百善煤的结构特征及可浮选性研究_徐初阳

收稿日期: 2003- 11- 03 作者简介: 徐初阳( 1960- ) , 安徽淮南人, 男, 副教授, 1982年毕业于中南大学, 现为安徽理工大学材料科学与工程 系教师, 硕士生导师, 主要从事矿物加工、精细化工方面的教学和科研工作。 百善煤的结构特征及可浮选性研究 徐初阳, 郭立颖, 聂容春, 郑 描, 王少会 (安徽理工大学 材料系, 安徽 淮南 232001) 摘 要: 针对百善选煤厂浮选精煤产率严重下降的问题, 采用红外光谱( FT IR)分析了该煤 的内部结构特征及变质程度, 通过浮选试验, 研究了药剂, 矿浆浓度, 部分细泥脱除和添 加分散剂等工艺措施对浮选精煤产率的影响, 并提出了改善浮选效果的工艺。 关键词: 风化氧化煤; 光谱分析; 浮选药剂; 脱泥浮选 中图分类号: TO94 文献标识码: A 文章编号: 1671- 0959( 2004) 05-0054-04 Research on Structural feature and coal floatability of Baishan Coal XU Chu-yang, GUO L-i ying , NIE Rong-chun, ZHENG M iao, WANG Shao-hui (Anhui U niversity of Science and technology, Dept1of Material Engineering, Huainan 232001, China) Abstract: The paper study on the problem of the y ield of clean coal decreasing seriously of Baishan coal preparat ion plant. Analogizing the internal st ructure feature and metamorphic g rade by FTIR (Fourier t ransform Infrared Spect roscopy ) . Studying the inf luence of technolog ical measures on the yield of clean coal by doing experiments of regime of ag ent, pulp density, part ial de-slime and dispersing agent addition. Put ting forw ard the technolog ical measures for improving the coal flotat ion eff iciency . Key words: weathered and ox idized coal; spectral analysis; float ion agent; de-slime f lotat ion 百善选煤厂是一座 1999 年投产的矿井型选煤厂, 经两 期扩改建后, 年处理能力由原来的 45 万 t增加到 150 万 t, 生产高炉喷吹用无烟煤。采用的工艺流程是跳汰+ 浓缩浮 选流程。原来该厂的入洗原煤可浮性较好, 浮选精煤的产 率可达 86111%。近来随着开采强度的加大, 逐渐进入了 风氧化带煤层的开采。目前, 对风氧化带煤层开采的研究 已有报道。通过对百善煤矿的 43 件岩矿进行鉴定和 X 光 衍射分析发现[ 1] : 风化岩中的长石几乎全部高岭石化。煤 中的黏土类物质尤其是高岭土含量很大, 且易泥化。由于 这种黏土类物质在矿浆中很容易浸软, 泥化成极细的亲水 颗粒, 吸附在煤粒表面, 使颗粒在亏药条件下浮选, 而且 容易发生细泥覆盖现象。大量细泥的存在, 严重恶化了浮 选作业效果, 以致浮选精煤产率只有 16% 左右, 造成了巨 大的经济损失, 因而, 研究提高浮选精煤产率的工艺方法 尤为重要。 