超声波处理改善风化煤泥浮选效果研究_石坚.pdf

煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 0引言 煤泥是湿法选煤过程中必然存在的一种中间产 物。出于资源利用最大化方面的考虑， 选煤厂往往通 过浮选等手段对煤泥进行分选， 以便最大化的回收精 煤。 随着采煤机械化的推广以及优质煤资源的不断消 耗， 入选原煤中煤泥含量不断增多， 同时可浮性也呈 降低趋势， 其中风化煤的存在便是这一问题的现实表 现。 风化煤往往是由于原煤长时间裸露堆积或原煤埋 深较浅时， 受到外界风化作用从而改变了原有煤质特 征。风化煤与原煤相比产生的变化往往是负面的， 尤 其是可选性及煤泥可浮性均发生不同程度的恶化， 加 大了煤炭洗选的难度。本文以超声波辐照为主要手 段， 采用单因素试验方法对风化煤泥进行单元浮选试 验， 研究超声波的处理工艺与处理时间对风化煤泥可 浮性的影响规律， 为难浮煤泥的可浮性改善研究提供 一定的试验参考。 1样品及药剂准备 本文采用山西柳林地区烟煤作为原煤煤样， 并通 过人工方法制取风化后的试验煤样。制作方法为 将 原煤破碎至 - 0.5mm 粒级， 加入去离子水充分润湿后 平铺于试样盘中， 样品平摊厚度不大于 5mm。将样品 置于 70℃恒温鼓风干燥箱中， 并且每 12 个小时重新 润湿一次， 如此反复操作持续 10 天。 最终将样品烘干 至空气干燥状态后备用。 对原煤样及风化后的试验煤 样进行基本煤质分析， 如表 1 所示。 表 1煤样的工业分析 （空气干燥基） 如表 1 所示， 风化处理对煤质指标的影响非常明 显。由于风化作用会造成煤岩碎裂， 部分有机质氧化 分解， 因此往往水分和灰分升高； 同时， 由于不稳定有 机质的损失，相应也会造成挥发分和固定碳的减少。 从各个指标来看， 风化煤的煤质指标趋于恶化。 本文涉及到的药剂主要是浮选药剂， 如表 2 所示。 表 2主要试验药剂 超声波处理改善风化煤泥浮选效果研究 石坚 （山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿选煤厂 ， 山西 兴县 033602） 摘要 煤泥浮选是湿法选煤厂中广泛存在的一种分选工艺， 而风化煤泥浮选效果差已经成为选煤厂 的一项重要难题。本文以超声波辐照为辅助手段研究风化煤泥浮选效果优化方案， 并得到以下结论 先添加捕收剂再进行超声波辐照对浮选效果的改善程度最大， 超声波辐照时间为 40min 时， 浮选效果 最佳， 可燃体回收率为 81.1。改变起泡剂添加与超声波辐照的顺序对浮选效果没有明显影响。 关键词 浮选 ； 风化煤 ； 煤泥 ； 超声波 中图分类号 TD943文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 03- 0163- 03 Study on Improvement of Flotation Effect of Weathered Coal Slime by Ultrasonic Treatment SHI Jian （Xiangshan JinxingEnergyCo., Ltd. Xie CountyCoal Preparation Plant , Shanxi , XingCounty 033602） Abstract Coal flotation flotation is a widely used sorting process in wet coal preparation plants, and the poor flotation effect ofweathered coal slime has become an important problemin coal preparation plants. In this paper, the ultrasonic flotation is used as an auxiliary tostudy the optimization scheme ofthe flotation effect of weathered coal slime, and the following