粒表面充分改质 后, 矿浆从槽体上部出料口排出, 依靠重力自流 进入浮选设备。 图 1 试验系统示意 3 结果与分析 3. 1 煤样性质 西曲选煤厂浮选入料煤样的总体灰分为 10. 61, 其粒度组成见表 1。 表 1 煤样粒度组成 粒级 / mm 产率 / 灰分 / 筛上累计/ 产率灰分 筛下累计/ 产率灰分 0. 50. 252. 156. 502. 156. 50100. 0010. 61 0. 250. 12513. 004. 5115. 164. 7997. 8510. 70 0. 1250. 074 20. 395. 7335. 555. 3384. 8411. 65 0. 0740. 045 17. 327. 3052. 875. 9764. 4513. 52 -0. 04547. 13 15. 81100. 0010. 6147. 1315. 81 合计100. 0010. 61 图 2 煤样累积粒度特性曲线 由 表 1 和 图 2 可 见, 煤 样 总 体 灰 分 为 10. 61, 说明整体煤质较好。 煤样中粗粒级含 量相对较少, 其中 0. 50. 25 mm 的粒级产率仅 有 2. 15, 小于 0. 045 mm 细泥含量最高, 为 47. 13, 且相对灰分最高, 说明矸石存在一定 的泥化现象, 且主要存在于小于 0. 045 mm 粒级, 但是由于此粒度级别产率最大, 灰分为 15. 81, 可判断其中含有大量精煤需要回收。 采用 X 射线荧光光谱仪对样品进行元素含量 定量分析, 结果如表 2 所示。 表 2 中元素分析结果显示, 煤样中无机矿物 杂质主要以硅、 铝和铁等金属元素的氧化物或化 合物为主, 另外其中硫含量偏高。 对煤样物相组成分析, 结果如图 3 所示。 表 2 样品 X 射线荧光测试结果 元素COSiSAlFeCaTiClK其他合计 含量/ 83. 296. 982. 862. 832. 420. 550. 380. 170. 170. 140. 21100. 00 图 3 样品的 X 射线衍射图谱 图 3 中, 煤样中晶体矸石成分主要为高岭 石Al2Si2O5OH4与石英SiO2。 高岭石在矿 浆中易泥化, 容易在浮选过程中罩盖在精煤颗粒 表面, 使其显示亲水性而影响气泡矿化过程, 降 低精煤产率, 提高精煤灰分。 粗粒石英对煤泥浮 选影响不大, 但是如果是细粒石英颗粒, 则同样 容易在精煤颗粒表面发生罩盖, 影响浮选过程和 浮选指标。 对煤样官能团分析, 结果如图 4 所示。 由图 4 可知, 此煤样表面的官能团主要为煤 炭所有的碳氢键、 芳烃与烯烃键, 具有较少的含 氧官能团。 分析可得, 此煤样颗粒表面具有较少 03 煤炭加工与综合利用2020 年第 10 期 图 4 样品的傅立叶变换红外光谱 的含氧官能团, 利于非极性捕收剂的粘附与后续 的气泡矿化。 3. 2 煤样常规浮选效果 试验矿浆浓度为 80 g/ L, 选择煤油为捕收 剂, 仲辛醇为起泡剂, 进行常规单元浮选试验操 作下的药剂量探索试验表 3、 分步释放浮选试 验表 4和浮选速度试验表 5。 从上述结果可以看出, 煤样的浮选指标整体 较好, 精煤灰分较低, 产率较高, 但是尾煤灰分 偏低, 说明常规处理条件下的部分精煤损失进尾 煤当中, 仍有提高浮选精煤产率的空间。 3. 3 煤样调浆浮选最佳药剂量探索 调浆转速为 1 800 r/ min, 时间 1 min, 在此 基础上进行表面改质调浆处理的最佳药剂量探索 试验, 结果如表 6 和图 5 所示。 表 3 常规浮选药剂用量探索试验结果 试验编号 药剂量/ kgt -1 煤油仲辛醇 精煤/ 产率 灰分 尾煤/ 产率 灰分 可燃体 回收率/ 10. 700. 0779. 255. 1420. 7532. 3384. 10 20. 800. 0881. 025. 898. 7742. 2485. 30 31. 000. 1082. 835. 938. 5047. 8187. 17 41. 200. 1283. 886. 197. 9749. 5088. 03 51. 400. 1483. 866. 137. 6546. 3388. 