本文根据百善选煤厂浮选精煤产率严重降低的问题, 利用红外光谱图, 分析风化氧化煤的结构特征和变质程度, 通过浮选试验, 研究药剂制度, 矿浆浓度, 部分细泥脱除 和添加分散剂等工艺措施对浮选精煤产率的影响, 并研究 如何提高风化氧化煤的浮选精煤产率, 从而改善浮选效果。 1 试验部分 111 煤样和粒度分析 本试验煤样采自皖北矿业集团百善选煤厂, 1 号样是 未氧化煤样, 2 号煤样采自风氧化带。 粒度分析。用筛分试验对煤样的粒度组成进行分析, 采用套筛和电磁振筛器进行湿法筛分, 以考察试样的 粒度特性和细泥含量。 112 红外光谱分析 采用德国 Bruker 公司生产的 Vector33 傅立叶变换红外 光谱仪, 对煤样进行红外光谱测定。试验取小于 015mm 的 煤样 1g , 研磨后与溴化钾以 1: 300 比例混合压片制得窗 片, 从而测得到红外光谱图。 113 浮选试验 54 研究探讨 煤 炭 工 程 2004年第 5期 浮选试验采用 XFDM-82 浮选机进行浮选。试验方法 按照 GB4757-84 5选煤实验室单元浮选实验方法6 进行。 试验产物处理, 结果整理及误差处理按可比性试验[ 2]。以 研究药剂制度、矿浆浓度、细泥含量和添加分散剂等工艺 因素对浮选效果的影响。 根据可比性试验结果, 1 号煤 样的精煤产率为 861 11% , 精煤灰分为 11171% , 计算的可燃物回收率[ 2]为 95% , 而 2 号煤样的精煤产率为 161 58% , 精煤灰分为 81 43% , 可燃物回收率为 201 22%。根据煤的可浮性等级 表[ 2]可知, 1 号煤样属于极易浮煤, 2 号煤样属于极难 浮煤。因此, 本文在满足精煤灰分的要求下, 主要依据精 煤产率和可燃物回收率来衡量风氧化煤的可浮性质。 2 试验结果与讨论 211 煤样的粒度组成 筛分实验结果见表 1。 表 1 煤样的粒度分析 粒度/ mm 产率/ % 1# 2# 灰分/ % 1# 2# 累计产率/ % 1# 2# 累计灰分/ % 1# 2# 01500~ 01250 27151 17128 15179 16101 27151 17128 15179 16101 01250~ 01125 26136 28179 18117 20156 53187 46107 16195 18185 01125~ 01071 11132 14183 19104 24138 65119 60190 17132 20120 01071~ 01045 9146 7175 19197 22116 74165 68165 17165 20142 01045~ 01036 3162 0192 20113 25119 78127 69157 17176 20148 < 01036 21173 30143 27158 34152 100100 100100 19190 24175 合计 100100 100100 19190 24175 由表 1 可见, 1# 、2# 煤样的灰分均随粒度的减小而增 大, 粒度小于 01 045mm 的细粒级含量都较高, 分别占入料 的 251 35%和 311 35%。1# 煤样中小于 01 036mm 的含量为 211 73% , 灰分为 271 58% , 2# 煤样中小于 01036mm 的含 量高达301 43% , 灰分达 341 52%。可见比较而言, 2# 煤样 的灰分细泥含量大, 这可能是污染浮选精煤, 降低精煤产 率的重要原因。 212 煤样的红外光谱分析 对未氧化的 1 号煤样和采自风氧化带的 2 号煤样进行 傅立叶红外光谱仪测定, 所得红外光谱图见图 1 和图 2。 图 1 1# 样品红外光谱图 图 2 2# 样品红外光谱图 由红外光谱图可知, 2 号样品光谱图中的 1600cm- 1为 煤的特征峰, 说明煤中含有芳烃的 C= C 键。3435cm- 1及 1260cm- 1代表的是煤分子的脂肪烃基。因为煤的羟基都是 氢键化的, 故吸收峰移至 3300~ 3435cm- 1 , 2920cm- 1和 2851cm- 1 的存 在表 明 煤中 含有 CH2、CH3 吸 收峰, 1380cm- 1则表明煤分子中甲基的存在 , 1100~ 1300cm- 1之 间是酚醇醚的 C ) O ) 键的吸收峰, 该处吸收峰的强弱表明 了煤变质程度的高低。