conclusions are obtained the addition of the collector and then the ultrasonic irradiation have the greatest improvement on the flotation effect. When the ultrasonic irradiation time is 40 min, The best flotation effect, the recoverable rate of combustibles was 81.1. Changing the order of foaming agent addition and ultrasonic irradiation has nosignificant effect on the flotation effect. Keywords flotation ； weathered coal ； slime ； ultrasonic 样品名称水分/灰分/挥发分/固定碳/FC 原煤2.3121.8916.7858.21 风化煤4.1926.9115.6652.29 药剂名称用途试剂来源 柴油捕收剂山西柳林某选煤厂 杂醇起泡剂天津日科化学试剂有限公司 163 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 2试验分析 本文主要以超声波辐照为处理手段对风化煤泥 进行处理， 研究其最佳浮选条件及效果。将制备好的 风化煤泥溶于一定量的去离子水中充分润湿并搅拌 均匀后进行单元浮选试验。试验过程中， 煤泥水浓度 固定为 90g/L，起泡剂用量 250g/t干煤泥，捕收剂用量 1000g/t干煤泥， 刮泡时间 3min。超声波频率为 40KHZ， 功率 50W。试验结束后统计浮选精煤产率及灰分， 并 计算可燃体回收率， 见式 1 Ec rc100- Ad,c 100- Ad,f （1 ） 式中 Ec为浮选精煤可燃体回收率， ； rc为浮选 精煤产率， ； Ad,c为浮选精煤干基灰分， Ad,f为浮选 入料干基灰分， 。 在式 1 中涉及到的灰分均为干燥基灰分， 而灰分 测定时是以空气干燥基样品进行测定， 可按式 2 进行 换算 Ad 100 100- Aad Aad（2 ） 式中 Ad为干燥基灰分， ； Aad为空气干燥基灰 分， 。 对不同试验条件下得到的可燃体回收率数据绘 制折线图， 判断最佳的超声波辅助条件， 并根据表 3 内容判定可浮性等级的变化情况。 表 3可浮性等级分类表 2.1超声波处理工艺对煤泥浮选效果的影响 将超声波辐照时间固定为 30min， 改变超声波辐 照与药剂添加的顺序， 分别进行四组试验， 分别为 ① 不使用超声波辐照； ②先进行超声波辐照， 再添加捕 收剂和起泡剂； ③先添加捕收剂， 再进行超声波辐照， 最后添加起泡剂； ④先添加捕收剂和起泡剂， 最后进 行超声波辐照。在添加浮选药剂时，均按照国标 GB/T4757- 2001 煤粉 （泥）实验室单元浮选试验方 法 中的规定进行搅拌。整理试验后的数据计算可燃 体回收率， 绘制折线图如图 1 所示。 如图 1 所示，相比于未经超声波处理的样品， 使 用超声波辐照处理后浮选的可燃体回收率均明显改 善。其中， 在超声辐照前只添加捕收剂和在超声辐照 前添加完两种浮选药剂后的浮选可燃体回收率值基 本一致， 分别为 78.9和 79.3， 并且已经接近易浮 煤和中等可浮煤的分类临界点， 对浮选效果的改善作 用十分明显。 1- 不使用超声波辐照；2- 先进行超声波辐照， 再添加 捕收剂和起泡剂；3- 先添加捕收剂， 再进行超声波辐照， 最 后添加起泡剂；4- 先添加捕收剂和起泡剂， 最后进行超声 波辐照。 图 1不同超声波处理工艺下可燃体回收率变化趋势 由图 1 可见， 对样品先进行超声波辐照再添加浮 选药剂时，可燃体回收率由 53.6增加至 61.2， 可 浮性等级由难浮改善至中等可浮。由现有文献可知， 相比于原煤， 风化煤的煤岩更加碎裂， 在此基础上与 氧气的接触面积加大， 氧化程度增加， 疏水性降低， 最 终导致可浮性降低。 