06 表 4 分步释放浮选试验结果 产品产率/ 灰分/ 可燃体 回收率/ 浮物累计/ 产率灰分 沉物累计/ 产率灰分 J50. 896. 1647. 5750. 896. 16100. 0010. 58 W59. 497. 2818. 8660. 386. 4849. 1111. 64 W49. 836. 688. 8370. 206. 5037. 7317. 71 W38. 446. 956. 9578. 656. 5429. 8021. 04 W212. 996. 2012. 3091. 646. 5021. 3525. 45 W18. 3648. 905. 50100. 0010. 588. 3648. 90 合计100. 0010. 58 表 5 煤样的浮选速度试验结果 刮泡时 间/ min 产率/ 灰分/ 可燃体 回收率/ 累计 产率/ 累计 灰分/ 0. 545. 336. 1647. 5745. 336. 16 118. 197. 2818. 8663. 516. 48 1. 58. 466. 688. 8371. 976. 50 26. 686. 956. 9578. 656. 54 311. 726. 2012. 3090. 376. 50 尾煤9. 6348. 905. 50100. 0010. 58 合计100. 0010. 58 从上述结果可得, 随药剂用量的增加, 调浆 浮选精煤产率以及可燃体回收率均呈增加趋势。 采用表面改质调浆处理后, 最佳药剂用量为捕收 剂 0. 8 kg/ t, 起泡剂 0. 08 kg/ t, 此时, 精煤灰分 为 5. 94, 精煤产率为 92. 95, 可燃体回收率 为97. 81。 与常规预处理条件下煤油量1. 2 kg/ t 见表 3常规浮选相比, 经高剪切调浆后, 精煤 产率提高 9. 07, 可燃体回收率提高 9. 68, 同 时精煤灰分有一定程度的降低。 表 6 调浆浮选药剂用量探索试验结果 试验 编号 药剂量/ kgt -1 煤油仲辛醇 精煤/ 产率 灰分 尾煤/ 产率 灰分 可燃体 回收率/ 10. 600. 0689. 475. 5210. 53 42. 9894. 56 20. 700. 0791. 275. 838. 7350. 8696. 15 30. 800. 0892. 955. 948. 3450. 5997. 81 41. 000. 0993. 226. 326. 7851. 3497. 70 51. 200. 1093. 606. 356. 4052. 0898. 06 13 2020 年第 10 期郭 伟 煤泥高强度表面改质调浆技术效果研究 3. 4 调浆浮选与常规浮选效果对比 调浆浮选与常规浮选药剂用量对比见图 5。 图 5 常规浮选与调浆浮选药剂用量对比试验结果 煤样表面改质处理后浮选速度试验结果如表 7 所示。 表 7 煤样表面改质处理后的浮选速度试验结果 刮泡时 间/ min 产率/ 灰分/ 可燃体 回收率/ 累计 产率 累计 灰分/ 0. 551. 806. 4354. 2051. 805. 63 115. 187. 5215. 6966. 985. 85 1. 510. 947. 1611. 3677. 925. 91 211. 146. 7511. 6289. 065. 91 34. 626. 934. 8193. 695. 92 尾煤6. 3167. 192. 32100. 009. 26 合计100. 0010. 57100. 00 综合煤样表面改质调浆处理前后浮选速度试 验数据, 如图 6 所示。 图 6 煤样表面改质调浆处理后与常规处理浮选速度对比 调浆后的煤泥浮选速度显著提高, 特别是在 浮选时间在 1. 5 min 左右的较短时间内, 表面改 质调浆处理可以明显提高颗粒可浮性。 4 结 论 相比于常规浮选方法, 高强度调浆技术有效 提高了煤泥颗粒的可浮性和回收速率, 提高了西 曲选煤厂浮选入料煤样的精煤产率和可燃体回收 率, 具有较好的推广应用前景。 参考文献 [1] 李吉辉, 马力强, 成 功. 煤泥浮选调浆技术与设备研 究进展 [J]. 煤炭工程, 2014, 469 109-111, 115. 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