羰基和羧基吸收峰 1700cm- 11 附 近, 芳香环吸收峰一般有三个宽吸收峰, 位置在 700 ~ 900cm- 1。 对照煤的红外光谱各吸收峰的归宿表[ 3] , 1 号煤样在 波数为 2936cm- 1及 3030cm- 1相对强度高, 表明该煤中芳 香度较高, 所以该煤样的变质程度初步推断较高。另外, 1330~ 1110cm- 1为醇醚酯酚的含氧官能团的特征吸收峰, 其相对强度也表明了煤样煤变质程度的高低。与未氧化的 1 号煤样的光谱图作比较, 2号煤样光谱图在2929cm- 特征 峰处有一定程度的加深, 表明该煤样受到了一定程度的氧 化效应。 213 浮选药剂种类与用量 根据该煤高灰分的细泥含量高和受到部分氧化的特点, 应选择合适的浮选药剂和强化药剂用量。由药剂种类的选 择试验得知, 捕收剂选用柴油的效果比煤油好, 起泡剂选 55 2004年第 5期 煤 炭 工 程 研究探讨 用 GF 比用杂醇等起泡剂的效果好。因而确定捕收剂采用 柴油, 起泡剂采用 GF, 对二者的用量配比进行了研究, 采 用试验的矿浆浓度为 100g / l, 其药剂用量配比与精煤产率 的关系见表 2 所示。 表 2 药剂配比量的试验 试验号 药剂单位耗量/ g#t- 1柴油 GF 精煤产率 / % 精煤灰分 / % 累计灰分 / % 可燃物回收率 / % 1 1000 100 16158 8143 24190 20101 2 2000 300 45117 9168 24165 47183 3 3000 400 61165 11130 24136 72108 4 4000 500 58112 10177 24158 68136 表 2中 , 试验 1是常规的药剂用量, 从表中可以看出, 采用常规的药剂用量, 该煤的精煤产率仅为 161 58%。但 随着药剂用量的增加精煤产率大幅度提高, 当采用试验 3 柴油与 GF的用量分别为 3000g/ t 和 400g / t 时, 浮选效果 最好, 其精煤产率为 61165% , 灰分为 11130%。可燃物回 收率为 72108%。可见, 选择合适的药剂种类与强化药剂 用量可以提高精煤产率和浮选效果。 214 矿浆浓度的影响 将煤泥配成不同的矿浆浓度进行浮选试验, 以研究矿 浆浓度与精煤产率的关系。试验采用的药剂制度是柴油与 GF的用量分别为 3000g/ t 和 400g/ t, 结果见图 3。 图 3 矿浆浓度与精煤产率关系曲线图 由图 3 曲线可知, 当矿浆浓度由 80g / l降到 60g/ l时, 曲线斜率较大 , 即精煤产率提高较快, 而当浓度由 60g/ l 降到 40g/ l 时, 曲线变得平缓。传统理论认为, 当矿浆中 细泥含量高时, 浓度越低, 浮选效率越高, 尤其对百善煤 这样的受到氧化且细泥含量高的煤, 较低的矿浆浓度有利 于浮选药剂的选择性 , 但矿浆浓度过低, 会影响选煤厂的 经济效益和技术指标。并且根据可燃物回收率的计算结果 得知, 浓度为 60g/ l对应的可燃物回收率为 561 56% , 而 40g/ l的浓度对应的值也不过是 59124%。因此, 试验中将 矿浆浓度定为 60g/ l, 有利于提高精煤产率。 215 脱除部分细泥的试验 由表 1 的试验结果可知, 煤样中粒度小于 01 045mm 的 细粒级含量高达 311 35% , 灰分为 34125% , 容易发生细泥 覆盖现象, 大量细泥的存在有可能严重恶化浮选作业效果, 因此可考虑预先脱除部分细泥, 再进行浮选。 脱除部分细泥试验是先将粒度小于 01045mm 的细粒级 煤样全部筛除后, 再添加筛除后的部分细泥折算成不同的 脱泥百分比进行浮选。试验条件为: 矿浆浓度 100g/ l, 柴 油 2000g/ t, GF200g/ t, 试验结果见表 3。 