而超声波辐照在液体环境下可产 生明显的空化作用， 在此作用的冲击下， 被风化的煤 颗粒表面得到清洗， 重新露出疏水的新鲜表面， 进而 改善浮选效果。 变换超声波的作用顺序， 可见当捕收剂添加过程 发生在超声波辐照之前时， 样品的浮选效果明显优于 先超声波辐照再添加捕收剂时的浮选效果；同时， 起 泡剂是否在超声波辐照前添加对于浮选效果没有明 显影响。 这主要是由于捕收剂的捕收效果好坏与其在 煤泥水中的分散程度密切相关。当其液滴较小， 分散 均匀度好时， 其与煤颗粒表面疏水部分接触的机会增 多， 浮选效果较好。 当加入捕收剂后用超声波辐照时， 一方面可以通过空化作用促进捕收剂液滴的分散效 果； 另一方面也会改变煤泥水的电导率、 氧含量以及 盐度等指标， 改善捕收剂的化学反应活性。而起泡剂 由于用量较小， 不直接与煤颗粒接触， 并且自身在水 中的溶解分散效果强于捕收剂， 因此是否经过超声波 辐照对其在浮选中作用的发挥影响较小。 综合以上分析可知，使用超声波处理风化煤泥 时， 确保超声波辐照在捕收剂添加之后进行可最大化 地改善其浮选效果。 2.2超声波辐照时间对煤泥浮选效果的影响 可浮性等级极易浮易浮中等可浮难浮极难浮 Ec/≥90.180.1～90.060.1～80.040.1～60.0≤40.0 164 ChaoXing （上接第 162 页 ） 参考文献 [1] 王渭明,高鑫,景继东,刘成良,周继华.弱胶结软岩巷道锚 网索耦合支护技术研究[J].煤炭科学技术,2014,42 （01） 23- 26. 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[4] 郗泽松. 易片帮巷道快速掘进与维护技术研究 [J]. 煤, 2016,25 （07） 20- 22. 作者简介 王力 （19987-） ， 男， 汉族， 山西武乡人， 本科， 2014 年毕 业于太原理工大学， 助理工程师。（收稿日期 2019- 6- 6） 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 在保持前面中试验中其它条件不变的情况下， 改 变 超 声 波 辐 照 时 间 ， 分 别 为 10min， 20min， 30min， 40min 和 50min， 记录浮精产率及灰分， 绘制可 燃体回收率变化曲线， 如图 2 所示。 图 2不同时间超声波辐照后浮选可燃体回收率变化趋势 如图 2 所示， 随着超声波辐照时间的延长， 浮选 可燃体回收率呈现先增加后降低的趋势。这说明， 随 着超声波处理时间的延长， 风化煤颗粒表面的氧化层 清洗程度加大， 疏水性能的改善程度加大， 同时由于 超声波的作用， 捕收剂的分散度及反应活性也都进一 步改善， 因此可燃体回收率不断增加。当这两种作用 的改善程度达到一定阶段后， 可燃体回收率达到最大 值， 此时在一定范围内继续增加超声波辐照时间不能 继续改善浮选效果， 相反， 如果超声波辐照时间过长， 空化作用的效果过于剧烈， 使得煤泥水中的极细颗粒 比例增加， 不利于浮选效果的改善， 因此如图 2 中所 示， 当超声波辐照时间达到 50min 后， 可燃体回收率 出现降低趋势。综合以上分析， 本文认为超声波的最 佳作用时长应为 40min。 3结论 本文采用单因素试验法进行实验室单元浮选试 验， 采用超声波辐照法对风化煤泥进行处理， 并以浮 选精煤可燃体回收率作为主要评价指标， 确定最佳的 超声波处理工艺， 改善风化煤泥浮选效果， 并得到以 下结论 1 ） 超声波辐照既可以清洗风化煤颗粒表面， 又可 以改善捕收剂分散效果及反应活性， 因此采用在超声 波辐照前添加捕收剂的处理工艺可使其对浮选的改 善效果最大化， 起泡剂添加与超声波辐照的先后顺序 变化对浮选效果没有明显影响； 2 ） 在改善浮选效果的用途中， 超声波辐照时间最 佳值为 40min， 可燃体回收率由 53.6增加至 81.1， 辐照时间过长或过短都会对浮选效果造成负面影响。 参考文献 [1] 李政勇,余悦发.超声波处理对高灰氧化炼焦煤泥浮选的 影响[J].煤炭技术,2017,36 （12） 288- 291. 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