表 3 脱除部分细泥试验结果 脱泥量/ % 产率/ %精煤 尾煤 灰分/ % 精煤 尾煤 筛下物 计算入料 灰分/ % 可燃物回 收率/ % 0 45117 55183 9168 36132 24165 53178 89 56180 4312 9125 3712 35178 24179 67195 77 62100 38100 10101 4015 31156 24176 73155 66 52158 47142 9114 36125 3513 24186 62198 由表 3 可知, 细泥含量对精煤产率的影响很大。当脱 除细泥含量的 77%时, 得到的浮选效果最好, 精煤产率高 达 62100% , 可燃物回收率高达 731 55% , 且试验现象表明 细泥多时泡沫粘度大、寿命长。因此, 脱除部分细泥是提 高精煤产率的一种有效方法。 216 添加分散剂对浮选效果的影响 一些无机电解质在矿浆中能调节细泥的荷电性, 起到 分散剂的作用, 通过添加不同种类的分散剂及用量来考察 浮选效果。表 4是分散剂的种类和用量对浮选效果的影响, 试验条件为: 矿浆浓度 100g/ l, 柴油与 GF 的用量分别为 3000g/ t 和 400g / t。 从表 4 可知, 当单独采用水玻璃或苏打等做分散剂时, 其分散效果不明显, 甚至降低了浮选精煤产率, 而采用苛 性钠与之配合作为分散剂进行浮选时, 精煤产率有所提高。 试验表明: 当选用苛性钠、水玻璃和磷酸二氢钾分别以 1500g/ t、500g/ t 和 1000g/ t的用量联合使用时, 浮选效果 最好, 精煤产率达 67176% , 可燃物回收率为 771 69%。可 见, 合理选用分散剂可大幅度提高精煤产率。 56 研究探讨 煤 炭 工 程 2004年第 5期 表 4 分散剂的种类和用量对浮选效果的影响 试验号 分散剂名称 单位耗量/ g#t- 1 精煤产率/ % 精煤灰分/ % 累计灰分/% 可燃物回收率/ % 1 空白 0 61165 11130 24136 72108 2 水玻璃 1000 56145 10171 24124 66144 3 苏打 1500 58143 11106 24163 68150 4 磷酸二氢钾 1000 51170 10101 24194 61133 5 苏打、磷酸二氢钾 1500、500 56131 10172 24183 66127 6 苛性钠、水玻璃 1000、500 65138 12116 24158 75170 7 苛性钠、水玻璃、磷酸二氢钾 1500、500 1000 67176 13102 24169 77169 3 结 语 对百善煤首次采用红外光谱进行分析, 证实了该煤变 质程度较高且受到了一定程度的氧化, 是造成该煤难浮的 原因之一, 结合该煤高灰细泥含量多的特点, 可在浮选中 采用下列工艺措施来改善浮选效果: 1) 合适的药剂制度: 捕收剂采用柴油, 起泡剂采用 GF, 其用量比一般的煤要大, 当柴油与 GF 的用量分别为 3000g /t 和 400g/ t 时, 其精煤产率为 611 65% , 灰分为 111 30%。 2) 较低的矿浆浓度: 采用较低的矿浆浓度有利于提高 浮选药剂的选择性, 矿浆浓度为 60g/ l 左右时, 显著提高 了精煤产率。 3) 部分细泥脱除: 脱除部分细泥可降低细泥覆盖的干 扰, 提高药剂的有效利用率, 当脱除细泥含量的 77%时, 得到的浮选效果最好, 精煤产率高达 62100%。 4) 添加分散剂: 无机电解质在矿浆中能起到分散的作 用, 采用苛性钠、水玻璃和磷酸二氢钾其用量分别为 1500g / t、500g / t和 1000g / t 作为分散剂进行浮选时, 浮选 精煤产率高达 671 76%。 采用以上措施可大大提高浮选效果, 建议百善选煤厂 的浮选工艺改为脱泥 ) 浮选流程, 同时优化浮选工艺, 这 样可以改善浮选入料的性质, 提高浮选与过滤效果, 在满 足精煤灰分要求的条件下大幅度提高浮选精煤产率。这也 对我国细泥含量大的选煤厂有重要的参考价值和借鉴意义。 参考文献: [ 1] 张宇驰, 等. 风氧化带内煤层开采覆岩移动破坏规律研究 [ J ] . 安徽理工大学学报, 2003, ( 2) : 1- 4. 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